彈道學 【彈道學】為甚麼炮彈總是下粗上窄？淺談裝填條件對彈道性能的影響

子彈或者炮彈是每個現代人都能一眼認出來的東西 即便是在一些原始部落裏 他們中的有些人連電視機是什麼都不知道 但當你扔給他幾顆AK47的子彈時 他都能一眼認出這玩意是幹嘛用的 日常生活中我們能接觸到的關於彈藥的知識也不少 無論是軍事類的雜誌、期刊、遊戲、電影 還是央視拍攝的紀錄片 甚至網上自媒體制作的科普視頻 都能找到不少關於彈藥的科普 但比起種類繁多讓人眼花繚亂的飛機 坦克、軍艦而言 不同種類的彈藥 從兩釐米大小的手槍彈 到120釐米長的炮彈 似乎都只是在彈頭、藥桶的基礎上拉長、加寬、放大 結構上並沒有什麼本質的區別 以至於在不少科普節目裏頭 對這些彈藥唯一值得一提的 就只有彈頭對目標的毀傷作用了 而對於真正賦予彈頭殺傷力的推進藥部分 則大多一筆帶過 彷彿發射藥桶只不過是彈頭後面的一個附件 設置於本期節目篇幅有限 我們只舉一個最簡單的例子 爲什麼有些彈藥如榴彈炮炮彈、單兵榴彈發射器的彈藥 以及絕大多數手槍彈、獵槍彈 其發射藥桶的直徑都與彈頭直徑相當 使彈藥總體呈現出一個類似於圓柱體的形狀 而到了加農炮炮彈與步槍的彈藥上 其彈殼底部的直徑又通常遠大於彈頭的直徑 使這些彈藥看上去就像一個啤酒瓶 爲什麼會造成這種差異呢? 在武器設計領域這種差異被稱爲藥式擴大系數 比如說假如一顆炮彈的發射藥桶長度爲100釐米 將其發射藥桶的體積除以炮彈直徑後長度爲150釐米 那麼它的擴大系數就是用後者除以前者 約爲1.5 擴大系數越大 彈殼底部直徑越大於彈頭直徑 啤酒瓶的瓶口也就越細 瓶身越粗 當係數等於1時 彈殼和彈頭一樣粗 只有當係數小於1時 彈殼的直徑纔會小於彈頭直徑 我手頭剛好有一張表格 上面記錄瞭解放軍60年代十一種武器的藥式擴大系數 從表中的信息來看 各種單兵輕武器高射機槍的彈藥 其擴大系數都遠高於更大口徑的加農炮與坦克炮 其取值通常在1.5以上 其中1956年是14.5毫米高射機槍 更是有高達2.5以上的藥式擴大系數 足以冠絕群雄 更大口徑的加農炮坦克炮則普遍只有1.3左右 到了152毫米口徑的榴彈炮上 這個指數就只有1.0了 這是因爲單兵槍械和小口徑高射炮都屬於速射武器 而如今絕大多數速射武器都有一個平行於升管的彈匣 來容納接下來發射所需的彈藥 這些彈藥通常是靠炮栓的往復運動送入炮管內的 因此過長的發射藥筒會使炮栓的往復形成變長 而炮栓往復形成的變長就意味着武器射速的降低 這對於需要提高射速的自動武器而言是不可接受的 因此那些有較高擴大系數的彈藥 通常都是一些需要同時兼備高裝藥與高射速的武器 但藥式擴大系數並不是越大越好 將發射藥筒的直徑擴大雖然節省了空間 但也讓火藥燃燒後所產生的氣體在抵達炮管之前 不得不經過藥式與炮管間連接處的坡塘 如果這一坡塘過於陡峭的話 從火藥中高速噴出的氣體會讓炮管遭受劇烈的衝擊 從而降低武器的使用壽命 具體公式如下 勢中λ爲彈丸相對形成 ω是火藥質量 m爲彈頭質量 從勢中的信息來看 藥式擴大系數越大 炮管中火藥燃氣本身所具有的動能也就越小 根據熱力學第一定律 這些損耗掉的動能 無一例外是被轉化成加熱炮管的熱能了 因此只需將擴大系數等於1時 火藥氣體所具有的動能 減去現有擴大系數下氣體的動能 就可以以此爲基礎設計坡塘的傾斜角度了 好終於又水玩一期了 因爲最近要準備製作定格動畫的事情 所以本期節目的篇幅實在是短到離譜啊 但是沒關係 等我的定格動畫做出來了 肯定還會比現在更短的 那麼以上就是本期節目的全部內容了 感謝收看 我是Franklin 我們下期再見