歷史小知識 落後大明火箭200年？動畫詳解康格里夫火箭的運作原理

落後大明火箭兩百年，康格里夫火箭的運作原理 簡中互聯網，特別是漢圈一直在流傳 英軍在麥索爾戰爭中被使用中國傳入 火箭技術的印度人打得損失慘重 然後對着源自大明的麥索爾火箭仿製出了康格里夫火箭 某乎著名漢家大V更是說 據我猜想，這又是個隨着明朝末年西方傳 教士來中國盜竊科技書籍運回去仿製 然後滿清不做人，燒燬書籍，打斷我 天朝兵器科技發展造成的奇恥大辱 那麼我們廢話不多說，直接看圖，這是火龍經中的大明火箭 開個玩笑，這畫的太抽象了 我們換這個正常點的圖 然後這是1598年軍事論著中的歐洲火箭 這是1628年數學消遣中的歐洲煙花 這是18世紀末期的印度麥索爾火箭 這是19世紀早期的康格里夫火箭 誰在裏面格格不入就非常明顯了 瞎眼可見，大部分明朝火箭更接近於箭矢 雖然大明古籍裏也有記載，二虎追羊箭在箭桿兩邊綁上了 原理不明隱性不明的點火裝置 但其本質上還是在火箭推動的箭矢上做加法 而這四個則完全是用火藥推進的炸彈 當然，如果你硬要槓火藥推進技術來自大明 四捨五入康格里夫火箭也是抄大明的 那我只能把某些群體最喜歡的里約瑟請出來了 中國技術史第五卷第七分冊 地老鼠大概是火箭推進器的雛形 我們推斷它是一根裝滿了火藥的竹筒 在竹筒一端的竹節處開個口，以至形成障礙 放在地上，讓它急速地亂闖 我們有一份十分確切關於地老鼠的記載 他繼續了，1264年發生在宮中的煙火表演，嚇壞了皇太后 1264年是南宋景定五年，距大明建立還有104年 總之，要從火藥推進角度溯源的話 康格里夫火箭確實源自中國，但不是大明 從結構角度出發，康格里夫火箭的起源有兩種說法 一是來源自印度的麥索爾火箭 主要原因是兩者都通過採用鐵質外殼 使燃料艙能承受更高的火藥壓力 從而提高射程精度以及帶彈量 而麥索爾火箭是世界上第一種大規模用於實戰的鐵殼火箭 當然，我知道有人會拿出諸如《西林府志》 《皇明經世文編》之類的文獻來證明 大明朝也有鐵殼火箭 但我要說的是，和大明朝莫說沒有文物 甚至連張設計結構圖都沒有，不同 印度的鐵殼麥索爾火箭 是像照片中這樣一堆一堆出土的 第二種說法是 康格里夫火箭是歐洲自古以來 紙殼火箭煙花技術發展的延續 這個直接看外形就能看出來 更關鍵的是 1805年用於進攻停泊在布洛涅港內 法國入侵艦隊的首批康格里夫火箭 還真就是紙殼的 我個人認爲威廉·康格里夫爵士多少應該還是參考了 一點麥索爾火箭的 1806年開始康格里夫火箭就採用了鐵殼 此舉也是立竿見影，射程從1829米變爲2743米 足足提高了50% 康格里夫火箭的射程之所以遠，除了鐵殼以外還得益於其燃料 我們看屏幕內的燃料艙剖面圖 這部分填充的是燃料，其成分與火藥一致，都是硝石 硫、木炭以及少量添加劑 只是因爲需要延緩燃燒速度 故各項原材料的佔比和火藥有所不同 除了配比外，火箭燃料不同於火藥的地方還有 火箭燃料不是鬆散的顆粒狀 而是壓實到顆粒間幾乎沒有縫隙的塊狀 這麼做除了可以在空間不變的情況下塞進更多燃料增加射程外 更重要的是，因爲如果把鬆散的燃料顆粒填充進燃料艙 點燃時因燃料顆粒周圍都是充滿空氣的縫隙 艙內的所有燃料顆粒會在很短的時間內同時點燃 瞬間壓力陡升，縱然是鐵殼火箭也避免不了，砰的一聲鍋幹碗淨 同時，燃料塊也不是直接接觸火箭的鐵質外殼 艙壁和發射藥塊間還有一層卡紙 主要是防止受潮後的燃料與鐵長時間接觸 腐蝕鐵殼或消耗原本的硫，生成硫化亞鐵，改變燃料的成分比例 艙底噴口周圍是細黏土隔層 除了上述功能外，還可以保護底座的疊接焊縫與噴口 免受高溫損毀 對了，爲預防某些小機靈鬼依葫蘆畫瓢整實物 請不要通過任何渠道詢問 我肯定不知道的康格里夫火箭燃料 以及視頻後面燃燒劑的具體配比 迴歸正題，整個燃料艙最顯眼的 部分就是燃料塊中間的錐形空腔 之所以要這麼做，是因爲當燃料被壓實成塊以後 如果直接從尾部將其點燃，其燃燒的部分只有最下方的橫截面 說人話就是，無論你塞多少燃料，火箭的推力都是恆定的 那我們應該怎麼做才能將更重的火箭送上天呢？ 首先，最簡單的辦法就是把火箭變胖 這樣可燃燒的橫截面變大以後，推力自然就增加了 但如果真這麼幹的話，胖火箭在飛行過程中，空氣阻力大大增加 最後的結果，大概率也是得不償失 更好的辦法是在燃料塊中間打一個從下到上的圓柱形洞 讓發射藥從裏到外燃燒，通過增大燃燒面積來增加推力 但問題是，如果燃料從圓心向外燃燒 那麼當火箭起飛最重最需要推力的時候 燃料的燃燒面積最小，提供的推力最少 等火箭上天燒完一部分燃料變輕以後，推力反倒是來勁了 最終，歐洲人採用的辦法是在燃料塊 中間鑽一個三分之二高的錐形孔 這樣火箭發射時燃燒面積最大，推力最大 隨着火箭升空，燃燒面積逐漸變小 當火箭達到一定 高度以後，燃燒面積開始固定 持續提供等額推力 這樣不僅能量利用效率更高 後半段的推力平穩期理論上也能增加火箭精度 不過，在當時大幅提高火箭精度的其實 是康格里夫火箭這根長長的杆子 衆所周知，當斜着發射火箭時，因爲推力 和重力不共線，無法形成穩定的力矩 火箭會無法控制方向，在空中繞圈 但如果加上這根木棍，火箭上升時，上方的 氣流會衝擊木棍，將火箭回正，使其保持平衡 據說側杆穩定技術來源自北宋時期一種叫起火的煙花 可惜後世某朝代沒有將側杆穩定技術 與宋元金的金屬開花彈技術結合發展 否則世界上第一種大規模用於實戰的鐵殼火箭 就會出現在中國，而不是印度 這段只是爲了梗一下某些極端群體 事實上沒有發展出類似康格里夫火箭的東西也沒啥好遺憾的 與簡中互聯網經常出現的鴉片戰爭期間 英國皇家海軍靠康格里夫火箭攔截清軍火船不同 康格里夫火箭設計之初其實是爲了 打擊城鎮級目標停泊在港口內的艦隊以及堡壘 1810年英軍在葡萄牙進行陸基測 試時共發射7枚康格里夫火箭 其中3枚在攻擊2130米至2469 米距離的目標時偏離6.4至64米 剩下3枚完全找不到落點 最後1枚以20度低仰角發射的 火箭在接觸地面後完全偏離目標 所以康格里夫火箭別說 攔截移動中的火船或是對艦攻擊 哪怕是對停泊不動的艦隊攻擊都收效甚微 1806年10月8日 康格里夫爵士親自參與了突襲法國布洛涅港的行動 在黑夜的掩護下 24艘小艇各配備兩座發射架 在30分鐘的時長裏共發射200枚康格里夫火箭 城鎮的部分區域被縱火點燃 然而港內的艦隊並未受到傷害 皇家海軍上校愛德華歐文在評價這次行動時說道 康格里夫設想火箭 可見水面彈跳命中錨泊艦船的構想已被證明不切實際 不只是對艦攻擊無效，有時海基發射的康格里 夫火箭對小一點的堡壘目標都沒啥用 甚至如今所有的美國人隔三差五就要念叨 一次康格里夫火箭對堡壘攻擊無效的故事 1814年9月13日英國皇家海軍用康格里 夫火箭轟炸美國麥克亨利堡長達25小時 期間不僅沒有攻克堡壘，甚至途中這塊9.144 米乘12.860米的星條旗全程掛在堡壘上方 轟炸結束後也只是擦破了點皮 9月14日黎明早起的弗朗西斯斯科特 基律師在附近的船上看到依舊飄揚的星條旗 愛國情懷噴湧而出寫了一首叫《保衛麥克亨利堡》的詩 後來被用作美國國歌歌詞傳唱至今 其中這三句反映的就是康格里夫火箭折騰一天炸了個寂寞 不過 康格里 夫火箭 也並非 是 一無是 處 燃燒型康格里夫火箭在以城鎮作爲 攻擊目標時可謂一等一的大殺器 這主要得益於彈頭內由硝酸鉀硫磺松香 硫化鐵動物油脂與松節油組成的燃燒劑 不僅可以燃燒十分鐘以上 甚至可以融化鐵質彈殼進一步放大燃燒效果 裝填時先將彈頭外殼上的傳火孔堵上 然後在彈頭內垂直放上一根木棍 接着灌入液態燃燒劑在燃燒劑凝固後抽出棍子 這樣中央傳火通道就形成了 然後沿每個傳火孔鑽出連通主傳火道的支傳火通道 這樣不僅能爲燃燒提供氧氣 還能讓火焰順着傳火孔延伸到外部 燃燒劑裝填完畢以後在主傳火孔和支傳火孔中填滿引火藥 先將彈頭放在一旁備用，把裝填完畢的燃料艙拿過來 將一個山毛櫸引信插在燃料塊中間 然後用細粘土填滿整個燃料艙頂部 接着把燃料艙插入內徑略大的彈頭中 用空心木錘將兩部分敲緊，上螺絲，並用繩子捆紮連接處 最後，在表面刷三層黑漆，一枚燃燒型康格里夫火箭就組裝好了 1807年，爲逼迫丹麥挪威聯合王國交出艦隊 英國皇家海軍於9月2日至5日間用 燃燒型康格里夫火箭無差別轟炸哥本哈根 僅僅兩日就讓哥本哈根的消防系統全面癱瘓 到9月4日，哥本哈根標誌性建築 聖母教堂的塔樓被燃燒型康格里夫火箭擊中 後斷裂，燃燒者砸在教堂上 截至9月5日24點，轟炸造成數千人傷亡 財產損失不計其數，約300座房子被徹底燒燬 迫於康格里夫火箭恐怖的威懾力 丹麥挪威聯合王國被迫交出 包括17艘戰列艦和17艘護衛艦在 內的80艘軍艦和243艘運輸船 當時英國皇家海軍有兩種發射方式 一是像圖中這樣，將雙聯發射架用救生艇的前桅支撐 將火箭向上放入架子最前端的金屬盒子中 通過繩拉式碎髮機點燃引火藥，進而點燃火箭尾部 發射時可以將主桅的帆打溼後放下，用於遮擋尾焰 爲了保證安全，小艇通常兩艘一組 一艘發射一艘存放火箭 火箭順利升空當推進燃料燒盡時 點燃彈頭的引信，引信點燃彈頭內的引火藥 進而點燃燃燒劑，火苗從引火口噴出因爲燃燒劑 能燒十多分鐘所以火箭從空中開始燃燒 不僅不會耽誤落地後的效果 燃燒的火箭還能在空中劃出一套帶有濃煙和火光的拋物線 配合火箭的嘶鳴給敵方造成極大的心理威懾 第二種發射方式為在軍艦發射 但不是用便攜發射架而是將軍艦改為火箭船 像圖中這樣在小型風帆戰艦下層甲板側舷牆頂部開口用於發射 火箭主體如剖面圖這樣架在下層甲板發射口後的發射架上 尾竿則順著支架延續到專門設計的貨倉內 發射時和在小艇上一樣 由纜繩海軍陸戰隊由拉繩式碎發機點火 火箭的尾焰噴到導流板上後 會偏轉到艙室頂部不會直接灼燒下層甲板 要注意這種火箭船並非《大明兵錄》 關於雙層甲板軍艦的那種構想 火箭船是真實存在且入列服役的軍艦 據說美國《國歌》裏描述的火箭彈 大部分就來自於埃裏伯斯號單側的十個火箭發射口 抖個機靈皇家海軍還將巡洋艦及小型風帆戰艦 蚊子號改裝為火箭船 內置火箭發射器四捨五入也算垂發系統 巡洋艦級四捨五入也可以是巡洋艦 那19世紀的蚊子號豈不是成了世界上第一艘導彈巡洋艦？ 最開始我就說過，康格里夫火箭是火藥推動的炸彈 那很顯然，除了燃燒型外，也有爆炸型 爆炸型的燃料艙與燃燒型基本一致 唯一的區別是頂部黏土中沒有引信 而且彈頭與燃料艙也不相連 因爲很顯然，炸彈爆炸並不能和燃燒彈燃燒一樣持續10分鐘 如果火箭未落地之前爆炸 我們一般把這種東西叫做煙花 炸彈的引信是在彈頭側面單獨開口 插入切割好的山毛櫸定時引信 一根頭部略粗的空心鐵管順着彈體一直延伸到火箭噴口處 管內裝有一根引火繩或是灌滿引火藥 最長可以實現25秒的延遲爆炸 爆炸型康格里夫火箭的引信和引火繩是在出廠時就設置好的 藍色海軍陸戰隊只能依據既定的爆炸時間選擇對應的火箭 並不能像開花彈一樣在發射前自由調節所需的爆炸時間 因爲像圖中這樣從軍艦上發射精度 不高的康格里夫火箭轟擊敵方軍艦 只存在於康格里夫爵士的夢裏 爆炸型康格里夫火箭的應用場景和燃燒型一樣 都是從海上轟炸城鎮或是堡壘 隨即點燃 發射架內的引火藥，同時引燃燃料艙內的燃料和鐵管內的引火繩 當火箭落地後，引火繩燃盡，點燃炸彈內的山毛櫸定時引信 等火焰延伸到炸彈內部後，砰的一聲，房屋倒塌 可以看到，對於以工事和房屋作爲 目標的爆炸型康格里夫火箭來說 只要保證落地以後再爆炸就行 至於是落地3秒炸還是20秒炸，區別不大，反正房子又不會跑 除爆炸型與燃燒型外 康格里夫火箭結合了我們在引信那期講過的 拿佔英國陸軍黑科技流線彈，發展出了霰彈型號 因爲同期所有型號康格里夫火箭的燃料艙都是一樣的 故我們直接看彈頭 彈頭內部最前方是一個用三顆金屬螺絲連接的彈頭帽 後面是步槍鉛彈 彈頭尾部是一個木質托杯 裏面裝滿了爆破拋射藥 作用是將步槍鉛彈和彈頭帽一同推出彈頭 木質托杯底部有一個小孔，裏面塞有一根引線 霰彈型康格里夫火箭彈頭的運行原理爲 火箭在空中飛行，燃料艙燒盡時點燃引線 爆破拋射藥爆炸，將步槍鉛彈和彈頭的天靈蓋一起向前方射出 步槍彈完成扇形狀殺前方的敵人 從火箭彈頭飛出的子彈，就如同你在疾馳的車上向前開槍一樣 依據伽利略1632明崇禎五年關於速度疊加的理論 子彈相當於地面的速度等於車速加子彈出膛的速度 也就是說，霰彈型康格里夫火箭內飛 出鉛彈的初速等於火箭的速度 加上火藥推進彈丸的速度 說人話就是彈丸的飛行速度 飛行速度比火箭的速度還快 呼嘯而來的彈丸足以擊穿各類木質工事 雖然到這裏爲止，霰彈版康格里夫火箭看起來都像是大殺器 但以下三個問題導致霰彈版康格里 夫火箭在當時並未大規模列裝 第一，康格里夫火箭的精度太低 以當時的觀瞄設備和科學理論基礎 皇家炮兵壓根沒有辦法確保康格里夫 火箭能夠大概飛行到目標上方 第二，雖然我們從外觀上看康格里夫火箭取消了 用繩索加固彈頭和燃料艙 僅保留三顆金屬螺絲連接 似乎在發射前是可以單獨拆下彈頭調整引信時間的 但事實很魔幻，霰彈型與燃燒型一樣 引線爲提前埋在彈頭與燃料艙之間的細黏土中 彈頭爆炸的時間在出廠時就固定好了 所以就算霰彈型康格里夫火箭碰巧飛到敵人頭上 也根本不可能確保火箭就在敵人頭上爆炸 能否造成殺傷完全隨緣 第三，球形流線彈於19世紀早期是英國陸軍一等一的黑科技 在歐洲戰場上爲防止被法軍仿製 只要條件允許，所有未爆炸的流線彈在戰後都要回收 但康格里夫火箭的問題就在於，很多時候 發射出去以後，壓根不知道它去哪了 完全無法回收啞彈 於是1811年軍械委員會下令禁止康格里夫火箭裝載 球形流線彈彈頭或任何基於相同原理的彈頭 到1815年，康格里夫爵士設計出了 一種新的升級型號中心尾杆火箭 即把上一代用鐵釦固定在火箭側面的穩定尾杆 改爲用螺紋連接火箭尾部 因中心尾杆佔用了 原先的推進噴口，故新型號的噴口改成圍繞尾杆的五個小口 爲方便點火，原先燃料塊的空腔也加上了五條通道，連接新的噴口 穩定杆從側面移到底部，讓康格里夫火箭的質量分佈 氣動佈局推力軸線全部實現軸對稱 從根源上消除了側置尾杆質量偏心阻力高 流場干擾強姿態控制能力弱的氣動缺陷 說人話就是射程精度大幅提升 對於皇家海軍而言，新型號不僅火箭和尾杆可以分開存儲 發射前再組裝，於空間緊湊的軍艦上大大降低了存儲難度 而且新型火箭沒有側杆以後還能通過發射管發射 海軍的新型管狀發射架不再安裝在小艇中部 而是像圖中這樣固定在船舷上 發射時先通過支柱與仰角臂調節仰角 記下發射管在船尾的位置，然後抬起發射管，從尾部塞入火箭 這裏不用擔心仰角過大時火箭會滑出來 各位水手看發射管碎發機位置的剖面圖 這裡有一個線退彈簧阻擋火箭向後滑 火箭裝填完畢以後，將發射管尾部的卡箍夾具 夾在剛剛選擇仰角時確定的位置上 倒入碎發機引火藥，拉動碎發機點火發射 火箭的尾焰大部分吹在海裏 救生艇側面有可能被灼燒的部分提前包裹了銅皮 藍色海軍陸戰隊只需要美滋滋地站在小艇前部 就能避免被尾焰灼燒 而且當火箭沒有順利出膛時 只需要過去兩腳給發射管帶火箭踹海裏就行 安全性提高以後，不用整天擔驚受怕的 藍色海軍陸戰隊工作積極性也大幅提升 進而提高了新型康格里夫火箭的射速 插一句，和某些人口中大明朝領先世界的 黑科技單兵火箭發射器並未列裝不同 英國海軍陸戰隊真有類似的東西 就是圖中這個單兵碎發火箭發射器 發射完成以後還能當長矛用 倫敦塔同款正經19世紀的文物，不到7萬人民幣就能買回家 需要的朋友可以考慮一下 康格里夫爵士死後14年，1842年4月 軍械委員會批准了皮克林和烏爾維奇皇家實驗室首席火藥技師 炮兵中校丹西的改進方案 生產了最後一款以康格里夫命名的火箭 新型號所有爆炸彈頭改為黃楊木定時引信 並在彈頭頂部開口裝備黃銅螺塞 發射前，藍色海軍陸戰隊擰開黃銅螺塞 用專用的工具對著刻度尺，將黃楊木引信 鑽削到需要延時爆炸對應的長度 引信保留的越多，代表彈頭等待爆炸的時間越長 最後再向彈頭內灌裝起爆藥 火箭發射，燃料燒盡時點燃快燃導火索 火焰傳導到黃楊木定時引信中，點燃引信內的引火藥 待引火藥燒到引信底部後，點燃彈頭內的起爆藥，砰的一聲爆炸 雖然尾部穩定杆加可調節內置定時引信的組合 讓爆炸型康格里夫火箭看似擁有了更多的可能 比如全面取代海軍對岸攻擊艦上的舊炮 或者將其用作對艦攻擊武器 但現實很殘酷，最新型康格里夫火箭的精度 不僅遠沒有達到對艦攻擊的標準 甚至依舊大幅落後於對岸攻擊艦上的舊炮 各項性能始終落後於同期火炮 最突出的精度問題也一直沒能得到徹底解決 的康格里夫火箭，之所以能從誕生之日起 就在皇家海軍中穩定服役的原因是 在皇家海軍看來，它最大的價值其實 是能夠在幾乎沒有後座力的情況下 將炸彈與燃燒彈投送到二至三公里外 在康格里夫火箭出現以前 皇家海軍需要轟炸城鎮和堡壘，只能依靠為數不多 且每艘只有兩門舊炮的對岸攻擊艦 慢悠悠地發射開花彈和燃燒彈 在有了康格里夫火箭以後，隨便一艘軍艦 但凡有一大一小兩艘救生艇 十分鐘以內就可以在救生艇上架起火箭發射架 這意味著一夜之間，幾乎所有的皇家 海軍軍艦都具備了對岸轟炸能力 特別是像戰列艦這種救生艇多的 軍艦甚至能組織起二至三個發射組 此外，就算發射時出現嚴重的安全事故，最多也就損失一艘小艇 並不會像對岸攻擊艦那樣整艘軍艦都被波及 而且，雖然在海上發射康格里夫火箭時精度堪憂 但你架不住它量大管飽 每個海軍用雙聯發射架，1分鐘6-8發的射速比比發槍還要快 或許康格里夫火箭對於久經沙場且瞭解 火箭實際效能的歐洲老兵來說沒啥用 但有多少養尊處優的貴族老爺與普通市民 能在漫天怪叫拖著長長黑煙 隨時有可能把你家點了的燃燒火箭面前保留抵抗意志