德意志之魂 写作资料和作者假设读者已知的历史知识 资料 火炮的膛压、身管长度、口径、弹丸、初速、射程、精度的关系

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火炮的膛压、身管长度、口径、弹丸、初速、射程、精度的关系。


我们一般将几个因素的影响效果进行对比的时候,都假设其他因素不变,以便于比较。


首先,我们从能量的角度来评价一下身管长度、口径、弹丸、膛压对初速的影响。 i


大家知道,弹丸离开炮膛,是发射药燃烧产生的火药气体推动的结果。但是火药燃烧产生的能量并不是全部用于推动弹丸前进,而是由很多部分组成,包括用于弹丸直线运动的动能、弹丸旋转运动的能量、未燃烧的火药颗粒及火药气体本身具有的能量、炮身及其他部分后坐的能量、弹丸挤进膛线的能量、火药气体传递给身管、药筒、弹丸的热能。由此可以看出,只有用于弹丸直线运动的能量才是有效功,其他的都称为次要功。内弹道学中有一个次要功系数,就是次要功与火药气体总能量的比例。次要功系数越低,弹丸获得的用于直线运动的能量越高,初速就越高。


弹丸是在火药气体的推动作用下运动的,根据动能公式E=0.5×m×v2,我们知道弹丸获得的能量越大,初速就越高。而弹丸获得的能量与膛压、口径、身管长度有关,膛压越高、口径越大,弹丸受火药气体的作用力就越大,身管长度越长,弹丸受火药气体作用的时间越长。很显然,提高初速的办法无非是提高弹丸获得的能量,和降低弹丸质量。


提高膛压显然是个有效的办法,可以使弹丸初速有明显的提高。提高膛压的办法很多,如增大药室容积,提高发射药的火药力f等。增大药室容积的办法,大家听说的比较多,实质就是多装火药。这是当前提高弹丸初速的常用方法,也是主要方法。提高发射药的火药力f,也是很有效的方法。这相当于提高了同等质量的火药能够产生的能量。


但是,膛压提高也会使身管的烧蚀增大,降低身管的寿命。过去,地面压制火炮一般寿命在3000发以上,二战期间,苏制某型122毫米榴弹炮甚至达到1万发。可是高膛压火炮的寿命很少超过1000发,有些高膛压火炮甚至只有数百发。有个说法,某型滑膛炮打一发穿甲弹,身管磨损1道。要提高身管寿命,一般采取的办法是降低火药燃烧的温度、加护膛剂、内膛镀铬等。


增加身管长度,实质上是增加火药气体对弹丸做功的距离,使弹丸获得更多的能量。如著名的105毫米坦克炮,发射穿甲弹的初速是1455米/秒,加长身管后初速达到1500米/秒。


在弹丸获得的能量一定的情况下,减小弹丸质量可以大幅度提高初速。比如美M68式105毫米坦克炮,破甲弹初速1173米/秒,弹丸质量约20千克,而穿甲弹质量约5千克,初速可以达到1455米/秒。脱壳穿甲弹能获得如此高的初速,主要原因就是大炮打小弹。


在次要功中有一个弹丸旋转运动的能量,还有一个弹丸挤进膛线的能量,这些主要是针对线膛炮而言的。而滑膛炮就没有这些问题,从而降低次要功,增加有效功。


增大口径也有相当的作用,这样做可以使火药气体对弹丸的作用面积增大,从而使弹丸获得的能量增加。120/125毫米坦克炮发展到现在,穿甲能力的提高已经接近了极限,要想进一步提高穿甲弹的动能,就必须要增大口径了。所以各国都在研究140毫米坦克炮。


其次,我们再来看看弹丸质量、射程、初速之间的关系。


初速和射程之间的关系比较好理解,提高初速,通常都会增大射程。


弹丸质量对初速有影响,弹丸质量大,初速就低,在一定距离内,射程就会降低。但是超出一定射程后,射程反而会增大。


再次,我们看看身管长度、初速、精度之间的关系。


我们知道,增大身管长度,可以提高初速,从而提高动能弹的威力。但是增大身管长度,也会使身管更易于弯曲,并增大发射时的横向振动,使弹丸散布增大,平均弹着点偏离预期命中点。提高初速,在对同一个目标射击时,又可以使弹丸飞行时间减小,从而减少受外界环境(如横风、纵风)因素影响的时间和效果。


如何使增大身管长度时,在提高威力和保持精度两方面保持平衡,始终是一个比较难解决的问题。在坦克炮、反坦克炮等对直瞄射击精度要求高的武器上,一般采取的方法是在身管外增加热护套、在炮口安装炮口基准系统。


由于自然界的日照、横风、降水等因素的影响,火炮身管的受热情况和散热情况都是不均匀的,通常是受太阳照射的一面温度高,迎风面温度低,直接受到降水冲刷的一面温度低。身管在受热、散热不均匀的情况下,就会向温度低的一面弯曲,从而使平均弹着点偏移。采用热护套后,会降低外界因素对身管散热、受热情况的影响,使身管受热情况趋向一致,降低身管的弯曲。如美国M68式105毫米坦克炮所做的试验表明,采用热护套后,弹着点的散布只有不采用热护套时的39%。


如何进一步提高精度?采用炮口基准系统是一个有效的办法。炮口基准系统一般由照射光源、炮口反光镜及其他机构组成。照射光源发出的光束,通过炮口反光镜的反射,进入瞄准镜视场中,这样,射手就可以随时在车内精确地观察到炮口的位置,从而对瞄准指标进行精确地校正,提高射击精度。


最后,我们再来谈谈脱壳穿甲弹。


大家都知道脱壳穿甲弹是当前对装甲目标射击的首选弹种,尤其是对复合装甲,效果很好。当前的脱壳穿甲弹都是尾翼稳定的次口径弹药。大家普遍认为,线膛炮发射的旋转稳定弹丸比滑膛炮发射的尾翼稳定弹丸散布小、精度高,那脱壳穿甲弹为什么还要反其道而行之?


这主要是提高穿甲弹穿甲威力的要求。


很多人都认为,穿甲弹的威力大小,主要评价指标是炮口动能。其实不然,真正评价穿甲威力的指标应该是弹丸单位横截面上的动能大小(比动能)。比如苏制44式100毫米被帽穿甲弹,弹丸质量15.88千克,初速887米/秒,炮口动能6.24MJ,比动能198.1MJ,2000米穿甲威力155毫米/90度;美M735A型105毫米脱壳穿甲弹,弹丸质量4.99千克,初速1473米/秒,炮口动能5.41MJ,比动能1076.8MJ,2000米穿甲威力350毫米/90度。105穿甲弹比100穿甲弹的炮口动能低,但是比动能增大约4倍,穿甲威力提高1倍以上。


所以,采用次口径弹丸,可以降低弹丸质量、提高初速、增大比动能,从而提高威力。要进一步提高穿甲威力,就要努力减小弹丸直径,提高长径比。但是,在提高长径比的问题上遇到了这样的问题。开始,各国也是用线膛炮发射旋转稳定的脱壳穿甲弹。但是旋转稳定弹丸的长径比不能大于5,否则将因为极转动惯量的减小,赤道转动惯量的增大,失去飞行稳定性。而尾翼稳定的弹丸,其飞行稳定性取决于空气动力合力的作用点(压心)和重心的相对位置,长径比可以做得很大。于是从上世纪60年代开始,各国相继采用了尾翼稳定的脱壳穿甲弹,保证了威力的不断提高。美M735A型105毫米脱壳穿甲弹,长径比已经达到12,目前,脱壳穿甲弹的长径比已经可以达到30。


显然,脱壳穿甲弹的长径比与火炮身管长度与口径之比没有任何关系,也无法进行类比。火炮身管长度与口径之比影响的是初速,该值越大,初速越大;而穿甲弹的长径比影响的是穿甲威力。至于说什么身管长度与口径之比越大,身管磨损就越严重,理由并不充分。对线膛炮而言,真正磨损严重的是身管的两头,膛线起始部和炮口部分。真正对身管的磨损和烧蚀影响严重的是膛压的高低和火药燃烧的温度,而不是长度与口径之比。说到国产99式坦克炮是5根身管,就简直是无稽之谈。怀疑作者是不是把身管外的热护套和抽气装置当成了身管,热护套和抽气装置加起来正好是5节。

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