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火炮的炮管是不是越长越好?

时间:2017-10-08 15:37    来源:未知    浏览次数:    作者:常州新闻网 字号:TT

  首先,我们从能量的角度来评估一下身管长度、口径、弹丸、膛压对初速的影响。

  大家知道,弹丸分开炮膛,是发射药燃烧产生的火药气体推动的成果。但是火药燃烧产生的能量并不是全体用于推动弹丸前进,而是由很多部分组成,包含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自身拥有的能量、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,其余的都称为次要功。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,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方法,可以使弹丸初速有显著的提高。提高膛压的办法许多,如增大药室容积,提高发射药的火药力f等。增大药室容积的措施,大家据说的比较多,实质就是多装火药。这是当条件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,也是很有效的方法。这相当于提高了平等质量的火药可以发生的能量。

  但是,膛压提高也会使身管的烧蚀增大,降低身管的寿命。从前,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,本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。

  在弹丸取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。好比美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,初速可以到达1455米/秒。脱壳穿甲弹能获得如斯高的初速,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,穿甲才能的提高已经亲近了极限,要想进一步提高穿甲弹的动能,就必需要增大口径了。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联比较好懂得,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,射程就会下降。但是超越一定射程后,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,使弹丸分布增大,均匀弹着点偏离预期命中点。提高初速,在对统一个目标射击时,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,在提高威力和坚持精度两方面保持均衡,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,一般采用的办法是在身管外增加热护套、在炮口装置炮口基准系统。

  进步射程的手腕有两种,一是提高火炮初速,二是减小弹丸阻力。但是为了战备和简化后勤的需要,通常很少修改弹丸。在弹丸阻力一定的情况下,提高射程就只能通过增加火炮初速来实现。内弹道学原理告知我们,火炮射程和初速可以通过以下两种手段得到提高:一是增大发射药装药量,也就是增加弹丸发射时火药能量;二是延长身管长度,也就是增加弹丸被火药燃气加速的时间。但是,火炮药室容积(影响装药量的主要参数)和身管长度并不是能够随便选择的。通常情形下,科研职员在设计一种火炮时,会首先依据预先制定的火炮性能指标所给出的口径、弹重、初速等初始前提,选取恰当的最大膛压、药室扩展系数和炸药种类,以此为出发点盘算出火炮所需要的装药量。装药量的增加可以通过增加火药装填密度或者增大药室容积来实现。装填密度和药室容积都不是能无限制增大的,过高的装填密度会影响发射药焚烧的均一稳定性;而过大的药室容积会导致火炮炮尾结构重量和体积超标,影响后坐及俯仰动作。一旦设计人员肯定了公道的药室容积,除非涌现特殊情况,否则这个参数在火炮的整个发展和改良周期中都将固定不变。因为一旦药室容积发生变化,就意味着整个弹药系统构造都要重新设计,这是火炮设计人员所不能接收的。相对于药室容积的变化,火炮身管长度产生改变对弹药的影响很小。但是转变身管长度就会引起火炮外弹道特点的变化,身管长度还受到资料和加工工艺程度等因素的限制。另外,身管长度过大也会导致火炮体积和战斗全重增加,进而影响火炮灵活性能的施展。

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