lordkon wrote:
德國最新的是130mm...(恕刪)
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dfxldm wrote:
蠢啊，炮口初速这东...(恕刪)
一群軍盲裝內行! 以下是科普學園的說明:
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砲彈到底能飛多快
時間:2012-11-23 點擊率:39483
砲彈到底能飛多快
魏叔如
人們常用跑得像砲彈飛一樣快來形容百米賽跑世界紀錄保持者牙買加“飛人”博爾特。可是，砲彈到底能飛多快? 並不是所有人都清楚。這裡先給大家介紹一個數量上的概念，普通槍砲的彈丸飛行速度為(按照慣例，這裡指彈丸離開砲口時的初速度)：步槍600--900米/秒，狙擊步槍1000--1200米/秒(也有極個別達到1450米/秒的)，迫擊砲200--400米/秒，榴彈砲800--850米/秒，加農炮(還有高射砲)900--1000米/秒，坦克炮1500--1700米/秒。這就是說，在現役的槍砲中，彈丸的初速沒有超過2000米/秒的。
為什麼彈丸的速度會有一定的限制呢？這裡既有作為武器在戰術上的限制，還有在驅動原理上的固有限制。這是因為普通槍砲的彈丸是由火藥燃燒產生的高溫高壓氣體來驅動發射的。在發射過程中，彈丸受火藥氣體的驅動沿著砲管一直在加速，因此，砲管越長，其離開砲口時的速度也越高。但隨著彈丸的加速前進，推動它的火藥氣體由於體積的膨脹而壓力降低，當壓力降到與彈丸和砲管的摩擦及彈丸所受到的其前方空氣阻力之和相等時，彈丸的加速也就停止了(這時，火藥氣體的速度達到最大，也可能已經達到極限速度。這一點下面還要講到)。為了延緩這一時刻的到來，人們可以增加裝藥量以增加砲膛中火藥氣體的初始壓力，而為了防止炮體的損壞，人們要設法進行加固。這樣造出來的砲(槍)，雖然彈丸的速度可能是提高了，但這個又長又笨的傢伙機動性能極差，是不能當武器使用的。這就是戰術要求對普通火砲(槍)的限制。那麼，什麼是其驅動原理上的固有限制呢？現代火砲(槍)的發射藥是以硝化纖維或硝化纖維加硝化甘油為其主要成分的無菸火藥，其中含有碳、氫、氧、氮等元素。當火藥燃燒時，產生由這些元素組成的氣體產物，其平均分子量與空氣的平均分子量差不多。由於聲速(這裡指聲波在火藥氣體中的傳播速度)與氣體溫度的平方根成正比，而與氣體平均分子量的平方根成反比。所以，火藥氣體的聲速並不很高。我們又知道，當火藥氣體驅動彈丸加速時，在砲(槍)管中經歷了一個在空氣動力學中被稱為“一維非定常膨脹”的過程。在這個過程中，驅動氣體一邊膨脹一邊加速，但其速度不會無限增加，而是有一個極限值。這個極限膨脹速度在砲膛無限長、氣體為理想氣體且無傳熱和摩擦以及向真空中膨脹等條件下，是其膨脹前聲速的3-10倍(這個倍數與驅動氣體的種類和溫度有關。例如，對於氦氣是3倍，對於氫氣和空氣是5倍。對於火藥氣體，則因其成分和溫度不能完全確定，導致其倍數不能簡單確定，但大體在5-10倍的範圍裡)。此理想化的極限膨脹速度，相當於流體的全部能量轉變成流動的動能，那當然是不可能的。因此，實際的極限膨脹速度要比這個值低許多。當驅動氣體的膨 脹速度達到極限時，彈丸的速度也就達到極限了。正是這個極限膨脹速度，成了提高普通火砲(槍)彈丸速度在驅動原理上的固有限制。聲速較低的驅動氣體,除了其極限膨脹速度較低以外,當它膨脹推動彈丸前進時,壓力下降得也要更快一些。因此，科學家和工程師們為提高砲彈的飛行速度，除改進製造槍砲的材料，使其能經受更高溫更高壓的火藥氣體外；還千方百計改進火藥的配方，企望得到高溫低分子量(即高的聲速)的火藥氣體。可惜這種努力成效不大。有人為試驗火砲彈丸到底能達到多高的速度，採用了藥量盡可能大的特殊配方火藥、特別加固加長的砲體及較輕的彈丸，最後達到大約3.6千米/秒的速度。也許，這就是普通火砲(槍)所能達到的最高速度了!
在自然界中氫和氦是分子量最低，聲速很高的氣體(通常稱它們為輕氣)，很適合作為彈丸的驅動氣體使用。可是，高溫高壓的輕氣，不可能像火藥氣體那樣通過某種固體化合物的化學反應(燃燒)來產生。於是，二級輕氣炮的構想出現了：即利用普通火藥推動活塞壓縮發射前充進砲管的輕氣(此為第一級)，再用被壓縮至高溫高壓的輕氣去驅動彈丸沿砲管從砲口射出(此為第二級)。人們用二級輕氣炮輕鬆地將彈丸加速到第一宇宙速度(7.91千米/秒，又稱它為地球衛星速度)，並已達到略高於第二宇宙速度(11.19千米/秒，又稱它為逃離地球的逃逸速度)的11.28千米/秒。但是，這樣的龐然大物在實驗室作為發射器將彈丸(模型)發射至超高速以進行氣動物理、高速碰撞和高壓物理試驗是可以的，而作為武器搬到戰場上去使用顯然是不合適的。因為，除了笨重之外，裝卸活塞、填充輕氣和夾取膜片也很費時、費事的。況且，二級輕氣炮畢竟也是氣體驅動炮，也有其極限膨脹速度的製約。
提高砲彈的飛行速度一直是科學家和工程師們追求的目標。因為有了高的速度，不僅可以提高武器的命中率(特別是對移動目標)也可提高其反防護和反裝甲能力。既然氣體驅動炮的潛力已幾乎挖盡，於是人們轉而探索其它的驅動原理，電磁炮就是其眾多探索中的一個。
電磁炮是用電磁力代替火藥氣體來驅動加速彈丸的砲。其原理與電動機相似，不過，其運動部件不是旋轉的轉子，而是直線運動的彈丸。因此，有人戲稱電磁炮為直線運動的電動機。雖然，利用電磁力來驅動彈丸的思想早在19世紀就有人提出，但第一個明確提出電磁炮概念的是挪威人伯克蘭。他在1901至1903年間先後製成兩門電磁線圈炮，分別將500克彈丸加速到500米/秒和10千克彈丸加速到100米/秒。第二門砲，至今仍陳列在奧斯陸博物館裡。與氣體驅動炮不同的是，電磁炮的彈丸初速沒有極限，在理論上可以達到亞光速。正是因為這一點，它一直受到相關方面的重視。可是由於沒有找到合適的大功率脈衝電源，電磁炮概念提出後的60-70年間，雖然人們做出許多努力，也取得了一些成就，但並未取得突破性的進展。以緻美國空軍的一個研究所經過反复論證，於1957年得出“電磁發射根本行不通”的結論，使電磁發射研究陷入困境。這一局面直到1970年代才被打破。在1970年代後期，澳大利亞國立大學馬歇爾教授研製成功單極發電機並用它製成一門電磁炮，將3.3克的聚碳酸酯彈丸加速到5.9千米/秒。1982年，他又製成一門威力更大的電磁炮，將2.2克的彈丸加速到10千米/秒。同一時期(1980年)，美國人也用電磁炮將317克的彈丸加速到4.2千米/秒的速度。這些結果徹底消除了人們對電磁發射發展前途的疑慮，重新點亮了人們的希望之光，引起各國學界和工程界的重視，紛紛投入大量的人力物力進行開發研究並取得了重大進展。近幾年來，研製並試驗了各種不同類型的電磁炮。其中，最接近實際應用的是，今年美國海軍在弗吉尼亞州諾福克進行試驗的電磁軌道炮。據媒體報導，在2012年2月底之前的一周內，他們進行了六次試驗，砲彈最高速度達到時速9010千米(2.5千米/秒),是聲速的7倍以上(在25攝氏度常溫時，空氣中的聲速是347.1米/秒), 射程超過160千米，遠遠超過現役火砲。除了砲彈初速和射程外，電磁炮與傳統火砲相比，還有安全、隱蔽、花費少、載彈量多、命中率高、破壞力強等等許多優點，因此有人認為它將是21世紀的主力大砲。
話又說回來，博爾特在2009年8月16日柏林田徑世錦賽上，創造的百米賽跑世界紀錄是9.58秒，其平均速度為10.4384米/秒。槍砲中迫擊砲砲彈的初速最低(200--400米/秒)，但也是其19.16—38.32倍!人們說他跑得和砲彈飛一樣快，僅僅是文學上的誇張說法而已。
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