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各种炮弹为什么外形不一样

军迷朋友都见过不少弹(和谐)丸的“长像”,记得当年看《军(和谐)武次位面》的时候有一期去科普枪弹。但crazy262没有展开讲,弹(和谐)丸拥有各式各样的外形会产生什么作用呢?下面我们细细讨论一下。

 

设计弹(和谐)丸时,第一要考虑的自然是如何减小空气阻力——阻力小打得远嘛,这个道理地球人都知道。说到减阻,首先要了解一下什么是“空气阻力”。弹(和谐)丸受 到的空气阻力,按产生原理可以分为三种:摩擦阻力、涡流阻力和激波阻力

 

▲Boundary layer就是“边界层”

简单地讲,摩擦阻力就是弹丸把周围的空气分子不断吸附到“身边”,形成一个薄薄的空气层(一般称为“附面层”),消耗了弹(和谐)丸动能从而形成的阻力

 

▲汽车速度远低于弹(和谐)丸,但后方依然会形成明显的涡流

只要弹丸速度达到一定数值(骑自行车的速度),就会发生空气来不及补充到尾部不断腾出的空间,因而形成尾部低压区,并伴随有涡旋产生的现象。这种现象一旦产生,弹丸的头尾部就有了压力差,形成向后的合力,即为涡流阻力(也称底部阻力)。

 

▲在这圆球头尾部出现的粗黑线就是“激波”了

激波阻力则弹(和谐)丸运动速度进一步增加到音速时,伴随着“激波”这种现象而产生的阻力。这种阻力在三种阻力中强度是最大的,一旦出现激波,弹(和谐)丸所受的阻力将会有突然的跃升,这就是航(和谐)空史上曾经的难题——音障。

 

▲物体比空气“跑得快”,头部的空气就被“堆积”起来了,阻力会陡然增大

激波的产生原因可以这样解释:弹丸速度达到或超过音速时,前面的空气就来不及让开了,迭加形成的一层浓密空气。一般情况下,发展完全的激波在弹(和谐)头、弹(和谐)尾和弹(和谐)带各处有一道强度较大的波面。每经过一道激波,压强、密度、温度都会升高,流速则下降

 

▲除明显的强激波外,气流每遇到一个微小的凹凸不平,都会拉出一道较弱激波

其中以弹(和谐)头部产生的激波最强(因为首先接触空气),气流经过弹头波面后压力增大,再加上尾部形成的涡流低压区,头尾部的压力差更加显著,仿佛弹丸顶着一把大伞在前进一样。顺着这个想象,不难得到这样结论——弹(和谐)头附近的激波面(伞面)越斜,阻力越小,反之则阻力越大。

 

 

▲尖头对空气的扰动小,所以激波强度也会降低

知道了阻力产生的原因,自然就可以想办法减阻了。减小摩擦阻力的方式比较简单,只需设法减小弹丸表面的粗糙度即可,粗糙度下降,对空气分子的吸附力减弱,被消耗的动能就少了。最常见,也是最经济实用的办法就是在弹(和谐)丸表面涂漆。涂漆最初的目的是为了防锈,但同时漆液靠在表面张力的作用下自动“填平”了表面上的凹凸不平,起到了减小表面粗糙度的作用。

(继续继续啦,最后再回答问题)

 

 

减小摩擦阻力其实无关弹丸的外形(只跟表面状况有关),但减小涡流阻力和激波阻力就与外形的关系很大了。减小涡流阻力的最常见招数是“尾部收缩”。普通榴(和谐)弹在弹带之后直径就开始逐渐减小了,这样处理可以让流经弹丸表面的空气先转过一个小角度,再到流动到尾部,更容易补充到弹底,从而可起到减小头尾部压力差的作用。而更典型的是迫击炮弹,其尾部(最大直径之后的部分)长度占整个弹长的比例很大,空气绕过头部流动到尾部更加平缓,也更加容易,头尾部之间的压力差就比直角状尾部形状要小很多。

 

 

▲美(和谐)制155mm榴(和谐)弹即采用底排装置减阻

另一种思路是“主动出击”——空气不是很难补充到底部吗?那就主动产生点气体呗!具体做法是在弹底部加装一个装有火药柱的“排气装置”,,在发射后点燃,产生火药气体补充到底部,从而提高底部压力,头尾部的压力差就小了,一般可以增程1/4到1/3左右。

至于减小激波阻力的办法就更简单了——把头削得越尖越好,头越尖,激波越弱,就好比前方迭加的浓密空气层被尖锐的弹(和谐)头“刺穿”了一样。

 

 

▲正在分离的弹托产生了明显的激波,穿甲(和谐)弹尖头部的激波则不明显

减阻只是弹(和谐)丸外形选择要考虑一个方面而非全部,否则把所有的弹丸都做成对速度要求最高的穿甲弹那样就行——那样一定能打到最远。但不同的弹丸担任的作用不同,比如榴(和谐)弹,总还得装上炸药去炸目标吧?细细一个尖头长杆能装多少?因此,外形选择要考虑的第二个方面就是弹丸的威力问题——要尽可能的多塞炸(和谐)药(对于炮来讲),或者把动能尽可能多的“传递”给目标(对于(和谐)木仓来讲)。

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