水滴石穿藏玄機，竟是激波在穿石，借鑑原理打造無炸藥的爆炸穿甲彈【萌萌戰隊】

我們經常用水滴石川來形容堅持不懈集中力量 去達成目標的頑強精神 但水滴石川的作用機理 長期以來被認為是水和石頭撞擊點的表面摩擦 以及撞擊面上的碳酸鈣、水和二氧化碳的化學反應 所共同導致的溶解玻璃作用 但這始終缺乏可靠的證據支持 而一項新的實驗終於發現了更為明確的證據 證明石頭是被激波震碎的 這個實驗的原理十分簡單直白 就是製備一塊由鋸二甲機歸氧完 結合膠連而成的高彈性透明硅膠 並在其中加入直徑30微米 帶低濃度螢光劑的聚苯乙烯顆粒 同時用片撞擊光束從側面照射 一旦硅膠頂面受到物體撞擊 就會使局部的螢光劑顆粒密度提高 發出較亮的失蹤螢光 以指示材料中剪切硬粒的分佈 撞擊過程則用每秒4萬幀的高速攝影機記錄 從而將撞擊點附近的剪切硬粒變化過程可視化 因此該裝置被稱為高速硬粒顯微鏡 如果讓鋼珠從一定高度掉下來擊中硅膠 高速攝影機圖像顯示 高亮度的螢光雖然在撞擊的過程中 範圍有所變化 但斜影區域始終保持在撞擊點下方 說明硅膠中剪硬粒增強的範圍是侷限的 同時根據高亮螢光區邊緣的移動速度判斷 撞擊點形成一道以介質聲速向下運動的 它一邊向下運動 一邊擴散衰減 使撥面掃過的硅膠受到擠壓 硬粒增強 在衝擊瞬間形成跟隨撥面擴大的螢光區 接下來把鋼珠換成水滴再次撞擊硅膠 發現攝影機圖像上的高亮螢光區域 在向撞擊中心點外側移動 並且高亮區域邊緣的移動速度超過了介質聲速 說明水滴在撞擊中心製造了一道壓縮波 同時隨著水滴沿鏡像膨脹 衝擊面擴展 又形成了連續的環形壓縮波 導致撥面層層疊加 壓強出現躍變 成為一道腕形的正擊波 撥面在擴大的同時以超過硅膠的聲速向下運動 製造了超音速擴大的硬粒增強區 因此被水滴撞擊的表面 硬粒並不是集中在一個點 而是隨著擊波掃過變成一個面 所以更容易在撥面的超壓下崩解 形成凹坑 可見水滴石川實際是擊波的功勞 同時 水滴在摔扁的過程中 內部的壓縮波也疊加成一道腕形正擊波 以超過水的聲速向上運動 又造成水滴再軸向上受到強烈擠壓 急速橫向膨脹 瞬間突破錶面張力變成碎片飛散 這被稱為橫向效應 利用這一原理 就可以把唯一穩定脫殼穿甲彈鋼製 或烏合金的穿甲錫杆 加工成中空的管套 裡面填充塑料貨履 就變成了橫向效應增強彈 縮寫為Pellet 這種穿甲彈撞上目標時 就像水滴撞上石頭 在撞擊面上會形成一道平面正擊波 以超過戒指聲速在管芯中向後運動 而目標裝甲中 則有一道弓形正擊波向前運動 但和水滴不同的是 由於管套的硬度要高得多 撞擊時會產生比管芯更強的擊波 從邊緣向中軸線運動 進入管芯後 撥面就與平面擊波交會 這兩道擊波將掃過的管芯瞬間壓縮 導致管芯像水滴一樣 急劇沿徑向膨脹 將管套撐破 變成橫向散開的沙雙碎片 同時管套膨脹的過程 又形成了一系列膨脹波 同樣沿徑向運動追趕前面的擊波 這股膨脹波速度更快 其前端很快就追上了管芯的兩道擊波 並疊加將其削弱 而目標裝甲內的弓形擊波 運動到了金屬空氣的自由界面時 也反射成為膨脹波向管芯運動 於是和管套邊緣而來的膨脹波尾端 合力將強弩之末的擊波卸載 至此管芯就不再膨脹 所以膨脹波的作用 是讓矽杆的橫向效應沿軸向減弱 因此選擇合適的管套材料 就能控制擊波和膨脹波的軸向移動速度 從而在較大穿深 和較強橫向破片後效之間取得平衡 從原理看 雖然矽杆在撞擊時不斷壓縮 造成穿深的極大損失 但對輕裝甲車輛來說 矽杆穿透後 管套就會在橫向效應下 崩解為橢球狀破片雲 車裡將如人間煉獄 因此橫向效應增強彈 雖然沒有炸藥 但它卻能帶來 直接像車裡扔手雷一樣 做夢也無法想像的終極殘暴