彈道學 【彈道學】為甚麼炮彈里裝得不是炸藥？複雜的裝填條件 (其一）

相信不少人都曾有過這樣一個疑問 火炮的炮彈一個個看上去都那麼重 那黃銅製成的彈殼裏頭想必都塞滿了發射藥吧 如果不是往炮彈裏裝費拉不開的消化纖維 而是給裏頭裝上點武德充沛的三消基甲本 或者是著名的硝酸甘油 那豈不是隻需很小的劑量就可以達到和原先相近的威力了嗎 這樣一來因爲炮彈內裝的發射藥變少了 彈殼的尺寸也會變小 炮彈的總體重量自然也會輕不少 但爲什麼人們不這樣做呢 在彈道學中對於火藥的威力 通常採用火藥力這一指標來表示 其物理意義爲1000克該火藥 其反應生成物在一個大氣壓下 溫度由0升高到T1時膨脹所作的功 因此火藥力越大 釋放出同等動能所需的火藥量也就越小 炮彈的重量自然可以做得更輕 毫無疑問 現代的無煙火藥相比過去的黑火藥 其火藥力提升的可不止一點半點 因此使用現代無煙火藥的步槍彈 相比他們的前輩們 在尺寸與重量上自然也減輕了不少 但不知各位有沒有發現這樣一個問題 雖然無煙火藥早在1886年就被運用在步槍上了 但其在戰列艦主炮上的運用則要晚許多 甚至到了1894年甲午中日戰爭的時候 大清的北洋水師還在使用黑火藥 作爲戰艦主炮的推進劑 而此時代清陸軍卻早已裝備 使用無煙火藥槍彈的快利步槍了 爲什麼大口徑火炮發射藥的發展 比步槍發射藥慢這麼多 其實不光是19世紀末的武器 直到今日各國的大口徑榴彈炮加農炮中 依然有相當部分還在使用火藥力較低的 單機火藥來作爲推進劑 之所以會存在這一現象 關鍵其實在於火藥燃燒的溫度 我在介紹內彈道學的第四期節目中 曾簡單提到過 火藥燃燒時所產生的熱量 是怎樣影響炮管內彈壓的 而火藥所能產生的火藥力 在很多時候也和其產生的熱量成正比 比如低火藥力的消化纖維 與含有降溫物質的雙機發射藥 其火藥力大約爲每公斤1000千角 燃燒溫度則約爲2600-2800開爾文 而三機發射藥與高含彈量的消化纖維 火藥力可達1100千角 燃燒溫度也上升到約2800-3200開爾文 而到了雙機發射藥 混合脂這類高能火藥 其火藥力可高達每公斤近1200千角 燃燒溫度也相應地升高到3200開爾文以上 過高的燃燒溫度對炮管的燒石是致命的 因爲無論你多厚的炮管多抗壓的材料 金屬的熔點永遠擺在那 因此隨着武器相對裝藥量的增加 炮管所需承受的溫度也會不斷升高 這時低能量的火藥便有了擁武之地 我們將同一種火藥的火藥力 與燃燒溫度之間的比值稱爲溫度係數 而低能量火藥的溫度係數往往要比高能量火藥小 這就意味着低能量的火藥隨着燃燒溫度的下降 其與高能火藥相比 彈壓和初速的變化會更不明顯 因此對於低溫初速較小 高溫彈壓不高的火炮而言 在滿足了特定條件後 使用低能量火藥的方案 往往會取得比高能火藥更優異的綜合彈道性能 這纔是爲什麼現如今部分大口徑加農炮 榴彈炮 會特意選用低能量火藥的原因 實際上視頻開頭提到的消化甘油 在彈藥領域並非沒有運用 如雙基火藥的主要成分 便是消化纖維與消化甘油的混合物 在添加消化甘油後 其擁有遠超普通無煙火藥的火藥力與燃燒溫度 同等火藥力下也擁有更小的質量和體積 因此被廣泛運用於各種滑糖火炮 低糖壓火炮 以及各種手槍彈 迫擊炮 炮彈上 如著名的9×19mm巴拉貝盧姆手槍彈 便是世界上最早使用雙基火藥作爲推進劑的彈藥之一 而低含能量的單基發射藥及消化纖維 則通常運用於相對裝藥量較多的場合 如步槍子彈 各種加農炮 榴彈炮的彈藥 嗯 你問我爲什麼同爲單兵輕武器 手槍子彈會和迫擊炮炮彈劃在一起 而步槍子彈則被劃到和加農炮炮彈一起 這其實剛好又點出了我下期節目的主題 即不同火藥力下彈種系數與裝填密度的選擇 而這就是一個又一個永遠講不完的故事了 以上就是本期節目的全部內容了 感謝收看 我是Franklin 我們下期再見