
看了这些火炮射击的场面,是不是感觉非常震撼啊?其中还有几个高速摄像的慢镜头,让咱们可以把炮弹出膛的状态,都能看清楚。

炮弹在这一瞬间的速度,是不是就是咱们常说的初速呢?如果粗略地理解,这么讲也可以,但严格意义上的初速,并不是炮弹在炮口的真实速度。咱们来看一下教科书上是怎么定义的。

这一页列出了很多弹道学的术语和符号,看这里,初速的定义,是“射出点的速度,对于枪炮弹丸来说,是根据弹道实测速度外推到炮口那一点的速度,对于火箭来说,必须严格取半约束期结束那一点的速度”。是不是感觉有点绕?要理解这个概念,需要先讲一讲“半约束期”和“后效期”,“半约束期”简单的讲,就是炮弹一半出了膛,另一半还没出,完全没出,叫“约束期”,完全出了,叫“自由飞行期”。
这个“半约束期”一结束,炮弹出膛了,火药气体也跟着喷出来了,但是在一段距离内,这些火药气体仍然比炮弹速度快,还能继续推动炮弹加速,这一段就叫做“后效期”。也就是说,炮弹的最大速度,并不出现在膛口,而是在离开膛口的一段距离上。如果画出炮弹速度随距离变化的曲线,就是这个样子。现在麻烦就来了,因为这一段的时间很短,流场又非常紊乱,对炮弹的作用很复杂,要精确描述这个推动作用,要真正去定量研究炮弹的运动规律,怎么处理这个后效期,就变得十分棘手了。
但不考虑这一段又不行,因为后效期的增速效果,大约有1%-3%,这足以引起比较大的射程误差了。为了解决这个问题,就得用一个迂回的办法。看这个图,把这个速度随距离变化的曲线,沿着反方向逆推到膛口,这个速度,才是真正意义上的“初速”。这样定义以后,就可以认为,炮弹以初速出膛,只受空气和重力作用,没有后效期,但最后形成弹道是一样的,这就把后效期那一段复杂的运动状态,给规避掉了,我们就能用一个统一的,相对简单的方程组,来描述炮弹的运动。
这个方程组,写出来是这样的,这是一个最简单的形式,这样呢,计算弹道才成为可能。注意啊,初速这样定义,就意味着,对于带身管的枪炮来说,初速是一个虚拟的速度,也是整个弹道上,实际达不到的一个速度。但对于火箭弹来说,就不是这样了,回想开头的定义,对火箭弹做了专门的描述,要严格的取半约束期结束时的速度,也就是说,火箭弹的初速,就是真实的实际速度,因为火箭弹虽然也是以火药为动力,但它是向后喷,通过反冲作用来加速的,火药气体始终都被甩在身后,所以就没有后效期,当然也就用不着去迂回了。
那么,怎么才能测量到这个初速呢?最直接的办法,就是在离炮口足够的远的距离上,测量两个点的速度,然后拉一条直线,反推到炮口处,但实际上测一个点就够了,然后通过“西亚切近似解法”,用查弹道表的方式,同样能获得高精度的初速,这个解法,推导起来比较复杂,大家知道有这么回事就行了。那么,这一个点的速度,又该怎么测呢?最简单的,就是区截法,量一段合适的距离,比如2米,两端放上能计时的感应装置,测出炮弹飞越的时间,距离除时间,速度就有了。
但这是这一段的平均速度啊,不是一个点的速度啊?因为这一段距离短,速度可以近似认为是线性变化的,那么这个平均速度,就是这一段中点的速度。具体的计时装置,常见的就是天幕靶,就像两台冲着天的相机,炮弹从上方掠过,进就镜头的光通量减少,就会触发一个信号,得到两个信号,就测到了时间。更高级一点的,还可以用测速雷达,利用多普勒原理来测速,雷达就不是测一个点了,而是可以测全弹道的速度,一般是在要求比较高的时候用,比如武器的研发过程当中。
这些装置,如果要求不高,淘宝上就能买到民用版本,也不算贵配资平台和配资炒股配资,可以用来测弓弩和弹弓。初速测量在军事实践中是一个非常重要的内容。编制射表,就需要做大量的初速测量,这样才能把射表编得更准。在部队执行战斗任务之前,也需要先测一测枪炮的初速,这样才能在作战时进行修正,否则射击精度就难以保证了。另外,初速还是火炮和枪械的寿命是否终止的一个判断标准,如果初速下降量达到一定程度,就可以考虑报废了。总之,初速这个经常被提到的词,其实并不那么简单,看了今天的视频,相信你会有更加深刻的理解。
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