战场杀器，我国坦克炮出膛速度1800米/秒，为啥能做到这么快？

今天还是一个粉丝在留言里面问到的问题：

当时谈到了我们的坦克炮初速可以达到1800米/秒。也就是可以以将近马赫5的速度出膛。大家就对坦克炮的速度有了很大的兴趣。

今天咱们就来说说如何提高火炮的出膛速度，以及什么是次口径弹。

要想了解这个问题，就先得知道火炮的基本原理。枪炮同源，因此火炮的原理和枪支的原理基本相同。

大部分火炮都是依靠发射药燃烧产生的高压将弹丸推出密闭的炮膛。

在这里面就有几个“量”需要我们了解了。

第一个就是发射药在燃烧的时候能够在炮膛内部产生的最大压力

发射药在炮膛内产生的最大压力其实很好计算，只需要计算一定单位的发射药在燃烧的时候所释放出的气体体积和在炮膛内空间的比值就可以近似的进行计算。同时发射药在一开始燃烧的时候产生的气体就已经开始推动炮弹前进，这时候炮膛的空间就随着炮弹的移动扩大，这里面一方面空间变大降低了炮膛内的压力，另一方面体积变大，发射药燃气的温度也被进一步降低。因此在发射炮弹的时候炮膛内的压力随着时间会出现一个峰值这就是最大膛压，同时炮膛内的压力会随着时间迅速降低。

如果你仔细看上面的图片会发现出现最大膛压之前还有一个小的峰值，这是发射药没有燃烧尽自身占据炮膛空间所带来的一个压力峰值，这个测算本来还有其他的用处，但和今天的主题没太大关系咱们就不讲了。

按照粉丝的说法来说，增加发射药，的确是可以提高最高膛压的。

基本上是遵循着等比的原则。加入的发射药数量和基准发射药量所造成的膛线压差有严格的比例关系。

但是一味的增加发射药会导致膛压过大，如果大于了炮膛能承受的最大压力，这时候炮膛就会变成一枚炸弹直接爆开。

当然了，现代火炮和发射药的配比都经过提前计算了，大部分情况下就是即便发射药填满炮膛也炸不开炮膛。

第二个则是弹丸在炮膛内所受到的加速度和加速时间。

在我们有了膛压的概念后，我们可以换算出炮弹所受到的推力。怎么算？和大家说说：

对于火炮来说，我们可以认为火炮是一个封闭的容器，炮膛内部所有方向的压力都是相等的。在发射药被点燃的时候炮弹是在炮管中滑动的。那么炮管内部截面上的压力之和就是炮弹所受到的推力。

加速度=？a = F/M 对吧？这件事按照牛顿第二定律就可以推导出来。

炮膛内的最大加速度A也就等于炮弹底部所受到的推力（F）除以炮弹的质量（M）。

当然了A在整个火炮发射的过程中是一个不断变化的数值，这个变化参考膛压变化曲线。不过这件事并没有太多影响，今天也不讨论。但是在这里我们就碰壁了，加大压力可以让炮弹受到的加速度更大，离开炮口的速度也就更快，只不过我们为了不让炮膛成为一枚炮弹，压力的增加就有了上限。

我们还可以怎么做呢？——加大炮口口径。原因是在同等压力下，受力面积越大F=pS嘛。

在膛压p不变的情况下，一枚100mm炮弹所受到的推力是一枚60mm口径炮弹的2.7倍，也是一枚75mm口径炮弹的1.7倍。

这样一来似乎加大口径就可以提高出膛的速度。但是在现实中，这件事并不是这样的，加大了口径在膛压不变的情况下炮弹反而初速更低了。

原因就是推动炮弹的力F和口径的平方成正比，而炮弹的重量则是和口径的立方成正比。

这就导致了炮弹重量M也同期扩大了。咱们来计算一下：

先回到早期火炮的球形状炮弹。

炮弹的受力截面S= π X口径平方 /4，炮弹的重量则是 M=弹丸密度 X 4/3 X π X 口径的立方 /8

100mm口径的炮弹初速度仅仅是60mm口径炮弹的60%，射速不高射程也不远。这种东西也有应用就是——臼炮。

如果想增加这种大口径火炮的射程、初速就又回到老路上了，需要增加膛压。

刚刚不是说膛压有上限吗？那是对于炮膛厚度一定的炮膛，膛压才有上限。炮膛的厚度增加，膛压就可以扩大了。

世界上巨炮千千万，人类在加厚炮膛后多大的炮都造出来过！

问题很多的小明就会提问了，这么大的炮打坦克？如果可以打中，别说是坦克了，就是坦克厂都能变成零件。

但大口径火炮装弹速度慢，观瞄距离远，打坦克纯属靠蒙。

二战德国就开始搞了一种弹药，靠的是偷工减料的方法：

用很小口径的火炮来打坦克。

这就是锥形膛炮。

炮弹在渐渐变细的炮管内被逐步压缩，最终以超高的速度飞出。原理如果大家前面读懂的话就会知道了。所谓的锥膛炮，就是利用相对较大口径发射相对较小的炮弹。在发射前期炮弹的截面很大，所受到的炮膛压力也极大，于是炮弹获得了极大的加速度，出膛的速度也就极快了。等到发射的末期，展开的部分被炮口压缩，又获得的极小的空气阻力可以以相对较高的速度飞向目标。

其实就是扩大了炮弹的截面积S，获得了更大的推力F。从另一个角度上看，则是把一枚更大口径的实心弹头在不影响截面积的前提下进行了减重。

二战德国在锥膛炮的研究上取得了很好的成绩，但是锥膛炮在炮管前端重锻的过程中还是产生巨大的摩擦力消耗了大量炮口动能。

于是大家的思路就又变了——这时候次口弹就出现了。

不就是为了获得相对较大的炮弹截面积S吗？用轻量材料把炮弹裹起来可不可以？这个思路就是可行的思路了。做一个弹托，把炮弹嵌入炮管，在炮弹离开炮管的时候弹托脱落。

这样一来相对小口径的穿甲弹弹芯在弹托的作用下也可以获得极大的加速度。而钨钢、贫铀等材料制造的弹芯密度极大，也就集中了火炮所赋予炮弹的绝大部分动能。既获得了极高的初速，又在空气中只有很少的阻力。

这种做法其实已经是传统发射药火炮的最优解了。继续再优化的火炮就已经脱离了传统火炮的领域。例如电化学炮：

它是靠在发射药点燃之后依旧向炮膛内喷入液体发射药，让炮膛始终维持发射药燃烧，这样就维持了较高的膛压，让炮弹在炮管中全程获得较大的推力，从而提高出膛速度。咱们在这方面研究也是相对领先了，不仅仅出膛速度达到六倍音速以上，而且每秒钟可以射出三枚炮弹。

另一个就是大家喜闻乐见的电磁炮了，道理一样，也是一直通电让弹丸获得稳定的加速度。

后期发展趋势则是电磁炮上舰，电化学炮上坦克。