火炮初速的真相！一个虚拟的数字，如何决定战场上的生死精度？

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，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。