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观军 18小时前

电热化学炮!105 “小水管”如何做到威力堪比 125 坦克炮 ?

以下文章来源于 707 的爬虫之家 ,作者炮霸 707

有读者私信点题,让我写一下电热化学炮,普通火炮以及电磁炮之间的区别。

本炮霸以为,读者想了解的方向其实就是坦克炮上的那玩意。当今世界,电磁炮在坦克之上的应用不会那么快,因为这个身管 / 轨道的寿命以及电能供电的问题在短期内是不太可能在普通的坦克装甲车辆上得到解决的。

因此今天本文要讲清楚的主要问题就是电热化学炮相较于普通火炮的优势的。

优势嘛,说的简单点就是同口径的电热化学炮可以实现比普通火炮更大的炮口动能。说的再直白点就是可以用一根小水管实现大 niao 量……说的是谁,大家都懂的。

基于现有的工程思路,提高炮口动能的主要作用是将一根更大更重的穿甲弹芯维持在较高的着速之上。从降低某一厚度装甲的最小穿透速度和提高弹芯存速两个维度来提高穿甲威力。当然这里的较高着速,并不是要让炮弹初速超过 2000 米 / 秒。之前本炮霸讲过化学能火炮迟滞声速的问题,现在发射药的分子量太大,所以最终的弹丸初速存在瓶颈。另外由于气动加热以及弹芯强度的问题,弹芯的初速一般也会超过 1800 米 / 秒。最理想的状态是让一根更长更重的穿甲弹弹芯,将 2000 米外的着速提高到接近 1700 米 / 秒的水平,也就是弹芯初速接近 1800 米 / 秒,千米速度降减到 50 米以下。

那么问题来了,电热化学炮是怎么提高火炮初速的呢?

先来看一个公式。炮口动能 E = mv 。同口径意味着弹丸质量 m 相近、炮膛截面积 A 相同,在身管长度 L 相当的条件下,内弹道学中弹丸所受做功为:

W = ∫ p ( x ) · A · dx

炮口动能取决于膛压曲线下的面积(平均膛压水平)与燃气工质可释放给弹丸的能量。普通高膛压火炮在这一框架下撞到了三堵 " 天花板 ":

峰值膛压天花板:最大膛压受身管强度约束,现代高膛压火炮已逼近材料极限,靠继续抬高峰值压力增大做功已无空间;

化学能天花板:药室容积固定,能装入的发射药化学能有上限,且常规点火方式难以可靠点燃高装填密度、高能但钝感的发射药;

燃气音速天花板:常规火药燃气分子量较大、迟滞音速有限,弹丸实际初速被限制在约 2000 m/s 量级以内。

此外,常规火炮还存在固有的性能折损:点火具局部点火在装填密度大时易诱发压力波,且发射药初温敏感,为保证 40 ℃~+60 ℃ 全温范围可靠,必须降额装药," 由此带来的初速损失达 3%~10% 以上 "。

其实电热化学炮要做的就是:

通过电能的额外注入,提高推进剂的能量总量——每一次发射,用电热装置注入个总能量 10%~30% 的电能。一门 105 的小水管就能把炮口动能做的和 125 差不多。

用等离子体点火,来调控发射药的燃烧——同等峰值膛压下,平均膛压更高。说简单点就是把火炮的膛压曲线中的平台期增大一些,让膛压曲线的面积更大。

可靠点燃高装填密度 / 高能难燃发射药。同等药室之下可以装更多的能量,将其更多的转化为炮口动能。其实有人说那个啥小水管 105 有一步和二步之分。在本炮霸看来,一步其实先可靠解决高装填密度 / 高能难燃发射药的点燃问题,让火炮的炮口动能达到一个较高的水平,然后待等离子体发生器以及电源相关成熟之后,再实现真正的电热化学炮。

因为化学能火炮存在着火药燃气的迟滞声速的问题,所以用较低分子量的等离子体注入到火炮药室之中,是可以拉低整个火药燃气的平均分子量的,从某种意义上说,是拉高了整个炮弹初速天花板的。

最后嘛,等离子体的加入可以让火药燃气的燃烧更可控,更全面。从整体的维度提高了推进剂的能量利用率。

综上所述,电热化学炮就是利用以上五个特点将小水管的炮口动能整体拉高的。

当然,电热化学炮的应用只是新一代坦克提高火力的措施之一,还得逐步研发与之相配的穿甲弹,电热化学炮的等离子体注入装置,储能供能装置。与之相配的还得有个真正的全电底盘,否则哪有那么多电给电热化学炮的储能供能装置用呢?

假设用电热化学炮将 105 毫米坦克炮的炮口动能提高到现在 125 毫米坦克炮的水平,根据估算,只需要注入 1~2MJ 的电能即可。如果要维持 6 发 / 分的射击能力的话,得需要至少 200KW 以上级别的发电能力。看过本炮霸前段时间写现役坦克发电能力的宝子们都知道,现在的坦克撑死了也就是 20KW 的主机发电和 20KW 的辅机发电。是铁定不可能实现的。由此引申,电热化学炮的电力需求就够现代坦克喝一壶了,如果换成电磁炮的吧,一次发射就得 10MJ 以上的能力,把全世界的相关行业研究人员都弄死,也是铁定搞不出来现代坦克尺寸条件下的电磁炮系统的。

可别小看这个只达到 125 毫米坦克炮水平的炮口动能。要知道 105 毫米定装弹的弹芯是可以比 125 毫米分装弹的弹芯长的。在相同的炮口动能以及弹丸材料性能的前提下 105 毫米弹芯穿透某一厚度装甲的最小穿透速度是可以比后者小的。也就是说当 105 小水管的炮口动能达到现有 125 毫米坦克炮水平的时候,在全新穿甲弹配合下,坦克的火力是可以比现有三代坦克高的。

写到这里有人会问既然电热化学炮这么好,为啥西方人不接着搞下去呢?

这个问题嘛,其实不是西方人不搞,是他们现在对于坦克的关注,预期投入的资源以及军火商的既得利益是不支持他们调出现有坦克框架的。没有足够的上层意志和天量的资源投入,他们也就是埋头改改三代坦克的电源架构,没有足够的电咋支持电热化学炮呢?手头那些个军火商都在琢磨用最少的投入赚最多的钱,他们三代坦克的钱还没赚够呢,怎么可能投入更多呢?前几天吐槽美国人连 155 炮弹都搞不出来,就是想和大家说,现在的他们,眼里只有利益,至于国家缺不缺弹药,以后有没有能力和东大干仗是根本不会管的。

原理嘛就是这些,至于细节对不对得上,本炮霸是不背书的……

最近思路有点堵,有想看的选题就写在留言区。

各位晚安!

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