更大的炸弹,同口径的榴弹炮和迫击炮相比?
同口径的榴弹炮弹威力显然比迫击炮弹威力大,比战斗头部重量、装药量就一目了然:
155mm榴弹炮弹底凹弹约45.5kg,底排弹约47.5kg
160mm迫击炮弹榴弹全重约41.12kg
122mm榴弹炮弹约33.4kg
120mm迫击炮弹约13.8kg
比较起来155mm榴弹炮弹与160mm迫击炮弹弹头重量、口径相差不大,但还是迫击炮弹的威力相对于榴弹炮还是小了不少。不过160mm大口径迫击炮自身重量(约1290~1470kg)与结构及维护要比155mm榴弹炮(约4000kg~)要轻的多、结构简单、维护方便。所以8km射程近战,160mm迫击炮一样能够捍卫与155mm榴弹炮威力差不多的“口径正义”,直接命中一样能够击毁各种裆下大名鼎鼎的主战坦克。需要明确的是: 120mm及以上的炮弹就能被反炮兵战场雷达探测到发射阵地,目前现役的160mm迫击炮射速太低(max每分钟3发),容易遭到敌方炮火反击,所以需要提高射速(max3发/15s)、2分钟内离开发射阵地才能够大显身手。故需要“快速装弹”“自行火炮化”,即便不能“皮卡化”,至少也要“55式坦克底盘化”。当然能够设计“160mm迫击炮专门皮卡”外贸出口也是很有前途的,用这种大口径迫击炮袭击M1A2主战坦克价值很大,与反坦克导弹配合相得益彰……
炮弹是怎么爆炸的?
炮弹到达位置爆炸后会有火光冲天的场景的原因是炮弹里面装填了炸药,当炸药爆炸时就会产生火焰了,比如说155毫米榴弹炮发射的155mm高爆杀伤弹在命中目标以后就会引爆炮弹内装填的7~8公斤炸药,从而在爆炸中引起耀眼的火光;某些动能较高的炮弹即使没有装填炸药,在命中硬质目标时也会出现火光冲天的场景,比如说125毫米坦克炮在发射钨合金尾翼稳定脱壳穿甲弹、电磁轨道炮在发射铝质炮弹、30毫米机炮在发射贫铀穿甲弹命中钢质靶标时都会出现火焰。
装填炸药的炮弹叫做榴弹,装填再炮弹里的炸药被称为“装药”,它产生的爆炸属于化学爆炸,是一个装药被引爆后以爆炸的形式瞬间释放能量的过程,其表观特征就是“火光冲天”;无装药的实心炮弹大部分都是穿甲弹(即题主所说的“全金属的弹丸”),它属于动能弹,是一个动能转换为热量的物理过程,它与火柴通过摩擦发生燃烧的原理颇为相似。
我们先来了解榴弹的爆炸原理:榴弹的结构大致分为三部分,即弹壳、装药、引信。弹壳是容纳装药的一个金属容器,它通常被设计成低风阻的尖头船形,在过去,弹壳的材质多采用生磷铁铸造加工成型,这种材质的特点是脆,爆炸后易形成破片,起到增大杀伤力的效果;如今多采用铝合金制作,起到减轻弹体重量、增大射程的效果。
装药是榴弹产生杀伤力的核心要素,在过去,装药采用TNT炸药,这种炸药的性质极为稳定,哪怕是用明火烧、用枪打都不会引起爆炸,被称为“最安全的炸药”,它的特点是威力大且成本低,当他被引爆时爆速可达6000米/秒;随着科技的进步,这样的威力已经不能满足军队需求,所以如今的装药多采用TNT炸药与黑索金炸药混合而成的“黑梯炸药”,爆速达到惊人的7800米/小时。
引信是触发炮弹爆炸的引爆装置,它的作用就像鞭炮的引线,没有引信的炮弹是不会发生爆炸的,所以我们看到部队进行实弹演习时通常是即将进行炮击才开始为炮弹安装引信,只有这么做才能确保安全。
引信相当于炮弹的“弹头”,它安装在炮弹的顶部,当炮弹触第或者命中目标时,引信里面的击针就会猛烈撞击雷管,当雷管爆炸时就会引爆装药,炮弹就是这样被引爆的。
我们接着来了解动能弹,动能弹对目标的杀伤方式不是爆炸,而是侵彻,所以即使在没有装药的情况下威力依旧十分惊人,比如说美国的M829A4型120毫米贫铀合金尾翼稳定脱壳穿甲弹,它的炮口初速达到了1600米/秒,能在2000米的距离上击穿600毫米厚的均质装甲钢,当硬质弹芯击穿厚板钢材时就是一个动能转换为热能的过程,如此巨大的撞击力所释放的能量是惊人的,相当于20公斤TNT炸药爆炸时释放的能量,所以“火光冲天”后我们能看到厚板钢材被击穿的那个部位有被熔化的钢水流出。
那么问题就来了——榴弹里的装药究竟是怎么爆炸的?动能弹又是怎么进行能量转换的?我们从以下几点来分析。
▼下图为国产53式82mm迫击炮配用的82mm高爆杀伤榴弹剖面,弹体里的黄色部分即为炮弹爆炸的核心要素——装药,它的主要成分是TNT炸药,当炮弹触地时引信会触发装药爆炸产生杀伤力,在这个过程中就会出现“火光冲天”的现象。
炸药引起爆炸是一个化学装药瞬时释放能量的过程通俗地讲,榴弹爆炸的本质是一个物理化学反应,因为弹体里的装药就是化学制剂。在现代炸药发明之前,榴弹的装药是黑火药,它的成分为“一黄二硝三木炭”,即硫磺、硝石、木炭。
其中硫磺是燃烧剂,起到主要燃烧作用;硝石是氧化剂,作用是为燃烧过程提供氧气;木炭是助燃剂,起到辅助燃烧的作用。三种化学物质按一定比例混合以后就成为黑火药。
当黑火药被点燃时会产生500米/秒的燃速,并释放大量的热能和高温燃气,如果它被装填在密闭的容器中,燃烧产生的热量和燃气在没有释放空间的情况下就会急剧膨胀,最后引发爆炸,比如说装填在炮弹里时。
当然了,黑火药毕竟燃速很低,引发爆炸是有条件要求的,即密度必须>1.7g/立方厘米,爆炸能量为3300千焦/千克,爆轰气体体积280升/千克(爆容)。正因如此,把黑火药做为炮弹装药使用是一件很不可靠,同时杀伤力很不理想。
到了18世纪,第一种实用化现代炸药问世——苦味酸,它的学名为“2,4,6-三硝基苯酚”,分子式为分子式 C6H3N3O7;C6H2OH(NO2)3 ,当温度>300℃时或者受到24%~36%的撞击感度时就会发生爆炸,爆速为7350米/秒,爆炸能量为4520千焦耳,爆轰气体体积为680升/千克。
由于苦味酸炸药具有腐蚀性,长期存放会腐蚀炮弹的金属弹体,所以进入19世纪以后就被号称“万能炸药”的TNT所代替,它不同于黑火药和苦味酸,即不会燃烧、不会被高温或者撞击引爆,这就是我们说“用枪打也不会炸”的原因。
TNT炸药的学名叫做2,4,6三硝基甲苯,化学式为C6H2CH3(NO2)3,爆速为7000米/秒,爆热为4200千焦耳,爆容690升/千克,威力略小于苦味酸,但是比苦味酸稳定得多。
炸药释放能量的原理是这样的:当受到一定的外界能量的作用下,自身发生快速燃烧和分解,短时间内产生大量的热量和气体。
如何来理解这个原理呢?我们可以用火柴做这方面的实验:当火柴在糙皮高速摩擦时,巨大的摩擦力产生热量引燃火柴头的药物,从而点燃火柴,我们可以观察到火柴发出带有热感的火焰,同时产生一些烟雾,燃烧殆尽后产生灰烬。
炸药的爆炸原理与火柴的燃烧原理基本相同,区别在于火柴可能需要1分钟以上的燃烧和分解,而炸药则只需要5~8微秒,这就是所谓的能量“瞬时释放”,它在爆炸瞬间将自身的能量、成分以火焰和烟雾的形式释放出来,这也是炸药爆炸时不但“火光冲天”,而且“烟雾弥漫”的原因。
▼下图为400克黑梯炸药引爆的瞬间,由于炸药的燃烧和分解过程是在数毫秒之内完成的,因此能量在瞬间释放时就会同时产生光、热、烟雾以及响声现象,我们将这种现象称之为“爆炸”,炮弹的爆炸原理与炸药的引爆原理是一样的,因为炮弹里的装药就是炸药。
炮弹的爆炸是一个引信引发装药发生爆炸的过程当炸药被装填进炮弹的弹体内以后,它就成为了炮弹的装药,它将在炮弹引信的作用下引发爆炸,引信的作用就是提供上述中提到的“一定的外界能量”来引爆装药。
像黑火药或者苦味酸这样的低感度、低闪点的炸药,一般只需要一点明火或者重摔就能将它们引爆。
所以使用黑火药装填的炮弹所使用的引信就是导火索,它在炮膛内被发射药点燃,当燃尽时就会触发内部的黑火药燃烧,从而引发爆炸,这就是黑火药炮弹的爆炸机理。
而使用苦味酸装填的炮弹所使用的引信就粗暴简单得多,鉴于其24%~36%的落锤感度,只要重摔和重击就能引发爆炸,所以它的引信因为一根内置的钢棒,当炮弹触及目标表面时,钢棒就会撞击内部装填的苦味酸,从而引发炮弹爆炸,又或者干脆连钢棒都省了,直接在弹体内填满苦味酸,弹体一旦触地就相当于重摔,随即引发爆炸,这也是一战时期许多炮弹根本看不到弹体顶部安装有引信的原因。
TNT炸药做为装药的炮弹所使用的引信就复杂得多,因为它的性质实在是太稳定了,明火烧、重击、重摔均不能使其爆炸,引爆条件是必须受到低于5000米/秒的爆速的爆轰!因此引爆TNT炸药的唯一方法就是使用另一种炸药进行引爆,即雷管引爆。
这类装药的炮弹所使用的引信本质上就是一个雷管,不论是瞬发式引信还是延发式引信,它们的最终目的都是在满足引爆条件以后引发雷管爆炸,从而触发弹体内的TNT炸药发生爆炸。
比如说高射炮使用的近炸引信,当炮弹到达设定高度或者接近目标设定距离时,引信内的感应装置就会通过导线向雷管通电,激发雷管爆炸,从而引爆弹体内的炸药爆炸。
又或者榴弹炮的高爆杀伤弹使用的瞬发引信,当炮弹触地或击中目标时,引信内的机械击发装置就会释放击针猛烈撞击底火,像击发子弹那样激发雷管爆炸,最后引发炮弹的爆炸。
其它类型的引信如延发式引信、空爆引信、智能可编程引信等等各种弹药的不同性能的引信,在实现不同引爆条件过后,最终的目的都是引爆引信内的雷管,然后引发弹体装药爆炸,从而产生杀伤力。
▼下图为正在为155mm榴弹加装引信的士兵们,从外形上来判断,这是一种瞬发引信,引信安装在炮弹的顶部,当这个部位触地或者命中目标时,内部的撞针就会激发雷管爆炸,对弹体的装药进行爆轰,从而引发炮弹发生爆炸,未加装引信的炮弹时不会爆炸的。
动能弹在命中目标时以动能转换为热能产生杀伤力以动能撞击产生杀伤力的弹药叫做动能弹,它不需要装填任何炸药来发生爆炸,而是以自身的能量在撞击过程中将动能转换为热量来实现对目标的杀伤。
比如说坦克炮配用的尾翼稳定脱壳穿甲弹,它的弹芯只有25毫米~35毫米,是一根实心的硬质合金,材质主要有硬质合金钢、钨合金钢、贫铀合金钢,当然也包括质地稍软的电磁轨道炮铝合金炮弹以及防空导弹、弹道导弹的钛合金动能弹头。
动能弹在不装填任何炸药的情况下是怎么爆炸的呢?答案是速度!以125毫米坦克滑膛炮为例:现代主战坦克的正面装甲防护水平已经达到1000毫米均质装甲钢,如果使用那些炮口初速不超过1000米/秒的榴弹、破甲弹进行攻击,那无论如何都无法击穿防御水平这么高的装甲。
而尾翼稳定脱壳穿甲弹属于次口径弹药,极小的迎风面积加上极大的火炮膛压,赋予了它强大的炮口动能,最终得到的就是弹丸极高的炮口初速。
比如说俄罗斯的2A46M型坦克滑膛炮,其膛压约为525Mpa,在发射3BM48型尾翼稳定脱壳穿甲弹时炮口动能约为13兆焦耳,弹芯初速1650M/s。
在穿透目标时将会在与目标的摩擦中完全转换这股动能,以热能的形式熔化被洞穿的部位以及弹芯本身来释放能量,在这个过程中还会伴随着巨响,这就是动能弹的爆炸方式,也就是题主所说的“全金属的弹丸”。
如何来理解金属在摩擦中将动能转换为热能这一概念呢?我们可以用8#铁丝做这样的实验来说明:
用双手不断地折叠铁丝,直到铁丝在重复折叠中折断,这时候我们用手去触摸折断部位时会发现它非常烫手,如果用测温仪进行测量,它的温度可以达到200℃!
或者用砂轮去打磨钢板来做这个实验:当高速旋转的砂轮与钢板接触时,接触面会发出一股金属火花,这些火花的温度最高能接近1000℃!
那么坦克炮发射的尾翼稳定脱壳穿甲弹在命中目标时会产生多高的温度呢?答案是接近3000℃!这也是坦克被这类穿甲弹命中后立即起火爆炸的原因。
当然了,假设命中后未能击穿,这样的爆炸是不会发生的,因为没有击穿就意味着没有摩擦,动能就不会转换为热能,而是继续作用在弹芯本身,使其发生跳弹,最终在飞向其它方向的过程中将动能消耗殆尽。
同样的原理还体现在炮口动能、弹丸初速更高的电磁轨道炮上,它的铝合金轻质弹丸在发射时炮口动能达到33兆焦耳(重量约2.8千克),弹丸初速达到惊人的7马赫(约2580米/秒),如果在50公里以内命中一艘4000吨级的军舰,那么一炮就足以将其拦腰打断,威力堪比重型鱼雷。
▼下图为105mm坦克炮发射的钨合金尾翼稳定脱壳穿甲弹打钢板实验视频截图,它一共击穿了10层钢板,每侵彻一层钢板都会产生“火光冲天”的现象,该现象并不是炸药引起的爆炸,而是硬质弹芯在侵彻钢板瞬间与钢板发射摩擦引起的燃烧,我们将这种夹杂着熔化钢水的燃烧冲击现象称之为“射流”,这类动能弹在击中坦克时也会出现这种现象,因此动能弹对坦克的杀伤力就是击穿装甲时产生的射流造成的,它是由弹芯的动能转换为热能引起的。
综上所述我们可以得出这样的结论第一、炮弹主要分为榴弹和穿甲弹两大类,榴弹是内部装填炸药的炮弹,以引爆内部装药引发炮弹爆炸的形式产生杀伤力;穿甲弹是实心的“全金属弹丸”,内部不装填炸药,以动能撞击的形式杀伤目标,俗称“动能弹”。
第二、榴弹爆炸的本质是内部装填的炸药被引信激发后发生燃烧和分解的化学反应,在瞬时释放能量的过程中发生爆炸,在爆炸释放炸药能量时产生巨响、火焰、烟气,这就是炮弹爆炸时“火光冲天”的原因。
第三、动能弹虽然不装填炸药,但是在巨大动能的驱使下高速撞击目标时会将动能转换为热能产生杀伤力,而这个过程是在瞬间完成的,大量热能在释放时也会产生像爆炸一样的巨响和火焰,这就是“全金属弹丸”也会发出“火光冲天”现象的原因。
结语
无论是榴弹还是动能弹,它们爆炸的原因都是一个能量释放的过程,自身携带的能量因素越高,发生爆炸的威力也就越大。
比如说203mm榴弹炮的高爆杀伤弹的重量为90公斤,弹体内的装药量约13公斤,装药为TNT炸药与黑索金炸药的混合物——黑梯炸药,当装药被引信引爆时可产生7900米/秒的爆速,绝对杀伤半径为50米,产生如此恐怖威力能量因素就是弹体内装填的13公斤黑梯炸药。
而动能弹的能量因素则是弹体自身获得的动能,比如说电磁轨道炮所发射的轻质全金属弹丸,它的炮口初速达到了7马赫,这样的速度除了弹道导弹重返大气层的弹头以外,基本上没有任何弹药能达到,而得到如此之高的速度的原因就是弹体自身获得了强大的动能,这股强大的动能就是产生威力的能量因素。
巨大的能量在被瞬时释放时就会产生爆炸现象,榴弹到达位置时以炸药爆炸的化学反应方式生成“火光冲天”场景;而“全金属弹丸”的动能弹则是以动能转换为热能的物理原理在高速撞击目标并侵彻目标时产生爆炸,所以它也会出现“火光冲天”的现象。
▼下图为美军参与电磁轨道炮实验的海军军官,他正在为电磁轨道炮装填铝合金材质的轻质炮弹,由于电磁轨道炮的炮口动能高达32兆焦耳,因此炮弹即使没有装药也会在击中目标时以释放大量能量的形式发生“爆炸”,这样的爆炸所产生的威力远比有装药的传统炮弹大得多,所以中、美两国都投入了大量科研力量对这种代表着火炮未来发展方向的技术进行研究,这意味着未来的炮弹将不再需要装填炸药,仅凭动能的释放就足以产生杀伤目标所需的威力。
原子弹在一个足够结实的密闭空间里引爆会怎么样?
原子弹是最成熟的一种核弹武器,那么如果原子弹被放进一个狭小而又坚固的密闭地方,然后迅速引爆,会产生什么意想不到的结果呢?
原子弹作为最早出现的核武器,在全世界都有着极高的知名度,不为其他,就因为其是唯一一种经历了实战的核武器。作为发展最早,最为成熟,也是最容易被研发出的核武器,原子弹对很多国家来说如今已不再是遥不可及的目标,但是原子弹的研发生产在国际上依旧是被严格限制的。
想要引爆原子弹需要外界突然施加一个很大的外力,即使用大当量的炸药来促使原子弹内的核装料实现链式反应,才能顺利的实现原子弹的起爆,因此原子弹是相对安全的一种弹药,其平时很难被意外引爆,这也是数十年来发生了多起意外事故后其依旧没有造成严重事故的原因之一,但是科学家还有过更疯狂的设想。
原子弹如果被放进足够坚固的容器内再引爆,会产生各种意想不到的结果。但是由于原子弹破坏威力巨大,想要找到能抵抗原子弹的材料都很困难,因此调整原子弹当量是最可行的办法。世界上当量最大的核武器是苏联的沙皇炸弹,其体积巨大威力惊人,只能由图95或者图160这种战略轰炸机携带。
而当量最小的就是各种战术核武器,像美军装备最多的B61核武器,其不仅可以做到灵活调整当量,最小可以减少为数千吨的当量,还可以由F15,F16等战术飞机投放,因此即使没有B52这种轰炸机也可以轻易使用。其最新型号还可以实现精确打击,是B2轰炸机和F35隐身战机的最好核打击手段之一。
当战术核武器被引爆后,如果容器足够坚固,其就能抵抗住爆炸带来的巨大冲击波,但是其内部会留下严重的核辐射,没有人能够再靠近试验用的容器,这意味着试验场所将会因此被放弃。虽然没有国家做过这种试验,不过这可以成为验证某一种材料的坚固程度比较好的方法之一。
为什么国际社会禁止使用集束炸弹?
集束炸弹,在大多数公众眼里是一种十分恐怖的弹药。集束炸弹具有多么恐怖的破坏力,我们从1991年海湾战争就可以看出来。以美国为首的盟国对伊拉克军队发动军事进攻,在历时42天的空袭和100小时的地面战斗后,伊拉克军队遭到重创,在伊军主力从科威特撤军时,握有制空权的美军,对拥挤在公路上的伊军展开了疯狂的轰炸。
120架A-10强击机是空袭主力,当时使用的主要武器是美制的石眼集束炸弹,内装247枚双用途子母弹,每枚子弹重0.63公斤,在150米高度投掷时可杀伤5000平方米内的目标。美军飞行员事后回忆,掠过伊军燃烧了几十公里的车队时,仿佛看见了地狱般的情景。被炸坏和被丢弃的车辆布满公路,每隔50米就有一堆车辆残骸,排下来竟达36公里,6号公路因此被称为“死亡公路”。
从70年代末开始,中国对西方国家的一些航空反坦克子母弹进行了考察和评估,如美国的“石眼”、法国的“贝卢加”、英国的BL-755型、德国的“MW1多用途武器”等等。最后选定引进英国于1972年刚刚装备的BL-755型航空集束炸弹,作为未来中国空军的标准航空子母弹。
中国以英国500磅BL-755型反坦克子母弹为技术基础,从英国引进以后,经过研仿和消化吸收,自行研制了国产化型号,即原兵器工业部627厂生产的250-3型航空反坦克子母弹。该弹弹长2.4米,弹径419毫米,全重227公斤(500磅),内部装填147枚空心装药的反装甲小炸弹,小弹的弹重1.13公斤,破甲威力120毫米。
航空子母弹,一般的老百姓对这个名词通常没有什么深刻印象,但如果提到航空子母弹的另一个名称,就会令大多数平民毛骨悚然,因为航空子母弹又称“集束炸弹”。这是一种极其恐怖的弹药,由于具有大面积杀伤效应,而且投掷后瞎火率比较高,容易伤害平民,从60年代开始,国际上越来越多的国家反对使用航空集束炸弹。
2008年12月,联合国《国际禁止集束炸弹公约》获得通过,共有107个国家签署了该公约。不过,按照国际社会丛林法则的通行规矩:“刑不上五常核大国,礼不下第三世界黑蜀黍”,拥有大量集束炸弹的列强国家,如美国、俄罗斯和东亚某国等极少数国家并未签署该条约,实际上这项公约并没有什么卵用。让我们谴责这几个列强国家。