榴彈炮大仰角曲射時,炮彈因陀羅效應始終指向天空,落地時尾部先落地,引信無法擊發嗎?

詩和遠方的洋


跟使用的引信種類有關,如果是使用觸發引信(或者叫“碰炸引信”)的炮彈,當其尾部落地,導致引信沒有撞擊到地面或者撞到目標時,那麼炮彈確實會出現不爆炸的情況(炮彈爆炸只能由引信擊發,而不是說炮彈只要撞擊了目標就會炸的,因為軍規級炸藥都是鈍感炸藥,這玩意你就是用錘子砸、用火燒基本上都不會有事),根據題目意圖,這裡只討論觸發引信,時間引信之類的不與討論,首先,我們先來了解一下觸發引信的結構和工作原理(大概瞭解):
▲某型觸發引信結構簡圖

上圖就是一個觸發引信的結構簡圖,此時引信處於保險狀態,撞針19和發火帽18(中間那塊紅紅的東西)之間是沒有直接接觸的,中間隔著一段距離,其中撞針外部是套著一個彈簧20的,這個彈簧的作用就是使撞針不會在重力的作用下落下來撞擊到火帽(也即是把撞針撐住),而火帽則是固定在一個叫做慣性體8的東西上,外面還有套筒7和保險爪17給擋著,這幾個東西的作用就是防止火帽向上運動撞到撞針,所以,此時引信是處於“上鎖”狀態,是不會被擊發的,只有當炮彈被髮射出去時,在巨大慣性的作用下,套筒被保險爪勾住,再與慣性體組成一個整體被彈簧6頂起,火帽接觸撞針,但是還沒被撞擊,此時,引信才是已經被解除保險,處於待擊發狀態(也叫“解除保險狀態”)!如下圖所示,左邊兩圖分別是引信的保險狀態和解除保險狀態,注意看慣性體、套筒等的位置(紅圈處):

▲炮彈引信被擊發過程簡圖

也就是說,引信的解鎖是需要依靠炮彈發射時那極大慣性的,只有被解鎖後,撞針才有機會撞擊火帽,產生火花引燃下面的雷管,進一步引爆炮彈裡面的裝藥,那麼,撞針是如何撞擊火帽的呢?其實這裡根據撞針撞擊火帽的方法,又可以把觸發引信分為瞬時觸發引信和延時觸發引信,瞬時觸發就是一撞擊目標就爆炸,需要把引信前端的金屬保險蓋給取掉,引信一撞到目標,前端會陷進去,撞針底座就會壓著撞針撞擊火帽,引爆炮彈;而延時觸發則不需要去掉保險帽,當引信撞擊到目標的時候,撞針不運動,而是發火帽在後面慣性體(具有一定重量)、保險爪和套筒的慣性作用下向前運動與撞針碰撞,從而被引燃!如上圖右側所示,上為瞬時觸發,下為延時觸發,注意看紅圈處!

因此,觸發引信的結構和大概工作原理就如上圖所示,

炮彈確實只有在引信受到撞擊,且被成功擊發的時候才會爆炸,而不是依靠彈體的直接碰撞,也就是說,像題目中說到的那樣,如果炮彈尾部落地,那麼引信是不會被擊發的,因為沒有受到撞擊,裡面的撞針也就不會撞擊火帽,最後再順帶說一下,在什麼情況下才可能會出現炮彈尾部著地的情況,首先,我們都知道,在膛線的作用下,彈頭是會自旋的,自旋能給炮彈帶來彈道的穩定性,保證其射擊精度,也就是利用了陀螺穩定原理,而根據這個陀螺穩定原理我們可以知道,旋轉的速度越大,彈體的擺動角也就越小,同時其軸向穩定性也會越好,如果炮彈的彈道是一條理想的直線,那麼這個穩定性確實是越強越好,可惜,不管是槍械還是火炮,其彈道其實是一條拋物線,而既然是拋物線,那麼其軸向穩定性就不是越強越好的了,而是要有一個“限度”,為什麼?

▲彈頭穩定軸方向變化草圖

因為為了保證入射角度以及精度,彈頭自旋的穩定軸是必須跟著彈道切線方向變化而變化的,簡單來說就是:穩定軸的方向必須時刻平行於彈道的切線方向(或者直接理解成方向相同也行),如上圖所示,所以,為了保證彈頭不會進入一個“過穩定狀態”,其自旋速度就不能太大,這樣才能保證彈頭的自旋穩定軸會跟著彈道的變化而變化,從而保證彈頭的精度和入射角度,而這種彈頭自旋穩定軸方向能跟著彈道方向變化而變化的能力也被叫做彈頭的“追隨穩定性”,因此,一個合適是自旋速度,決定了彈頭是否具有追隨穩定性,如果彈頭的自旋速度太快、陀螺穩定性太好,那麼其穩定軸就不會跟著彈道的改變而改變,而是始終保持炮彈出膛時的方向,如下圖所示:

▲彈頭自旋速度過快時的彈道草圖

因此,題目中提到的“炮彈因陀羅效應始終指向天空,落地時尾部先落地”的情況,其實只有在炮彈自旋速度過快時才會出現的,而不是說大仰角發射就會出現這種情況,只要自旋速度正常,發射仰角的大小是不會影響炮彈入射角度的!


哨兵ZH


首先糾正一下,陀螺效應這個詞可不是這麼用的。陀螺效應的定義是:重力對高速旋轉中的陀螺產生的對支撐點的力矩不會使其發生傾倒,而發生小角度的進動。力的分解圖如下:


看到沿著陀螺軸線的支撐力了嗎?陀螺效應描述的是有支撐的陀螺,是放在地面上的陀螺!只有地面上的陀螺才會有支撐力,天上飛的炮彈哪來的支撐力?所以炮彈在空中飛行並不適用陀螺效應。有支撐的陀螺,由於支撐力和重力方向不重合,會發生進動,即陀螺軸線與鉛垂線呈θ角並圍繞鉛垂線旋轉。這才是陀螺效應的含義。而你認為的炮彈應始終指向天空,或者說方向不變,其實是因為炮彈角動量較大(炮彈的轉速超過1萬轉/分),受到外力的力矩影響較小。

這個現象描述的才是陀螺效應


但實際上,炮彈的指向是在不斷變化的,有一個越來越指向地面的趨勢,落地前炮彈必然是頭部先著地,引信也必然會觸發到。所以你這個擔憂是多餘的。下面再來說說,炮彈為什麼不會發生炮彈尖始終指向天空,尾部著地的問題。

不旋轉的迫擊炮彈相對好分析,為了落地使引信能首先觸碰到地,炮彈就要逐漸低頭(任何一種跑到你引信都必然在頭部)。炮彈就要設計成靜穩定的,即升力中心要在重心之後。由於兩個中心不重合,將產生一個低頭力矩。這樣隨著向前的運動,炮彈也會從抬頭的狀態變為低頭的狀態。所以不論發射仰角如何,以炮彈的射程,總是有足夠的時間來使炮彈調整為頭部朝下。


迫擊炮彈飛行過程中的受力分析


而加農炮榴彈炮的炮彈同樣要頭部先著地,但因為是線膛炮,發射的炮彈是要高速旋轉的,這種情況不能用迫擊炮彈的靜穩定設計來分析。由於高速旋轉,炮彈擁有一個與炮彈軸線重合的角動量。但炮彈的飛出去後其實是在做一個拋物線運動,炮彈的速度矢量只有極短的時間是與炮彈的軸線相重合,大部分時間速度與軸線並不重合,而是呈一定迎角。此時空氣阻力的方向與炮彈速度矢量相反,升力則垂直向上。由於榴彈炮的炮彈重心較為靠後,氣動中心在重心之前,導致阻力和升力的合力會使炮彈產生抬頭力矩。如果加在氣動中心上的合力矩太大,會使炮彈軸線越來越偏離速度矢量,導致炮彈翻滾失穩。所以榴彈炮的要適當選取氣動中心和重心的位置,使抬頭力矩的不至於太大;由於炮彈受到空氣阻力速度會越來越小,產生的阻力和升力也越來越小,此時重力矩會將炮彈自轉的軸線拉向與速度矢量的方向,讓二者趨於重合(但不可能完全重合)。所以在落地之前,炮彈的指向必然是朝著地的,而不會朝著天,除非這炮彈的氣動設計不合格。

炮彈打出去高速旋轉的產生的角動量使其有較好的指向性



榴彈炮炮彈的受力分析


當然榴彈炮的高低射界也是有限的,不可能達到0~90°(迫擊炮也做不到),超出了正常的射界後,打出去的炮彈可能就無法穩定飛行了,但只要在正常射界內,這個問題是不必操心的。

大仰角狀態的榴彈炮。一般榴彈炮的射界在-3°~75°之間,無法做到垂直髮射,在射界範圍內炮彈飛行還是很穩定的


紙上的宣仔


你想看的肯定是這些。拿走不謝,只要點贊。

侵華日軍150炮彈~榴炮彈

整體的炮彈

彈頭以及引信

通用炮彈引信,這種引信是最簡單的。和撞針擊子彈的原理一樣。任意角度彈頭著地,都可以擠壓彈帽內的萬向塊使其移動。觸發撞針,點燃起火藥,起爆炮彈。裡面結構如圖所示。

這種引信缺點很多,落入水中或者鬆軟土中有可能撞擊力不足不能引爆,或者彈尾彈身著地也不能引爆,從而啞彈很多。即是如此,依然是日本整個侵華戰爭期間主要炮彈引信。哪怕是現在,該類引信由於結構簡單價格便宜在各類戰場依然常見。電影《戰狼貳》中,吳京手持網狀物品阻止火箭彈爆炸,現實中極有可能是此類引信。

同時期的美軍多用電子起爆,這個就不受炮彈著地角度的影響。

比方上面的引信,頭部有一個進氣孔。炮彈高速運動時,空氣通過進氣孔進入引信內部推動電機槳葉,使電機轉動產生感應電流,觸發電路開關,儲存起爆電能。炮彈任何部位著地,意味著不再有空氣進入引信內部,電機槳葉停止轉動不再產生感應電流,電路開關閉合,釋放起爆電能,起爆炮彈。

現在的電子引信,內部更為複雜,啟動方式更為多元。可以設置起爆高度,起爆時間,或者起爆距離等等。總之,現在的引信不再受“陀螺”“鬆軟”“角度”等因素的影響。


好夢獻給你


在有膛線的炮管發射炮彈,炮彈發射出去會根據膛線繞距、發射速度產生旋轉,旋轉速度的確會產生脫落效應,速度超過一定值脫落效應才有作用,否則基本沒用。

炮彈在大氣中高速飛行,其空氣動力學性能產生的力量同樣會作用在炮彈上,炮彈出膛後自旋只是保持方向穩定的一個措施,空氣動力學外形設計很重要,能使炮彈飛行軌跡穩定,飛的更遠。

正是因為炮彈在稠密的大氣中高速飛行,不是在真空中,不是靜止狀態,脫落效應影響會被符合空氣動力學的外形作用糾正,彈頭指向飛行軌跡方向,曲射炮彈不會尾部先著地。


草獅子


如果彈丸自轉速度過快,就可能出現尾部先著地的情況。早期線膛槍時代就發現了這個問題,其留在靶子上的痕跡被稱為“鑰匙孔”—-想象一下彈丸橫著命中靶心就明白了。但是如果旋轉速度過低,彈丸就不穩定,容易翻滾。後來一個叫Alfred G greenhill發現最佳纏距公式,這個問題才得以徹底解決。


中元居士


炮彈因為初速高,頭部遭遇很大的空氣阻力、激波,尾部會處低壓區,會產生低頭力矩,迫使彈頭頭部和尾部圍繞質心偏轉,再加上上面大V所稱的縱軸擺動控制技術,彈頭指向會與彈道飛行軌跡相一致,最終頭部撞擊目標。還有個別極端情況,如高射炮一般都處於大仰角射擊,即使直上直下,彈頭都會在設定高度爆炸,不會再垂直落下尾部著地。


狼皮狗心


錯,由於旋轉,彈丸本身會出現追隨穩定現象,而不是陀螺效應為主。


永遠的小王子


你說的情況是不可能發生的!原因嘛,你可以到中學物理課本里去找答案吧。


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