你的炮彈總是跳？又快又猛的炮彈設計原理看完就懂

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對於各位車長來說，遊戲中最好的狀態就是炮炮見血，但最差的狀態不是打飛，而是打中了沒有掉血。真實世界的炮彈又是怎麼設計並做到炮炮見血的呢？今天查到了一些資料和大家一起分享。

中國古話有云：一寸長一寸強。這一點用到現代武器中這一點也是成立的，能擁有更大的攻擊範圍是一款武器好壞的重要指標之一。因此，無論是大炮的炮彈還是槍支的子彈，通常都會強調更大的攻擊範圍。

要更大的攻擊範圍，就必須克服空氣阻力，而空氣阻力大致可以分為以下三個：摩擦阻力、渦流阻力和激波阻力。

如上圖，炮彈邊緣與空氣直接接觸的部分會受到摩擦阻力的影響。由於高速彈丸把周圍的空氣分子不斷吸附到「身邊」，形成一個薄薄的空氣層（一般稱為「附面層」），它會消耗彈丸動能。

只要彈丸速度達到一定數值（騎自行車的速度），就會發生空氣來不及補充到尾部不斷騰出的空間，因而形成尾部低壓區，並伴隨有渦旋產生的現象。這種現象一旦產生，彈丸的頭尾部就有了壓力差，形成向後的合力，即為渦流阻力（也稱底部阻力）。這一點在很多跑車以及飛機的外形設計中也常常被用到。

激波阻力則是彈丸運動速度進一步增加到音速時，伴隨著「激波」這種現象而產生的阻力。這種阻力在三種阻力中強度是最大的，一旦出現激波，彈丸所受的阻力將會有突然的躍升，這就是航空史上曾經的難題——音障。

激波的產生原因可以這樣解釋：彈丸速度達到或超過音速時，前面的空氣就來不及讓開了，迭加形成的一層濃密空氣。一般情況下，發展完全的激波在彈頭、彈尾和彈帶各處有一道強度較大的波面。每經過一道激波，壓強、密度、溫度都會升高,流速則下降。

其中以彈頭部產生的激波最強（因為首先接觸空氣），氣流經過彈頭波面後壓力增大，再加上尾部形成的渦流低壓區，頭尾部的壓力差更加顯著，彷彿彈丸頂著一把大傘在前進一樣。順著這個想像，不難得到這樣結論——彈頭附近的激波面（傘面）越斜，阻力越小，反之則阻力越大。

因此，減輕這三種阻力的應對策略分別是：

1、減輕摩擦阻力最好的辦法是刷上特質的油漆或者油脂，使表面光滑即可，還能防鏽；

2、減輕渦流阻力最常見招數是「尾部收縮」：

3、減小激波阻力的辦法就更簡單了——把頭削得越尖越好，頭越尖，激波越弱，就好比前方迭加的濃密空氣層被尖銳的彈頭「刺穿」了一樣：

實際上減輕渦流阻力還有採用底排裝置減阻，因為渦流阻力產生的原因是炮彈底部缺少空氣，這個思路是主動排出氣體以降低壓力差：

解決了第一個大問題減阻之後，我們再看看第二個大問題：「威力」。

炮彈追求的威力，是指有效打擊特定目標的能力。在戰場上可能會出現很多種敵對目標，比如坦克、碉堡，還有藏在樹林里的反坦克步兵小組。由於目標屬性不一樣，應對各種目標的彈種設計思路也是不一樣的，甚至於有多種設計思路來應對一種目標的。

以打擊坦克的穿甲彈（AP）來說，這種炮彈只需要速度即可，在外形上追求的是儘可能的減阻。現代穿甲彈的初速很高，一般在1500m/s以上，在有效射程內均處於超音速狀態，激波阻力佔到整個阻力的60%以上。因此，為了減小佔大頭的激波阻力，直接把彈體做成細長尖頭狀就行，在保證精度、彈體強度和質量足夠的前提下，越細（橫截面積小阻力也小）越尖（激波阻力小）越好。同時，為了不把能量浪費在自轉上，穿甲彈都是用尾翼來穩定（比較出名的就是大家常說的尾翼穩定脫殼穿甲彈，APFSDS）。

而擊穿坦克裝甲的另外一種思路，就是破甲彈（HEAT）。它擊穿坦克裝甲的原理是炸藥的「空心聚能」效應來擊穿裝甲，因此這種炮彈往往會追求更粗的彈體來裝更多的炸藥以保證高穿深，而速度則對其穿深沒有影響。如果不是因為「空心聚能」要求有一定的起爆高度而必須在頭部戳上一根「長竿」，我們可能真的會看到一個近似於完全「圓柱」的炮彈。

而對於榴彈（HE）來說，更多的裝葯也是保證其威力的一個手段，理論上來說其外形應該是裝葯最多的圓筒狀。但是榴彈也需要被發射出去，需要有足夠大的攻擊範圍，因此榴彈往往會設計成介於尖頭穿甲彈和圓柱炸藥桶之間的造型，是射程、速度以及裝葯之間的妥協形狀。而魚雷由於自帶動力系統，它的外形就更接近於圓筒了。

魚雷「又粗又長」，裝上四五百千克的炸藥足以把一條數千噸的軍艦送進海底。沿著這個思路，似乎把炮彈做長也能起到增加威力的作用，設想一下，如果把普通榴彈弄成兩三米長，那得多裝多少炸藥啊？實際上火箭彈正是如此，長長的彈體容納了更多的炸藥，威力不是一般的大——300mm左右口徑的火箭彈一發即可蕩平一個足球場大小的區域。那麼，是不是所有的炮彈最後的終點都是射得遠威力又大的火箭彈呢？

答案當然是否定的！回到剛剛說的威力一詞的定義上，不同炮彈是為了有效針對不同目標而設計的，並不是威力越大越好，不然所有軍隊人手一個原子彈就完事了。這裡我們也引出了第三個問題：「費效比」。

費效比簡單來說就是「殺雞焉用牛刀」，比如能安全的用一發炮彈解決對手，就不必用火箭彈、導彈遠程覆蓋。同時越貴重的武器裝備，會對運輸、補給、訓練及生產成本等方面提出更加嚴苛的要求。所以我們現在看到的坦克主炮一般都是150毫米以下的口徑，蘇聯時期的152毫米口徑都已經成為了的非主流。

無論是步槍還是手槍，一般情況下講究的都是對敵方人員的殺傷。所以槍械的子彈設計思路就是在通常交戰範圍內能有效的殺傷敵方人員即可。

步槍如AK-47採用的7.62毫米子彈，追求的是作戰範圍彈速較快、彈道穩定且能擊穿一般防彈設備的能力，所以外形上更像是坦克的炮彈。

而手槍採用的子彈則不用過多追求射程，所以子彈會有鈍頭的（當然了也有尖頭的），因為手槍的交戰距離一般在百米之內，不用太擔心空氣阻力，而鈍頭則可以在擊中人體後更好的形成翻滾造成空腔，從而提升殺傷性能。而且對於警察來說，手槍穿深過高反而可能出現打出對穿誤傷他人的情況，這對他們來說是不願意看到的。

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