炮管后面粗前面细是什么原因(炮管前面的是啥)

面有读者问了一个问题，虽然W君这边简要的回复了一下，但是想想还是写篇文章吧：

对于W君的粉丝留言W君还是会抽空详细回答的。 今天就专门安排一篇文章来仔细的说一下次口径弹药。

对于次口径弹药，很多的军迷都有一个疑问——炮口那么粗，干嘛发射很细的炮弹？

要搞明白这个问题，那么我们就有必要从锥膛炮开始说起了。

火炮本身是一个让人感到很纠结的武器。俗话说得好“口径即正义”。但大家能够理解“口径即正义”更深层次的含义吗？——口径越大就可以一次性的抛射更多的炸药到敌人头上，这就是“口径即正义”的深层次意义了。如果不明白，那么看下面的对比图：

76mm、122mm、152mm火炮弹坑对比

虽然152mm火炮的口径仅仅是76mm火炮的口径一倍，但是152mm的炮弹炸出的弹坑直径达到了76mm炮弹的5倍，即便从深度来看，152mm炮弹弹坑的深度也是76mm炮弹的3倍半。

为什么口径增大后炮弹的威力就成指数级增加了呢？主要是因为如果炮弹的形状不变，口径整长一倍，那么炮弹的质量会增大8倍。这可以说是道简单的几何题了。

不过，在增大口径的同时，火炮的各种零部件也面临着承受5-8倍的膛压和后坐力的问题。因此一门76mm的炮可以说是短小精干：

而一门152mm的火炮则是硕大无比了：

由于增大口径就可以多投射炸药到敌人头顶这一观点有着最实际的作用，因此自火炮被发明出来一直一战和二战期间火炮的口径都是被不断的增大的，榴弹炮可以有更大的杀伤面积、加农炮也可以有更强的摧毁性能。因此到二战的时候甚至出现了800毫米口径以上的巨炮

“口径即是正义”一直政治正确，直至战场上出现了一个硬目标——装甲车辆。

面对装甲目标的时候，大炮的优势消失了，以刚刚提到的苏联D-1 152mm榴弹炮来说，如果炮弹直接命中一辆二战期间的坦克，那么这辆坦克是可以被直接炸成零件的。但是这门炮的炮口初速只有508米/秒。要打中一辆800米以外行驶的坦克已经是无能为力了。即便是虎式坦克在野外运动的20公里时速，在炮弹打过来的时候，坦克也已经移动了将近14米的距离。坦克早开出了榴弹炮的杀伤范围。

这种情况普遍存在，各个国家就需要开始研制一款可以高效打击装甲车辆的火炮。——提高初速度！

这时候就出现了一种相对奇葩的火炮——Tapered-bore Gun（锥膛炮）

锥膛炮

仔细看上面的炮管，会发现这门炮的炮管是前细后粗的。

再来看看炮弹：

锥膛炮炮弹

锥膛炮的炮弹边缘有两个相对较软的金属（一般是铝）制成的伞形物弹托。

锥膛炮工作原理图

在开炮的过程中，由于炮管逐渐的变细，这两个弹托会被挤压最到弹头周围，就像雨伞由打开到收起的过程。

为什么这样做？那么我们先说下结果。二战期间的锥膛炮，炮弹初速可以达到每秒1300米以上，对于1000米内的坦克目标，从开炮到命中仅仅需要不到1秒的时间。这个速度是一般坦克难以躲避的速度。

在这里就要说到火炮的基本原理了：

炮弹在炮管内是由发射药爆燃后产生的高压火药气体进行推动的。

需要提高F，那么就有两个途径了，第一个是增加发射药，使膛压p尽量加大。这样的做法是锥膛炮之前普遍会用到的方式。但是有一个问题就是膛压增大后，炮膛是不是受得了？过大的膛压需要足够厚的炮管，否则火炮就炸膛了。

而第二个途径就是在质量不变的前提下加大口径，使炮弹的截面积变大，这样就可以通过扩大截面积S而获的更大的推进力F。

然而

当炮弹离开炮口后依靠惯性飞行的时候，过大的截面积又会导致空气阻力F变大，这样就形成了一个矛盾点：受力大的炮弹阻力也大，飞行速度会急剧下降。

于是就有了锥膛炮的设计，在需要更大推进力的时候，锥膛炮炮弹的伞状结构是打开的，而推进结束后需要克服空气阻力的时候锥膛炮炮弹的伞状结构就关闭掉了。这就是锥膛炮的重锻过程——炮弹在炮管内锻压成型。

锥膛炮在最求高初速的作用不仅仅是能够更准更快的打击目标，同时由于动能公式E=
MV^2/2，速度V提高一倍，弹头的动能可以提高四倍！

迄今为止，锥膛炮的设计是高初速火炮中的最优设计，无论从弹丸质量保留，发射药能量利用度伤来看都无懈可击。但是这货有个缺点，在重锻过程中，炮弹和炮管的挤压变形严重。炮弹是一次性的，但炮管则要不断的发射炮弹，因此炮管的变形是有不断的积累效应的。最直接的问题就是锥膛炮的炮管寿命很短。只能打几十发炮弹，炮管就已经变形严重失去精度了。

炮虽然不大，但没事更换这种价格昂贵的炮管对于军队来说是划不来的。

于是就出现了和锥膛炮类似功能的一种炮弹，走了另一条路去完成锥膛炮要做的事情——脱壳弹药。

脱壳弹药就是典型的次口径弹药。次口径弹：弹头小于枪管或炮管口径的弹药。

弹丸的直径远远小于炮口的直径，那么怎么打出去呢？在弹丸外部增加一个弹托。弹托+弹丸之后的直径等于炮口的直径。在这种状态下就可以从炮管中发射了。

纠结的问题就又来了，加上这么大的一个弹托后，弹头的整体质量就提高了，A=F/M还记得吧？M增加后A就会减小。聪明一点的脱壳弹就在弹托伤做了文章，如上图弹托和弹芯之间尽量留空，尽量减小M的增量。其实次口径弹也是用了另外的一个方法去追求较大的膛内弹丸截面积S。

早期的脱壳弹的初速度速度远小于锥膛炮的初速度，大约只有1000米/秒左右。但这种炮弹不会重锻，因此对炮管的损伤可以忽略不计，这事就能忍了。

可还有问题就忍不了了，同等弹头直径的脱壳弹的射击距离也远小于锥膛弹，理由也很简单——在出膛抛壳的过程中，抛掉了弹托损失了质量m，也就损失了一部分动能。同时由于“抛弹托”这个动作弹托不可避免的和单芯碰撞扰动，也会造成脱壳弹的精度受到影响。

但无论如何，炮弹的初速度也比普通的炮弹提高了100%以上，速度提高意味着什么？刚说的啊，动能更大！打击能力就必然更强了！

为了进一步提高动能，就得开始改进弹托的结构了。

相对先进的脱壳穿甲弹设计是上图的样子，质量极大的长弹芯（通常由钨钢、贫铀等密度极大的金属合金构成），外部的弹托由轻质金属甚至是塑料构成。这样一枚次口径弹药的95%以上的质量都会集中在单芯部分，而弹托只要在开炮的时候不被烧毁就可以完成使命了。

在炮管内，次口径弹的弹托杯炮管紧紧的束缚住。在离开炮口的时候失去束缚的弹托会在空气助力的作用下四散打开。

这时次口径的弹芯就保留了绝大部分动能向前飞去。

这时速度有多快？

大口径坦克炮发射的尾翼稳定脱壳穿甲弹的初速度大约是1650米/秒以上。在这个速度下，一根钨合金穿甲弹单芯可以轻易的穿透1000mm厚度的装甲，没错，一米厚的钢板可以一下干穿。

穿透一米匀质钢板

不仅仅坦克炮可以使用次口径弹达到提高初速的目的，各种直射火炮实际上都可以使用次口径弹达到高初速远射程的指标。

我们的1130炮和730炮内部装填的弹药实际上也是次口径的：

理由很简单——提高初速！

高初速有啥好处？

弹丸的穿透力强，上面是一个测试，6.5X25的CBJ弹，弹头仅仅是2克重的钨合金。由于采用了次口径弹药技术，在小型冲锋枪中射出，初速一样也达到了830米/秒，直接就可以打穿8毫米厚的苏联运兵车门板。

其实这子弹，才只有手枪弹大小。