空腔聚能与金属射流(三)

不爱吱声

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& a# ~1 y; S7 D1 K, G7 X5 _总引：从爆炸力学讲起
% Y" Z3 v( [% b+ shttp://www.aswetalk.org/bbs/thread-10696-1-1.html

专题：空腔聚能器与金属射流

1 J' Z9 P* f5 Q4 f$ X$ V第一节：主要讲门罗效应
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第二节：主要讲德国WASAG的空腔聚能器专利。。。
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这是第三节，考虑到前几节跟贴太多了，为了方便大家讨论，单独发一帖。
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空腔聚能与金属射流(三)

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靠海盗起家的英国人于十六世纪末击败西班牙的无敌舰队后开始迅速崛起，借助率先发展近代科学以及首先实现工业化从十八世纪中叶始一举成为世界霸主，统治世界足足一个多世纪，一度号称“日不落帝国”。十九世界末，英国在科技与经济等很多方面已经被新崛起的美国和德国赶上甚至超过。不过，皇家海军仍然实力强大，充满活力，值得信赖。他们在与德国人进行海军军备竞赛的同时，时刻不忘吸收当时最先进的科学知识和技术，改进自己的武器装备性能。

1 g1 |& ]; K6 f+ s. A9 ]: h图一：无畏号（HMS Dreadnought）是英国皇家海军的一种划时代设计的战列舰。它远优于同时期的同类军舰。无畏号的建造进度异常快速。其设计蓝图于1905年5月批准。同年10月2日在朴茨茅斯海军造船厂装龙骨，1906年2月10日下水，同年10月1日即进行海试。无畏号革新武备、动力、防护等各方面的传统观念，其火力和动力装置的设计更具革命性。当时各海军强国非常重视，纷纷比照而建成新型战列舰，产生新一轮海军军备竞赛。无畏号代表战列舰技术的重要分水岭，一般通称其同类为“无畏舰”，之前的战列舰则称作“前无畏舰”。[1]

当德国WASAG的专利申请送到英国后，立刻就引起了皇家海军的注意。彼时，英国海军军官们的秘密会议中最热门的话题包括讨论利用飞机挂载鱼雷袭击敌舰的可行性[2]。其实，当时各国海军还都沉迷于建造更多配有大口径火炮军舰“无畏舰”[图一]的军备竞赛中不能自拔，建设海军航空兵要算是非常前卫的思想了，当然后来航空母舰的出现将这种设想彻彻底底付诸实践并发扬光大，甚至成为日本偷袭珍珠港美军舰队的主要进攻战术之一，那就都是后话了。

" X! |! r6 h7 a* D: m! P也正是由于当时的飞机发动机的功率还不足以满足携带沉重的鱼雷类武器挂载，此设想并没有被立即采纳，但海军军官们并没有放弃努力。1912年，海德•汤姆森上尉提出了未来空射鱼雷的重要参数指标，井指定位于在朴次茅斯海军基地（HMNB Portsmouth）被称为“弗农”号(HMS Vernon)的海军武器研究部门进行相应的开发工作。显然，WASAG的专利中所提出的可以利用空腔装药方式在减少装药量的同时还能增强武器的穿透能力岂不正是给空射鱼雷减重的一着妙棋么？于是，费农号上的科研人员也就顺理成章地同时开始研究将空腔聚能器应用到鱼雷上的可行性。
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相应研究测试工作于1913年顺利展开。测试结果证实了专利中所描述的炸药空腔聚能效应，海军的研究人员也承认空腔装药确实能够很好地将爆炸能定向地聚集起来。但是，将其真正应用于鱼雷或者炮弹的尝试却受制于当时的技术条件的限制而宣告失败。

当时的人们对于失败的技术原因总结下来有两个：一个是当时不管是鱼雷还是炮弹中，所使用的用于激发炸药的引信（fuze）都是前置式(front)触发引信（contact fuze or impact fuze）。这种引信一般由击针，火帽，雷管，穿爆药和保险机构组成（见图二，图三），都是安置在弹体的头部（nose），炮弹或鱼雷头部碰到障碍物时，撞针击发火帽发火，引爆雷管，起爆主装药。然而，如果按照专利中提出的方案，采用空腔方式装药以及布置药罩，却免不了需要将起爆点设置在弹药的后部，这样才能保证爆炸能被定向聚集在炮弹头部前方，实现有效攻击。而当时的人们对于如何在炮弹的底部或者鱼雷的尾部布置引信完全束手无策。

English: Diagram of British No. 100 Graze Fuze for high-explosive shell, World War I.
A : Top Detent
9 S+ z1 n; W3 Z, |  S) \* kB : Bottom Detent
C : Detent Spring
7 e- H2 F9 f) I, SD : Centrifugal Bolt
E : Graze Pellet
F : Hair Spring
" \% `# u9 |& m2 I- M+ @8 {* p, ~G : Needle
8 Q, [. c* p! sH : Percussion Pellet
) z; `, B6 m4 A; Q, SI : Spring
/ @1 c  Z: k; z7 l: @' e2 \J : Pellet Carrying Needle
K : Primer
L : Needle Holder
, V! y9 V) P, eM : Adaptor - holds gaine to fuze body
1 c/ R2 S2 ~: `$ a! {N : Adaptor chamber
  H% N" M! H. y) O7 r- V3 ]8 Y9 jO : Adaptor chamber
P : Adaptor chamber
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7 p% q3 Z" ?) K1 U; r+ c0 [+ W+ {. J图二：英国在第一次世界大战中使用的编号为100的瞬发引信（前置触发引信的一种）示意图[3]。整个引信系统装配在弹体头部(shell nose)，使用撞针（图中的G, needle）触发爆炸(point detonating) 。

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/ {: U" V' X4 R6 `图三：现代弹药系统中使用的前置触发引信示意图[4]。大家可别小瞧了引信，引信就如同人类的大脑，是弹药系统中最核心的控制单元。现代的引信家族，成员众多，功能各异，主要有机电触发引信，光引信，红外引信，静电引信，磁引信，甚至带有电脑芯片的智能引信，可谓花样繁多，让人眼花缭乱，凸现引信家族在兵器发展中的突出地位与重要作用。以后有机会再补充更多有关引信的内容。

& E  u' z5 P) |$ M/ M1 }6 r6 Z另一个原因则与空心聚能这种定向攻击方式有直接关系。普通的炮弹或者鱼雷攻击方式都可以认为是不定向的。炸药被激发后其所释放的巨大压力波会呈球面向四面八方均匀传播展开，所携带的弹片也将呈现出一幅气枪打鸟，天女散花的形态，好处就是攻击范围大，不需要精准的定向以及定位。而相比较，空心聚能器则更像是一名狙击手对目标进行点射，当其将爆炸能聚集于一个方向上，极大地增强了其本身的穿射能力，实现一击致命，却也同时带来必须确保射击精度的问题。我们可以设想，当年携带触发引信的炮弹或者鱼雷头部撞击到目标的时候，很可能还没等到里面的炸药冲击波呼啸而出，弹体已经东倒西歪，在被聚集起来的射流正式的攻击开始时候，弹头对着哪个方向基本上是听天由命，所需要的定向射击精度也就只能是天方夜谭了。

就这样，英国皇家海军的科研人员尽管嗅觉敏锐，第一时间闻出了空腔聚能器的独特味道，他们却最终在碰到挫折后选择了放弃，而不是将研究继续下去进而想法找到解决问题的方案。

1 j' X, s  B* d. K事后诸葛总是容易做一些。现在分析起来，其实英国人在当时的情况下选择放弃研究，虽然算不上明智之举，却也算不上愚蠢的选择。因为，不管是当年鱼雷所寻找的攻击目标—--游曳在海湾的军舰，还是炮弹所寻找的攻击目标—--工事中的士兵，其本身装甲能力或者防护能力都不足以抵挡普通鱼雷和炮弹的攻击，既然旧有的不定向爆炸攻击方式足够有效，那与其花大力气开发前景未明且更为复杂的的定向聚能武器，还不如将更多的精力放在如何提高弹药机动性，攻击准确性等等其他更重要的方面呢。归根结底，需求才是将科研成果转化为实际应用产品的最大推动力，这种需求可以是现实的，也或许是未来可预见的。
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" J! z5 Z9 j) W) s3 O8 C不久以后，第一次世界大战接踵而至，战场上出现了一种全身包着厚厚铁甲被人们称为坦克的东西，那才是未来空腔聚能武器需要瞄准的目标。空腔聚能器被真正运用于战场上那惊心动魄的时刻一直被拖到三十年后的第二次世界大战末期才到来，这又是后话。
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图四：大三角帆塔(Spinnaker Tower) 坐落于英国南部海滨城市朴次茅斯(Portsmouth)的冈沃夫码头(Gunwharf Quays)。塔高170米，是英国最高的开放式建筑，提供全景俯瞰朴次茅斯历史造船厂，朴次茅斯港口，冈沃夫码头，市中心和朴次茅斯全貌及其邻近的城镇和郊区。

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最后我们不妨岔开话题说说费农号（HMS Vernon)[5]。其实费农号是著名的英国皇家海军元帅约翰-费舍尔于1876年创立的独立组织，是专门负责鱼雷和水雷作战训练。在两次世界大战中，其在皇家海军对阵德国海军作战中起到举足轻重的作用，在发展鱼雷武器以及搜索捕获德军水雷的技术方面战功卓越，战果累累。战后，费农号仍然坚守岗位，履行自己的职责，直到1995年使命终止。而后费农号所在冈沃夫码头（Gunwharf Quays）被重新发展成为朴次茅斯一处繁华商业区。2005年，一个新的地标性建筑大三角帆塔(Spinnaker Tower，图四)在原来费农号所在地拔地而起。你如果有机会到朴次茅斯一游，不妨登上那高耸在一百七十米云层之中的三角帆塔，在开放的观景台上尽情体验一下海风吹过发梢的感觉，一览这个英格兰南海岸著名军港的壮观景象。

7 D& l0 v! @: D( d5 ^3 p如果你居然很有耐心地读到这里，我会悄悄告诉你，其实知道上面所讲的这些事情的人并不多，因为它仅仅被记录在美国海军武器调查实验室的一份1945年的解密报告中[6]。当你在三角帆塔上放飞心情的时候，若是还能回想起这些情节，那我就算没白费劲了。
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参考文献：
[1] http://en.wikipedia.org/wiki/HMS_Dreadnought_(1906)
[2] “纸上杀机之第一次“珍珠港” 1918年英国鱼雷机攻击德国大洋舰队计划。”《航空档案》2008年第08期。
, c. H' `8 L5 \! l: V! P[3] 图片地址：http://en.wikipedia.org/wiki/File:No100FuzeDiagram.jpg
[4] 图片地址：http://jpkc.nwpu.edu.cn/dzjc/yuleigl/wlkt/ch04/4.4/4_4_2.htm。另外感谢潮起潮落的补充说明：此图为是53-66鱼雷引信，装药量911克高爆炸药，威力巨大。平时都是分开保管，鱼雷进管时才装上去。底火很像小药片，史克肠虫清广告曰：2片。底火这玩意很吓人，性格比较敏感，且暴脾气爱发火，组装时战战兢兢是必须的 ，一条雷装两个引信，为的是双保险。
- [+ _, B4 n; B[5] http://en.wikipedia.org/wiki/HMS_Vernon_(shore_establishment)
4 q6 `9 J! @0 S, c[6] “The Hollow Charge: Its Theory and Applications to the Opening of Explosive Filled Ordnance, etc.,” Lt. H.W. Kline, U.S.N.R., Ordnance Investigation Laboratory, Naval Powder Factory, Indian Head, Maryland, 15 August 1945.
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  f1 \. Z+ C" J( L6 q面对一年半前给自己挖下的大坑，现在终于痛下决心开始慢慢填上。正所谓“君子填坑，十年不晚”，不禁为自己这种神精感到傲娇。

潮起潮落

不爱吱声 发表于 2013-10-19 12:34
上节给大家讲了德国WASAG的空腔聚能器专利。。。
: @8 S9 O; m: Z1 L* xhttp://www.aswetalk.org/bbs/forum.php?mod=redirect&got ...

这个认识，是53-66鱼雷引信，装药量910克高爆炸药，威力巨大。平时都是分开保管的，鱼雷进管时才装上去。底火很像小药片，史克肠虫清广告曰：2片。底火这玩意很吓人，性格比较敏感，且暴脾气爱发火，组装时战战兢兢是必须的

) V# y5 {% x7 U& q7 [1 z1 h: k一条雷装两个引信，为的是双保险。

哪儿找的图？赞。
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齐若散

果真经济是基础啊，才给的5000押金还没焐热，隔天就赎回1000了。
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) c3 R  T! g4 e报告已读完。
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+ H8 Q8 b5 q4 p+ f谁知道有没机会到三角帆上去放飞心情。

料理鼠王

嗯呐，长知识。

常挨揍

刚问了下 小爱 对“空腔聚能”怎么看，丫没回复俺

此情可待成追忆

这坑我还没注册爱坛就看到了

李根

搬小板凳继续听讲

花差花差农民

坑品如此上佳，令人热泪盈眶！！！

知于行

这坑我还没注册爱坛就看到了

MacArthur

潮起潮落 发表于 2013-10-19 00:07
$ a8 \2 S1 z5 R! _& d. z! K2 d这个认识，是53-66鱼雷引信，装药量910克高爆炸药，威力巨大。平时都是分开保管的，鱼雷进管时才装上去 ...

& G1 I6 s" F( E% L0 p您当年讲过呵，拿小吊篮往潜艇里吊引信，“咕咚”一声，砸了下去。。。
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潮起潮落

MacArthur 发表于 2013-10-21 12:21
% \" V, P& ]1 ]. p$ G8 a( p您当年讲过呵，拿小吊篮往潜艇里吊引信，“咕咚”一声，砸了下去。。。

; |1 N5 F: \4 q6 d ...

奏是它！用帆布吊桶，从舱口往舱里吊放，真他娘的吓得不轻啊！
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MacArthur

潮起潮落 发表于 2013-10-20 23:59
奏是它！用帆布吊桶，从舱口往舱里吊放，真他娘的吓得不轻啊！

那当然，这装药量快顶两颗反坦克手雷了啊。。。
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的名

坑边接着等下文。

农民家的狗

的名 发表于 2013-10-21 23:12
坑边接着等下文。

+ p. @/ _8 f6 y" d3 t/ \% B有趣，谢谢。下面还等着

tonyxu

长见识了，谢谢啊。以后跟人吹多了个专业词，‘空腔聚能’，听起来就高端大气上档次！

njyd

俺的猜测：炸药的轰曝波传递方向与炸药表面垂直，聚能由此而来。

njyd

记得在某个论坛上与别人有过一场争论。
7 ^% f: }8 q; @问题是聚能穿甲（也许叫破甲吧？）弹打在不同的目标上各有什么样的效果。
　　我的回答是打在土墙上可能炸烂半堵墙，打在砖墙上会炸出一个大洞，打在混凝土墙上会有个较大的孔，打在钢墙上就是一个小孔。
) o9 @' c. N) J7 e4 C1 I　　与我争论的人认为都是一个小孔，还搬出一位权威的话，不过那话也没具体回答问题。
- `  L) g: ]3 z; ~' @/ B8 s　　焦点在于：聚能炸弹是把全部还是部分能量聚了。

不爱吱声

njyd 发表于 2013-10-26 06:06
记得在某个论坛上与别人有过一场争论。
/ D) H/ ?" [6 C, B6 D( G0 g/ X问题是聚能穿甲（也许叫破甲吧？）弹打在不同的目标上各有什么样的 ...

! P. M$ W4 \- `+ L, B" l打在哪都是小孔

njyd

不爱吱声 发表于 2013-10-26 20:35
2 S1 ~1 H0 c6 I& Q$ B& X0 R% `/ ]: ?打在哪都是小孔

不会的，这里考虑的是整个弹的作用，不是光那射流。不管怎么说整个弹向四周的轰爆波不会消失。

不爱吱声

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njyd 发表于 2013-10-27 12:11
" v6 T7 R/ m6 o, V不会的，这里考虑的是整个弹的作用，不是光那射流。不管怎么说整个弹向四周的轰爆波不会消失。 ...

如果是EFP(Explosively formed penetrator),可能是你说的效果，如果是shaped charge,向前的爆轰波很弱的，基本都是聚到射流上了，否则是设计问题。你说的破甲弹是另外一个话题了，很多时候并不追求穿深而是追求综合效果。