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案例——物理学与力、光武器

发布日期:2009/4/8 16:52:37浏览次数:4348 作者:刘福根

高玉涛

1   常规武器中的力学原理

常规武器指的是枪炮类武器,这类武器中除了炸药是化学物质外,几乎全都是物理学中的力学问题,如点火撞击是弹性和碰撞问题;点火启动涉及到牛顿运动定律和动量守恒定律;来复线是应用角动量定理,使摩擦力矩转化为弹头的高速旋转,保证弹头在运行过程中不会翻滚,并更具杀伤力;弹头设计成流线型的主要目的是减小弹头在飞行过程中空气的粘滞阻力,其次是增大弹头撞击目标时的压强,以提高推进目标的深度等。下面我们介绍几种常规武器。

炮弹

火炮射击的是弹药。通常由弹丸、引信、发射药、底火等组成。下面是几种炮弹介绍:

穿甲弹

穿甲弹又称动能弹,主要用于攻击对方的装甲目标,其穿甲效能主要取决于弹丸本身的质量、硬度、密度和速度。穿甲弹经过了全口径尖头穿甲弹、全口径钝头穿甲弹、全口径被帽穿甲弹、次口径超速穿甲弹等阶段,发展到了目前的长杆式尾翼稳定超速脱壳穿甲弹,其弹芯材料从最初的高碳钢合金发展到钨合金乃至贫铀合金,其初速由最初的仅800多米/秒到提高目前的超过1800米/秒,其穿甲厚度由最初的几十毫米发展到目前的200-800毫米,已成为被世界公认为对付复合装甲的最有效的炮弹。

破甲弹

破甲弹是利用“聚能效应”(又称门罗效应或空心效应)原理制成的弹药,主要由弹体、空心装药、金属药形罩和起爆装置组成,大多采用电发引信。其破甲过程为:当弹药击中目标诱发装药爆炸时,炸药所产生的高能量集中在金属药罩上,并在瞬间将其融化成为一股细长(直径3-5毫米,长达数十厘米)、高速度(高达8-10千米/秒)、高压力(100-200万个大气压)、高温度(1000℃以上)的金属射流,这种具有强大能量金属射流的在顷刻间穿透装甲后,继续高速前进,加上它所产生的喷溅作用,就会破坏坦克内的设备,杀伤乘员,并极易引燃油料及诱爆弹药,产生“二次杀伤效应”。破甲弹的优点:一是其破甲威力与弹丸的速度及飞行的距离无关;二是在遇到具有很大倾斜角的装甲时也能有效地破甲。其缺点:一是穿透装甲的孔径较小,对坦克的毁伤不如穿甲弹厉害;二是对复合装甲、反作用装甲、屏蔽装甲等特殊装甲,其威力将会受到较大影响。因此,在现代坦克炮的弹药中,破甲弹的配备率已经下降,如T-72坦克弹药基数为39发,但只配备5发破甲弹。

碎甲弹

碎甲弹是在20世纪60年代初期由英国研制成功的一种反坦克弹种。其结构特征为:较薄的弹体内包裹着较多的塑性炸药,短延期引信位于弹体的尾部,只能用线膛炮发射。其杀伤原理为:当碎甲弹命中目标时,受撞击力的作用,弹壳破碎后就会象膏药一样紧贴在装甲表面上,当引信引爆炸药后,所产生的冲击波以每平方厘米数十吨的应力作用于装甲上,从而会在装甲的内壁崩落一块数千克的破片和数十片小破片,这些高速崩落的破片,可杀伤车内乘员,损坏车内设备,从而达到使目标失去战斗能力。

榴弹

榴弹是利用弹丸爆炸后产生的碎片和冲击波来进行毁伤目标的弹种。坦克上通常装备的是杀伤爆破榴弹。它既有爆破作用,又有杀伤作用,用来摧毁野战阵地工事、杀伤敌方兵员和对付簿装甲目标。由于坦克滑膛炮不能发射靠旋转稳定的榴弹,所以配用长体式尾翼稳定破甲、杀伤两用弹。  

2  光与武器

响尾蛇导弹Sidewinder missile   “响尾蛇”AIM—9是世界上第一种红外制导空对空导弹。红外装置可以引导导弹追踪热的目标,如同响尾蛇能感知附近动物的体温而准确捕获猎物一样。

导弹诞生于上个世纪40年代,最初为德国在第二次世界大战后期轰炸英国时使用。从理论上讲,导弹是依靠制导系统来控制飞行轨迹的火箭或无人驾驶飞机式的武器,其任务是把炸药弹头或核弹头送到打击目标附近引爆,并摧毁目标。导弹通常由战斗部(即弹头)、弹体结构、动力装置和制导系统组成。导弹战斗部可是普通装药、核装药,也可是化学、生物战剂。其中装普通装药的称常规导弹,装核装药的称核导弹。导弹按发射点和目标可分为地地导弹、空对地导弹、地空导弹、反舰导弹、反坦克导弹、反弹道导弹导弹等;按飞行方式分为弹道导弹和巡航导弹;还可按作战使用分为战略和战术导弹。其中,空对空导弹的突出特点是命中率高。

二战结束后,美苏的军事对抗促使两国开始研制各种先进的武器。美国充分利用从德国获取的火箭技术,开发新型武器装备。其中包括射程数百公里的导弹。1949年,美国福特航宇通讯公司和雷锡恩公司开始研制的近距空对空导弹。最初空战导弹的雏形是把战机里面掏空,安上高爆弹药,再装上无线电等飞行控制系统,完成几百公里以外的攻击。后来红外空战导弹的研制开始提上日程。几年后,空战导弹初步成形。弹长近3米,直径120余毫米,弹体由铝管制成。弹头前端玻璃罩内是寻的系统,由一组硫化铅热感电池及聚焦光学部件构成。寻的段后面,是4片三角翼,可调控方向。导弹中段是爆炸段,由高爆炸药及引信组成。导弹后段,是火箭发动机,外加4片尾翼。

时至今日,“响尾蛇”成为世界上产量最大的红外制导空对空导弹,也是实战中被广泛使用的少数导弹之一,参加过越南战争、马岛冲突和海湾战争。各型“响尾蛇”导弹(除C型为半主动雷达制导外)都采用红外制导,发射后导弹控制舱前面的导引探测目标发出的红外辐射,使导弹自动跟踪目标飞行,直至击中目标,可发射后不管。

激光制导武器

激光制导炸弹是在上世纪六十年代中期开始发展起来的。激光制导炸弹,顾名思义,就是与常规自由落体炸弹相比,这种炸弹利用激光的直线传播特性进行制导,以增强炸弹落点的精确度。具体过程为,载机借助于“激光目标指示器”,把激光束投射到目标上,激光束在目标表面产生漫反射,总会有一部分激光反射到激光制导炸弹上,被炸弹的“寻的器”所接收,然后通过控制系统进行换算,再控制炸弹的飞行舵调整炸弹航向,直至精确命中目标。这种激光制导的方式,就像给各种炸弹安上了“眼睛”和“大脑”,就像放出猎狗追兔子一样,紧紧盯住目标,穷追不放,直到将目标摧毁。  
    激光制导炸弹首次投入使用,是在越南战场上。据统计,整个越南战争期间,美军共投掷激光制导炸弹25000枚,炸毁重要目标1800个,其中还包括普通航弹难以摧毁的桥梁106座。其中,美空军空袭越南清化大桥是激光制导炸弹运用的典型战例。清化大桥位于河内以南112千米处,是从河内通往越南南部的铁路、公路必经之处,在1965~1968年的4  年里,美空军曾出动数百架次飞机对其进行轰炸,结果“赔了夫人又折兵”,桥梁不仅没有完全被摧毁,却损失飞机10多架。直到1972年,美空军仅仅出动了几架飞机,投掷了十几枚激光制导炸弹,就使得清化桥梁被彻底摧毁。1986年,美军飞机利用夜幕长途奔袭利比亚,用激光制导炸弹准确地对卡扎菲总部和驻地实施精确轰炸,取得了辉煌的战果。海湾战争中,以美国为首的多国部队运用激光制导炸弹摧毁了大量伊拉克经过严密加固的固定目标,包括五分之四的交通设施。


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