电磁炮炮弹为什么长得像箭矢有趣的次口径弹

　　这几天网络上出现了一张国产电磁炮的照片，从图片中看电磁炮仍在海洋山号登陆舰上进行测试，外观无明显变化。由于之前沉寂了两年，这次的突然冒泡让不少网友有久违的感觉。
　　说起电磁炮，多数网友都了解它的基本工作原理。不过有很多小伙伴对电磁炮弹的外形感到好奇：剥开外壳后这玩意的弹芯怎么长得和古代的箭矢差不多这是科技发展的复古风吗，还有那个包住它的弹拖是做什么用的，就不能直接把弹芯打出去？
　　图：电磁炮炮弹外观
　　图：炮弹结构示意图：由弹芯和包住它的弹托组成
　　图：去掉弹拖后里面的弹芯和古代的箭矢很像
　　这种炮弹有一个正式学名叫次口径弹，顾名思义就是炮弹的口径（明显）小于火炮的口径，既然小于火炮口径一般就需要一个弹拖来填补炮弹和炮膛之间的空隙。在传统的火炮炮弹中有一种大家很熟悉的弹种也是典型的次口径弹，长得和它几乎一样：尾翼稳定脱壳穿甲弹。
　　图：坦克发射的尾翼稳定脱壳穿甲弹
　　无论是哪一种次口径炮弹，按照常识说，要么减小火炮口径刚好容纳弹芯，要么干脆把弹芯搞粗了适应口径，为何非要加个鸡肋一样的弹拖，出膛后还得赶快抛掉，弄这么复杂几个意思？
　　图：换个简单点的说法：炮口那么粗，干嘛发射这么细的炮弹？
　　要说清楚次口径弹是怎么回事，还要从一个大家不太注意的冷知识说起：军迷们常说的口径即正义这句话可能是错的！
　　一般来说口径越大赋予炮弹的动能越大，炮弹出膛的初速越高。因此想增强火炮威力最简单的办法当然是增大口径，为此人类在一、二战中造出了一批惊天地泣鬼神的大口径火炮，如巴黎大炮、古斯塔夫等等。
　　但科学家很快发现了什么叫凡事都有两面性：口径的增加也会使炮弹的截面积增大，炮弹的飞行阻力增大，导致炮弹的后续速度会直线往下掉口径越大掉的越快。因此在火炮发展史上曾出现过雷人的一幕：口径大的炮不如口径小的炮打得远。
　　图：高速摄影展示出肉眼可见的飞行阻力：激波
　　后续科学家通过优化炮弹的外形、更改弹丸的材料等措施试图缓解，但也只是缓解，这个问题始终存在，而且一度就成了个悖论：口径小了动能小，炮弹打不远；增大口径飞行阻力跟着大，也是打不远。
　　在这种情况下有设计师就脑洞大开了一下：有没有办法用大口径的炮筒把小口径的炮弹打出去？
　　图：形象点说就是能不能搞门发射这种炮弹的大炮？
　　打一个不一定形象的比方：能不能在北京打工，吃住在河北？
　　在二战有这么一群科学家就宣布：我们真发明了一种炮，能把这种炮弹打出去：
　　奇特的锥膛炮
　　图：二战德军锥膛炮
　　锥膛炮的特殊之处在炮筒后粗前细，也就是炮弹刚点火启动时炮膛很粗，越往前进炮膛越细。为了适应这种特殊的行进过程，特制的炮弹是下图这样的：
　　锥膛炮炮弹
　　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。在开炮的过程中，由于炮管逐渐地变细，这两个弹托会被挤压到弹头周围，直到完全包裹住弹头，就像雨伞由打开到收起的过程。
　　锥膛炮工作原理图
　　通过这种伞状结构从打开到收起的过程，锥膛炮实现了炮弹刚发射时是大口径、出膛后是小口径的目标，也就是成功用大口径的炮筒打出了小口径的炮弹。根据科学家计算，打出去的弹头（伞收起）和同样口径的炮弹相比，在飞行阻力相同的情况下，动能提高了四倍！
　　当时这种炮弹倒不是追求远射程，而是为了穿甲。锥膛炮炮弹采用钨合金世界上最硬的金属制作弹头，依靠强大的炮口动能（初速）和钨坚硬的材质来实现击穿坦克装甲的目标。上图的德制37毫米轻型反坦克炮可以轻松击穿苏军T34的装甲，不甘示弱的苏军也很快搞出自己的型号：LPP25反坦克炮，实战中对德国3号坦克的正面骑脸输出无一失手。
　　苏联的对应型号LPP25反坦克炮
　　锥膛炮可以看做是今天反器材步枪、肩抗式反坦克导弹等的祖师爷。不过这东西很快昙花一现地退出了历史舞台，原因是有一个先天弱项始终难解：太费炮管。那个雨伞状的弹拖对炮管的挤压造成不可避免的磨损，导致炮管寿命很短，几十发就报废。这么短的寿命实战意义当然有限，随着铁拳、巴祖卡等后浪的服役，锥膛炮很快被拍死在沙滩上。
　　不过故事没完，二战结束后，设计师们继续沿着锥膛炮的思路前进：把那个伞状弹拖改成不会磨损炮膛的东西会怎样？
　　尾翼稳定脱壳穿甲弹诞生了。
　　尾翼稳定脱壳穿甲弹的弹托由轻质金属甚至是塑料构成，发射过程中不会对炮膛造成多大的磨损，发射后弹托会在空气阻力的作用下四散打开，弹芯就保留了绝大部分动能向前飞去。此外由于炮弹用滑膛炮发射，无法旋转，弹芯又增加了尾翼保持稳定。
　　而弹芯的材料还是采用钨合金，依靠高速击穿钢制装甲板如筷子捅豆腐一样。根据我们国家官方发布的数据，99式坦克炮发射的尾翼稳定脱壳穿甲弹速度大约是1650米秒。在这个速度下，可以轻易地穿透1000mm厚度的装甲。
　　随坦克炮外，由于工艺的进步脱壳穿甲弹近年来不断向小型化发展。国产军舰上的1130近防炮采用了30毫米口径尾翼稳定脱壳穿甲弹，可以将来袭导弹打得粉碎。此外，在国内举办的武器展上甚至展出了14。5毫米口径的钨芯脱壳穿甲子弹没错是子弹。
　　图：国产DGJ02式14。5mm钨芯脱壳穿甲子弹
　　图：发射这种子弹的14。5mm反器材步枪，2600米距离可以击穿美国布雷德利步兵战车的装甲。下面是厂家宣传片镜头：
　　步枪子弹有了，手枪子弹有木有？也有！
　　国外某厂商研制的6。5毫米脱壳弹，除了因发射距离短不需要尾翼外，其余结构和普通的尾翼稳定脱壳穿甲弹一模一样。据报道这种子弹可在50米距离击穿7毫米厚的装甲钢板。
　　6。5毫米CBJ脱壳弹
　　顶部特写
　　图：黄色字标注的是该子弹击穿7毫米钢板的弹孔
　　可以说尾翼稳定脱壳穿甲弹在炮（子）弹的科技树点开了独特的一个分支：用大口径的炮管发射小口径的弹丸，成功实现了挣在北京，花在河北的小目标。
　　说到这里，是不是有些小伙伴还是觉得弹拖这个玩意有点像鸡肋时间快进到21世纪，在研发电磁炮的炮弹时，科技人员第一时间便想到了尾翼稳定脱壳穿甲弹，弹拖这时候突然有了新用途，成了各结构中最重要的一部分（之一）：电枢。
　　我们知道电磁炮的原理是炮弹、导轨分别通电形成电流回路并引发磁场，但由于材料的导电性等原因，由钨合金制成的弹芯是不能直接通电的，而弹拖正好可以采用导电性能极佳的金属（如铜）或等离子材料制成，通电后和导轨一起形成回路，依靠磁场推动其内部包裹的炮弹前进。
　　简单点说，电磁炮就是一个直线电机。导轨是线圈，弹拖（电枢）就是电刷。
　　国产电磁炮的具体情况目前不清楚，根据美国官方公开的数据，炮弹的炮口初速达到了8倍音速，推动小口径、低空气阻力的弹芯，射程可以达到惊人的200公里，击穿10层钢板就像小刀切黄油一样容易。
　　结语
　　从二战中处于技术萌芽阶段的锥膛炮，到如今融高科技一身的电磁炮，次口径弹技术被科学家玩出了新高度。
　　由于军迷都了解的原因美国的电磁炮项目在几年前已经凉凉，我国是目前唯一在电磁炮领域高歌猛进的国家，不出意外将是第一个将箭矢形状的电磁炮炮弹实用化的国家。
　　图：国外媒体公布的中国电磁炮卫星图，红圈内为电磁炮，左为各种标靶
　　而这次海洋山号电磁炮不慎外泄的情况显示，有可能实验型号的进度已告一段落，更成熟的目标型号即将推出。
　　大的可能要来了，小伙伴们可以放心期待，到时候看看国产的箭矢什么样。