圓頭子彈,尖頭子彈,設計有啥講究?這要看空氣的心情

2019-07-18     紙上的宣仔

如果細心的軍迷們留意觀察,會發現這樣的一個規律:手槍子彈,槍掛榴彈,亞音速反艦飛彈和巡航飛彈,以及亞音速的飛機,飛行體一般用的都是圓形鈍頭;而像步機槍彈,超音速反艦飛彈彈道飛彈,通常都是圓錐形尖狀的頭部。

幾種常見手槍子彈,全是圓頭或者鈍頭

YJ83反艦飛彈,用的是鈍頭

步機槍彈都是尖頭

「白蛉」3M80超音速反艦飛彈頭部也是尖的

洲際飛彈的錐形彈頭和整流罩

當然,手槍也不是沒有尖頭彈,我國的92式軍用手槍用的就是一種尖頭彈。其實圓頭還是尖頭,這都主要取決於不同速度下的空氣阻力。在亞音速下,圓頭的阻力更小;由於手槍槍管短,後坐力要小,子彈一般初速都不高,一般在300-400m/s,屬於跨音速或亞音速段,所以用圓頭比較合適。而在超音速下,由於激波阻力的存在,條件就變了,此時需要使用尖頭。比如92式用的是5.8mm子彈,彈頭質量太輕,為了增加威力,只能增大初速到超音速,此時就需要用尖頭來減阻了。接下來我們看看,為啥亞音速飛行時圓頭更容易減阻,為啥超音速時尖頭更容易減阻。

軍用版92式用的是5.8mm尖頭彈


圓頭減阻原理

至於為啥圓頭在亞音速下阻力更小,其實涉及到非常複雜的流體力學的數值模擬,在這裡只能定性的解釋一下。在亞音速情況下,圓鈍頭劈開空氣後空氣流暢更加平滑,流場不存在拐彎角度太大的情況;而尖頭彈由於曲率的不連續性,一部分氣流需要拐很大一個彎才能繞道上表面,並且在運動一段距離後重新附著到子彈表面上。但這樣就相當於在子彈表面製造了一個氣流分離區,這個區域的氣流流速低,根據伯努利原理,流速低的氣流壓強更大;而重新附著到子彈表面的的氣流,因為損失了一部分速度,壓強也變高了。伯努利原理升力的來源來自於上下表面的壓差;如果壓差變小,升力也就變低,那麼子彈的彈道就是更加下彎的;除此之外,由於迎風面上的壓強更高,也將導致壓差阻力增大,使子彈減速更快,存速能力下降。所以表現不如圓頭彈。

亞音速流場中圓頭彈和尖頭彈的表現

壓差阻力圖解

尖頭減阻原理

既然如此,為啥機槍彈和步槍彈要用尖頭呢?因為步機槍彈彈,有效射程要求達到數百米,因此對子彈的初速就提出了更高的要求。比如AK-47度初速已經達到了710m/s,M-16更是達到了945m/s,已經達到了音速的2倍以上。在超音速下,之前的模型,就不適用了。因為這個時候子彈的附近會多出一樣東西——激波(Shock Wave),也叫衝擊波,激波阻力也將替代其他阻力成為主要的阻力來源。激波的形成主要是物體在超過音速飛行時,物體前段氣體因為相對速度超過音速而產生的壓縮現象。

子彈發射時在頭部產生的錐形激波,子彈速度越快,激波的錐角越小

激波前後的空氣壓強會產生突變,空氣經過激波波面後,像撞到了一堵牆上一樣,會被減速並壓縮,壓強大大增加;物體經過激波時,也會遭受很強的應力,甚至會引起強烈的震顫。所以超音速段,子彈當然是要想辦法避開自己產生的激波了,不然撞到自己產生的激波上豈不是很冤?所以這個時候尖頭彈就派上用場了。尖頭彈不僅是頭尖而已,而且它的形狀也是細長型,尖頭的錐度是比較高的。這樣,子彈產生的斜激波就與子彈本身不接觸,減小了激波阻力。

而如果是圓頭彈,因為曲率半徑大,所以斜激波會撞到子彈上,讓子彈劇烈減速到亞音速,威力大大減小,費那麼大勁設計的槍,威力不行還打不准,多冤啊。所以但凡是射程遠,威力大的步槍機槍狙擊槍彈,乃至炮彈,用的都是尖頭小錐角的設計了。

圓頭彈超音速就是這麼個下場


其實19世紀剛有定裝步槍彈那會,也是用圓頭彈的。但是隨著技術的進步和對步槍遠射需求的提升,各國也逐漸認識到圓頭彈存速能力的不足。到了20世紀初,各國開始紛紛研發了尖頭子彈,到了一戰之後,圓頭彈幾乎完全絕跡了。

美國M1892 .308軍用步槍彈





步機槍彈,炮彈,甚至洲際飛彈的彈頭,凡是要和超音速打交道的,尖頭錐形是基本操作

文章來源: https://twgreatdaily.com/zh-hk/R-uYFGwBmyVoG_1Z-dYL.html