身管寿命与初速间的关系

seven_nana

身管寿命与初速间的关系

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本文的参考资料是美国海军的官方手册，Ordnance Pamphlet No. 770 16-Inch Range Table，并附有一些个人评论。

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火炮寿命的计算方式，向来是一个比较有争议性的话题。由于不同国家的不同火炮，其寿命的界定标准很可能会各不相同，因此不同火炮之间的身管寿命，想必是无法拿来直接比较的。

一旦将这些数据与其他火炮进行横向对比，便常会引出许多口水仗。

例如在提及德国火炮的寿命时，经常会有人为其加上“德标”二字。这本无不妥，但在部分网友眼中，似乎就将“德标”二字当成了高标准的代名词，认为其界定标准高于其他国家。言下之意即是暗指，若依照其他国家（例如美国）的界定标准，则德国火炮的身管寿命会更高一些。

根据我掌握的英国调查报告，38cm SK C/34火炮是按照初速下降10%作为到寿标准的（详见此贴）。

此外，NW上明确表示，苏联406mm B-37型火炮的寿命也是按照初速下降10%作为到寿标准的。

那么美国人的标准是多少呢？

以下两张图表是美国16英寸 Mark 7火炮以2,500英尺/秒的初速发射2,700磅穿甲弹时，ESR、身管损耗、以及初速下降程度之间的关系表。

备注：ESR是一种估算火炮剩余精度寿命的方式，详见此贴：火炮的定义

下图中标出了ESR与身管损耗之间的关系，当ESR达到350时，身管损耗程度会达到0.47英寸左右。



下图中标出了身管损耗与初速下降程度之间的关系，当身管损耗程度达到0.47英寸时，初速将会下降162英尺/秒左右，即下降至2338英尺/秒左右。



2338/2500=0.9352，因此该火炮到寿时，初速会下降6.5%左右。

也就是说，实际上美国16英寸 Mark 7火炮的寿命衡量标准，是要比德国38cm SK C/34型火炮更加严格的，也比苏联的406mm B-37型火炮更加严格。

seven_nana

另外，英国火炮的身管寿命界定标准，很可能是与美国标准大致相当的。

美国16英寸 Mark 7火炮，发射2,700磅穿甲弹时，新炮初速为2,500英尺/秒，而旧炮初速则为2,425英尺/秒，后者相当于前者的97%。

美国14英寸 Mark 7，Mark 11型火炮，发射1,500磅穿甲弹时，新炮初速为2,700英尺/秒，而旧炮初速则为2,625英尺/秒，后者相当于前者的97.22%。

英国16英寸 Mark II，Mark III型火炮，发射2,375磅穿甲弹时，新炮初速为2,483英尺/秒，而旧炮初速则为2,400英尺/秒，后者相当于前者的96.65%。

英国16英寸 Mark I型火炮，发射2,048磅穿甲弹时，新炮初速为2,614英尺/秒，而旧炮初速则为2,525英尺/秒，后者相当于前者的96.59%。

英国15英寸 Mark I型火炮，使用强装药发射1,938磅穿甲弹时，新炮初速为2,638英尺/秒，而旧炮初速则为2,575英尺/秒，后者相当于前者的97.61%。

英国15英寸 Mark I型火炮，使用常装药发射1,938磅穿甲弹时，新炮初速为2,458英尺/秒，而旧炮初速则为2,400英尺/秒，后者相当于前者的97.68%。

英国14英寸 Mark VII型火炮，发射1,590磅穿甲弹时，新炮初速为2,483英尺/秒，而旧炮初速则为2,400英尺/秒，后者相当于前者的96.65%。

整体来看，这些数据呈现出了一种大致的规律，即美英两国射表上标明的旧炮初速，大致都是初速下降至新炮的96%-97%时的状态。

LeSoleil

(c) As regards (i), the life of our guns (about 325 E.F.C.) is apparently considerably less than that of German heavy guns owing to their use of cooler propellant.  They evidently considered that the life of their guns was long enough to justify the simpler lighter design which is possible when relining is not intended.  Experiments with propellants generally similar to the German are in hand, but some time must elapse before any can be adopted to replace cordite M.D. in the Service.  Until then it is considered that we should certainly continue to design our guns for relining.

英国人对比一战两国15寸炮的报告，在MkI页面。英国人说德国炮寿命高，但德国标定寿命比英国低。

seven_nana

LeSoleil 发表于 2013-5-22 12:37
(c) As regards (i), the life of our guns (about 325 E.F.C.) is apparently considerably less than tha ...

德国38 cm/45 (14.96") SK L/45的标称寿命是300，英国15"/42 (38.1 cm) Mark I 的标称寿命是335，但我认为这组数据与上述英方观点并无严重矛盾之处。

英国人在做上述测试时，使用的还是MD45发射药，而335的身管寿命，出处是Naval Weapons of World War Two，是使用SC280发射药时的寿命数据。

至于使用MD发射药时的寿命，我得回去查一查Friedman那本Naval Weapons of World War One，那里面或许有记载。

SC系列发射药是英国人在参考了德国RP C/12型发射药后新研制的，如上述报告所述，德国发射药的燃烧温度较低，能有效提高身管寿命。因此相比MD发射药，SC发射药应该能有效提高身管寿命。

克虏伯火炮

SC的爆发温度比MD低大约120K，比RP C/12高大约120K。与MD相比提高身管寿命是一定的，但提高幅度应弥补不了与RP C/12的差距。
发射药的主要含能成分是硝化纤维和硝化甘油，两者都属于硝酸酯，所以在“氧平衡”接近的条件下，其爆热也比较接近。
而同为硝酸酯类，其O元素含量与N元素含量成正比，N含量越高，“氧平衡”和爆热也越高，爆发温度通常就越高。当然，爆发温度也和其它很多因素有关，上述只是“大体规律”。
MD型组成为65%的硝化纤维（N元素含量13.1%）、30%硝化甘油和5%凡士林。综合N元素含量14.06%。爆发定容1025CV，爆发温度约3215K。
SC型发射药的组成为49.5%的硝化纤维（N元素含量12.2%）、41.5%的硝化甘油和9%的中定剂。综合N元素含量13.72%。爆发定容为970CV，爆发温度约3090K。
另几种发射药：
RP C/12，由64.13%硝化纤维（N元素含量11.9%），29.77%硝化甘油，5.75%中定剂（二乙基联苯基脲），0.25%氧化镁，0.10%石墨组成。综合N元素含量13.14%。爆容950升，爆发温度2975K。
RP C/32：由66.6%硝化纤维（N元素含量11.5%），25.9%硝化甘油，7.25%中定剂，0.15%氧化镁，0.10%石墨。综合N元素含量12.45%。爆容830升，爆发温度2630K。
RP C/38：69.45%硝化纤维（N元素含量12.2%），25.3%硝化二乙二醇，5.0%中定剂，0.15%氧化镁，0.10%石墨。综合N元素含量12.09%。爆容810升，爆发温度2495K。
RP C/38N：68.72%硝化纤维（N元素含量12.2%），25.03%硝化二乙二醇，1.5%中定剂，4.5%甲基中定剂，0.15%氧化镁，0.10%石墨。综合N元素含量11.96%。爆容810升，爆发温度2545K。
RP C/40：67.55%硝化纤维（N元素含量11.45%），24.6%硝化二乙二醇，7.5%中定剂，0.25%氧化镁，0.10%石墨。综合N元素含量11.25%。爆容720升，爆发温度2040K。
RP C/40N：64.87%硝化纤维（N元素含量12.2%），23.63%硝化二乙二醇，0.5% akardite，7.0%甲基中定剂，0.15%氧化镁，0.10%石墨。综合N元素含量11.29%。爆容730升，爆发温度2185K。
美国SPD型单基硝化纤维发射药，含有99.5%的硝化纤维，其N元素含量12.6%。综合N元素含量12.53%。爆发定容865CV，爆发温度约3015K（个人对这个数据稍微存疑）。

克虏伯火炮

我认为有一点有必要明确，以免有人错误理解而再产生“谣言”：
主楼关于身管损耗的“口径扩大程度”，指的是坡膛处的膛线起始部分，也就是位于身管后段靠近尾部处，而不是炮管全长范围内的口径。这在结尾附录2的《身管损耗的测量方式》已经明确指出。
炮管内最显著的磨损就是这里，因为这里是膛线挤压弹带形成密合槽的位置，受力最大摩擦最强烈。MK7身管损耗数据显示，在290次射击之后这里会增大0.44英寸即11.2毫米，十分可观。
随着它的磨损，坡膛末端逐渐向炮口方向移动，因而增加了药室容积，其结果是初速降低，并且与此同时初速度误差也逐渐增大，也就是精度变差。所以这里的磨损程度是决定火炮身管寿命的决定因素。

seven_nana

@LeSoleil
@克虏伯火炮

我回家翻了下Friedman那本Naval Weapons of World War One，发现4楼那个Mark I寿命为325的数字，就是出自这本书的德国38cm炮的章节的。

奇怪的是，介绍Mark I的章节中，寿命数字却是标为335的（与Campbell书中一致）。

那么这事就有2种可能：

1）325实际上是335的印刷错误，而根据Campbell的说法，335是使用SC280发射药时的寿命，因此书中记载的实际上并非是该炮在一战时期的火炮寿命。

2）325是使用MD时的寿命，而335是使用SC280时的寿命。这种可能性也是有的，但我无法判断其可能性有多高。

两位，点评一下？

克虏伯火炮

我也认为这两种情况都有可能。
但其实可以不纠结MKI一战时的寿命指标，就用更可靠的指标，即二战时期的数据与德国SK L/45相比，同样可以验证NW上的结论。
SC280的单位能量和爆发温度仍比RP C/12高，而两者相比SK L/45炮长略长炮口动能则略低。所以如果炮钢质量相差不大又采用同样标准的话，一战SK L/45寿命不该比二战MKI短才对。