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关于脱被帽体系脱被帽条件的猜想

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一等兵

九年服役纪念章

发表于 2015-4-21 23:39 | 显示全部楼层 |阅读模式
本帖最后由 IreneFan 于 2015-4-21 23:39 编辑

关于被帽与弹体的连接,通常是使用卡扣、焊接等方式完成的。其卡扣数量、焊接面积应该是随着炮弹的口径的增大而递增的。不管是只均匀分布在外围一圈、还是均匀分布在整个连接面上。前者的比值与炮弹口径的比值成正比,而后者与炮弹口径的平方成正比。

至于小厚度装甲板脱离被帽,我想应该是装甲板在被炮弹击穿的过程中作用于炮弹的反作用力摧毁了卡扣与焊接点使被帽与弹体脱离了连接,而并非直接撕裂或摧毁了被帽导致其脱落。理由就是包括最终应用于维内托级的脱被帽体系,大部分脱被帽体系的组成外板均是均质装甲,而显然表面硬化装甲更适合磕碎炮弹的被帽。


接下来要讨论的就是摧毁被帽与弹体连接处的能量来自于哪里。我们知道,炮弹轻易的击穿一块薄装甲板所损耗的能量主要可以分为两种,即:
1、  炮弹所撕裂装甲板本身所需要的能量。
2、  炮弹撕裂装甲板时所额外消耗的能量(崩落装甲碎块、震飞铆钉等等……)


那么剥落被帽所需要的能量主要来源于哪里呢?我们可以这样思考这个问题,无论是德国的官方测试还是Okun的私货,都认为剥落被帽所需的装甲厚度有一个最小值而没有最大值,也就是说随着装甲厚度的提升,剥被帽的能力并没有下降或者消失。这时候我们把这块装甲的厚度最大化,另炮弹刚刚能够击穿这块装甲,可以想象,当炮弹击穿这块装甲时被帽应该已经被剥落,因为这块装甲的厚度远远大于刚刚可以剥落被帽的厚度。而此时炮弹的动能是完全用于击穿装甲的,也就是说没有额外消耗的能量的产生,自然剥落被帽所需要的能量不会来自于这里。

当然,装甲被击穿所消耗的能量并不可能完全用来剥落被帽。所以我们认为剥落被帽所需能量 Jb=λJtJt为击穿这块装甲板所需的总能量)这里引入了一个未知量λ,不过并不影响以下的推论。


因为炮弹击穿装甲的过程是几乎一样的,我们可以认为其能量分配也是相似的,即λ是一个常量或者近乎于一个常量(可能受炮弹工艺影响较大?)。

所以我们并不需要知道λ的真实值,只需要知道Jt就可以比较剥被帽的能力了。


关于如何取得Jt的最小值。我们不妨取下面几组数据:
170mm装甲0°放置剥落380mm炮弹的被帽(可靠数据,来自德国测试)
270mm装甲23.65°放置 剥落381mm炮弹的被帽(可靠数据,来自意大利人对于维内托级防御性能的估计,角度取自15km时的落角数据,认为其与16km数据的误差不足以影响结果)
336+9=42.3mm装甲剥落381mm炮弹的被帽(楼主脑洞数据,因为维内托在接近0距离可以剥掉自己的被帽,认为其在炮表最远距离也可以剥掉自己的被帽,数据用于比较)

通过经验式计算击穿以上装甲所需动能,380mm粗略认为是381mm。得到以下数据(仅为经验式计算,因为楼主并没有此厚度下意大利均质装甲的得分数据。PS:或许壕熊可以帮忙?)

Case1Jt=10.19MJ
Case2Jt=11.62MJ
Case3Jt=11.3MJ


三组数据很相似,因为Case12都是来自于可靠数据,故取其最小值,即剥落380mm炮弹的被帽需要10.19MJ的总能量。

那么根据上面的推论可以得到,卡扣焊点仅存在于外圈,以及卡扣焊点同时存在于整个接触面的所需总能量图表:
  
  
仅在外圈
整个接触面
口径
总能量
总能量
356mm
9.55
8.94
380mm
10.19
10.19
381mm
10.22
10.24
406mm
10.89
11.63
460mm
12.34
14.93

此时再将某距离上装甲和炮弹的数据带入经验式再比对图表就可以知道此时装甲是否具有脱被帽的功能了。



比如大家很关心的衣阿华的38mm外板。

设定距离为20kyd
此时Mk7型落角为14.92°。击穿38mm装甲需要6.2MJ,结论是不能脱去被帽。
此时Mk6型落角为17.93°。击穿38mm装甲需要6.4MJ,结论同样是不能脱去被帽。
事实上即使是在36kyd38mmSTS依旧不能剥掉Mk6的被帽。


再来看看水平,距离是34kyd
Mk7型落角为34.58°,击穿38mm炸弹甲板需要12.29MJ超过了计算值,认为其可以脱去被帽。
9430km落角为31.4,击穿38mm炸弹甲板需要17.3MJ远远超过计算值,认为其可以脱去被帽。


再来看看大和的最上甲板等效厚度26.4-32.6mm
34kydMk7需要10.25MJ(32.6mm等效)8.04MJ26.4mm等效)。并不足以剥去406mm被帽。

当然因为不能保证德国人的实验70mm 0°已经是可以剥去被帽的最小值,所以以上图表的数据并不能保证也是剥落被帽所需的最小值。(话说回来,整篇其实都是楼主的脑洞)

一等兵

九年服役纪念章

 楼主| 发表于 2015-4-21 23:39 | 显示全部楼层
@seven_nana 请壕熊指正

一等兵

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 楼主| 发表于 2015-4-21 23:52 | 显示全部楼层
不过仔细想一想,Jt也有可能是炮弹损失的全部能量。区别是主楼只需要计算装甲板的问题,而后者需要考虑炮弹的问题。。。。爬趴。。。。。

上尉

十二年服役纪念章旗手

发表于 2015-4-22 17:25 | 显示全部楼层
脑洞大师okun已经有方法了
The AP cap and hood themselves will always be knocked off of the projectile by an impact with any face-hardened or high-hardness plate (over circa 400 Brinell) or with a homogeneous, ductile iron or steel plate whose actual thickness is 0.0805 times the projectile's nominal caliber (diameter plus windage) and has a 50/50 chance of being so knocked off if the plate is 0.08 times that diameter. Under the plate thicknesses given above, nothing happens (spaced plates do not add up). Note that the plate quality has no effect and if a laminated homogeneous, ductile iron or steel array is hit, the array is calculated using the laminated plate formulae as in section 2.A., above, but with QA = 1.00 used for all of the plates, regardless of type.
http://www.warships.com.cn/navweaps/Miscarmr.htm
按照Okun的说法,叠层的脱被帽计算,把QA都考虑成1,按照2A的公式算
大和的最上甲板厚度
TSum=38MM
Tspace=(20^1.4+18^1.4)^0.71429=31.19MM
Tlam=(38+31.19)/2=34.59>406*0.0805=32.68
也就是说大和最上甲板外侧够脱406被帽了

一等兵

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 楼主| 发表于 2015-4-22 17:49 | 显示全部楼层
akagizuo 发表于 2015-4-22 17:25
脑洞大师okun已经有方法了
The AP cap and hood themselves will always be knocked off of the projectile ...

我现在的算法只算了最低击穿所需动能,没算全部的,昨天发的时候我以为是最低值,但是后来想了想应该是最高值,明天有空算一算,看看跟脑洞大师的结论会不会很相近。

一等兵

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 楼主| 发表于 2015-4-22 17:55 | 显示全部楼层
akagizuo 发表于 2015-4-22 17:25
脑洞大师okun已经有方法了
The AP cap and hood themselves will always be knocked off of the projectile ...

不过按照最大值计算的话怕是只能用托子的数据作为最小数据来算了,因为我不太清楚德国人实验的蛋重和弹速

中将

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发表于 2015-4-22 21:17 | 显示全部楼层
本帖最后由 seven_nana 于 2015-4-22 21:24 编辑

我不认为λ会是一个常量。

由于被帽是罩在尖弹头上的,因此若想要让被帽和弹体分离,除了需要破坏炮弹和被帽的结合点外,还需要让被帽发生一定的形变。而由于不同炮弹之间的被帽设计差异很大,即便是同一时期的也存在很大差别,所以让被帽的形变程度达到足以脱离弹体的临界点所需的能量也会不一样,有些被帽只需要发生少量的形变就能从弹体上分离出来,另一些则可能需要完全裂成两半才能从弹体上分离出来。

一等兵

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 楼主| 发表于 2015-4-22 22:25 | 显示全部楼层
seven_nana 发表于 2015-4-22 21:17
我不认为λ会是一个常量。

由于被帽是罩在尖弹头上的,因此若想要让被帽和弹体分离,除了需要破坏炮弹和被 ...

但是如果要让被帽本身碎成两半,岂不是用硬化装甲做这个脱被帽层会更好一些么?

中将

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发表于 2015-4-22 22:37 | 显示全部楼层
IreneFan 发表于 2015-4-22 22:25
但是如果要让被帽本身碎成两半,岂不是用硬化装甲做这个脱被帽层会更好一些么? ...

我又没说全都必须碎成两半,我说的是需要发生一定形变!例如被帽下段包裹着弹头侧面的裙边部分裂开一条缝

一等兵

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 楼主| 发表于 2015-4-22 23:01 | 显示全部楼层
seven_nana 发表于 2015-4-22 22:37
我又没说全都必须碎成两半,我说的是需要发生一定形变!例如被帽下段包裹着弹头侧面的裙边部分裂开一条缝 ...

这样一想感觉又进了死胡同了,趴。。。。。。

一等兵

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 楼主| 发表于 2015-4-23 18:09 | 显示全部楼层
seven_nana 发表于 2015-4-22 22:37
我又没说全都必须碎成两半,我说的是需要发生一定形变!例如被帽下段包裹着弹头侧面的裙边部分裂开一条缝 ...

刚刚脑补了一下脱被帽的过程:
在击穿外板的同时,由于被帽首先接触外板,所以被帽的减速要比弹体早而且质量比弹体要轻。所以实际上是一个弹体挤压被帽,通过被帽来挤压外板的过程,弹体的作用力的方向是沿着炮弹轴线的,而外板对被帽的反作用力则是垂直于被帽的,那么在这两个力的方向不是完全相反的情况下,合力就会把被帽往一个方向上扯,这时如果扯毁了整个连接部分,由于被帽减速更快,所以只要包裹的地方稍微发生形变(和连接部分的摧毁同时发生)炮弹就能在接下来的一段飞行距离上用自身的速度甩掉被帽。而这也是使用水泥要比单纯的空气更好的原因,因为被帽在水泥中减速要比在空气中块。

至于被帽本身的形变,是不是可以这么考虑?即撕裂包裹部分所需的能量会远远小于固定被帽的其他手段?毕竟这不是固定被帽的主要手段。

也就是说,λ虽然并不是一个定值,就好像同样击穿一块装甲板所损耗能量是随着弹速的增加而增加的,炮弹损耗的能量作用于被帽的部分也会随着弹速的增加而增加。但是所需要脱掉被帽的最小能量是恒定的,而这时面对工艺相近的炮弹的λ可以认为近似于一个定值(假设其他连接方式所需的能量确实远远高于被帽本身形变所需的能量)。

中将

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发表于 2015-4-23 20:57 | 显示全部楼层
IreneFan 发表于 2015-4-23 18:09
刚刚脑补了一下脱被帽的过程:
在击穿外板的同时,由于被帽首先接触外板,所以被帽的减速要比弹体早而且 ...

大口径炮弹的被帽是通过卡笋固定在弹体上的,还会用焊接区加强,但我不认为破坏这些结合部所需的能量会小于让被帽裙边发生足以使其脱离弹体的形变所需的能量,对于弹头比较尖的炮弹尤其如此

中将

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发表于 2015-4-23 21:00 | 显示全部楼层
IreneFan 发表于 2015-4-23 18:09
刚刚脑补了一下脱被帽的过程:
在击穿外板的同时,由于被帽首先接触外板,所以被帽的减速要比弹体早而且 ...

如果弹头钝得跟放大镜的表面那样,那么毫无疑问只需要破坏被帽和弹体的结合处,被帽就会在装甲板挤压下滑向一侧,与弹体分离。但是真实的炮弹弹头没有那么钝,相反其中有些还尖得很,如果只有少量的挤压力,被帽在滑动到一定程度后会因其形状的原因卡在弹头上,没法继续分离,需要发生形变才能让其继续分离。

一等兵

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发表于 2015-6-28 21:43 | 显示全部楼层
seven_nana 发表于 2015-4-23 21:00
如果弹头钝得跟放大镜的表面那样,那么毫无疑问只需要破坏被帽和弹体的结合处,被帽就会在装甲板挤压下滑 ...

大神,能告诉我防破片装甲至少要多厚才能防住主装崩落的背板碎片?防崩落甲是单层效果好还是同样厚度有一定间隔的多层效果好?只需要个大概值就行!

一等兵

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 楼主| 发表于 2015-6-29 07:44 | 显示全部楼层
至高神梵天 发表于 2015-6-28 21:43
大神,能告诉我防破片装甲至少要多厚才能防住主装崩落的背板碎片?防崩落甲是单层效果好还是同样厚 ...

英美两国大多在20~40磅之间,法鸡要厚一些,黎赛留的穹甲有40mm,实际上如果只防碎块的话英美这种厚度基本已经够了

中将

十二年服役纪念章杰出服役十字勋章全球架空纪念章旗手

发表于 2015-6-29 09:09 | 显示全部楼层
本帖最后由 owaii 于 2015-6-29 09:11 编辑

当然,装甲被击穿所消耗的能量并不可能完全用来剥落被帽。所以我们认为剥落被帽所需能量 Jb=λJt(Jt为击穿这块装甲板所需的总能量)这里引入了一个未知量λ,不过并不影响以下的推论。


因为炮弹击穿装甲的过程是几乎一样的,我们可以认为其能量分配也是相似的,即λ是一个常量或者近乎于一个常量(可能受炮弹工艺影响较大?)。
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一个批判意见
1,面对薄板和面对厚板时不仅所需能量不同,“穿透”所意指的实际过程也不同:装甲板的形变方式(极有可能)不同,因而λ基本不可能还原为因果解释下的物理常量
2,λ是否可被还原为计算常量:考虑两种极端状况
    a  板厚无限大,穿入一定深度
    b  板厚接近0
    我不认为λ能适应上述情况的需求
    因此,即使认为设定λ对计算可能有意义,也需要足够的实测数据来考量λ的可能适用范围

一等兵

十年服役纪念章

发表于 2015-6-30 00:06 | 显示全部楼层
IreneFan 发表于 2015-6-29 07:44
英美两国大多在20~40磅之间,法鸡要厚一些,黎赛留的穹甲有40mm,实际上如果只防碎块的话英美这种厚度基 ...

也就是说有30毫米匀质防破片甲就足够了?谢谢大神的信息了!

一等兵

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 楼主| 发表于 2015-6-30 01:05 | 显示全部楼层
至高神梵天 发表于 2015-6-30 00:06
也就是说有30毫米匀质防破片甲就足够了?谢谢大神的信息了!

有个16 17就够了

一等兵

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 楼主| 发表于 2015-6-30 01:05 | 显示全部楼层
至高神梵天 发表于 2015-6-30 00:06
也就是说有30毫米匀质防破片甲就足够了?谢谢大神的信息了!

有个16 17就够了

一等兵

九年服役纪念章

 楼主| 发表于 2015-6-30 20:57 | 显示全部楼层
owaii 发表于 2015-6-29 09:09
当然,装甲被击穿所消耗的能量并不可能完全用来剥落被帽。所以我们认为剥落被帽所需能量 Jb=λJt(Jt为击穿 ...

其实可以这样想,研究的是脱被帽的话0和无穷大基本上是不会遇到的情况,所研究的板厚通常都是在1.5~2寸之间的,那么这时候的拉姆达的变化范围到底是多少,会不会达到影响实验结果的程度才是需要考虑的问题。而通篇只是由于缺乏相关实验而进行的脑洞,自然也不可能有大量翔实的实测报告支持

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