火炮初速的真相！一個虛擬的數字，如何決定戰場上的生死精度？

看了這些火炮射擊的場面，是不是感覺非常震撼啊？其中還有幾個高速攝像的慢鏡頭，讓咱們可以把炮彈出膛的狀態，都能看清楚。

炮彈在這一瞬間的速度，是不是就是咱們常說的初速呢？如果粗略地理解，這么講也可以，但嚴格意義上的初速，并不是炮彈在炮口的真實速度。咱們來看一下教科書上是怎么定義的。

這一頁列出了很多彈道學的術語和符號，看這里，初速的定義，是“射出點的速度，對于槍炮彈丸來說，是根據彈道實測速度外推到炮口那一點的速度，對于火箭來說，必須嚴格取半約束期結束那一點的速度”。是不是感覺有點繞？要理解這個概念，需要先講一講“半約束期”和“后效期”，“半約束期”簡單的講，就是炮彈一半出了膛，另一半還沒出，完全沒出，叫“約束期”，完全出了，叫“自由飛行期”。

這個“半約束期”一結束，炮彈出膛了，火藥氣體也跟著噴出來了，但是在一段距離內，這些火藥氣體仍然比炮彈速度快，還能繼續推動炮彈加速，這一段就叫做“后效期”。也就是說，炮彈的最大速度，并不出現在膛口，而是在離開膛口的一段距離上。如果畫出炮彈速度隨距離變化的曲線，就是這個樣子。現在麻煩就來了，因為這一段的時間很短，流場又非常紊亂，對炮彈的作用很復雜，要精確描述這個推動作用，要真正去定量研究炮彈的運動規律，怎么處理這個后效期，就變得十分棘手了。

但不考慮這一段又不行，因為后效期的增速效果，大約有1%-3%，這足以引起比較大的射程誤差了。為了解決這個問題，就得用一個迂回的辦法。看這個圖，把這個速度隨距離變化的曲線，沿著反方向逆推到膛口，這個速度，才是真正意義上的“初速”。這樣定義以后，就可以認為，炮彈以初速出膛，只受空氣和重力作用，沒有后效期，但最后形成彈道是一樣的，這就把后效期那一段復雜的運動狀態，給規避掉了，我們就能用一個統一的，相對簡單的方程組，來描述炮彈的運動。

這個方程組，寫出來是這樣的，這是一個最簡單的形式，這樣呢，計算彈道才成為可能。注意啊，初速這樣定義，就意味著，對于帶身管的槍炮來說，初速是一個虛擬的速度，也是整個彈道上，實際達不到的一個速度。但對于火箭彈來說，就不是這樣了，回想開頭的定義，對火箭彈做了專門的描述，要嚴格的取半約束期結束時的速度，也就是說，火箭彈的初速，就是真實的實際速度，因為火箭彈雖然也是以火藥為動力，但它是向后噴，通過反沖作用來加速的，火藥氣體始終都被甩在身后，所以就沒有后效期，當然也就用不著去迂回了。

那么，怎么才能測量到這個初速呢？最直接的辦法，就是在離炮口足夠的遠的距離上，測量兩個點的速度，然后拉一條直線，反推到炮口處，但實際上測一個點就夠了，然后通過“西亞切近似解法”，用查彈道表的方式，同樣能獲得高精度的初速，這個解法，推導起來比較復雜，大家知道有這么回事就行了。那么，這一個點的速度，又該怎么測呢？最簡單的，就是區截法，量一段合適的距離，比如2米，兩端放上能計時的感應裝置，測出炮彈飛越的時間，距離除時間，速度就有了。

但這是這一段的平均速度啊，不是一個點的速度啊？因為這一段距離短，速度可以近似認為是線性變化的，那么這個平均速度，就是這一段中點的速度。具體的計時裝置，常見的就是天幕靶，就像兩臺沖著天的相機，炮彈從上方掠過，進就鏡頭的光通量減少，就會觸發一個信號，得到兩個信號，就測到了時間。更高級一點的，還可以用測速雷達，利用多普勒原理來測速，雷達就不是測一個點了，而是可以測全彈道的速度，一般是在要求比較高的時候用，比如武器的研發過程當中。

這些裝置，如果要求不高，淘寶上就能買到民用版本，也不算貴，可以用來測弓弩和彈弓。初速測量在軍事實踐中是一個非常重要的內容。編制射表，就需要做大量的初速測量，這樣才能把射表編得更準。在部隊執行戰斗任務之前，也需要先測一測槍炮的初速，這樣才能在作戰時進行修正，否則射擊精度就難以保證了。另外，初速還是火炮和槍械的壽命是否終止的一個判斷標準，如果初速下降量達到一定程度，就可以考慮報廢了。總之，初速這個經常被提到的詞，其實并不那么簡單，看了今天的視頻，相信你會有更加深刻的理解。