水下枪弹运动特性揭秘
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大家都知道，枪弹在水中因为阻力大而导致射程有限，但和你想象的不同，枪弹在水下快速运动时并没有和水亲密接触。枪弹入水后，水中那些肉眼看不见的微小气泡会在真空压力下逐渐积聚在枪弹表面，越来越多，最后形成一个覆盖全弹的超空泡。打一个形象的比喻，此时的枪弹似乎就是撑开了一层保护膜。实践证明，弹身细长，质心靠前的流线型水下枪弹，具有最好的射击稳定性和精度。
自动武器已经有百年的历史，但是水下枪械的发展却是近几十年的事。由于水介质的和空气介质特性差异很大，所以在空气中有效射程能达到几百米的传统枪弹，在水中也就只有几米的飞行距离了。
水下枪械一般采用近似于常规枪械的发射结构，电击发或击针击发方式，滑膛枪管。尽管水下枪械外观与常规枪械无异，但是枪弹却必须全新设计，以克服水中的阻力。
二十世纪六、七十年代，水下枪械“浮出水面”。其中著名的有德国的P11水下手枪，前苏联的A JI c和C JI JI－1水下步枪，以及俄罗斯近年来新开发的水陆两用步枪等，都代表了该类装备发展过程中的最高水平。由于水下枪械在战略上属于机密级武器，各国都对其关键技术讳莫如深，因此本文并不立足从技术、结构的角度加以深入探讨，而是从物理现象的表现来展示枪弹在水下运动的奇妙景观。
物体在水中运动的奇特现象
物体在水中运动时，水经过其表面的不同点位时的流速是不一样的，有的地方流得快，有的地方流得慢。当物体在水中运动较慢，即水的相对流速较低时，水与物体表面相接触，称为全湿流动；当物体相对于水的流速越来越快，物体表面的负压力(负压：就是指比正常的气压低的气体状态，也就是常说的“真空”。例如。用管子喝饮料时。管子里就是负压；用来挂东西的吸盘内部。也是负压)升高，当负压力达到饱和蒸汽压力(蒸汽压指的是在液体的表面存在着该物质的蒸汽，这些蒸汽对液体表面产生的压强就是蒸汽压)时，物体表面开始出现若干小而分散的蒸汽泡，当负压力再升高时，这些小气泡会很快地破灭，物体周围形成一定的空气团，将物体的一部分或头部以外的全部区域与水隔开，这个过程称为空化现象。
在空化初期，各个小气泡存在时间极其短暂。但当物体的运动速度增加时，即水的相对流速加快，物体表面的更多地方发生空化现象，小空泡在物体的更大面积上积聚。在足够高的流速下，空泡不再破灭，而形成一个被水蒸汽充满的大气泡。如果空泡已经覆盖了整个物体，称之为完全发展的空泡，学术界称为超空泡，若仅覆盖了部分表面则称为局部空泡。
根据现代对空化现象的研究，空泡往往是从水中极微小的气泡开始的。这些小气泡的直径在10-4－10-2mm之间，称为空化核。水流中存在着大量空化核和各种杂质，为空泡的形成提供了初始条件。对于物体来说，空泡数越小，最小负压力系数的绝对值越大，越容易产生空泡。若物体上的空泡已经覆盖了整个物体，即形成超空泡。在形成超空泡的情况下，物体虽身在水中，却并未与水接触。
水下枪弹的运动特征
当弹头在水中以100－300m／s速度飞行时，因其相对于水的流速很高，因此弹头在水中运动是带超空泡的运动过程，会被空泡完全覆盖，空泡对整个外弹道的影响很大。
弹头在水中的运动可以分为两个时期；运动初期，仅弹头部最前端的面积与水接触。水在弹头部端平面和锥面的结合部突然分离，在弹头周围形成一个空腔，弹头其余部分不再与水接触，气水分界面就叫作空泡壁。此时，仅有弹头头部受到水的阻力作用，水对弹头的干扰作用相对较小，弹道较准直。
由于弹头不与水接触，只有头部和水接触并相互作用，弹头会产生一定的翻转力矩和初始角速度，并给自由的弹尾一定的摆动力矩，因此使弹尾侵入到空泡壁以外的水里，会对空泡壁形成碰击(称为尾击)，弹尾被空泡壁弹回，并绕着质心回摆。随后，弹头开始进入尾击后的平稳运动期。
此时会出现两种情况，一是弹尾可能再从这个空泡壁上弹出，但脱离不了头部力矩的控制，在同样的空泡壁位置重复上一次的碰击，这种情况下弹头的飞行方向偏差会不断地累加，最终可能使其偏离目标。另一种情况是弹尾被空泡壁以相反的角速度弹回时，头部力矩不能控制它，弹尾最终脱离该侧的空泡壁，朝相反方向碰击对面的空泡壁，反反复复，使弹头仍能对准目标飞行。
尾击是一个相当重要的现象，其发生时机和随后产生的力矩对弹道的影响非常大。尾击后“平衡”状态下的攻角大小，取决于弹头头部阻力面积、弹头长度、弹尾的直径和形状以及弹头的质心位置。状态攻角越小越有利于弹头平稳运动。
空泡长度和直径随着头部阻力面积的增大而增大，这意味着弹头阻力面积与状态攻角大小成正比；弹头越长，弹尾端部直径越大，尾击现象越早发生，状态攻角和角速度越小；弹头质心越靠近头部，尾部力臂越长，力矩越大，状态攻角越小。因此，水下枪弹弹头一般采用头部锥形，弹身细长，尾端面较小、质心相对靠前的杆式结构。
水下枪弹的运动规律
水深与速度及射程的关系
水阻力约比空气阻力大800倍，重力和浮力相对于阻力影响较小，可以忽略。弹头在水中的速度衰减比在空气中快得多，当其在水中运动速度衰减为初速的36.8％时，这段飞行的路程称为衰减距离。理论计算和试验表明，衰减距离的倒数与水深近似为线性关系。
水深的变化对枪弹的初速影响较小。但随着水深的增加，负压力也增加，导致空泡数增大，从而使水阻力增大，衰减距离缩短，射程也随之缩短；随着水深的增加，发射器弹膛压力和膛口压力略有增加，但增幅不大。总的看来，水越深，枪弹速度衰减的越快，有效射程越短。
水深与散布及稳定性的关系
弹头在水中运动初期的稳定性取决于弹头头部的阻力面积、攻角变化的大小，而这些都与空泡的几何形状有关。水深的变化导致空泡数、弹头部水阻力发生变化，从而使空泡的几何形状发生变化，进而影响其运动的稳定性。
在相同的初始条件下，当水深增加，则弹头上空泡的直径和长度减小，这时尾击现象出现较早，弹尾撞击空泡壁时的角速度较低，不需要很大的回复力矩就能使弹尾回摆，所以枪弹头部攻角的变化以及散布较小。
水深增加到一定程度，弹头将只能产生局部空泡，这时流体的粘性力将会成为弹头力系中的重要组成部分。流体粘性力将增大水对弹头的阻力，加速其速度衰减并改变力系的布局，使弹头在水中飞行的稳定性受到影响。