图文版:https://zhuanlan.zhihu.com/p/643278110? 虽然16~17世纪就出现了炮兵论文，这些阐述了论文炮兵的职责和大炮应该如何运行，但 这时代毕竟是早期现代(early modern)，这些作者写出来的东西，往往就是它们观察到的 现象，带有概括性、浓厚的思辨色彩，是纯定性的；因为当时要准确地测量炮弹的性能， 也无法做到。这些论文对当时的火炮性能的描述，也让後世的学者不够满意，毕竟火炮制 造商对他们的产品也无法量化。 这些论文也缺乏炮弹的速度资料，往往只有射程资料，但这些资料往往也不是正确的；这 不是他们的错，这是当时时代的限制。 西方最早的炮兵论文，可能是范诺西奥·比林古乔於1540年出版的《De la pirotechnia 》(火焰学)；作者在文中提到:「一定要知道，所有的炮，除了臼炮，如果制造精确的话 ，都能向目标直线射击；.它会使球准确地击中你指定的位置，除非球在发射过程中受到 什麽阻碍。是炮身不直，或者是炮膛不够干净，或者是火药残渣；作为一个警告，只要炮 是直的，出现的每一个错误就是炮手的错，而不是炮自己的错。」 考虑到当时抛射物空气动力学的知识水平，在伽利略之前，大家以为炮弹是直线的击中目 标，所以比林古乔想当然尔地认为，如果弹丸离开炮管直奔目标，就一定会击中，如果没 击中目标，就是炮弹在射出前就出了问题，要嘛是弹丸在炮管内出错(火炮不直)，要嘛就 是炮手操作错误。 1537年，尼科洛·塔尔塔利亚(Niccolo Tartaglia)将重物定义为“不明显受空气影响的 物体”，到17世纪初，伽利略已经正确地认识到，所有的弹丸都遵循一个减速抛物线轨道 ，而这种减速完全是由於空气阻力造成的；外部弹道当然会影响击命中率，但除了「弹丸 在发射过程中受到某些东西的阻碍”之外，还有其他误差来源」；其他误差来源指的就是 内弹道；当时的炮手们肯定都知道这个常识，虽然当时无能力能证明。 制造工艺带来的内弹道表现不佳 所谓的内弹道，就是弹丸在炮管内的运动；一旦引火药被点燃，热气体被强制进入膛内， 导致压力迅速增加，热量被推进剂吸收，压力下降。接者推进剂表面能够点燃，反过来释 放更多的热气体，这再次增加膛内的压力，直到弹丸开始移动，最後被射出炮管外。 比林古乔关於炮不直或“镗孔钻的不好”的评论可能意味着火炮的炮膛不是一个完美的圆 柱体，或者炮膛核心的轴线与火炮的轴线不重合；第一种可能性并非没有道理，因为在18 世纪早期马里兹系统[注]引入之前，火炮镗孔机相对原始状态，肯定会使镗孔钻头在前进 过程中发生偏移。後者的可能性则更大，炮手们知道，要确定一门新铸造的大炮的真实轴 线，是很困难的；然後把大炮垂直或水平放在钻孔平台上也很困难。 直到18世纪，大炮才被铸成实心，然後被钻孔；在此之前，火炮都是空心铸造的，先把模 具直立，然後浇注青铜，为了形成炮芯， 工匠会使用使用一根铁棒作为芯子来占据预定 的膛孔空间。铁棒的长度要长於预定的膛孔，上面有一个穿孔，铁条穿过这个孔洞，以防 止铁芯在熔化的青铜里乱动，这样会让炮膛跟火炮的轴线不重合。 注:让·马里茨 ( Jean Maritz, 1680–1743)，也叫约翰·马里茨 (Johan Maritz) ，是 一位瑞士发明家，出生於伯尔尼州布格多夫，後来移居法国，成为斯特拉斯堡的“ Commissaire des Fontes” （国王铸造厂的专员），[1]和18世纪发明了立式钻孔机，以 及大炮的卧式钻孔机。他的发明彻底改变了大炮制造，并成为德瓦利埃系统的关键组成部 分，并为後来的格里博瓦尔系统的发展做出了贡献。 炮弹与炮膛之间的游隙，也会影响弹丸在内弹道的运动，所谓的游隙，即炮弹直径与炮膛 直径之间的差异；理论上，游隙不可过大也不可过小，如果炮管的黑火药残渣没有清乾净 ，过小的游隙会影响弹丸在炮管内的运动，弹丸碰撞炮膛，损害炮管之际，还有可能让炮 管破裂。如果游隙过大，则该火炮的释压阀太大，露出的气体会太多，浪费火药能量。但 游隙的存在使得弹丸在沿着内膛行进的过程中反覆从碰撞炮壁，最後以不确定的角度抛出 炮管。 而且当时的铸造技术，弹丸极有可能不是完美的圆形，且整个球体的材质也不均匀。 火药配方的混乱 另外比林古乔关口中的炮膛不够干净，这反映了黑火药燃烧混乱的特点；与几乎没有固体 残留物的现代发射药相比，黑火药分解成液体盐，然後在桶壁上凝固；残渣(“水垢”)会 积聚起来，让炮膛的圆柱体变得不完美，除非炮手非常小心地把它除去。 火药配方的混乱也让火药的表现变成一个不稳定的因素，粉末的成分、制造方法导致的不 均匀的强度和燃烧速率；比如1573年彼得·怀特霍恩（Peter Whitehorne）写的《训令》 ，里面就列出23种火药的配方，每一种的配方其硝硫炭的比例都不一样，从1:1:1的1号配 方(最古老的粉状火药或炮药)，到10:20:37的9号配方(新式的粗火药)，跟19号的手枪火 药，其配方则变成8:1:1。 越长的炮管能让弹丸飞得更远? 现代人知道，因为弹丸在炮管内加速的时间越长，所以弹丸初速度就越快，射程自然也更 长，但早期现代的人对这样的common sence并不认同；比林古乔是认可这一点的，他在书 上说:「无数的实验表明，当一支枪的枪管较长，装上与短枪相同的子弹和火药时，长管 的枪能射得更远；因为如果枪短了，火药在外面燃烧，当它飞到空中时，火力就分散了， 就不能达到你放它的目的。」 但另一派的人不苟同，他们觉得加农炮和蛇炮的有效射程是一样的，射程与炮管长度没有 关系，但实际上并不是这样的；蛇炮的装药比较多，弹丸比较轻，射程比较远；加农炮的 装药比较少，弹丸重，射程比较近，但这样的争论在16世纪时并没有定论，有人还觉得枪 管越短，射程越长。 威廉·伯恩(William Bourne)[注]也认为长管子应该能射得比较远，但他没胆子把他的想 法公诸於世；直到1628年，罗伯特·诺顿(Richard Norton)大胆提出炮管越长，射程就越 长的论点，在他的名着《炮手，展示炮术的实践》(The Gunner, Shewing the Whole Practice of Artilerie)第14条定理里提到"The longer the Chase of the Peece the stronger the Stroake。" 注: 威廉·伯恩(William Bourne，1535-1582)，是一位英国数学家、炮学家、旅馆老板和前 皇家海军炮手，他被视为英国炮兵之父；重要着作是《重型火炮的射击技艺》、《海上军 团》。 罗伯特·诺顿的理由是由於球的燃烧和排出都是瞬间发生的，所以炮管越长，燃烧的力量 作用在球上和加速球的时间就越长(即更多的暴力(violent)[注]的效应转移到球上)，因 此球会飞得越远；它飞得更远，这必然意味着它以更快的速度离开枪口。 注: violent这词是亚里斯多德物理学用语，其意思是人为所造成的运动，不是现代语词的暴 力、猛烈之意。 为了试验炮长与射程的关系，路易斯·科拉多(Luis Collado)曾故意造出一门48口径的火 炮，然後每次试验时切下6个倍径的长度，比如第一次射击是48倍径，第二次是42倍径， 第三次是36倍径；他在报告里说随者长度的降低，火炮射程是增加的。随者工匠经验丰富 ，它们找到更适合的倍径，火炮倍径越来越短；在阿玛达之战之前，西班牙蛇炮的倍径约 在26~32之间， 到无敌舰队时代，西班牙蛇炮的倍径缩短到18；这也是西班牙加农炮的倍 径。 安格拉博物馆收藏两门无敌舰队时代的英国火炮(MAH4与MAH7)，这是两门"私生子"，一种 缩短炮管的蛇炮变种，倍径不到18；为何要缩短倍径?根据实战，工匠觉得缩短倍径并不 太影响射程，最重要的原因是可以节省材料。 直到1778年，查尔斯·赫顿做了一连串的实验，才真正确认了倍径与射程的关系；在测试 3磅炮和6磅炮时，他发现，长3磅炮的平均初速比短3磅炮的平均初速高13.5%，但6磅炮却 是相反；短6磅炮的平均初速比长6磅炮的高2-4%。随者装药的增加，弹丸的速度也会增加 ，但效益会逐渐递减。 直到18世纪，本杰明·罗宾斯发明了弹道摆，地球人才第一次能测试出炮弹/枪弹的速度 ，洋人的弹道学向前迈进一大步。 是谁影响了外弹道? 当炮弹射出後，是啥影响了炮弹的射程?罗伯特·诺顿认为是风，风的强度、风向，是否 有侧风都会影响之；他这样提到:「当弹丸并不是个完美的圆形时，风力的强弱，如逆风 或侧风，都会把弹丸往某一侧驱赶，让弹丸向前或向後或偏向一方；冷热，风的粗细全都 会影响。」 他说风的粗细，以现在的观点来看，其实就是湿度，当代人说天气比较厚，其实就是湿度 比较高的意思；他们认为空气的厚薄会影响火炮的射程，以现代的观点来看，这是正确的 ，因为空气密度与湿度成正相关；罗伯特说的冷热，并不是气温，而是炮管的温度；17世 纪的人觉得，温度高的火炮，弹丸能射得比较远。 装药量与射程的关系 乔纳斯·摩尔爵士於1674年撰写的《数学概要》(A Mathematical Compendium)中列出一 个表格，指出炮长、炮膛直径、装药量、射程之间的关系，我们从表中可以知道，乔纳斯 ·摩尔爵士认为倍径越长越长的火炮，装药比倍径短的火炮更高；比如倍径30的蛇炮或半 蛇炮，装药比接近2/3， 而猎隼、奴仆、鹰这些倍径20的火炮，装药比是1/3；装药比越 高，射程就越长。 後记 学者比较17世纪的五本英国炮兵者作，以现代的角度来看，内容粗陋混乱，数字彼此的关 系是豪无逻辑且没有关联，甚至某些书还互相拆台；但洋人还是找对了工具-数学，走向 了正确的道路。相比於带明的炮术玄学，科学的优势在17世纪早期看来还不明显，但种子 已经种下，日後就是开花结果之时。 参考资料 Nakiry：【翻译】《1600年前後英格兰炮学书籍的发展》 Nakiry：小谈十六世纪青铜火炮的标准化及一些性能 Nakiry：【翻译】《炮术实践手抄稿中所反映之文艺覆兴时代的英格兰炮兵技艺》 Perceptions of the performance of cannon shot before 1700 The Art of Gunnery in Renaissance England 16TH CENTURY CAST-BRONZE ORDNANCE AT THE MUSEU DE ANGRA DO HEROÍSMO --

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