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美国海军的穿甲计算公式

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中将

七年服役纪念章钻石金双剑金橡叶铁十字勋章荣誉勋章维多利亚十字勋章行政立法委骑士团勋章海武魂旗手TIME TRAVELER终身荣誉会员

发表于 2013-4-24 11:31:53 | 显示全部楼层 |阅读模式
本帖最后由 seven_nana 于 2014-6-29 00:38 编辑

美国海军的穿甲计算公式

本帖内容未经允许不得转载

本文的参考资料:

"Naval Proving Ground Report No. 5-47 Ballistic Tests and Metallugical Examination of Japanese Heavy Armor Plate"

"US Battleships:  An Illustrated Design History" by Norman Friedman

"Battleships: Allied Battleships in World War II" by William H. Garzke Jr. and Robert O. Dulin Jr.

经过论坛管理组的努力,二战时期美国海军所使用的穿甲计算方式已经得到还原,这种计算公式的正式名称为Ord. Sk. 78841,俗称美国经验式。

关于该公式的便捷计算工具,请移步此贴:用美国海军经验式计算穿甲能力

关于该公式计算值的意义,请移步此贴:美国装甲测试得分的意义

关于通过该公式计算得出的穿深数据,请查阅以下两贴:

依照美国经验式计算的大口径舰炮穿深表

依照美国经验式计算的中口径舰炮穿深表



具体计算公式



VL=(F×√e×d)/(41.57×√m×cosθ)

其中,F=6×(e/d-0.45)×(θ²+2000)+40000

VL=着速,e=装甲厚度,d=弹径,m=弹重,θ=倾斜角(垂直为0度,水平为90度)

上述公式的计算范例

根据Battleships: Allied Battleships in World War II中的表格,美国16英寸Mark 6型火炮发射2,700磅炮弹,在20,000码上的着速为1604英尺/秒,落角为17.9度,经验式穿深为17.62英寸。

将e=17.62英寸,d=16英寸,m=2,700磅,θ=17.9度代入,求得VL=1603英尺/秒,与上述数据基本对应。

根据US Battleships:  An Illustrated Design History中的内容,衣阿华级的垂直防护,能在20,200码上免疫16/45 Mark 6发射的2,700磅穿甲弹,因此在20,000码上,其舷侧防护应该是能被这种炮弹穿透的。

将e=12.1寸,d=16寸,m=2,700磅,θ=36.9度代入,求得VL=1488英尺/秒。

两者之间相差115英尺/秒,这大约就是那层1.5寸的外板所能提供的速度削减作用。

另外,根据该公式反推,将d=16寸,m=2,700磅,θ=36.9度,VL=1604英尺/秒代入,求得e=13.225寸

即1.5寸外板+12.1寸装甲的综合效果,不超过13.225寸/19度的装甲。

注:以上仅为理论计算,未考虑装甲材质本身的区别。

中将

八年服役纪念章一级铁十字勋章元老荣誉纪念章行政立法委旗手终身荣誉会员

发表于 2013-4-25 12:32:41 | 显示全部楼层
本帖最后由 克虏伯火炮 于 2013-4-25 13:07 编辑

从穿甲物理过程角度分析,在高速下击穿一块中低厚度的装甲,消耗的能量要大于刚刚能够击穿它的炮弹动能。
按照楼主的计算,37毫米外板提供了使击穿速度从1488fps提升到1604fps的防护力。这意味着炮弹动能是从126MJ提升到146.4MJ,需要增大20.4MJ。
这种炮弹在这个落角下,单独击穿37毫米装甲,按照经验式计算大约需要334fps的速度,炮弹动能为6.3MJ。上述计算结果是它的3.2倍。
可以认为这证明了上述分析结论。

不过我认为上述计算是夸大了“前置中小厚度装甲”的防护效果。
这个防御免疫距离,应该也计算了装甲列板后的背板的作用。在炮弹击穿背板时需要的速度很低,而且背板厚度比装甲列板薄得多。所以我们假定击穿装甲列板时消耗的能量,与刚刚能够击穿它所需的相同。
从后向前算。
22毫米背板材质是STS,防护力不弱,我们仍用经验式计算而不打折。
击穿内倾19度的它需要炮弹速度为276fps,动能4.3MJ。
击穿内倾19度的12.1英寸装甲列板需要的动能126MJ,加上上述,大约才是没有37外板时击穿它们所需的炮弹动能。折合为1513fps。
37毫米外板所提供的防护效果折合是提高了16.1MJ的击穿动能,是刚刚可以击穿它所需动能的2.5倍。

补充一点:
这个防护效果是综合了装甲自身消耗的动能,以及间隔布置多层装甲效果的影响。

中将

八年服役纪念章骑士铁十字勋章纪律委员全球架空纪念章装甲精英提督之心

发表于 2013-4-25 12:53:17 | 显示全部楼层
倾斜装甲对付弹道较弯曲的炮弹效果会较好,对付弹道平直的装甲效果会比前者差,这没什么不可思议的。
多研究些问题,少谈些主义

中将

八年服役纪念章一级铁十字勋章元老荣誉纪念章行政立法委旗手终身荣誉会员

发表于 2013-4-25 14:44:08 | 显示全部楼层
我用弹道计算软件估算了一下,美国16寸MK6在20200码距离上,落角18.3度,落速484.1米/秒。

重新算一下:
落角18.3度击穿37垂直,约需要100米/秒,动能6.2MJ;
夹角18.3+19=37.3度击穿22,需要79米/秒,4.4MJ;
夹角37.3度击穿307,需要456米/秒,127.3MJ;
炮弹初始动能143.4MJ;

143.4-127.3-4.4=11.7MJ,仍比6.2MJ大,大约为1.9倍。

上尉

八年服役纪念章旗手

发表于 2013-4-25 15:02:47 | 显示全部楼层
这个307的倾斜板我觉得在欧洲的公鸡,面条还有长门的410面前
20000m就会被轰开
长门的410在20000m处还有125MJ的动能,落角比MK5的还小

军士长

八年服役纪念章

发表于 2013-4-27 11:13:44 | 显示全部楼层
akagizuo 发表于 2013-4-25 15:02
这个307的倾斜板我觉得在欧洲的公鸡,面条还有长门的410面前
20000m就会被轰开
长门的410在20000m处还有125 ...

优势海军的想法和劣势海军总是不同的。。。
USN可以在20000M以上排炮轰嘛。。。
陆航热衷命中率奇低的高空啤酒桶轰炸的原因说白了还是米帝阔气一次能拿1000架出来炸,就像一次只能拿出100架兰开斯特的RAF当然不能理解了。。。

中将

八年服役纪念章一级铁十字勋章元老荣誉纪念章行政立法委旗手终身荣誉会员

发表于 2013-5-27 14:50:55 | 显示全部楼层
以前的估算没有考虑材质性能,现在试一试考虑进材质因素,并且综合考虑装甲带与背板叠加的加成效果。
这里比较难处理的有两点,1是12寸Class A 的得分会是多少?2是307毫米A装甲与22毫米背板叠加的效果怎样?
我们可以从北卡罗来纳级的防护指标入手。该级舰的动力舱侧防护可以认为只是305毫米Class A+19毫米STS背板提供的,并且其免疫距离数据比较统一,是23200码免疫16L45的2240磅炮弹。
根据美国海军火炮参数表,可以估算出16L45发射2240磅炮弹,在23200码距离上落角约20.8度,落速1554英尺/秒;它的弹道与北卡主装甲带的法向夹角约为35.8度,经验式可击穿295毫米装甲。所以可以认为,这个条件下305毫米Class A+19毫米STS背板大约相当于295毫米的“经验式装甲”。
那么,307毫米Class A+22毫米STS背板,在36度左右法向夹角时至少将相当于298毫米的“经验式装甲”。

现在回到南达科他,面对同样的炮弹,它是在18000码距离内被击穿37毫米外板+307毫米Class A+22毫米STS背板。这个距离上它的炮弹落角是13.85度,对内倾19度的主装甲带来说,法向夹角为32.85度——与35.8度相差不算太大,仍可以认为307毫米Class A+22毫米STS背板相当于298毫米的“经验式装甲”。则击穿后者所需要的速度为1500英尺/秒。

而在美国海军火炮参数表中,该炮该弹1800码落点速度1689英尺/秒,这就是说,37毫米外板对13.85度下落的16寸2240磅炮弹能提供的防护作用,大约是削弱了其189英尺/秒的速度。
这个结果除了有直接消耗能量的作用之外,有可能还有剥落炮弹被帽的作用,这两点是间隔装甲所拥有的优势。

下士

六年服役纪念章

发表于 2015-3-21 09:12:26 | 显示全部楼层
仅为理论计算,未考虑装甲材质本身的区别

列兵

三年服役纪念章

发表于 2016-6-13 02:40:39 | 显示全部楼层
各國裝甲鋼規格不同,公式很難做到完美預測。

列兵

三年服役纪念章

发表于 2016-6-13 02:40:49 | 显示全部楼层
各國裝甲鋼規格不同,公式很難做到完美預測。

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