为什么有些炮弹飞出去会上下摆动？
你说的炮弹“上下摆动”的现象，其实是炮弹在飞行过程中受到多种力学因素影响而产生的复杂运动。把它想象成你在投掷一个小石子，它不会笔直地飞出去，而是会划出一道弧线，并且在空中可能会因为各种干扰而晃动一下。炮弹这个过程要复杂得多，但原理有些是相通的。
最主要的让炮弹飞出去会“上下摆动”的原因，可以从以下几个方面来详细分析：
1. 发射时的初速和角度不完美：
初始速度的细微偏差： 炮弹发射出去的速度并不是一个绝对恒定的值。即使是同一批次、同一门炮，每次发射的装药量、火药燃烧的均匀程度、炮膛内的摩擦力等等，都会存在肉眼难以察觉的微小差异。这些差异会导致炮弹的初速在设计值的基础上有一点点偏差。如果初速略大，炮弹会飞得更高更远一些；如果略小，则反之。这种不精确会直接影响炮弹的飞行轨迹。
仰角和方位角的偏差： 火炮在瞄准时，炮管的仰角（控制炮弹的射程和高度）和方位角（控制炮弹的落点方向）也并非绝对精确。微小的仰角误差，比如瞄准了30度，但实际倾斜了30度零点零几度，就会导致炮弹在垂直方向上的飞行轨迹出现显著变化。同样，方位角的微小误差会影响水平方向的偏离，但间接来说，如果火炮本身就带有轻微的横向晃动，也可能在垂直方向上引入一些微小的运动。
炮身震动： 火药爆炸产生巨大的冲击力，这个冲击力作用在炮身上，会引起炮身本身的震动和形变。虽然火炮的设计会尽量减小这种影响，但这种震动在炮弹离开炮口的一瞬间，会给炮弹一个额外的、不均匀的推力，影响其初始状态，从而导致飞行中的摆动。
2. 空气动力学效应：
这是影响炮弹飞行姿态最主要的因素之一，而且非常关键。
弹道稳定（膛线的作用）： 为了让炮弹在飞行中保持稳定，现代火炮都会在炮膛内刻有膛线。炮弹在离开炮膛时，膛线会赋予它一个高速旋转的运动。就像陀螺一样，这个旋转会产生一个“角动量”，使得炮弹在受到外界扰动时，倾向于保持其飞行轴线方向。理论上，如果一切都完美，这个旋转应该让炮弹笔直地飞出去。
马格努斯效应（Magnus Effect）： 这是导致炮弹“摆动”的一个非常常见的直接原因。当一个旋转的物体（如炮弹）在空气中运动时，如果它的旋转轴线与飞行方向不完全垂直，或者旋转速度与空气流速存在相对差异，就会产生一个垂直于旋转轴和飞行方向的侧向力。
想象一下，如果炮弹在离开炮口时，它的旋转并不是完美的，或者在飞行过程中因为某些原因（如炮管不平整、空气密度不均）导致旋转轴线出现微小的倾斜，那么马格努斯效应就会出现。
如果炮弹的旋转稍微有些“歪”，一侧的旋转速度会与空气相对速度叠加，导致该侧空气压力降低，另一侧则相反。这个压力差就会产生一个力，迫使炮弹偏离直线飞行。
“上下摆动”的形成： 如果这个引起马格努斯效应的倾斜角度是周期性地在某个方向上变化，或者炮弹本身的旋转轴线存在一个小的、周期性的“摆动”，那么马格努斯效应就会周期性地将炮弹向上或向下推，从而形成上下摆动。
阻力不均匀： 炮弹在空气中飞行时会受到空气阻力。空气的密度、温度、湿度并非处处均匀。如果炮弹在飞行过程中遇到空气密度突然变大或变小的地方，或者有阵风，这些都会导致空气阻力在不同时刻产生变化。当阻力分布不均匀时，也会对炮弹产生不平衡的力，使其产生偏航或俯仰，进而可能引起摆动。
“抛摆”（Pitch and Yaw）： 炮弹在飞行中受到各种微小扰动，可能会导致其绕横轴（俯仰）或竖轴（偏航）发生转动。如果这些转动没有被旋转稳定住，或者旋转本身也不是绝对完美的，那么空气动力就会放大这些转动，产生持续的摆动。你可以想象一下，一个不完全平衡的风筝在空中会怎么样晃动。
3. 炮弹自身的制造精度：
重心偏移： 炮弹的重心并非总是位于其几何中心。如果炮弹在制造过程中，装药不均匀、弹体材料密度不一致、或者引信安装有细微偏差，都可能导致其重心偏离几何中心。
弹体不对称： 即使重心大致在中心，如果弹体本身的形状也不是绝对对称，或者表面有微小的凹凸不平，在高速飞行时也会受到不均匀的空气动力作用，产生不平衡的力，导致其飞行轨迹不稳定。
4. 环境因素：
风： 前面提到过风的影响。迎面风、侧风、以及在不同高度风速和方向的变化，都会对炮弹产生作用力，迫使它偏离预定弹道。如果风速或者风向在炮弹飞行过程中发生变化，这种力的变化也会导致炮弹在不同方向上进行调整，表现为摆动。
大气密度和温度变化： 大气密度和温度会影响空气的粘滞性和对炮弹的阻力。不均匀的大气层会导致炮弹在不同高度感受到的阻力不同，这也会影响其飞行姿态。
总结一下，炮弹的“上下摆动”是一个多因素叠加的结果：
1. 初始条件的不完美： 发射速度、角度的微小偏差是根本原因。
2. 空气动力学效应是放大器： 马格努斯效应、不均匀阻力等会放大这些初始偏差，使其表现为飞行中的摆动。炮弹的旋转虽然是为了稳定，但如果旋转不完美或受到扰动，反而会与空气产生不均衡的力。
3. 炮弹自身制造缺陷是诱因： 重心偏移、不对称会使炮弹更容易受到空气动力的影响而产生不稳定。
4. 环境因素是外部扰动： 风等外部力量会进一步加剧不稳定性。
所以，你看，一个看似简单的“上下摆动”，背后是物理学、空气动力学、材料学和精密制造等多方面的复杂作用在起作用。炮弹的设计者们会通过精心计算弹道、优化弹体外形、增加旋转稳定性等方式来尽量减小这些不良效应，让炮弹飞得更准。但要做到绝对笔直地飞行，在复杂多变的环境中几乎是不可能的。这些微小的摆动，在远距离弹道上累积起来，就会导致弹着点产生偏差。
最主要的让炮弹飞出去会“上下摆动”的原因，可以从以下几个方面来详细分析：
1. 发射时的初速和角度不完美：
初始速度的细微偏差： 炮弹发射出去的速度并不是一个绝对恒定的值。即使是同一批次、同一门炮，每次发射的装药量、火药燃烧的均匀程度、炮膛内的摩擦力等等，都会存在肉眼难以察觉的微小差异。这些差异会导致炮弹的初速在设计值的基础上有一点点偏差。如果初速略大，炮弹会飞得更高更远一些；如果略小，则反之。这种不精确会直接影响炮弹的飞行轨迹。
仰角和方位角的偏差： 火炮在瞄准时，炮管的仰角（控制炮弹的射程和高度）和方位角（控制炮弹的落点方向）也并非绝对精确。微小的仰角误差，比如瞄准了30度，但实际倾斜了30度零点零几度，就会导致炮弹在垂直方向上的飞行轨迹出现显著变化。同样，方位角的微小误差会影响水平方向的偏离，但间接来说，如果火炮本身就带有轻微的横向晃动，也可能在垂直方向上引入一些微小的运动。
炮身震动： 火药爆炸产生巨大的冲击力，这个冲击力作用在炮身上，会引起炮身本身的震动和形变。虽然火炮的设计会尽量减小这种影响，但这种震动在炮弹离开炮口的一瞬间，会给炮弹一个额外的、不均匀的推力，影响其初始状态，从而导致飞行中的摆动。
2. 空气动力学效应：
这是影响炮弹飞行姿态最主要的因素之一，而且非常关键。
弹道稳定（膛线的作用）： 为了让炮弹在飞行中保持稳定，现代火炮都会在炮膛内刻有膛线。炮弹在离开炮膛时，膛线会赋予它一个高速旋转的运动。就像陀螺一样，这个旋转会产生一个“角动量”，使得炮弹在受到外界扰动时，倾向于保持其飞行轴线方向。理论上，如果一切都完美，这个旋转应该让炮弹笔直地飞出去。
马格努斯效应（Magnus Effect）： 这是导致炮弹“摆动”的一个非常常见的直接原因。当一个旋转的物体（如炮弹）在空气中运动时，如果它的旋转轴线与飞行方向不完全垂直，或者旋转速度与空气流速存在相对差异，就会产生一个垂直于旋转轴和飞行方向的侧向力。
想象一下，如果炮弹在离开炮口时，它的旋转并不是完美的，或者在飞行过程中因为某些原因（如炮管不平整、空气密度不均）导致旋转轴线出现微小的倾斜，那么马格努斯效应就会出现。
如果炮弹的旋转稍微有些“歪”，一侧的旋转速度会与空气相对速度叠加，导致该侧空气压力降低，另一侧则相反。这个压力差就会产生一个力，迫使炮弹偏离直线飞行。
“上下摆动”的形成： 如果这个引起马格努斯效应的倾斜角度是周期性地在某个方向上变化，或者炮弹本身的旋转轴线存在一个小的、周期性的“摆动”，那么马格努斯效应就会周期性地将炮弹向上或向下推，从而形成上下摆动。
阻力不均匀： 炮弹在空气中飞行时会受到空气阻力。空气的密度、温度、湿度并非处处均匀。如果炮弹在飞行过程中遇到空气密度突然变大或变小的地方，或者有阵风，这些都会导致空气阻力在不同时刻产生变化。当阻力分布不均匀时，也会对炮弹产生不平衡的力，使其产生偏航或俯仰，进而可能引起摆动。
“抛摆”（Pitch and Yaw）： 炮弹在飞行中受到各种微小扰动，可能会导致其绕横轴（俯仰）或竖轴（偏航）发生转动。如果这些转动没有被旋转稳定住，或者旋转本身也不是绝对完美的，那么空气动力就会放大这些转动，产生持续的摆动。你可以想象一下，一个不完全平衡的风筝在空中会怎么样晃动。
3. 炮弹自身的制造精度：
重心偏移： 炮弹的重心并非总是位于其几何中心。如果炮弹在制造过程中，装药不均匀、弹体材料密度不一致、或者引信安装有细微偏差，都可能导致其重心偏离几何中心。
弹体不对称： 即使重心大致在中心，如果弹体本身的形状也不是绝对对称，或者表面有微小的凹凸不平，在高速飞行时也会受到不均匀的空气动力作用，产生不平衡的力，导致其飞行轨迹不稳定。
4. 环境因素：
风： 前面提到过风的影响。迎面风、侧风、以及在不同高度风速和方向的变化，都会对炮弹产生作用力，迫使它偏离预定弹道。如果风速或者风向在炮弹飞行过程中发生变化，这种力的变化也会导致炮弹在不同方向上进行调整，表现为摆动。
大气密度和温度变化： 大气密度和温度会影响空气的粘滞性和对炮弹的阻力。不均匀的大气层会导致炮弹在不同高度感受到的阻力不同，这也会影响其飞行姿态。
总结一下，炮弹的“上下摆动”是一个多因素叠加的结果：
1. 初始条件的不完美： 发射速度、角度的微小偏差是根本原因。
2. 空气动力学效应是放大器： 马格努斯效应、不均匀阻力等会放大这些初始偏差，使其表现为飞行中的摆动。炮弹的旋转虽然是为了稳定，但如果旋转不完美或受到扰动，反而会与空气产生不均衡的力。
3. 炮弹自身制造缺陷是诱因： 重心偏移、不对称会使炮弹更容易受到空气动力的影响而产生不稳定。
4. 环境因素是外部扰动： 风等外部力量会进一步加剧不稳定性。
所以，你看，一个看似简单的“上下摆动”，背后是物理学、空气动力学、材料学和精密制造等多方面的复杂作用在起作用。炮弹的设计者们会通过精心计算弹道、优化弹体外形、增加旋转稳定性等方式来尽量减小这些不良效应，让炮弹飞得更准。但要做到绝对笔直地飞行，在复杂多变的环境中几乎是不可能的。这些微小的摆动，在远距离弹道上累积起来，就会导致弹着点产生偏差。
网友意见
谢邀
由於彈炮匹配間隙的原因，弹丸出炮口前在膛内并不是只有想象的一个自旋和轴向运动两个自由度运动。
视频中弹丸出膛后的六自由度运动被称为弹丸飞行起始扰动，是弹丸膛内六自由度运动的结果同时也是外弹道的起始条件，根据弹丸飞行稳定性理论，其中诸多参数在飞行中都是逐步收敛的，飞行一段距离后可以一个达到动态稳定状态，并最终影响着靶密集度，如果把身管看作柔性体，其实炮口扰动也是要考虑的。
对于坦克炮等在弹丸飞行上升段着靶直射武器来说，弹丸起始扰动相比炮口扰动来说对着靶密集度的影响要更大；但对于靠下降段着靶的曲射武器譬如榴弹炮来说，炮口起始扰动对地面密集度的影响权重要大于弹丸起始扰动。
不过按照视频里谢馒头夸张的弹丸出膛姿态，这个炮的弹道寿命基本已经到头了。
而且，像M4A3E8谢馒头这种冲击式炮口制退器比М1939苏85mm高炮为代表的反作用式炮口制退器更容易发生弹丸出炮口时的撞弹现象，制退器形状会影响炮口扰动，但炮口扰动大的一般是效率较高的，反之未必
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