问题

超音速战斗机搭载的机枪开火时,飞机会不会撞到自己发射的子弹上?

回答
这个问题很有意思,也确实是很多军事爱好者津津乐道的话题。简而言之,超音速战斗机在正常机动和射击状态下,不会撞到自己发射的子弹。 但这里面有一些科学原理和设计考量,需要详细解释一下。

首先,我们要明白“撞到自己发射的子弹”这个说法,在物理学上意味着子弹在离开枪口后,因为某种原因,比如弹道曲线太过离谱,又或者飞机速度突然变化,导致子弹的飞行路径最终与飞机自身产生了交集。

子弹的弹道和超音速飞机的相对速度

超音速战斗机最大的特点就是速度快,通常在每小时1200公里(约333米/秒)以上,甚至达到两倍音速。而机枪发射的子弹,虽然速度也非常快(比如20毫米机关炮的炮弹初速可以达到每秒1000米左右),但与飞机的相对速度,特别是相对于飞机前方来说,是不同的。

想象一下,当你坐在高速行驶的火车里,朝火车前进的方向扔一个球,这个球仍然会向前飞,但它的速度是你的扔球速度加上火车的速度。而子弹的情况有些类似,只不过是飞机“载着”子弹一起飞。

关键在于“相对”

机枪开火时,飞机本身就在高速向前飞行。子弹虽然从机枪射出,但它的初始速度是叠加了飞机自身速度的。也就是说,当子弹离开枪口的那一瞬间,它已经拥有了飞机向前飞行的速度。

举个例子,假设飞机以1000米/秒的速度向前飞行,而机枪发射的子弹初速是800米/秒。那么,子弹相对于地面的绝对速度大约是1000 + 800 = 1800米/秒(这是最简化的情况,不考虑空气阻力等)。

更重要的是,子弹是从飞机上发射出来的。虽然子弹有自己的飞行轨迹,但它首先是被“抛出”飞机,然后才开始受到重力、空气阻力等影响。

为什么不会撞上?

1. 发射角度的精确计算: 战斗机上的机炮并不是随便对着前面开火的。武器系统会精确计算飞行速度、仰俯角、航向等所有影响弹道因素,并对炮管进行微小的调整,使其发射出的子弹能够瞄准目标。即使在剧烈机动时,这个瞄准系统也会实时修正。

2. 子弹的弹道特性: 子弹,无论初速多快,一旦离开枪口,就会开始沿着抛物线轨迹飞行(当然,更精确地说,是受重力和空气阻力影响的轨迹)。而飞机在飞行过程中,也在不断地根据飞行控制系统调整姿态和速度。

3. 相对速度的“错开”: 即使飞机进行高G机动,其姿态变化也是相对平滑的。而子弹的发射,是从一个“固定”点(相对飞机而言)以某个初始速度向某个方向飞出。在子弹开始其独立弹道之前,飞机本身已经向前移动了相当一段距离,从而“错开了”子弹可能出现的路径。

试想一下,如果你在极速奔跑时,扔出一个棒球,棒球会继续向前飞,但它不会立刻砸到你,因为你在扔出棒球的同时,身体也在向前移动。子弹和飞机的情况更加极端,因为飞机速度实在太快了。

4. 飞机结构的设计: 战斗机的机炮通常安装在机头或者机翼等不易对飞机结构造成影响的位置。而且,机炮的射击角度也受到了限制,确保子弹不会朝着机身内部或其他关键部位开火。

特殊情况的可能性(理论上)

虽然正常情况下不会,但有没有极端的、几乎不可能发生的情况呢?

发动机故障导致飞机突然减速甚至停滞: 如果在射击瞬间,飞机的发动机发生灾难性故障,导致飞机速度瞬间急剧下降,那么理论上,子弹因为惯性仍然会保持较高的速度向前,而飞机则停滞。在这种极端情况下,子弹的弹道可能会与飞机的停滞位置发生交集。但这种情况发生的概率几乎为零,而且一旦发生,飞行员的首要任务是保持飞行,而不是射击。
极度近距离的特殊射击: 如果飞机以非常低的飞行速度(但依然超音速)进行某种非常规的、几乎是原地转向的机动,并且在某个角度对着自己的机头方向射击,理论上也有极低的概率会发生。但这种操作在实战中毫无意义,而且对飞机本身非常危险。

总结来说,超音速战斗机不会撞到自己发射的子弹,这是由高速飞行的相对速度、精确的武器瞄准系统、子弹的弹道特性以及飞机的设计所共同保证的。子弹在离开枪口的那一刻,飞机已经以相同的速度向前“移”走了。

就好比你在高速行驶的汽车里,用手朝窗外扔一个东西,那个东西并不会因为你的手比它快而立刻飞回你手里,而是会继续向前飞。只不过在飞机和子弹的例子里,这个“向前飞”的速度差和飞机本身的速度差,使得子弹的轨迹远远地离开了飞机。

网友意见

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以下内容来自网络,侵删

开战斗机的飞行员,一直以来都是非常酷炫的形象,它满足着热血男儿的一切幻想。而作为海军的飞行员,由于其航母舰载机的特殊性和危险性,在战斗机飞行员的圈子里,自然是更受人瞩目。在军事论坛里,也经常流传着“个个都是天之骄子的美国海军飞行员,很瞧不起美国空军的飞行员,更是不把其他国家的飞行员放在眼里。”的段子。

然而在美国海军之中,曾经发生过一起离奇的事情——一名海军飞行员在驾驶飞机时被自己发射的炮弹击中,没错,自己发射的炮弹击中。

格鲁曼F11F-1“虎”式战斗机

1956年9月21日,格鲁曼公司的试飞员托马斯·阿特里奇像往常一样爬进一架海军格鲁曼F11F-1“虎”式战斗机座舱,滑出,加油门,从纽约州卡尔沃顿附近的实验机场跑道升空。这是一次例行飞行。试飞科目是验证“虎”式战斗机在高速飞行状态下航跑的射击性能

格鲁曼F11F-1“虎”式战斗机

这次飞行是阿特里奇当日的第二次飞行。按照计划,他需要先爬升到22000英尺(约6700米),然后开加力以20度加速俯冲至超过1马赫。下降到13000英尺(约3960米)高度时,他将连续射击4秒钟,然后等3秒钟让航炮稍做冷却,进行第二次射击,持续时间仍为4秒,射击结束后飞机高度约为7000英尺(约2130米),弹药告罄,试验结束。

试验的地点是大西洋沿岸32千米外的火炮靶场,阿特里奇曾多次在这里试射过机载航炮。进入的试验科目与往常的没有太大区别,唯一的差异就是试验时航炮载机速度要在1马赫以上。这样的试验内容,对于一名二战期间在太平洋战区屡经战争的海军飞行员老手来说,简直是小菜一碟。

然而这次闻名中外的“乌龙”事件就这么发生了。在飞越沿岸水域到达靶场后,阿帕里奇调整高度到2000英尺(约6100米),然后轻柔推杆进入小角度俯冲,在3960米高度,他按下火炮发射钮,这4秒的时间大约有70发炮弹飞离炮筒。接着继续保持俯冲,3秒后再次按下发射按钮,又是4秒钟打光了弹链上所有的炮弹。试验科目完成,接着他拉杆准备平飞,但就在此时飞机突然剧烈震动起来,就像是被什么东西击中了一样!

阿帕里奇惊悚的看到,飞机的前风挡玻璃好像被大锤重击了一般,竟然向内凹陷进来。通过后视镜也可以清晰的看到,右侧发动机进气口有一条大口子,发动机似乎也出现了故障,出现了非正常的声音。值得庆幸的是,驾驶着这架无法爬升的“虎”式战斗机,总算逐渐接近了基地,各种救援车已经在跑道两边等候。

但意外还是发生了,在飞机即将着陆时,飞机的发动机终于停止工作了,彻底熄了火,此时距离跑道还有1200米,失去动力的“虎”式战斗机就像什么东西猛地向下一拽,砖块般扎向跑道后面的一片树林,在地上划开了一条80多米长的“通道”。紧接着飞机燃起大火,机上剩余弹药开始爆炸,但摔断了一条腿、三节胸椎骨折的阿特里奇还是爬出了座舱,被人救下,这可能是不幸中的万幸了。

击落自己战机的炮弹

随机,事故调查工作展开,格鲁曼公司和美国海军人员仔细的检查了飞机残骸。让他们震惊的是,他们在风挡上和发动机的右侧进气口找到了20毫米的炮弹射入的孔洞。。。一枚严重扭曲变形的20毫米航炮炮弹也在第一气压机上找到,种种迹象表明,阿特里奇被他自己射击的炮弹击中!

(图片来自航空知识杂志)

但这究竟是怎样发生的呢?要想揭开事故的真相,我们不得不沉下心来研究一点儿物理常识。首先,F11“虎”式战斗机使用的柯尔特 Mk 12型航炮的炮口初速高达 914 米 / 秒。搭载航炮的“虎”式战斗机当时是超声速状态,每秒约 396 米。炮口初速再加上飞机的速度,弹头的速度则可达 1 310 米 / 秒。这个速度远高于飞机的速度,照理说炮弹应该永远飞行在飞机前方,二者似乎没有理由相遇

但事实是,炮弹尽管初始速度极高,但它在空气中运动,会遭到巨大的空气阻力,其速度会因空气阻力作用而迅速降低。而飞机却是在喷气发动机推动下始终保持高速,而且飞机在首次射击后又增大了俯冲角度,这导致飞机实际上在航炮炮弹弹道下方飞行。在水平速度上,航炮炮弹的速度在迅速降低,而飞机的水平速度则维持不变,于是乎造成了飞机事实上在追赶炮弹的结果。最终,在11秒后阿特里奇试图改平的瞬间,飞机刚好追上首次射击射出的炮弹,事故在瞬间发生了。

至此,阿特里奇创造了一项纪录,他驾驶的这架格鲁曼 F11 成为历史上首架用航炮击落自己的喷气式战斗机。虽然这只是一次极端情况,但海军还是建议飞行员们以后在空中开火后向一侧倾斜或略微爬升。

经过治疗与康复,阿特里奇在 6 个月后恢复了飞行状态。但是命运之神好像特别“眷顾”阿特里奇,被自己发射的武器击中是多么小的概率,他碰到了两次

左上为彼得·珀维斯

1973年6月20日,汤姆·阿特里奇和彼得·珀维斯共同驾驶着一架F-14战斗机。他们执行的是另一项试射任务,用F-14战斗机打AIM-7麻雀空空导弹。

没错,想必结果大家都料到了。

在试射AIM-7麻雀空空导弹的时候,这种导弹也出了故障。AIM-7空空导弹在飞出去之后,又朝着汤姆·阿特里奇和彼得·珀维斯两人驾驶的F-14战斗机向上飞来,击中了可怜的F-14战斗机的油箱,最后将这架F-14战斗机击落。汤姆·阿特里奇和彼得·珀维斯都没有死,他们成功地实现了弹射。

此后他在格鲁曼公司的职业生涯也进入上升期,后来他成为 LEM-3项目经理——这是为阿波罗 9 号准备的登月舱。再往后他还担任过格鲁曼“回声系统”副总裁,负责研制专用数码摄像器材。1997 年阿特里奇去世,享年 74 岁。

注:图片来源网络;部分内容来源航空知识杂志、空军之翼、外文文献《THE DAY MYSELF DOWN》。

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