的火药革命,c。1300 - 1650
很少有发明影响了人类事务火药的戏剧性的和决定性的。的开发利用所释放的能量的一种手段化学反应为了推动弹对目标标志着一个转折点能源利用的人类需求。火药之前,武器设计的限制用户的肌肉力量;火药之后,他们的设计更针对战术需求。
技术上,火药之间架起了桥梁中世纪的和现代时期。19世纪末,当黑粉取代nitrocellulose-based推进剂,蒸汽权力已经成为一个成熟的技术科学革命正如火如荼地进行着,的年龄电子产品和内燃机。火药和蒸汽动力之间的联系很有启发性。蒸汽动力作为一个实际现实依赖的能力机铁缸精确和重复预定的内部维度;这样做的方法是来源于cannon-boring技术。
火药桥之间的差距,旧的和新的智力以及技术。黑火药是一个炼金术士的艺术的产物,虽然炼金术预示着科学相信现实是由一套不变的自然法则,炼金术士的实验方法并不科学。火药是一个简单的混合物根据相结合经验菜谱开发没有理论知识的基础流程中获益。火药武器的发展,然而,是第一个重要的理性和系统的成功开发一种能源的力量无法与普通感官直接感知。因此,早期的火药技术是非常重要的前体现代科学。
早期的火药
中国的炼金术士们众所周知的处方黑色粉末在9世纪ce:这是细碎的混合物硝酸钾(也称为硝石在近似的比例)、木炭和硫磺75:15:10重量。合成粉行为不同于之前所知的东西。它燃烧迅速接触明火或炽热的线,产生一个明亮的闪光和浓密的白烟。它还产生了大量的过热气体,这,如果关在一个部分封闭的容器,可以驱动一个弹丸开口端。中国火箭的物质,用于烟火投影仪就像罗马蜡烛,在原油大炮,据小道消息,在炸弹抛出的机械炮兵。这之前发生的火药被在西方,但中国的发展停滞不前。黑火药作为战术的发展意义重大武器是欧洲人,他可能获得它从13世纪蒙古人(虽然扩散通过阿拉伯穆斯林世界也有可能)。
化学和内部弹道
黑火药与现代不同推进剂和炸药的重要事项。第一,只有约44%的体重正常燃烧的黑粉转化为推进剂气体,固体残留物的平衡。这些残留物的高分子量有限的黑火药大炮炮口速度约每秒2000英尺(600米)。第二,与现代nitrocellulose-based推进剂,黑火药的燃烧速率与压力或温度没有显著变化。这发生,因为反应爆炸的黑火药传播从一粒一粒,速度150倍的速率个人谷物消费,因为黑火药燃烧在一系列复杂的平行和相互依赖放热(产生)和吸热的(吸热)反应相互平衡。结果是一个基本上恒定的燃烧率,不同粒度的粉末;颗粒越大,燃烧和接触面积越小速度越慢推进剂气体产生。
19世纪实验显示大幅差异产生的气体的量木炭从不同种类的木材燃烧。例如,山茱萸木炭与硝酸钾分解发现收益率近25%气体每单位重量比杉木、栗色或淡褐色的木炭和17%以上柳树木炭。这些科学的观察证实了早期和彻底的坚持unscientific-texts木炭从不同种类的木材是适合不同的应用程序。柳树木炭,例如,首选大炮粉和山茱萸木炭小抱着偏好证实由19世纪的测试。
蛇纹石粉
火药最早是由磨成分单独和混合在一起干。这是被称为蛇。蛇纹石是高度可变的行为,取决于许多因素,很难预测和控制。如果包装太紧而不局限,蛇形的指控可能会失败;相反,它可能会产生内部裂纹和引爆。当受到振动,当被货车运输,蛇形分为显示层的组件相对密度木炭、硫沉降到底部和上升到顶部。重新合成的电池是必要的,以维持适当的proportions-an不便和危险过程产生的有毒和潜在的爆炸性粉尘云。
咸粉
1400后不久,史密斯学会结合火药的成分在水和磨浆在一起。这是一个重大的改进在几个方面。湿掺入比干混法更完整和统一,过程“冻结”组件永久成一个稳定的粮食分离矩阵,以便不再是一个问题,和湿浆可以大量地推动工厂很少有爆炸的危险。使用水力也大幅降低成本。
磨后,泥浆在一张干或蛋糕。然后在冲压加工工厂,这通常使用液压绊倒木锤破片放到谷物。跌穿后谷物和锋利的边缘传授其表面的釉,他们已筛。的粒度变化coarse-about粒小麦或玉米的大小(因此得名咸粉)——非常好。粉太细是融入浆用于再加工。咸粉燃烧比蛇更均匀、快速;结果是一个更强的粉,呈现许多年长的枪支的危险。
改进的弹道
中世纪晚期和近代枪手首选大粒度的粉炮,中等粒度的粉肩手臂,手枪和细粒度的粉,和启动他们的偏好是正确的。在大炮大粒度的粉的燃烧速度较慢,允许一个相对巨大,缓慢加速弹丸开始移动的压力逐渐建立,减少峰值压力和更少的压力枪。细粒度的粉末的快速燃烧率,另一方面,允许内部压力达到峰值前的光,迅速的加速弹丸小胳膊已经退出了枪口。
然后,在18世纪晚期开始,科学的应用弹道开始产生实际的结果。的弹道摆,英国数学家发明的本杰明知更鸟,提供测量炮口速度的一种手段,因此,准确测量的有效功率给定数量的粉末。一弹发射水平摆的鲍勃(块木头),吸收弹丸的动能转换成向上运动。动量是质量和速度的乘积,和法律的保护动量的规定,系统的总动量是守恒的,或保持不变。因此弹丸的速度,v从方程,可以确定mv= (米+米)V,这使
在哪里米抛射体的质量,米鲍勃的质量,V后鲍勃和嵌入式弹丸的速度的影响。
最初的科学对内部弹道的影响是表明传统粉费用大炮比必要的大得多。细化生产火药。大约1800英国引入cylinder-burned炭,是木炭燃烧在封闭船只而不是在坑内。通过这种方法,木材在统一转换成木炭,精确控制温度。结果是更大的一致性和,因为更少的挥发性微量元素被焚烧,更强大的粉末。非常大的武器后,粉末是由木炭,故意“过于热心”减少最初的燃烧率,因此,枪上的压力。
从19世纪中叶开始,非常大的枪支的使用海战和沿海防御加农炮的按现有的材料和方法建设的极限。这导致了测量方法的发展压力中枪,涉及圆柱形手下留情安装在钻孔里冒出直角桶。推进剂气体的压力迫使拳向外对软铜盘子,然后最大压力是由计算所需的压力来创建一个缩进同等深度的铜。测量压力的能力在一个枪导致炮的设计使厚,内部压力greatest-that靠近臀位。合成“苏打瓶”大炮的19世纪后期,中期的脂肪马裤弯曲的短,纤细的口鼻,一个奇怪的相似最早欧洲枪现在只剩一个描述,Walter de Millimete手稿的1327。