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鉄砲玉が装甲を貫通する過程

mazeranの回答

  • mazeran
  • ベストアンサー率42% (221/518)
回答No.8

質問者様が考えられている、紙にたとえられている過程は間違いないのですが、装甲を貫通する弾の場合、たとえば直径10mmの弾が、厚さ10mの装甲板を貫通できるかと言われれば、常識的には困難又は不可能なことは、なんとなくでも理解できると思いますがいかがでしょうか。 逆に、直径10mの弾が厚さ10mmの装甲板なら、いとも簡単に貫通することが予想できると思います。 これは「力」と「エネルギー」に関係があり、極々簡単に言うと、装甲板の厚さは、弾の直径に関係しています。 極々簡単にと言いましたので、もちろん他にもいろいろな要因はありますが、上記の関係があります。 装甲板に弾が当たったときに、装甲板に与える力が弱くても、エネルギーが大きければ弾は装甲板を貫通します。 力とエネルギーに共通するものは「質量」ですが、単純に質量の大きいものほど装甲を貫通し易いわけです。 それで、比重の大きいウランを弾の材料として使い(劣化ウラン弾)、いろいろな問題を起こしています。 両端を支えられた「梁(はり)」の真ん中に荷重をかけて行くと、あるところで梁は折れます。 次に両端だけではなく、梁を支える柱を数を増やすと梁は折れにくくなります。 同様に装甲を構造体に固定する部分をどんどん増やしていくと、「力」による貫通には強くなります。 もちろん一定の厚さを確保しての場合です。 しかし梁で言う柱の数も無限に増やせるものではないので、必然的限界が存在し、そうなると装甲板の厚さは図面の上ではいくらでも厚くできるのですが、現実には無理な境界ができます。 そして、戦艦大和のように弾の直径が460mmにもなると、もはや装甲を複層にして対処すると、船であれば船の機能を失い、戦車であれば戦車と呼べないものになってしまうからなんです。 装甲板を動かすためにエンジンが付いているような感じになります。 材料力学上で、材料の強度の限界とも言えます。 よく耳にすると思いますが、アニメで人気のガンダム。 あれを本当に作ると、材料の自重に材料が耐えられず、崩壊してしまうと試算されています。 複層にして効果を発揮し易いのが、弾に相当するものの運動エネルギーが極めて大きいものであれば可能とされています。 今の国際宇宙ステーションにも使ってあると思うのですが、ある程度小型の宇宙デブリ(ゴミ)が宇宙ステーションに衝突しても、致命的な損傷を与えないように、外壁は2重になっていたと思います。 (すみません。宇宙ステーションをデブリや小さな隕石から守るための方法と言うような本があり、宇宙ステーションに採用すると言うことが書かれていましたのですが、確認はしていません。) 運動エネルギーの大きいデブリが、衝突した瞬間に熱エネルギーと変化し、その熱で装甲が溶けて飛び散ることで面積を広げ、結果、力の分散ができて外壁が守られるとのこと。 ですからその弾の大きさ重さと初速度などいろいろなものが関係しますが、装甲板はそれぞれに応じて1枚の厚いものにしたり、薄くて2枚又は複数枚にしたり、現実的に判断した結果が今までの歴史なんですね。 理論は間違っていませんよ。

makoji
質問者

補足

宇宙ジブリの例は、炸薬がまるで関係しませんから、鉄砲玉が装甲に衝突するのと同じく扱えると思います。 その宇宙ジブリに対応する宇宙ステーションの外壁が2層になっているというのは面白いですね。ただ防弾ガラスの場合と同じく機能が違う素材を組み合わせてのものだと思いますので、その点では今回の問題と同じく扱えませんけど。 装甲が液状化してジブリの運動エネルギーを拡散する。。。 どういう原理なのか。。。 運動エネルギーを熱に転換するということは、非常に硬い素材なのかな。非常に硬い素材というとセラミックスが思いつきますが、セラミックスの場合、一度亀裂が入るとその亀裂があっというまに成長してしまいますが、この素材の場合、溶けてしまうから亀裂が成長しない。 こういうことでしょうか。 でも >装甲が溶けて飛び散ることで面積を広げ、結果、力の分散ができて との文意とは一致しませんね。 No.7の補足で、今回の問題をカッターナイフと紙のモデルで説明しなおしました。紙を両手で裂くモデルもこのモデルも、応力集中で紙が裂けるという点では違いはないと思います。今回の問題の説明として、より正確な説明になっているでしょうか。 もっとも紙を手で裂くモデルも、生きてはいると思います。No.4でCat-shit-oneさんがタコさんウインナー状の貫通孔が生じることをおっしゃっています。この亀裂の説明は紙を手で裂くモデルの方が正確だと思います。 着弾点における装甲側の原子の振る舞いを考えると、原子は鉄砲玉によって鉄砲玉と同じ方向に押されます。この動きが原子間のつながりを断ち切っていく過程は、書いたカッターナイフと紙のモデルで説明する方が適切だと思います。 一方で鉄砲玉の進行方向と鉛直な平面、つまり装甲の表面に沿った原子間のつながりを考えると、鉄砲玉によって着弾点付近の原子が引っ張られて原子間に引っ張り力が働きます。この場合は、元の力の作用点とそれによって生起する力の作用方向が直行するから、紙を手で裂くモデルが適用できるのではないでしょうか。 タコさんウインナー状の亀裂は、このモデルに則って成長するのではないでしょうか。 以上3点、お手数をお掛けいたしますがご教授いただけないでしょうか。

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