砲の弾丸加速効率について

●目的
　中口径榴弾砲の場合、発射薬のエネルギーの内、弾丸の加速に使われるのは、30％程度である。これは、砲の種類に関係する値なのだろうか。また、口径、初速、口径比長などの要因は関係しているのだろうか。この疑問に答えるために、砲の発射薬量と砲口エネルギーの比について分析を行った。

●砲の効率（発射薬量と砲口エネルギーの比）の定義
　ここでは、砲の効率：Xは、下式で表す。

X=E/P
ただし、
X：効率[kJ/kg]
E：砲口エネルギー[kJ]
P：発射薬質量[kg]

なお、砲口エネルギー：Eは、下式で表せる。
E=0.5*M*V^2
ただし、
M：弾丸質量[kg]
V：初速[m/sec]

●方法
　手元にある14種類の砲（弾薬）のデータから、効率：Xを算出し、相対的に比較した。また、その要因はどこにあるのかを考察した。

●結果
［砲の種類］
　各種砲の効率（砲口エネルギー／発射薬質量の比）を表１に示す。表の効率２は、155mm榴弾砲M1（M107榴弾）の効率１＝100を基準とした比である（すなわち、この値が大きいほど、効率の高い砲ということになる）。判り易いので、この値で比較する。表１を見ると、まず目につくのは、106mm無反動砲M40の効率の低さである。効率25と155mm榴弾砲M1の1/4である。この値から無反動砲の効率の悪さが良くわかる。次に目につくのが、96式40mm擲弾銃の効率130である。この銃は、1996年制式化の最新の銃で、4.7gの発射薬で、245gの弾丸を235m/secまで加速するという、非常に効率の良い銃である。おそらく、発射薬も設計も最新のものに因るところであろう。同じことが言えるのが、20mm高性能機関砲（86式APDS）で、これはファランクスと呼ばれる艦載の近接防御兵装である。砲自体は、航空機関砲で有名のM61系（いわゆるバルカン）であり、それほど新しいものではないが、弾薬は最新式の86式離脱装弾筒付徹甲弾である。このことから判るように、効率は年代が新しいほど良いことが予測される。一方、105mm戦車砲L7A1は、弾薬が比較的新しいにもかかわらず、M735APFSDSで効率96、75式粘着榴弾2型で94と、あまり良くないように見受けられる。その他、表の中で唯一の滑腔砲身である68式155mm迫撃砲であるが、効率が108と、それなりの値が出ている。

［他の要因］
　年代、口径、砲身長、口径比長、弾丸質量、初速、砲口エネルギー、発射薬質量の要因と効率の相関を比較した。他の要因と効率の相関を表２に示す。相関係数の絶対値が大きいほど、関係が深いことを表している。効率との関係が深いのは、１位）年代、２位）口径、３位）口径比長である。ただし、年代は、口径および口径比長との相関係数が大きい。すなわち、本データ内では、新しい年代のものには、比較的小口径−大口径比長のものが多いことによる可能性が高い。また、小口径の砲は、口径比長の長いものが多い（口径と口径比長の相関係数が-0.42であることからも、このことが判る）。以上から、年代（制式化時期）で代表されると見るべきであろう。制式化時期と効率の関係を図に示す。新しい年代の砲ほど、効率が高い傾向にあることが判る。

[まとめと考察］
　以上の結果をまとめる次のようになる。
１）無反動の効率は、通常の砲に比較すると非常に悪い。これは、無反動砲では、反動を打ち消すために、発射薬の燃焼ガスの多くを、後方に排出するためにである。
２）年代が新しいほど、効率が良い傾向がある。これは、砲の設計や発射薬が新しく、性能が向上しているためである。
３）口径が小さく、口径比長の大きい砲の効率が高い傾向がある。しかし、本データだけでは、年代との相関関係が高く、判断は難しい。なお、口径比長が大きいと、発射ガスによる加速時間が長くとれるため、効率が高くなる傾向にあるのかもしれない。また、小口径砲ほど、口径比長が長い傾向があり、口径が小さいほど効率が高く見えるのかもしれない。
４）滑腔砲身砲（迫撃砲など）は、効率が高い可能性がある。これは、抜き弾抵抗が低ことに起因すると推察される。
５）最新戦車砲は効率が低いかもしれない。近年の戦車砲の効率が、あまり良くなさそうな理由は、その砲口ブラストの多さにある。すなわち、初速を第一とするために、他の砲と比較すると、腔圧が砲口付近まで高い傾向があり、発射薬の燃焼ガスが多くのエネルギーを残したまま、砲口から放出されるためと推察される。

以上

作成：20020928 Ichinohe_Takao