Zugkraft$F_D$steigt linear mit der Dichte an$\rho$des produzierenden Mediums.

$$F_D = \frac{1}{2}C\rho A v^2$$

Mit einer Näherung 0. Ordnung:

• Ihre Atmosphäre wird 65-mal mehr Luftwiderstand erzeugen als unsere Erdatmosphäre,
• Der Widerstand wird 65-mal mehr Energie abbauen
• Um die gleiche Energie beim Aufprall beizubehalten, müssen Sie der Kanone mehr Energie zuführen (z. B. wenn bei normalem Atmosphärenwiderstand 100 J abgebaut würden, würde Ihre Atmosphäre 6500 J abführen, daher müssten Sie 6400 J mehr liefern).
• Unter Vernachlässigung aller Sekundäreffekte (Verbrennung, Rückstoß, Verformung usw.) muss die Pulverladung um den Betrag erhöht werden, der die durch den erhöhten Luftwiderstand verlorene Energie liefert

Laut diesem Artikel (siehe Tabelle, scrollen Sie etwas nach unten) betrug die übliche Pulverladung für ein 26-Pfund-Marinegeschütz im 16. Jahrhundert 14 Pfund – oder etwas mehr als die Hälfte des Gewichts der Kugel. Die Ladungsgrößen wurden oft (über mehrere Generationen von Testartikeln) danach bestimmt, wie groß sie sein könnten, ohne die Waffe in die Luft zu jagen. Wenn Ihre Waffen also einem historischen Stück nachempfunden sind, würde ich empfehlen, dieselbe Ladung zu verwenden.

Etwas später in der Geschichte hatte eine Kanone (von beiden Seiten verwendet) in der amerikanischen Revolution (1770er Jahre) und erneut im Krieg von 1812 eine effektive Reichweite von 1000 Yards (dies ist in vergleichbarer Höhe; ein höherer Winkel wäre eine Haubitze). Mit dem 65-fachen Luftwiderstand wäre diese Reichweite sicherlich kürzer, wahrscheinlich etwas weniger als die Hälfte, aber ein paar hundert Meter sind durchaus praktikabel. Beachten Sie auch, dass dies zwar Landkanonen waren, aber tatsächlich kleiner waren als die 26-Pfund-Einheiten, nach denen Sie fragen - und mit Schwarzpulver hatten große Kanonen normalerweise eine größere Reichweite (der Druck wurde durch das Treibmittel und den Lauf begrenzt, aber größer Kugel hatte durch diesen Druck mehr Antriebskraft und größere Waffen hatten im Allgemeinen auch längere Läufe).

Aus nächster Nähe war es viel üblicher, "Kanister" abzufeuern - im Wesentlichen machte das Rohr zu einer riesigen Schrotflinte, indem viele Kugeln abgefeuert wurden, die kleiner als ein Pfund waren. Haubitzen feuerten "Splitter" ab, die eine zeitgesteuerte Sprengladung hinzufügten, um die Kugeln zu besprühen, nachdem sie alle zusammen zum Berstpunkt gebracht worden waren.

TL;DR: Sie stellen die falsche Frage. Sie können die Dicke der Atmosphäre nicht mit einer größeren Ladung überwältigen, Sie müssen stattdessen viel stromlinienförmigere Projektile verwenden.

Nachdem ich 0 Anstrengungen unternommen hatte, konnte ich keine Informationen über eine 26-Pfund-Kanone finden, aber ich fand dieses Factsheet für 24-Pfund-Kanonen, das eine Mündungsgeschwindigkeit von ~ 525 m / s angibt. Ich werde die (wahrscheinlich schwerwiegende) Reduzierung der Mündungsgeschwindigkeit, die durch die dichte Atmosphäre mit hohem Druck verursacht wird, vorerst ignorieren, aber bedenke, dass die tatsächlichen Mündungsgeschwindigkeiten im Vergleich zu historischen Waffen aus der realen Welt erheblich reduziert werden. Ich werde Ihrem Projektil auch einen konstanten Luftwiderstandsbeiwert von 0,4 geben, da die Fluiddynamik schwierig ist und der einzige Ort, an dem die Verwendung einer Kugel alles noch schlimmer macht.

Ich habe eine Elevation von 0,5° verwendet. Angesichts der Dichte der Atmosphäre ist durch größere Erhebungen wenig zu gewinnen. Hier ist ein Diagramm, das die Projektilgeschwindigkeit im Vergleich zur horizontalen Entfernung zeigt ... die Mündungsgeschwindigkeit ist, wenn die Entfernung 0 ist.

Ich habe vier einfache Modelle gemacht:

1. eine Kanone, die ein Projektil in die Erdatmosphäre abfeuert.
2. eine Kanone, die dasselbe Projektil in Ihrer Hochdruckatmosphäre abfeuert.
3. eine Kanone, die das gleiche Projektil in Ihrer Hochdruckatmosphäre abfeuert, aber mit einer deutlich höheren Mündungsgeschwindigkeit (um eine massive Schießpulverladung zu simulieren).
4. eine Kanone, die ein stark stromlinienförmiges (wahrscheinlich pfeilförmiges) Projektil mit einem Zehntel des Luftwiderstandsbeiwerts mit der langsameren Mündungsgeschwindigkeit in Ihre Hochdruckatmosphäre abfeuert.

.

Wie Sie sehen können, funktioniert die unmodifizierte Kanone einfach überhaupt nicht gut. Seine Geschwindigkeit ist in der gewünschten Entfernung massiv niedriger als bei allen anderen Optionen, wodurch sein Schadenspotenzial erheblich geringer ist.

Interessanterweise können Sie jedoch sehen, dass eine massive Erhöhung der Mündungsgeschwindigkeit nicht sehr viel hilft ... das$v^2$Term in der Drag-Gleichung beißt Sie nur so viel härter. Wenn Sie es irgendwie geschafft haben, eine Schwarzpulverwaffe herzustellen, die eine Mündungsgeschwindigkeit hatte, die einer modernen APFSDS-Patrone mit glattem Lauf entspricht, schafft sie immer noch nur etwa 60% der realistischen Geschwindigkeit der erdgestützten Kanone auf 100 m, und sie fällt schnell genug ab seine Reichweite wird noch ziemlich begrenzt sein. All diese verrückte Technik für wenig Belohnung!

Die letzte violette Linie zeigt Ihnen, was Sie tun sollten . Natürlich ist die dicke Atmosphäre immer noch eine schlechte Nachricht, aber die Verringerung der Widerstandskraft um 90 % hat die Geschwindigkeit des Projektils auf Distanz erheblich verbessert und dazu beigetragen, sowohl den Schaden auf kurze Distanz als auch die maximale effektive Reichweite zu verbessern.

Um die effektive Reichweite einer Schwarzpulverpistole unter Bedingungen hoher atmosphärischer Dichte zu maximieren, wird eine einfache Erhöhung der Pulverladung nichts anderes bewirken, als das Risiko des Platzens der Pistolen und den Verschleiß erhöhen.

Auch beim Nachschlagen der Eigenschaften von Schwarzpulverpistolen im Internet ist es leicht, effektive Reichweite mit maximaler Reichweite gleichzusetzen. Effektive Reichweite ist die Reichweite (und Höhe), in der eine Waffe im Kampf effektiv ist . Die maximale Reichweite ist die Reichweite, über die die Waffe einen Schuss auf ebenem Boden projizieren kann.

Um die Reichweite einer Waffe zu erhöhen, müssen wir natürlich die Geschwindigkeit erhöhen. Dazu können wir die Pulverladung erhöhen und/oder die Länge der Waffe erhöhen, um die vorhandene Ladung besser zu nutzen. Die Culverin , eine besonders lange Waffe, hatte eine Reichweite aus nächster Nähe (ähnlich der effektiven Reichweite) von 1700 Yards und eine maximale Reichweite von 6666 Yards. In einer Atmosphäre, die 65-mal so dicht ist, können wir diese Reichweiten auf 1/65 reduzieren: 26 Yards und 102 Yards ... nicht wahr?

Nein. Ziehen beeinflusst die Reichweite nicht auf diese Weise. Der Luftwiderstand raubt einem Projektil einfach durch einen Reibungsprozess kinetische Energie. ziehen65-mal höher sein, aber das bedeutet nicht, dass die Reichweiten 65-mal kürzer sind, sondern dass das Projektil schneller kinetische Energie verliert ... und die Formel für kinetische Energie lautet e = ½ mv². Wenn kinetische Energie verloren geht, wird v reduziert, aber nicht linear. Während der Luftwiderstand proportional zur atmosphärischen Dichte ist, ist er außerdem auch proportional zum Quadrat der Geschwindigkeit. Dies bedeutet, dass die Geschwindigkeit am schnellsten verloren geht, wenn der Schuss die Mündung verlässt, aber die Rate des Geschwindigkeitsverlusts nimmt ab. Wenn ein Projektil auf den Boden trifft (oder zumindest in die Höhe zurückkehrt, aus der es abgefeuert wurde), trägt es immer noch erhebliche Energie. Wenn der Luftwiderstand höher ist, trägt es natürlich weniger, aber es ist immer noch nicht Null.

Wenn Sie diesen Rechner verwenden und die Dichte des Mediums, durch das sich das Projektil bewegt, um das 65-fache erhöhen, verringert sich empirisch die Reichweite, die das Projektil zurücklegt, auf 0,12753 der Gesamtstrecke, was ungefähr 1 / sqrt (Delta-Dichte) entspricht, nicht 1 / ( Deltadichte).

Wenn sich also sonst nichts ändert, würde dies die effektive Reichweite unseres Culverin auf 217 Yards und seine maximale Reichweite von 850 Yards bringen ... immer noch innerhalb der Anforderungen des OP.

Wir müssen jedoch auch den Luftwiderstandsbeiwert (Cd) berücksichtigen oder wie glatt das Projektil ist. Schwarzpulvermunition war kugelförmig und oft rau, da sie aus gemeißeltem Stein oder rostigem Eisen hergestellt wurde, aus dem der schlimmste Rost möglicherweise gemeißelt wurde. Für eine glatte Kugel wird Cd = 1 angenommen, eine raue Kugel hätte also einen höheren Cd. Eine längliche Form kann jedoch einen niedrigeren Cd haben. Da der Luftwiderstand proportional zu Cd ist, wäre eine Reduzierung von Cd sehr wichtig.

Auch wenn wir über Mündungsenergie sprechen, gibt es immer noch die ½m in e=½mv². Durch Erhöhen der Masse können wir die Mündungsenergie erhöhen. Durch die Verwendung dichterer Substanzen können wir die Masse erhöhen, ohne den Luftwiderstand zu erhöhen, und somit die Reichweite der Waffe erhöhen.

Die Kombination einer Massenzunahme und einer Abnahme des Luftwiderstandsbeiwerts würde uns zu so etwas wie einer Spitzbogenschale führen. Wenn wir immer noch Schwarzpulverkanonen mit glattem Lauf verwenden, könnten wir winzige Stabilisierungsflossen auf den Rücken setzen (in einer so dichten Atmosphäre bräuchten Sie nicht viele Flossen) und ihn wie einen Fisch formen, relativ stumpf an der Nase und sich verjüngend der Schweif. Machen Sie es aus Stahl und füllen Sie es mit Blei und polieren Sie es, und Sie würden den Cd reduzieren und die Reichweite stark erhöhen ... und es der Rüstung erschweren, anzuhalten.

Sagen Sie mir nicht, dass die Leute bei so starken Drag-Effekten nicht mehr Möglichkeiten finden würden, sie zu überwinden, als einfach "mehr Pulver".

Was die Pulvermenge betrifft, so wurden zunächst Culverins mit einer Länge von 30 Kalibern mit Pulver beladen, das dem Gewicht des Schusses entsprach, oder, wenn sie kürzer waren, (Kaliberlängen) / 30-mal dem Gewicht des Schusses. Im Laufe der Jahre, als sich das Pulver verbesserte und die Kanoniere erkannten, dass mehr Pulver weniger Ertrag brachte, sank die Pulverladung von gleichem Gewicht auf 1/3 oder sogar 1/4 des Gewichts des Schusses.

Da also ein langer Culverin mit einer Standardladung Pulver die Anforderungen des OP erfüllen würde, könnten wir sagen, dass ein 26-Pfund-Culverin mit 30 Kalibern und Schwarzpulver aus der späten Ära 1/3 des Schussgewichts erfordern würde, das 8 2/3 beträgt Pfund Pulver.