レールガンについての質問です。

質問

ウィキペディアによれば、
アメリカ海軍ズムフォルト級ミサイル駆逐艦に搭載されるガスタービンエンジンを使用し、
その発電機から生み出される電力のうち、15～30mwをレールガンの射撃に供給すれば
毎分6～12発の連射が可能とされる
という具合の説明がありました。

ここで質問なのですが、上記のような揚陸を目的とした大規模なレールガンではなく、
例えば陸上で対戦車などに使用する場合には、どの程度の電力が必要になるのでしょう？

前提として、この条件でレールガンを使用するための技術的な問題は全てクリアしているもの
としてください。
単純に、戦車の前面装甲をぶち抜くにはどの程度の電力が必要なのか、ということが知りたい
と思います（連射速度は仮に毎分６発程度としてください）。

かなりＳＦちっくな質問になってしまいますが、もしわかる方がいれば
回答していただけると幸いです。

回答No.5

kagakusuki · ベストアンサー

>そこで疑問に思ったのですが、そもそもレールガンで戦車を撃ち抜くためにＡＰＤＳ弾ほどの大きさの砲弾が必要になるのでしょうか？

　もし弾丸を極めて高速で撃ち出す事が出来るのであれば、もっと軽い弾丸でも戦車の装甲を打ち抜く事が出来る可能性は決して低いものではありません。(あまりにも軽過ぎると弾かれてしまいますから限度はありますが)
　しかしながら、御質問にあるレールガンは、SFなどに登場するものとは違って、70年以上も前の旧式砲と同程度の速度しか弾丸に与える事が出来ない様な、低い性能しか無いものなのですから、その程度の弾丸の速度で戦車の前面装甲を撃ち抜くためには、APDS弾程度の重量ですら全く足りず、それこそ何百kgもの重さの砲弾が必要となる事でしょう。
　何しろ、駆逐艦に搭載されるという現実のレールガンは性能が低過ぎるのですから、火薬を使った従来型の砲よりも効率が悪くなるのは当然です。(従来型の火薬式の砲を搭載した方が、より強力な火力を、より低コストで容易に実現出来ますし、艦の電力供給を圧迫する事もありません)

>レールガンにより与えられる加速力を加えたとしても、ＡＰＤＳ弾やＡＰＦＳＤＳ弾のような重量が必要なのでしょうか？

　もし仮に技術が向上して、軽い弾丸でも戦車の装甲を撃ち抜くだけの弾丸速度が得られるようになったたとしましても、エネルギー効率というものは100%以上になる事などあり得ないのですから、威力を増すために弾丸の速度を大きくすれば、威力にほぼ比例して必要となるエネルギーも増大する事になりますので、発電所並みの電源供給装置が必要となる事に変わりはありません。

>私の記憶違いでなければ、レールガンの弾には炸薬は必要ないと聞きました。

　それはSFに登場する様な、極めて高速で弾丸を撃ち出す事が出来るレールガンの話です。(遠い将来には実現する可能性があるかも知れませんが)
　弾丸の初速が830m/sという普通の火薬式大砲程度の性能しかないレールガンの場合は、炸薬の有無には関わらず、主力戦車の正面装甲を撃ち抜く事は極めて難しいと思います。(全く同じ場所に何発も命中させる事が出来れば別ですが)
　それに炸薬が無いという点ではAPDS弾も同じです。
　レールガンで撃ち出された弾丸が、謎の効果によって「レールガンよりも重く高速で撃ち出された火薬砲の弾丸」よりも威力が増すなどという事はあり得ません。
　弾丸の貫徹力や威力は、弾丸の質量、速度、硬度、形状、等によって決まるものであって、発射装置がレールガンであるのか、火薬式の砲であるのかによって差が生じるものではありません。

お礼

kagakusuki様にはしつこいほど何度も質問をしてしまい、大変お手間をとらせてしまいました。
にもかかわらず毎度しっかりとした回答をしていただき、感謝のしようもありません。
その御礼も込めて、BAとさせていただきました。
本当に、ありがとうございました。

回答No.6

feles_c

最初から計算しなおしてみました。Wikiからあちこち拾っていますが、そこはおいといてください。

ズムウォルトの現用火砲、AGS155mm砲ですが、その要求は「地上部隊装備のM198 155mm榴弾砲と同程度の威力」とのこと。砲弾の重さは書いてありませんが、その前の世代でほぼ同じ口径、アーレイ・バーク級に乗っているMk 45 5インチ砲が 31.75 kg 。
ミズーリの主砲からすれば豆鉄砲な、この程度の砲の話のようなので、陸戦兵器との差はさほどない模様。

Wikiのレールガンのページで説明されている”計画”　だと、15Kgの弾頭を初速2.5Km/s なので、運動エネルギーは、15 * (2.5E3)^2 = 93.75 MJ = 93.75 MWs.　毎分6発とすれば、9.375MW/h となる。
なので、理想的な100%の効率とすれば 10MW/h弱。実際は、ロスのある分で何割増しかになるのでしょう。
ズムウォルト級の補助発電機ではぜんぜん足りないけど主発電機ならまかなえる計算。

で、現在の数キログラムというAPFSDSと比較すると弾頭の重さは3～4倍程度か。レールガンの価値を残すため初速2.5Km/sをそのままとすれば ズムウォルトで計画されているレールガンの 1/3 ～ 1/4 程度の電力という計算ですね。

弾頭がもっと軽くてもよいのでは、という話もあるかと思いますが、まあ桁が変わるほどではないでしょう。

お礼

回答ありがとうございます。
わざわざ計算しなおしていただくなんて、大変お手数をおかけしました。
失礼ながらBAにはお選びしませんでしたが、feles_c様の回答はとてもわかりやすかったです。
改めまして、わざわざの回答、ありがとうございました。

回答No.4

kagakusuki

>15～30ＭＷ必要なのは艦船に搭載される大規模なレールガンの場合なのですが、
>今回私が質問させていただいた、架空の対戦車用の小型レールガンの場合でも
>No3様のご回答にあるような莫大な電力が必要になるのでしょうか？

　回答No.3において

>>戦車の前面装甲をぶち抜く

>という事を実現するためには、戦車砲のAPDS弾と同等の貫徹力が必要になります。

という事を述べた上で、回答No.1様の駆逐艦に搭載するレールガンデータ

>レールガンの弾体の質量：2.4[kg]
>レールガンの弾体の速度：830[m/s]

と実在する戦車砲のAPDS弾のデータ

>飛翔体の重量が5kg前後(4～7kg強)、初速が1500～1700m/s位のものが多い

を比較しましたが、明らかに弾体重量・初速とも実在する戦車砲のAPDS弾の方が大幅に勝っております。
　そして、

>次弾を撃つために充電している間、相手の戦車が待ってくれる訳もないのですから、やはりある程度短い間隔で次々と発射する必要はある訳で、そうなりますと6～12発程度の発射速度は必要になるかも知れません。

という理由から、単位時間当たりの発射速度に関しても、駆逐艦用のものと同程度と考えた方が良い訳ですから、発射速度の点では規模に差は生じないと考えられます。
　従いまして、

>架空の対戦車用の小型レールガン

と言うのは間違いで、発射する弾丸の重量と初速が共に勝っている分だけ、対戦車用のレールガンの方が大型且つ大規模なものにならざるを得ません。

　大体、

>レールガンの弾体の質量：2.4[kg]
>レールガンの弾体の速度：830[m/s]

という性能は第二次世界大戦中の45mm対戦車砲と同程度のものでしかありませんので、それでは現代の戦車を撃破するには全く威力不足です。

【参考URL】
　砲弾データベース > 45mm対戦車砲M1942
　　http://sus3041.sakura.ne.jp/contents/gun_db/45_m1942atg.htm

　 砲弾データベース > UBR-243SP徹甲弾
　　http://sus3041.sakura.ne.jp/contents/shell_db/45_ubr243sp_ap-f.htm

　M-42 45mm対戦車砲 - Wikipedia
　　http://ja.wikipedia.org/wiki/M-42_45mm%E5%AF%BE%E6%88%A6%E8%BB%8A%E7%A0%B2

　レールガンという同じ種類の兵器を同レベルの技術で制作した際に、「威力が低い駆逐艦搭載用ものの方が規模が大きくなり、威力が大きな対戦車用のものの方が小型になる」などという事になる訳がありません。

補足

回答ありがとうございます。
すみません、どうしても気になることがあったためもう一度だけ質問させてください。

ＡＰＤＳ弾とNo1様のデータにあるレールガンの弾丸では前者のほうが弾体重量が勝っていることは
よくわかりました。

そこで疑問に思ったのですが、そもそもレールガンで戦車を撃ち抜くためにＡＰＤＳ弾ほどの
大きさの砲弾が必要になるのでしょうか？

先の回答で、

>>レールガンの弾体の質量：2.4[kg]
>>レールガンの弾体の速度：830[m/s]

>という性能は第二次世界大戦中の45mm対戦車砲と同程度のものでしかありませんので、それでは現代の戦車を撃破するには全く威力不足です。

という風にお答えいただきましたが、レールガンにより与えられる加速力を加えたとしても、
ＡＰＤＳ弾やＡＰＦＳＤＳ弾のような重量が必要なのでしょうか？

ＡＰＤＳ弾などは発射薬によって打ち出す砲弾ですから、戦車の装甲を抜くためにはそれだけの
重量もいるとは思います。
ですが、私の記憶違いでなければ、レールガンの弾には炸薬は必要ないと聞きました。
そのため、二度にわたって失礼ではありますが、この点で疑問に思った箇所を再度尋ねさせていただきました。

時間があるときでよろしいので、またお答えいただけると幸いです。

回答No.3

kagakusuki

>戦車の前面装甲をぶち抜く

という事を実現するためには、戦車砲のAPDS弾と同等の貫徹力が必要になります。
　現代の主力戦車の装甲には複合装甲(金属だけではなく、セラミックス等の複数種類の材質を組み合わせた装甲)が使われており、中でも前面装甲は特に厚いため、成型炸薬弾頭を持つ対戦車ミサイルや戦車砲のHEAT弾等の直撃でも無効化される恐れが少なくありません。
　ましてや、ライフルなどでは全く歯が立ちません。
　対戦車ライフルは、戦車の装甲が今と比べれば格段に薄かった昔の頃に使われていたもので、それも側面等の比較的装甲が薄い部分を狙って使うためものであり、現代においては兵器としては廃れております。
　現代において、対戦車用として開発されたのがAPDS弾やAPFSDS弾であり、これは硬くて非常に重い材質であるタングステン合金かウラン合金を用いて作られた細長い弾芯を超高速で撃ち出すというものです。
　APDS弾の弾芯そのものの重量ははっきりとは判りませんが、おおむね飛翔体の重量と同じと見做しても構わないと思われます。
　そしてAPDS弾は、飛翔体の重量が5kg前後(4～7kg強)、初速が1500～1700m/s位のものが多い様です。

【参考URL】
　砲弾データベース
　　http://sus3041.sakura.ne.jp/contents/shell_db/db_index.htm

　ですから、回答No.1様の

>レールガンの弾体の質量：2.4[kg]
>レールガンの弾体の速度：830[m/s]

という情報が正しいものと仮定致しますと、5kgの飛翔体を1500m/sで飛ばすためには1発あたり

1/2×5[kg]×1500[m/s]^2÷(1/2×2.4[kg]×830[m/s]^2)≒6.8

6.8倍のエネルギーが必要という計算となります。
　尚、15～30MW(mw:ミリワットではない)というのはあくまでも毎分6～12発で"連射"する場合の話であって、発射速度を極めて遅くして、レールガン用のコンデンサー(或いは電力蓄積用のコイル)にエネルギー(電力)充填するための時間を長くすれば、もっと低出力の発電機でも発射可能であると思われます。
　但し、最初の1発を撃つ際には接敵前から充電しておけば済む話ですが、相手の戦車を初撃で撃破出来るという保証などありません(弾が外れる恐れがある)し、相手が1台だけとも限りません。
　そして、次弾を撃つために充電している間、相手の戦車が待ってくれる訳もないのですから、やはりある程度短い間隔で次々と発射する必要はある訳で、そうなりますと6～12発程度の発射速度は必要になるかも知れません。
　そうしますと、15～30MWの約7倍である105～310MW(1億5百万～3億1千万ワット≒20万4千～40万8千馬力)という、小規模な発電所並の発電能力を持つ発電機が必要となりますので、戦車に搭載する事はほぼ不可能です。

補足

すみません、質問した者です。
少しお尋ねしたいことがあってこの補足の欄に書かせていただきました。

No3様のご回答を拝見させていただいたところ、5キロのＡＰＤＳ弾を射出するためには、
6.8倍のエネルギーが必要とのことでしたが、この数字を最終的に掛ける場所が
15～30ＭＷの部分になるのはどうしてなのでしょうか？

15～30ＭＷ必要なのは艦船に搭載される大規模なレールガンの場合なのですが、
今回私が質問させていただいた、架空の対戦車用の小型レールガンの場合でも
No3様のご回答にあるような莫大な電力が必要になるのでしょうか？

対戦車用のＡＰＤＳ弾よりも艦砲射撃に使用される砲弾のほうが圧倒的に重量があるはずなので、
疑問に思い、お尋ねさせていただきました。

当方理系の知識に疎いものですのでてんで見当違いなことを言っているかもしれませんが、
お教えいただけると幸いです。

回答No.2

feles_c

No.1で回答されたかたのレールガンに関する前提条件と,Wikiの「運動エネルギー弾」にある今の対戦車砲弾APFSDSの説明を対比すると、APFSDSは弾頭の重さが同等から2倍、速度が倍なので、トータルで4倍から8倍のエネルギー差があります。
つまり、20MWの4倍から8倍で、 80MWから 160MW　となります。

でも、これだったら今ある砲弾と同じでセラミック複合装甲に阻止されかねませんので、わざわざレールガンにする価値はありません。実際にレールガンを使うなら、きっと条件がちがってくるでしょう。
火薬では達成できないほどの飛翔速度を達成し、セラミックであってもユゴニオ弾性限界を超えてぶち抜けるようにする、といったアプローチになるのでしょうから。

回答No.1

noname#206632

単純に、レールガンの消費電力、弾体の質量、弾速と、対戦車ライフルの弾体の質量、弾速を持ってきて比例計算(速度は自乗？)とか。

> その発電機から生み出される電力のうち、15～30mwをレールガンの射撃に供給すれば
> 毎分6～12発の連射が可能とされる
> という具合の説明がありました。

レールガンの消費電力：20[MW]
だとして。

Wikipediaの記事にはレールガン弾体の質量や速度の情報が無いです。
同じ実験かどうかは不明瞭ですが、同じ種類の艦でのレールガン実験に関する記事では、

CHIPS Articles: Electromagnetic Railgun - A "Navy After Next" Game Changer First Test of Electromagnetic Railgun Facility is a Success
http://www.doncio.navy.mil/chips/ArticleDetails.aspx?ID=2984

| Using a 90 mm bore launcher with a copper rail and a power plant capable of delivering 8 mega joules (MJ) of muzzle energy, a 2.4 kg projectile was fired at 830 m/s, yielding an energy of 0.8 MJ.

から、
レールガンの弾体の質量：2.4[kg]
レールガンの弾体の速度：830[m/s]

が上の消費電力の条件と仮定。

一方で、対戦車ライフルの弾体の質量、速度に関する情報として、

【全板集合】2chにある無駄な知識を集めるスレ261
ｈttp://anago.2ch.sc/test/read.cgi/gline/1423646337/5

| 次元大介(シモノフPTRS1941:口径14.5mmWW2の対戦車ライフル)　　　→銃口初速1012m/s　使用弾B-32で64.4グラム（タングステン）

の記事を参考に、（シモノフ好きなので…）

対戦車ライフルの弾体の質量：0.0644[kg]
対戦車ライフルの弾体の速度：1012[m/s]

から、シモノフ程度の性能を出すために、

【質問の小さいレールガンに必要な電力】＝【レールガンに必要な電力】×（【対戦車ライフルの弾体の質量】÷【レールガンの弾体の質量】）×（【対戦車ライフルの弾体の速度】^2÷【レールガンの弾体の速度】^2）
＝20[MW]×(0.0644[kg]÷2.4[kg])×(1012^2[m/s]÷830^2[m/s])
＝0.797828…[MW]

だとか。

お礼

回答ありがとうございます。
意外と電力は食わないものなのですね。
大変勉強になりました。