這個外掛要上天了！如果有一天發明了屁聲消音器……
火炮放了個屁
竟然被投訴了
想像一下：電梯里擠滿人，突然傳出連續幾聲「噗噗」的聲響，然後在自己都還沒反應過來的時候，大家都捂著鼻子用若有似無的目光打量你......
有沒有一種想挖個坑把自己埋了的衝動？或者隨身帶上消音器，讓所有人都不知道是你乾的好事？
其實我們的一個屁只是一件小事，最多熏暈一電梯的人。但是武器「放屁」時卻事關一條生命。
今天超模君就給大家講講工程師是如何控制這些令人畏懼的屁聲的。
子彈放了個震耳欲聾的屁~
在生活中，我們很難接觸到槍械等危險武器；不過電影里經常會有主角跟幫派大佬火拚的熱血場景。
子彈被點燃瞬間，火藥爆炸後會釋放出一大團煙霧。這是高壓火藥氣體，能夠達到數萬千帕的壓強。
在把彈頭逼出槍膛後，它緊隨其後衝出，在空氣中瞬間膨脹，產生震耳欲聾的爆炸聲，壓力約為241公斤每平方厘米，就像子彈放了個驚天響屁一樣，而且又響又臭。
在這個過程中，我們可以聽到下面三種聲音：
1、點燃子彈時，火藥爆炸的聲音；
2、彈頭脫離槍膛瞬間，尾部的高壓火藥氣體瞬間膨脹而出時產生的爆鳴聲；
3、彈頭在空中超音速飛行時產生的音爆聲。
超音速子彈突破音障
其中，最響亮的就是高壓氣體的爆鳴聲。
這麼強烈的爆鳴聲不僅會影響士兵執行任務，還會損害士兵的聽覺。想像一下，時不時就在你耳邊扎破一個超級大的氣球，不用掙扎了，總有一天你的耳朵會聾的。
所以槍械工程師為了「消滅」槍聲，殫精竭慮，專門研製出了一種「外掛」，還給它起了一個直白的名字：消音器，也稱抑制器。
這個外掛有點猛......
消音器：貴族的消遣
你以為這個「外掛」一出現就稱霸軍隊？
還真不是！消音器最初不過是希蘭姆·珀西·馬克沁為英國貴族發明的打獵神器。不過是為了更愉快地享受射擊的樂趣。
希蘭姆·珀西·馬克沁是著名的機槍之父馬克沁的兒子。他在1902年時發明了第一代「馬克沁消音器」。
小馬克沁他爸靠機關槍專利養活了全家，所以他從小就很喜歡射擊。但是當時槍支的噪音非常大。在森林裡打獵時，每開一槍都會驚擾周圍的獵物；而且還會影響周圍的居民。
作為一名紳士，他既想滿足自己的愛好，又不想影響到別人，所以這才開始鑽研消音器。
摘自《馬克沁消音器的經驗》
雖然小馬克沁早早發明了消音器，但是當時的英軍並沒有重視，主要在貴族之間流通，作為狩獵的利器。
直到後來美軍得知這個裝備後，發現了它的價值，這才有了第一代的軍用消音器。
小馬克沁在親自試驗消音器
直到如今，經過一代代工程師一個多世紀的改進，消音器已經有了質的飛躍：連續射擊10000多次後，也只是外殼有一點燒焦。
死亡空氣公司（Dead Air）Sandman-S消音器
要說到消音器的原理，其實就是一句話：使出千方百計降低高壓氣體的速度，以減少它的動能。
所以工程師想到的辦法是：讓高壓氣體在離開槍膛後，先在相對大點的空間相對緩慢地膨脹。
這個原理跟空調的消音器原理基本一致。下面給你們看看簡單的擴張室式消音器的原理：
單節擴張室式消音器
計算公式也很簡單，如下：
由公式可以看出，管道界面收縮m倍或擴張m倍，消音的效果是一樣的。
一般來說，消音器的內部空間是槍膛的20-30倍，讓高壓氣體能夠在消音器里膨脹一定體積。這樣一來，氣體的壓力就要小了很多，整整降低了五十倍，約為4.8公斤每平方厘米。所以，聲音就小很多了。
就像一個氣球，如果用一根針扎一下，就會「bang」一聲爆炸；如果在出氣口慢慢放氣，那就很好控制音量。
現如今，工程師都是通過這三種方案來設計一個完美的消音器：利用阻體、利用多孔吸聲材料以及利用軟質密封墊。
接下來，超模君來給大家科普一下。
利用阻體
第一種是利用阻體，實現分級泄壓。
在這種消音器內部有一層層的隔板，把消音器的管道分隔成不同的腔室，中間留出彈頭通行的彈道。
這樣就能迫使高壓氣體離開槍膛後在消音器里只能逐級膨脹，慢慢消耗能量減緩速度，最後在埠形成的渦流效應小很多，那麼氣體的能量就會被消耗很多了。
穩住，我們能贏！
打個比方，你想放屁時不敢一下子放鬆，而是一會兒放一點，這樣一段段地把屁放完，也就是分級泄壓，這樣就能「悶聲放大屁」了。
利用多孔吸聲材料
第二種是利用多孔吸聲材料。
這類消聲器在內部安裝由大量吸聲材料組成的填充層，如鋼絲網或鉛屑，增大高壓氣體的膨脹阻力，減緩膨脹衝擊速度，從而減小聲響。
就像你在坐著放屁時，會下意識坐正身子，以牢牢掩蓋住自己的屁股，甚至撈一個枕頭來擋住，這樣一來，聲音就沒那麼響了。
其實枕頭或者坐墊這類都是多孔材料，能夠很好地吸收聲音，讓你實在忍不住時能夠避免尷尬狀況出現。
利用軟質密封墊
第三種是利用軟質密封墊。
在這種消音器內部有一層層的密封墊，如橡膠墊或泡沫墊等，中間留一條縫隙或者完全密封，彈頭從密封墊內部穿過，把高壓氣體層層截留在消音器里，最後少部分氣體能逃脫。
那經過的高壓氣體的能量去哪裡了呢？
如果你敢摸一下消音器內壁，你的手就會變成這樣：
就像你在電梯里想放屁時，都不敢肆意妄為，會緊緊夾著屁股只留一個縫隙慢慢放。
裝上外掛
實際上，工程師不可能像個榆木腦袋一樣不知變通，所以這三種原理都是綜合使用的，使得消音器普遍都能做到降低10-30分貝的音量，就連火光也不能逃脫。
光說不練假把式！超模君做個實驗讓大家直觀感受一下消音器有啥用？
在槍口旁邊放一個氣球，在沒有裝上消音器時，在槍口衝擊波下氣球會瞬間炸裂：
體無完膚
在裝上消音器後，氣球就雖然搖晃了幾下，但也沒有被火光燒穿，堅強地挺住了：
完好無損
很顯然，使用消音器時，槍口衝擊波就從威武大漢的怒吼，變成嬌滴滴的撒嬌低語。
或許這時候你就想，那在外國不是可以用消音器為所欲為。
其實，你想太多了。警察總是比大多數罪犯聰明的。
就像美國能夠合法持槍，但沒辦法輕易買消音器，要申請後留下照片和指紋等身份信息；而北歐一些國家能輕易買消音器，卻很難合法買槍。
所以你要想模仿一個「悄無聲息」的優秀特工，就要善於利用簡單工具自己製作。
國外一哥們就自己用可樂瓶子裝上沙子、泡沫、紙屑或茅草做一個簡易的消音器，測試出來的結果竟然還不錯：
空瓶時有90分貝
塞滿填充物後，降到了70分貝
如果你實在連一瓶可樂都買不起，那就從家裡拿上自己的枕頭試試。國外一小伙閑著無聊也試驗了一下：
沒用枕頭掩蓋時，分貝是118.7
包裹枕頭後，槍聲直降，只有102.1分貝
忽略方便攜帶、耐用度以及其他因素，枕頭和塞滿報紙的可樂瓶子算是一個非常合格的「消音器」了。
那為什麼工程師還要刻苦專研呢？因為消音器不但要降低音量，還要改變音色。
超模君想，如果有人可以發明一個專門「消滅」屁的消音器就好了~
要上天了
前面超模君講到，消音器其實就是一種聲音抑制器。不單單在槍支、空調以及汽車等行業中等需要應用，大型武器設備往往更需要裝備到消音設備。
比如早在2007年，解放軍就成功給戰略導彈陣地套上消音器。這是由孫凱、林來豫等人申請立項的「戰略導彈陣地風管消聲器」，研製成功後，使噪音降低了三分之二。
導彈還算是比較少發射的。在國外，軍隊就被居民投訴火炮太吵了，逼得軍隊不得不給火炮裝上消音器，就是造型有點一言難盡：
德軍的1輛M109G型155毫米自行火炮正在使用消音器進行射擊訓練
如果你還覺得還不夠開眼界，那下面這款「能上天的」一定能夠滿足你：
去年我國研發了一款新的共鳴器：「亥姆霍茲共鳴器」，應用於火箭整流罩內減少噪音，達到了單頻共鳴器降噪5.5分貝的效果，比肩國際一流水平：
最後，超模君要考考模友們，生活中還有哪些地方能裝上消音器呢？
作者簡介：超模君，數學教育與生活自媒體博主，新晉理工科奶爸。出版過《芥子須彌 · 大科學家的小故事》；《數學之旅·閃耀人類的54個數學家》。後續數學文化創意多多，歡迎關注認識！
本文系網易新聞·網易號「各有態度」特色內容
參考資料：李宗攀,楊曉,孫龍,管麗萍《空調器排氣管消音器的選型設計與應用》
部分資料來源於網路
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