早期的枪炮基本都属于滑膛炮,因为在炮管内加铸膛线是较为困难的制作工艺,在18世纪初,随着制造工艺的改进,线膛炮开始得到发展,由于在命中率上的大幅度提高,逐渐取代滑膛炮的地位。当时大部分火炮都采用线膛炮管。
1.线膛炮
线膛炮是在炮管内刻有不同数目的膛线的火炮。发射时弹丸沿炮膛膛线旋转前进,出炮口后具有一定的转速,保证弹丸的稳定性,提高射程。
在坦克最初发展的大约25年里,坦克武器——线膛炮的口径比较小,基本在37~47 mm之间,其全口径穿甲弹的炮口初速在600 m/s至850 m/s之间。第二次世界大战期间,随着坦克装甲的增厚,50 mm、57 mm、75 mm和76.2 mm大口径坦克炮先后取代了已经不适应的小口径坦克炮。法国坦克最早使用了75 mm坦克炮,其原因是这种口径的火炮当时用得最为广泛。
随着坦克装甲厚度的不断增加,T-34、M4和PzKpfwⅣ坦克的75 mm或76.2 mm坦克火炮高达625 m/s至750 m/s之间的初速已经不能对付当时的坦克装甲,第二次世界大战后期拥有更高初速的75 mm和76.2 mm坦克火炮出现在坦克上。例如,美国M4中型坦克58倍口径长的76.2 mm坦克火炮初速达到了880 m/s,德国“豹”(Panther)坦克70倍口径的75 mm KwK42坦克炮初速达到了935 m/s。
75 mm和76 mm坦克炮通过增加其炮管长与口径之比来提高穿甲弹的初速,其初速已经逐渐接近了其极限。因此,从第二次世界大战中期主战坦克开始用大口径坦克炮来武装。典型的有:德国1942年生产的“虎”(Tiger)Ⅰ式坦克安装了88 mm的KwK36坦克炮;前苏联的KV85和T-34、T-85等坦克安装了85 mm坦克炮;美国M26坦克则安装了“潘兴”(Pershing)90 mm坦克炮。增大坦克炮威力的目标与高射炮的发展目标一致,以至于多数坦克炮都是从高射炮改进而来的。
同时,前苏联SU-100“破坏者”坦克以及稍后的T-54坦克都安装从舰炮发展而来的100 mm D-10坦克火炮。“斯大林”(Stalin)坦克则采用了更大口径的、由早期野战炮发展而来的122 mm D-25坦克火炮。
第二次世界大战结束前夕,更大威力的坦克火炮被投入使用。如“猎虎”(Jagdtiger)破坏者坦克采用了55倍口径长128 mm Pak44坦克火炮,炮弹初速达到920 m/s;美国在1944年设计的T30重型坦克装有155 mm火炮,样车在1947年研制成功。美国155 mm坦克炮的研制工作一直持续到1956年。155 mm及以上口径火炮巨大的后坐力使得只有重型坦克才能够承受,并且大口径炮弹严重地限制了坦克的携弹量。由于没有自动装弹系统,人工装填这种极重的炮弹也是非常困难的。20世纪50年代坦克炮的口径都没有超过122 mm,主要是因为它们足以击毁同时代最重的装甲坦克了。同时,考虑到装填手能搬运的重量限制,120 mm炮被认为是最适合于坦克上安装的最大口径的坦克火炮。因而,20世纪50年代的大多数重型坦克都采用了120 mm炮。典型的有美国的M103重型坦克,英国的“征服者”(Conqueror)坦克和法国的AMX-50坦克。法国的AMX-50坦克60倍口径120 mm炮,弹丸的初速超过1 067 m/s。
第二次世界大战后英国坦克火炮的发展与美国的发展策略不同,英国的坦克火炮没有采用美国的碳化钨合金钢弹芯穿甲弹。1944年,“丘吉尔”(Churchill)步兵坦克的57 mm坦克火炮上首先装备了脱壳穿甲弹。不久,脱壳穿甲弹在76.2 mm坦克火炮上也得到使用。当时,它的初速仅为1 200 m/s,但在83.8 mm坦克火炮上其初速达到了1 465 m/s,它的穿甲能力超过了当时的所有炮弹。
105 mm L7坦克火炮是在保持与83.8 mm坦克火炮相同弹腔条件下重新铸造的,它混合使用了脱壳穿甲弹和碎甲弹。此外,它所发射的5.8 kg脱壳穿甲弹弹丸的初速达到了1 480 m/s。结果,其穿甲能力不仅远强于83.8 mm坦克火炮,而且几乎接近于120 mm L1A1坦克火炮,甚至超过了前苏联IS-3坦克上发射普通穿甲弹的122 mm D-25坦克炮。再加上弹丸轻,这些优点使105 mm L7坦克炮成为20世纪50年代后期坦克能够使用的最好的火炮。20世纪50年代末到20世纪60年代初,除前苏联坦克外,所有新型主战坦克均广泛使用105 mm L7坦克火炮,甚至20世纪70年代至20世纪80年代初的一些坦克也采用了这种炮。与此同时,美国借鉴105 mm L7炮的成功经验研制了105 mm M68炮,并安装在M60坦克和随后的M1坦克上,使用的炮弹是为其专门研制的尾翼稳定破甲弹。
法国AMX-30坦克采用的105 mm F1坦克火炮是105 mm L7系列炮的一个例外,它使用OCC105F1破甲弹作为其唯一的炮弹,而没有使用上述新型脱壳穿甲弹。由于F1破甲弹采用了旋转稳定措施,其精度要比同时代的尾翼稳定破甲弹高。同时,由于气动阻力较小,其存速下降慢。不过,从长远来看,105 mm F1炮使用的弹药的效能要比由滑膛炮发射的尾翼稳定破甲弹效能低。
2.滑膛炮
滑膛炮,就是炮管内没有膛线的火炮,这是滑膛炮与线膛炮的主要区别。膛线的主要作用在于赋予弹头旋转的能力,使得弹头在出膛之后,有如陀螺定轴性的作用,仍能保持既定的方向,以提高命中率;而滑膛炮发射的炮弹采用尾翼稳定的方式。
最初坦克在使用滑膛炮时,会产生射程较小的问题,但后来尾翼稳脱壳穿甲弹很好地解决了这个问题。一般来说滑膛炮的口径不会很大,但是可以发射炮射式导弹,而且造价较低。
早在第二次世界大战后期,德国就开始了研制替代传统线膛炮的火炮。最早的样炮是发射尾翼稳定破甲弹的轻型牵引式80 mm反坦克滑膛炮Paw 8H63,其初速能达到520 m/s。1944年年末,Paw 8H63炮开始生产,并计划在装甲车辆上使用。
第二次世界大战中,坦克表现出了巨大的战争威力。战后,鉴于战争的大量坦克战经验,各国普遍认为坦克的主要作战对象依然是坦克。因此提高本国坦克火炮威力,成为各国坦克设计师的主要任务,具有更高射击初速的滑膛炮重新进入坦克设计师们的视野。
战后,最早使用尾翼稳定破甲弹的低膛压炮是比利时梅卡(Mecar)公司生产的90 mm Energa炮。20世纪50年代,瑞士莫瓦格(Mowag)公司生产的轮式装甲车辆和履带式装甲车辆最早试用了这种炮。随后,美国卡迪拉克·盖奇(Cadillac Gage)公司生产的一部分“突击队员”(Commando)装甲车也采用了这种炮。低膛压炮大规模的应用则始于20世纪50年代中期法国“麦卡”(Mecar)炮的投入使用。法国最早批量使用的90 mm低膛压炮是DEFA 921A(90 F1)炮的后期改进型。1964年初,由庞哈尔(Panhard)生产的AML 90装甲车最早使用该炮。AMX-13轻型坦克的改进型使用了同类炮90F3,发射的炮弹与DEFA 921A炮发射的炮弹相同。从20世纪70年代中期开始,其他类似于90 F1的90 mm低膛压炮陆续由比利时柯克里尔(Cockerill)、巴西恩赫萨(Engesa)及瑞典博福斯(Bofors)等公司生产。
大多数90 mm低膛压炮都被安装在轮式装甲车辆上,也有一些被装在或改装在如瑞典Ikv 91“破坏者”履带式等轻型坦克上。这主要是因为这种炮使用的弹丸仅为3.65~5 kg重的空心装药破甲弹,其炮口初速仅为750~900 m/s,因而其后坐力较小。最典型的例子是5.5 t的“庞阿尔”(Panhard)AML 90装甲车辆,尽管弹丸轻、初速低,但却因使用空心装药破甲弹而不降低其反坦克能力。然而,这还不足以能使其成为主战坦克的作战武器。尤其是随着坦克装甲防护能力的提高,其已经比传统装甲更能有效地抵御空心装药炮弹。由此促使应用更大口径的低膛压炮,如法国在AMX-13 RC轮式侦察车上采用的威力更大的105 mm F2低膛压炮。该炮能使5.65 kg的空心装药破甲弹的初速达到1 120 m/s。但这仍比主战坦克采用初速差不多、重量重1倍的尾翼稳定破甲弹的威力小得多。
与此同时,也开始了为主战坦克研制一种新型坦克火炮,即高膛压滑膛炮。
1955—1959年,为T95坦克研制的90 mm T208滑膛炮和105 mm T210滑膛炮是两个典型的代表。
在美国,90 mm T208滑膛炮的研制进展并不令人满意,主要是因为尾翼稳定脱壳穿甲弹散布较大,且90 mm T208炮由于刚性固定而存在不能彻底脱壳问题。不过1963—1965年研制的120 mm Delta滑膛炮却取得了满意的结果。但是,其研制工作却因当时美国陆军为MBT-70坦克研制152 mm XM 150炮射导弹发射器的计划而中止。该发射器是发射尾翼稳定脱壳穿甲弹(APFSDS)的线膛炮。(www.xing528.com)
在德国,莱茵麦塔(Rheinmetall)公司做出了具有远见卓识的决策,即于1965年着手开始105 mm和120 mm滑膛炮的研制。1966—1969年,用样炮进行的发射试验证明该炮是有效的。最后,在1972年这两种口径的滑膛炮均被安装在“豹”(Leopard)Ⅱ系列主战坦克样车上。
但是,滑膛炮和尾翼稳定脱壳穿甲弹当时并没有被广泛使用。主要阻力来自英国。
1975年,英国在对110 mm线膛炮所使用的脱壳穿甲弹的穿透能力进行对比试验中发现:尽管脱壳穿甲弹的初速较之过去的1 578 m/s有一定提高,但穿甲能力却不如使用尾翼稳定脱壳穿甲弹的莱茵麦塔(Rheinmetall)公司制造的120 mm滑膛炮,甚至还不如由英国105 mm L7改进而来的美国型号105 mm M68线膛炮。
尽管阻力重重,滑膛炮还是被广泛使用。1977年,德国“豹”(Leopard)Ⅱ系列坦克采用了莱茵麦塔(Rheinmetall)公司生产的120 mm滑膛炮;美国随后将XM 256滑膛炮装在了M1A1坦克上。法国也在20世纪70年代开始了120 mm滑膛炮的研制,并与德国达成协议使用德国的弹药。日本TK-X坦克也使用了莱茵麦塔(Rheinmetall)公司生产的120 mm滑膛炮。意大利奥托·梅莱拉(OTO-Melara)公司生产的Ariete主战坦克和以色列军事集团公司生产的“梅卡瓦”(Merkava)Mark 3主战坦克均采用了类似的滑膛炮,并且所使用的弹药与德法两国使用的弹药相同。前苏联也于20世纪60年代末将125 mm滑膛炮安装在T-64和T-72主战坦克及其改进型上。
3.线膛炮与滑膛炮之争
通过上面的坦克火炮的发展来看,现行坦克火炮按膛线划分为线膛炮和滑膛炮两种。线膛炮发射的炮弹是利用自身旋转来稳定空中飞行姿态;滑膛炮发射的炮弹是借助炮弹尾翼产生的低速转动来稳定飞行姿态。
目前,英国、德国、俄罗斯生产的坦克炮占主导地位:英国有105 mm和120 mm两种线膛坦克炮;德国有120 mm滑膛坦克炮;俄罗斯有115 mm和125 mm两种滑膛坦克炮,比西方同类型坦克炮口径大5~10 mm。
英国对发展线膛坦克火炮情有独钟。20世纪50年代初期,其L7式105 mm坦克炮首次采用自紧身管技术,是第一种高膛压(503 MPa)坦克炮,并在此基础上发展出许多型号,被西方各国第二代坦克所采用,现在仍有几十个国家装备。
英国120 mm线膛坦克炮包括L11、L30两个系列,前一种被英国“酋长”、“挑战者”Ⅰ和“维克斯”MK7等坦克采用,后一种用到“挑战者”Ⅰ坦克上。“挑战者”Ⅱ采用的120 mm线膛炮为新型的L30A1。这种火炮用电渣重熔钢并采用自紧工艺制造;首次在炮膛内侧镀铬,提高了硬度和光滑度;火炮的初速、炮身寿命和命中精度也有了提高。火炮为55倍口径身管,与以前的炮型相同。
第二次世界大战后第三代坦克大多采用滑膛炮。前苏联115 mm滑膛坦克火炮是20世纪60年代为第二代坦克研制的,是世界上首种采用滑膛结构的坦克火炮。该炮身管采用自紧技术,有抽气装置,身管与炮尾用定起点螺纹连接;药筒射后由抛壳机从炮塔的抛壳窗抛出,以免在车内堆积。滑膛炮适于发射大长径比尾翼稳定脱壳穿甲弹,因此,穿甲弹尽管仅使用钢质弹芯,但威力仍超过当时西方105 mm线膛炮发射的钨芯旋转稳定脱壳穿甲弹。
俄罗斯125 mm滑膛坦克火炮是为第三代坦克研制的新型坦克火炮,也是现役口径最大的坦克火炮。它在115 mm滑膛坦克火炮的基础上发展而成,药室前部的直径,由115 mm炮的120 mm改为130 mm,药室长度稍有变化。125 mm炮身管也采用自紧工艺,用高强度炮钢制成。后期安装在T-72M和T-80坦克上的125 mm炮有了重大改进,主要是身管与炮尾采用了断隔螺纹连接,身管很容易从防盾口抽出,维修性能大为改善。该炮配有自动装填机构,是第一型采用自动装填的坦克火炮。
德国120 mm滑膛坦克火炮是德国于20世纪60年代为第三代坦克研制的,首先安装在德国“豹”Ⅱ式坦克上,后来被英国以外的西方各国所采用。虽然各国的120 mm滑膛炮不尽相同,但药室是一致的,能通用弹药。该炮的主要特点是:身管用高强度、高韧性的电渣重熔钢并采用自紧工艺制造,最大设计膛压高达710 MPa;身管内膛表面镀铬,延长了火炮寿命;通过防盾口可以吊出全炮,无须先吊下炮塔;身管与炮尾用断隔螺纹连接,因此身管也可从防盾口快速拆装,具有良好的维修性能。
现役第三代坦克基本采用滑膛坦克炮,如德国“豹”Ⅱ式、美国M1A2、日本90式等主战坦克采用了德国120 mm滑膛坦克火炮,法国“勒克莱尔”和意大利“公羊”等主战坦克采用了120 mm滑膛坦克火炮;俄罗斯第三代主战坦克(包括新型的T-90)采用了125 mm滑膛坦克火炮,T-95坦克样车采用了更大口径的135 mm滑膛坦克火炮。
俄罗斯最新“阿玛塔”坦克配备全新的2A82式125 mm口径滑膛炮,这是迄今配装作战坦克的最具杀伤力的火炮,可以发射制导导弹和所有现有型号炮弹。
我国装备的滑膛火炮主要有125 mm和120 mm,125 mm有48倍口径和50倍口径两个系列。我国较先进的系列主战坦克均采用125 mm火炮。而120 mm系列则主要装备在89式自行反坦克车和突击车上。
与线膛炮相比,滑膛炮有以下特点。
(1)结构性能好、使用寿命长。滑膛炮因无膛线而不产生切口应力,内膛表面比线膛炮小30%。因而发射时的热应力也相对比较小,不存在膛线烧蚀问题,膛内阻力小,管壁较厚,身管采用自紧工艺和内膛镀铬后同等条件使用寿命比线膛炮长约2倍。德国120 mm滑膛炮寿命为500发左右,而英制的105 mm线膛炮仅200多发。
(2)射击精度高。线膛炮受发射角、炮口过早磨损、弹丸旋转不稳定等因素的影响,精度会逐渐下降。采用滑膛炮发射的炮弹因飞行中不需旋转,在离开炮口前不会承受巨大的旋转力,因此不易磨损炮管,滑膛炮射击精度在整个使用寿命期限内几乎不变。
(3)穿甲能力强,直射距离远。滑膛炮发射破甲弹时,由于弹丸不依靠膛线稳定,因而无离心力对聚能射流的有害影响,破甲能力可以提高。可以提高尾翼稳定脱壳穿甲弹的穿甲能力。
(4)生产工艺简单、成本低。因不加工膛线而相应降低了生产成本。
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