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二战后的火炮革命
2017-11-25 7:18:00           作者: 军迷菜鸟

倍径比:火炮炮管长与火炮口径的比值

由于管状火炮的弹头在炮管内受到推进药产生的气体作用时间愈长,炮口初速愈高,能量愈大,弹道也较为平伸,对射程也有正面的影响。因此理论上炮管的长度愈长愈好。再比较两门同口径的火炮的威力时,倍径的大小是一个很好的参考依据.倍径愈大表示炮管愈长。

155mm毫米榴弹炮是陆军进行火力压制的必要火炮,威力大、精度高、机动较为灵活。155mm榴弹炮身管长度经历过三次变化39倍,45倍,52倍。

提高射程的手段有两种,一是提高火炮初速,二是减小弹丸阻力。但是为了战备和简化后勤的需要,通常很少改动弹丸。在弹丸阻力一定的情况下,提高射程就只能通过增加火炮初速来实现。内弹道学原理告诉我们,火炮射程和初速可以通过以下两种手段得到提高:一是增大发射药装药量,也就是增加弹丸发射时火药能量;二是延长身管长度,也就是增加弹丸被火药燃气加速的时间。但是,火炮药室容积(影响装药量的主要参数)和身管长度幷不是可以随意选择的。通常情况下,科研人员在设计一种火炮时,会首先根据预先制定的火炮性能指标所给出的口径、弹重、初速等初始条件,选取适当的最大膛压、药室扩大系数和火药品种,以此为起点计算出火炮所需要的装药量。装药量的增加可以通过增加火药装填密度或者增大药室容积来实现。装填密度和药室容积都不是能无限制增大的,过高的装填密度会影响发射药燃烧的均一稳定性;而过大的药室容积会导致火炮炮尾结构重量和体积超标,影响后坐及俯仰动作。一旦设计人员确定了合理的药室容积,除非出现特殊情况,否则这个参数在火炮的整个发展和改进周期中都将固定不变。因为一旦药室容积发生变化,就意味着整个弹药系统结构都要重新设计,这是火炮设计人员所不能接受的。相对于药室容积的变化,火炮身管长度发生改变对弹药的影响很小。但是改变身管长度就会引起火炮外弹道特征的变化,身管长度还受到材料和加工工艺水平等因素的限制。另外,身管长度过大也会导致火炮体积和战斗全重增加,进而影响火炮机动性能的发挥。

39倍

二战后的火炮革命

希腊陆军装备的M1A1型155榴弹炮(23倍身管口径)

北约成立后强调武器系统的标准化,因此,多数北约国家向美国提出了军援要求。美国将大批剩余的M1重新命名为M114系列榴弹炮,用于对外军事援助。其型号包括美制M114、M114A1/A2、比利时改进的M114/39、德国改进型M114、以及荷兰利用39倍身管改装的M114/39和M139型榴弹炮。作为北约师属支援火炮,各国都对M114系列作了改进,如配备辅助推进系统,配用远程弹种等。联邦德国的改进幅度最大,换装了39倍口径身管和新型立凿式炮闩,配用新的观瞄系统和火控系统。然而,受到弹道性能的限制,该炮已经渐渐不能满足现代战争的需要,60年代,各国开始研制新型155毫米榴弹炮。

1963年,北约制定了《第39号基本军事要求草案》,决定共同发展一种自行火炮和牵引式火炮。次年,美国、英国和联邦德国等主要北约国家对未来的火炮问题进行了讨论,并对基本技术参数要求达成一致意见,即:普通弹射程为24千米,火箭增程弹为30千米。为保证火炮具有足够的威力,决定将口径定为155毫米。在讨论中,三方还确定火炮内弹道(药室容积、最大膛压、膛线的数量、长度与缠度等)标准化的问题,并规定以美制:M549为标准火箭增程弹,并要求自行火炮与牵引式火炮之间尽可能通用。

1970年12月,新型火炮样炮研制成功并定名为XMl98型155毫米牵引榴弹炮(x代表试验型)。在经过近10年的各种测试后,1979年2月,该炮正式批量生产(正式名称为M198型155毫米牵引榴弹炮)。其各部件由5家厂联合生产-岩岛兵工厂负责总装及炮架和反后坐力装置的生产,沃夫特利特兵工厂生产炮身,弗兰克福兵工厂生产火控装置、美国陆军武器局、毕加丁尼兵工厂和哈里.戴蒙德实验所负责弹药的研制和生产。

M198在设计上很有特点,优先考虑轻量化问题。其身管长39倍口径,采用传统结构,由M199炮身、M45后坐装置、瞄准装置和M39炮架组成,上架、大架、底盘等均采用高强度铝合金制造,因此战斗全重仅7.154吨。弹道性能与FH-70类似,采用高屈服钢单层炮管,经液压自紧工艺处理,但炮闩还是采用断隔螺式,而不是像FH-70等欧洲火炮那样采用立凿式,因此射速明显落后。

二战后的火炮革命

M198

在2003年的伊拉克战争期间,美军第51机械化步兵师在炮击巴士拉时,曾使用M198发射“铜斑蛇”激光制导炮弹,据美军称,命中率近乎100%。这种炮弹口径155毫米,弹内配有激光追踪器、陀螺仪、自动驾驶仪、控制系统、主翼和控制尾翼,可全天候使用。

由于机动性好、火力猛,该炮在2003年的伊拉克战争中很受美陆战队士兵的青睐,战场上一旦遭到伊军的抵抗,美步兵就会呼叫M198型榴弹炮进行火力支援,直到将伊军的阵地完全炸平后,才继续前进。

80年代初期,随着美军快速反应部队和陆军轻型部队的组建,美国陆军和海军陆战队分别要求研制一种便于直升机吊运的重量轻、射程远、精度高的155毫米牵引榴弹炮,以取代M198。 1997年3月,经过长达7年多的试验和鉴定,美国陆军和海军陆战队终于一致选定UFH超轻型155毫米牵引榴弹炮(39倍口径)作为两军的共同项目(美国称为XM777)。M777采用了新颖的四角形大架,其优点是在减轻火炮重量的同时,确保了火炮射击的稳定性。射击时,炮轮成为火炮的支点,行军时,两只细长的前置大架可以折叠放在炮身两侧,两只短粗的后置大架可向前翻转成直立状态。这样,M777既便于在复杂地域机动,又可用直升机吊运部署,目前,美国装备的CH-53、UH-60等中、大型直升机均能吊运该炮。

二战后的火炮革命

39倍口径比在现在的超轻型榴弹炮仍是一个重要参考指标。

45倍

西方60年代的“四国弹道协议”已经确定了在当时技术条件下,大口径压制火炮药室容积和身管长度这两个参数的最合理比值,以此确定的火炮初速和射程能够达到当时制式压制火炮的最佳内、外弹道性能。为了保证军队装备的延续性、沿用原有加榴炮射表和弹药体系,西方新研制长身管加榴炮药室容积和身管长度的比例关系必须符合“四国弹道协议”中规定的才行。为了找到下一代陆军压制火炮最合理的内弹道参数指标,在确定新型155毫米加榴炮的药室容积为23升之后,美、英、法、西德等国在70年代曾先后提出了身管长度从45倍口径到58倍口径不等的数种火炮内弹道设计方案。由于技术实现难度相对较小,再在加上天才的设计能力,布尔博士的45倍口径火炮方案才在70年代末首先成熟起来,引起各国的关注。

二战后的火炮革命

吉拉德·布尔

布尔博士原本是加拿大政府的雇员,对现代增程火炮研究的贡献堪称首屈一指。布尔对于增程火炮的崭新技术尝试,包括延长炮管、发射药采用翼状外壳、为保护弹翼免于被炮膛巨大爆压损坏而设计的特殊炮弹软壳、安装在炮弹上的火箭助推器等。由于布尔与他的太空研究公司的努力,榴弹炮的炮管才能由以往的30倍径增长至39、45倍径,乃今天的52倍径,火炮射程由过去的20km提升为标准弹药24~30km,使用增程弹药时更达到40km之远。

自上世纪80年代以来,为了提高火炮射程,世界上掀起了一场45倍口径的革命。加拿大布尔博士率先推出了采用45倍口径身管的GC45式155毫米加榴炮,发射远程全膛榴弹的射程为30千米,发射远程全膛底排弹的射程可达39千米,轰动一时。随后,奥地利和南非采用这一技术分别研制出GHN45式和G5式155毫米加榴炮。

虽然CG-45最后没有获得美国陆军采用(由于GC一45结构复杂,不符合北约技术要求),但其整体结构被日后许多其他榴弹炮模彷,与同一时期英、德、意三国合作研发的FH-70 155mm38倍径榴弹炮的结构,并列为现代西方两大155mm榴弹炮发展路线。FH-70采用一族新弹药,提高了射程和杀伤力,瞄准装置上有数字显示器,可显示连指挥所提供的高低和方向数据等,还自带辅助动力装置。

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GC-45的炮架有两对主轮,使用螺旋式炮闩,在分叉式牵引炮架上设有射击台,此外也预留安装辅助动力系统的空间。

泰国皇家海军陆战队曾采购18套GC-45,是该炮的第一个客户,而以色列也使用这一榴弹炮,在1982年在贝卡山谷的战斗中有所表现。NORICUM公司对GC-45的设计加以改进,在1986年推出GHN-45榴弹炮。这一改进型拥有辅助动力系统,最大的用户是伊拉克,当时与伊拉克交战的伊朗也有购买一定数量。

这一倍径最出名还是PLZ45

二战后的火炮革命

该系统相当先进,并于1997年底接到科威特27辆的定单。PLZ45型155毫米自行榴弹炮为45倍口径,系身管长度为45*155毫米,可发射北约制式弹药。它射程远,射速高,其上装有惯性寻北仪、卫星定位接收器、激光测距仪、无线数字对话转换器和全自动操纵瞄准系统等。良好的底盘设计改善了武器的机动性。火炮战斗反应异常迅速。

该炮的弹道性能与155毫米牵引火炮相同,动力装置采用525马力(386千瓦)风冷增压柴油机。该炮战斗全重32吨,乘员5人,发射普通弹丸时,最大射程39公里,发射火箭增程弹时最大射程可达50千米,射速4-5发/分,身管寿命900发。射击指挥车是全武器系统的核心,其性能先进,功能齐全。该车重13.8吨,采用320马力(235千瓦)BF8L413F型发动机,可载4-6名乘员,最大公路行驶速度可达50千米/时,并可随同坦克在田野中以35千米/小时速度行驶。

与西方当时大量装备的采用39倍口径身管的155毫米榴弹炮相比,PLZ45的射程要远得多,发射低阻全膛底排弹的射程达40千米,发射中国研制的新型火箭增程底排弹的射程可达50千米。即使以现在的眼光看,PLZ-45的射程也是世界第一流的,丝毫不逊于多数采用52倍身管的155毫米自行火炮。

对比我国45倍155毫米加榴炮和西方45倍加榴炮可以发现,我国火炮的药室只有22.9升左右,身管长与药室的比值要大于西方45倍155毫米加榴炮,从而使我国45倍155毫米加榴炮在密集度指标上高于西方同型火炮。

52倍

进入九十年代后,世界上掀起了一股采用52倍口径身管的155毫米火炮发展浪潮,被军事专家们称为"52倍口径革命"。尤其是西方国家,几乎是清一色的52倍口径155毫米自行火炮。

在后来的深入研究中科研人员发现,相对于23.5升药室容积,45倍口径身管长度过小,偏离了“四国弹道协议”规定的比例。较短的身管就意味着较小炮膛工作容积,从而导致火炮发射药相对燃烧结束位置过分接近炮口,必然会引起部分发射药颗粒不能在膛内充分燃烧而是随弹丸和火药燃气一起冲出炮口。在这种情况下,不仅发射药能量不能得到充分利用,由于每次射击时未燃完的发射药量不可能完全一致,还会造成弹丸初速的较大分散。发射药燃烧时不能在膛内充分膨胀做功还会产生强烈的炮口焰和较高的炮口压力,对瞄准镜等火炮上结构强度不高的设备和炮手造成严重损害,还为火炮后坐部分结构和炮口制退器的设计带来很大困难。在源自布尔博士设计的几乎所有45倍口径身管155毫米加榴炮都不同程度地存在着这个问题。对于45倍口径身管来说,火药平均燃烧结束位置过于接近炮口带来的一系列连锁反应明显增大了弹丸的起始扰动,再加上科研人员对刚刚出现的远程全膛弹药外弹道特性掌握不够充分,弹体设计存在缺陷,所以80年代时各种45倍口径身管压制火炮在发射远程全膛弹弹丸时的落点散布精度始终不够理想。总之,由布尔博士提出的45倍口径身管新型压制火炮设计方案虽然先进,却是在考虑降低技术风险和维持火炮良好机动性等因素后的折中方案,而不是大药室、长身管压制火炮的最佳方案。

经过长时间酝酿,由英国提出的一个方案逐渐后来居上,其身管长度(52倍口径)与药室容积(23升)之比,与原来“四国弹道协议”原则十分接近,采用现有弹丸和装药以低膛压发射,仍然保持原来的初速。因此,四国于1987年9月接受英国的52倍口径身管、23升药室容积和945米/秒初速,作为未来火炮的基本参数,形成

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