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第4章 血火炼就——现代大炮发展历程

西方,尤其是欧洲,主导了现代大炮的发展。恩格斯曾说“市民的枪弹穿透了骑士的盔甲”可见,火药武器在资产阶级革命中的巨大作用。从另一方面说,资本主义在欧洲的兴起,促进了枪炮的改进和扩大生产。殖民主义的兴起,也促使西方列强制造出了更为先进的枪炮,来掠夺殖民地。

前面我们对古代大炮的发展已经有所介绍,那么,近现代大炮的发展又经历了哪些呢?下面我们就从19世纪中叶以后说起,介绍现代大炮的发展历程。

1.炮身内膛结构的发展

早期的大炮炮身内膛为光滑的圆腔,由青铜或铁铸造,弹丸由炮口装填(又称前装滑膛大炮);主要发射球形实心弹丸,射程和射击精度都不尽如人意。19世纪中期,大炮开始采用了发射长卵形弹丸的前装式线膛炮管(即在内膛壁上加工若干条螺旋槽),称为膛线。线膛炮对目标的破坏力和命中精度都有显著提高。

炮身尾部闭锁机构的研制成功和无烟火药及高级炸药的发明,进一步促使了炮弹装药结构的改进和后装线膛大炮的产生。

炮身尾部闭锁机构,能够提高大炮的气密性。而使用后装大炮的话,则很容易泄气,因此没有足够的抗爆炸强度。1845年,意大利人卡瓦利将炮闩、药室和线膛三者结合,实现了后装线膛大炮的结构。随着楔式炮闩与螺式炮闩的研制与改进,后装大炮性能得到进一步完善,并被各国采用。这种结构一直沿用至今,并没有根本性的改动。后装线膛大炮的诞生,甚至可以看作是大炮的重生,大幅度地提高了大炮的射程、精度与发射速度。

近20年来,随着长杆式尾翼稳定超速脱壳穿甲弹的出现,滑膛结构再度得到重视。当前,各国新一代的坦克炮与反坦克炮炮身内膛的结构普遍采用了滑膛,只有英国等少数国家还在沿用线膛炮。

2.炮架的发展

最早的炮架非常简单,只用槽形木架来支撑炮身。到15世纪后期,炮身上开始采用了炮耳轴。将炮身安装在基座上或带轮的架体上,这样就可使炮口升降,从而调整射程。这种与炮身通过炮耳轴,刚性地连接在一起的炮架,称为刚性炮架。在发射炮弹时,其全部的后坐力都作用在炮架上。这种力非常大,炮身移动范围也很大,所以每射击一次,都要重新瞄准,这样也就限制了射击速度的提高。

19世纪末,大炮上采用了反后坐装置(弹性缓冲装置)。这样就可以通过这一装置将炮架与炮身连接起来,这种炮架称为弹性炮架。发射时,炮身相对于炮架后坐,整个炮身不会往后移动。反后坐装置消耗了大部分后坐能量,炮架受力大大减小,因而大大减轻了全炮的质量,同时也提高了其发射速度,这是大炮技术上的一次飞跃。除迫击炮和无后坐炮外,现在的大炮几乎都采用弹性炮架。随着机械、液压和电气技术在炮架上的综合应用,现代大炮的炮架性能更加完善,后坐力的影响也越来越小。

3.运动部分的发展

中国古代的兵书上说,兵贵神速。因此,使笨重的大炮动起来,也就提高了大炮的战斗力。早期大炮多用于攻守城堡或海防战斗,其运动性差,只能靠人力进行移动。到15世纪最后几年,出现了可运动的野战大炮,这种大炮就是把青铜铸造的大炮装在马拉的两轮车上。后来机动车辆出现了,除了铁道炮直接在铁轨上运动外,野战大炮在采用畜力拉曳的同时,逐渐采用了机动车牵引,俗称“牵引炮”。第一次世界大战中,坦克及履带车辆的出现,为大炮的运动方式,开辟了一条新路。第二次世界大战以来,各种履带或轮式自行大炮也相继产生。同时还出现了带辅助推进装置的自运式牵引大炮,使大炮在短途内可以自行转移,且成本及维修费用也大大低于自行炮。

4.大炮的综合化

大炮的弹丸,由石弹、铁弹发展到铅弹,由球形实心发展到长卵形爆炸弹,再到现在的长杆形穿甲弹。随着大炮结构的改进、新材料的出现、炸药质量的提高,以及科学技术的发展,现代大炮已装配有各种类型的弹药,并由非制导的各种弹丸发展为末段制导,能自动寻找目标的战斗部。炮用弹药性能的不断提高,大大增强了大炮系统的威力。

早期大炮都是用眼睛直接瞄准,将楔块垫在炮口下部,结合装药的多少来调整射程。因此,只有最熟练的炮手,才能操作好大炮。明朝末年,明军在宁远以重炮抗击后金军队,就是占了炮手训练有素的便宜,努尔哈赤就是被明军用大炮击伤而死的。虽然后金军队也有不少大炮,但是由于没有炮手操作,其射程和威力都不足以和明军抗衡。直到大批明军投降后,金军才逐渐了解性能。

随着科学的不断进步,大炮上开始应用了光学瞄准装置。第一次世界大战期间,出现了简易的光、电结合的火力控制系统。随着各种新学科的发展,当代一些大炮,已发展成为一种自动化观测、计算、信息传输与控制的综合射击系统。这种大炮系统集中了各种先进的技术成就,在现代常规战争中起着重要作用。

5.大炮设计理论不断更新

大炮设计理论的发展,是与各种基础学科密切相关的,尤其是与弹道学理论的发展有直接关系。另外,大炮理论的发展也受到战场需要的推动。

1724年,英国的罗宾斯出版了《炮兵学新原理》一书,该书第一次将科学理论应用到炮兵学领域之中。弹道学的发展,使人们基本掌握了火药燃气压力在膛内的变化规律,明确了射击时大炮的受力情况,为建立大炮设计理论打下了坚固的基础。

流体力学的发展导致了液压制退机的诞生,同时,炮架结构形式也发生了根本的改变。1879年,卡奈发表了《液压制退机理论》,该书提出的著名的卡奈公式,至今仍然是液压式制退机工程设计的理论基础。1896年,俄国杜梁霍夫也发表了液压制退机方面的著作。这些著作都是在“液体不可压缩”的假定条件下,进行论述的。

20世纪中期,一种新的计算液压式制退机的方法出现了,这一方法的明显优势就是将液体的可压缩性也考虑进来了。结构力学、弹性力学与土壤力学的发展和电子计算机的应用,进一步使炮架强度理论,更接近于实际的射击状况。随着金属材料与工艺的改善,材料自紧技术在大炮身管中的广泛应用,新的身管设计理论又将建立。

6新能源大炮异军突起

现代的枪炮大多以固体火药作为发射能源,由于受到火药性能和身管材料性能的限制,受到大炮自身威力提高与机动性下降矛盾的约束,因此,要大幅度提高现代大炮的综合性能难度很大。不过,俗话说车到山前必有路。电磁炮、电热炮、液体发射药炮等新能源大炮的出现,使传统大炮的概念发生了根本的改变,大炮面临着一场新的技术革命。

电磁炮,采用强大的电磁能作为发射弹丸的动力。在这方面,国外已取得了实质性的进展。1985年,美国和澳大利亚已签订了发展超高速电磁炮的双边协议,并已成功地发射了质量为284克的弹丸,初速达每秒4000米。

电热炮利用电弧或激波加热轻质气体作为推进剂,使弹丸获得较高的初速。原苏联研制的“F-2”坦克上,就已试验采用此原理。

将液体发射药应用到大炮上,能大幅度提高现有大炮的性能。美、英两国于1989年,已向国防研究机构正式提出,发展液体发射药大炮的技术提案,认定这是一个在近期内,能提高北约各国大炮战斗性能的实际而有效的办法。目前,美军正在开展新型号产品的研制。

当然,要将上述大炮用作实战武器,还有许多关键技术难题尚末解决。这就需要人们在较长的时间内,付出巨大努力。1949年新中国成立,并在旧中国的废墟上,开始建立自己的兵器工业系统,大炮技术从仿制他国产品发展到自行设计、研制。目前,我们已能设计与制造世界一流的大炮,全国形成了一个较为完整的、庞大的国防工业体系,并拥有一批国防研究单位、高等院校和一支较强的国防科学技术队伍,这些都是我们向“国防现代化”迈进的基础与力量。

7.当前大炮发展的趋势

随着东西方两大对抗集团威胁的消失,北约和前华约的多数国家都削减了大炮系统的种类与数量。英国部队目前仅部署155毫米AS90自行大炮系统,与227毫米多管火箭炮系统,美国陆军也仅仅装备155毫米M109A6“帕拉丁”自行大炮系统和多管火箭炮系统。今天,155毫米已经成为通用的口径,有关大炮弹药的设计,几乎全部集中于155毫米弹药。尽管有些国家在近距离空中支援作战中,大量使用精确制导弹药,但是,目前的战场还是离不开自行大炮的。

与方兴未艾的精确制导弹药系统的开发和装备相比,野战大炮在有些方面已显得滞后,尤其是在平台设计方面。一些国家正将大炮的性能转向情报、监视、目标捕获与侦察,以及更先进的弹药。先进弹药的研制不仅涉及炮弹,还涉及重要的发射药和引信。新型大炮系统不仅发射常规高爆弹、烟幕弹和照明弹,还发射更先进的弹药,如子母弹及智能攻顶炮弹,以便有效毁伤装甲车辆和军队。这些弹药有德国的155毫米SMART弹,以及法国和瑞典联合研制的“博纳斯”弹,俄罗斯的122毫米和152毫米激光制导炮弹已供出口。为了增大大炮射程,许多国家优先选用加长型155毫米/52倍口径炮管,采用底排弹或其它改进型弹药。

目前,多数国家仍偏爱履带式自行大炮。但是轮式自行大炮系统也已经得到重视。与履带式相比,轮式自行大炮系统具有较高的战略机动性,且采购和操作成本也较为低廉。

当前,一些国家装备了大量冷战时期的大炮,又缺乏开发新型自行大炮系统所需的资金,因此,大炮系统升级改造具有广阔的市场。典型的自行大炮升级改造,包括安装更长的炮管提高射程、改进装弹系统、改进火控系统和定位系统,并采用射程更远和更具杀伤力的新弹药。

目前,一些国家正在开发射程更远的120毫米迫击炮系统。如日本和俄罗斯、土耳其等国,都已经成功研制出了120毫米的自行迫击炮,瑞典还推出了双管120毫米自行迫击炮。

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