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总说装甲|动可高温灼烧 静可放杯不倒,坦克炮为何这么牛?


来源:总说装甲

坦克炮没有你想象的那么简单刘晓峰有一种观点,认为坦克就是拖拉机地盘加上一门炮。对这种说法如何解答?如果说到坦克除了有一门炮以外,还有装甲防护等等,到这一步,是小学水平。如果能将坦克发展历史梳理一遍,以

坦克炮没有你想象的那么简单

刘晓峰

有一种观点,认为坦克就是拖拉机地盘加上一门炮。对这种说法如何解答?如果说到坦克除了有一门炮以外,还有装甲防护等等,到这一步,是小学水平。如果能将坦克发展历史梳理一遍,以说明坦克比拖拉机扛大炮有脱胎换骨变化的话,算中学水平。如果能说明各个部件设计难度的话,才是大学水平。今天我们就来聊一聊坦克要装一门火炮,到底有多复杂。

坦克上成百上千的复杂部件,从60年前就已经变得不再简单

坦克炮与普通火炮的共同特点

首先,坦克炮与普通火炮是有共通点的。它们同样由炮身、炮闩、发射装置、反后坐装置和瞄准机构(亦称炮控机构)等部件组成。

炮身的主要功能是赋予弹丸所需的飞行方向、初速和飞行稳定所需的旋转运动。发射炮弹时,火药燃烧生成高温高压气体,推动弹丸在身管内加速运动。炮身由身管、炮尾和抽气装置等部分组成,身管越长,火药气体推动弹丸的时间越长,弹丸的初速也就越大。

在发射过程中,火药气体压力高达300MPa以上,温度高达2500~3500℃,而且作用时间仅0.001~0.06秒。所以这个射击过程是火药的化学能迅速转变为热能,再转变为弹丸和后坐部分动能的过程。

炮身应满足战术的要求,保证能够发射规定重量的弹丸;具有足够的强度,在火药气体压力作用下不产生残余变形,并有足够的寿命(炮膛内反复承受火药气体的热作用和弹丸导引部位与膛壁的机械作用,会造成炮膛内部的烧蚀和磨损)。炮身应有足够的刚度,弯曲变形小,以便提高射击精度。

影响坦克火炮射速的不仅有装弹速度,还有火炮刚度等因素

炮闩的主要功能,是在发射时闭锁炮膛。发射时,炮闩的闩体抵住药筒,防其后移,并密闭火药气体

发射装置用以实现击发弹药的底火。它包括手发射装置和电发射装置。

反后坐装置是坦克炮的重要组成部分,是连接炮身和炮塔内火炮支架的弹性阻尼部件。

炮闩结构示意图

坦克炮与普通火炮设计上的差别

坦克火炮射击时,火药气体压力一方面推动弹丸沿火炮轴线向前加速运动,同时向后作用在炮塔支架上,这个力被称为后座力。如果炮身与支架刚牲连接,坦克在此后坐力的作用下将产生较大的后移和跳动,而且为保证强度要求,炮塔支架等零部件将过于笨重。

为解决后坐力的上述不良影响,在炮身与炮塔内火炮支架之间设置了弹性阻尼部件(反后坐装置)。发射时,炮身与支架产生相对运动,延长了射击时后坐力对炮塔支架的作用时间,因而减小了发射支架承受的作用力。它使后坐部储经一定的后坐距离后停下来,然后再平稳地复进到原位。在此过程中,一部分后坐动能转化为热能。

以色列进行105毫米火炮射击试验,从试验台架的设计可以看出,口径105毫米的坦克炮仍然具有较大的后坐力。

火炮工作的可靠性在很大程度上取决于反后坐装置的工作状况。一般,后坐时间约为0.1~0.3秒,复进运动时间约为1~3秒。

反后坐装置由驻退机和复进机两部分组成,驻退机以液体为介质,将一部分后坐动能转化为热能,同时将(部分后坐动能贮存在复进机内,当后坐终了时,复进机释放能量.又将后坐部分推回到射击前的位置。可将坦克火炮反后坐装置布置在炮身的上方或下方,还可以将其布置在炮身的两侧。

瞄准机构包括高低机和方向机,用以操纵火炮赋予炮膛轴线在空间的一定位置,实现火炮射击前的瞄准。高低机控制火炮轴线高低射向;方向机用以赋予火炮轴线的水平射向,方向机是通过转动炮塔来实现火炮水平射向的,现代坦翔主要采用液压或电动炮控机构,而必要时也可以手动方式操纵炮控机构。

某型坦克水平方向机

坦克火炮尾部被包容在炮塔之内,为使火炮高低俯仰运动,在炮塔前端开有孔口。由于炮兵不论是牵引式火炮还是自行火炮,都不需要与敌军短兵相接,所以坦克火炮的正面还要增加一个防盾设计。由于此防盾随火炮一起俯仰,给耳轴前后火炮重量的平衡带来一,定困难,有时不得不增加炮尾处的配重。

三代坦克以来,行进间对运动目标进行射击称为常态科目,所以车内乘员,尤其是炮长,在狭窄的车内容易受到炮尾撞击的危险,所以坦克火炮还具备专门设计的防危板。火炮发射后,滚烫的药筒和伴随炮膛进入车内的硝烟需要被及时清理出去,所以坦克火炮还有药筒处理装置和炮膛抽气装置。

虽然一些型号的自行火炮中也是通过耳轴连接身管与基座,但坦克炮的耳轴还安装有高低向稳定机,炮塔座圈也有水平稳定机。这也是考虑到坦克越野行驶时,地面的起伏导致车体和炮塔上下、纵倾和横摇振动,造成瞄准和跟踪目标困难,使射击命中率下降。苏联T-55坦克首先使用高低向稳定机,这项技术在德国被发扬光大,安装了双向稳定机的“豹”2为坦克,可以用炮管端着一杯啤酒在野地里跑一圈,保证啤酒不洒、酒杯不倒。

115毫米坦克炮

坦克炮与普通火炮的性能差异

坦克炮除了在结构上与炮兵使用的普通火炮存在不同,在设计强度上也有着不同的要求。

首先,由于攻击的目标不同,炮兵使用的火炮多为攻击固定目标使用,所以弹道曲线多以弯曲度比较大的曲线为主,于是炮兵的火炮就多为“加榴炮”或“榴弹炮”。而坦克装甲车辆上安装的火炮主要用于攻击运动中的敌方车辆,要求打得快,弹道曲线趋于平直,而弹丸的初速度就很大,这就是“加农炮”。

此图直观的说明迫击炮、榴弹炮、加农炮的区别

为了使弹道曲线尽量接近于平直,在弹丸重量一定的情况下,就要通过火药技术尽量加大炮口动能。这随之带来的就是炮膛内的火药给火炮内壁带来巨大的膛压。膛压高,则弹丸的初速高,从而提高弹丸的穿甲威力。所以装甲车辆使用的火炮最为明显的特点就是高膛压。

而且为了提高火炮的射击精度,火炮需要给弹丸一个更长的加速轨道,这就是增长火炮身管的长度。一般来说,坦克炮(即加农炮)身管长度可以达到火炮口径的50~60倍。这么长的身管要承受多到的压力?以两款我们比较熟悉的坦克为例,苏联T-62坦克最大膛压为300兆帕,德国“豹”2坦克最大膛压558兆帕,可能很多读者对于这个数据并不是很敏感,举个例子。我们日常生活承受的大气压(一般平原地区)为0.10133兆帕。潜水艇每下潜10米,承受的压力增加一个标准大气压,美国洛杉矶潜艇能够下潜的极限深度为530米,也就是53个标准大气压,即不足5.4兆帕。现在对于坦克炮几百兆帕的膛压是不是有了一个大致概念。

榴弹炮虽然火炮身管也很长,但长径比却不如坦克炮大

最近几年,随着装甲防护技术的进步,对于弹丸穿甲性能的要求也水涨船高,巨大的膛内压力给火炮身管强度提出更高要求,于是有科学家想出了通过对火炮身管进行重新设计来提高身管强度的办法。简单地讲,就是利用不同金属热胀冷缩性能不同的原理,将两个金属套管套在一起,包裹在外部的部分像被子一样覆盖着里面的炮管,所以外部这根管子称之为“被管”,当火炮发射时,身管温度增加,被管由于金属特性等原因,给内管施加一个压力,从而抵消一部分膛内压力,这个技术被称为“火炮身管自紧”技术。

火炮膛压带来的直接影响,就是后座力的增加。通常情况下,火炮在发射炮弹的过程中,高压火药气体在身管内产生的巨大压力在推动弹丸的同时,也作用在炮膛底部,这就是我们常说的后坐力。

美国曾经设计出一种方案,利用反冲原理抵消一部分后坐力,以谋求车辆的轻型化,但这个计划最终失败了

为了抵消后座力对火炮的影响,火炮专门有一个反后座装置。它将一瞬间产生的巨大的后坐力通过一个阻力行程,转换成一个作用时间较长的后坐阻力。就坦克而言,由于受到车内空间限制,后坐行程一般被限制在300~600毫米之间,这比炮兵火炮的后坐行程短得多,但需要承受的后座力,则是炮兵火炮的3~4倍。

虽然坦克体积巨大,但车内空间也是寸土寸金,留给火炮的空间非常小

结尾

坦克火炮与普通火炮在结构设计和性能要求上,还是有非常多的不同之处。这些技术说起来简单,想要实现起来十分困难,因为坦克面临的作战环境是陆海空三军中最为复杂的地面战场,很多海、空军能用的技术,放在坦克上不一定够用。今天的三代坦克和即将来临的四代坦克,早已不是拖拉机、火炮、铁壳子三合一那么简单,而是一种集成多种尖端技术的主战兵器。

[责任编辑:安晨 PN104]

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