1943年11月,英軍開始了一項坦克改裝計劃,他們為M4、混合型M4、M4A3、M4A4以及授權加拿大生產的M4A1坦克安裝了威力巨大的17磅炮,從此被譽為“虎豹殺手”的螢火蟲坦克就出現在了德軍面前。在英軍第8裝甲師的戰史上,螢火蟲坦克就曾在兩天之內取得過擊毀7輛豹式坦克,1輛虎式坦克,1輛虎王坦克的傲人戰績,就連德軍的王牌坦克車長魏特曼也死在了“螢火蟲”的炮口下(眾多說法中的一種)。其實“螢火蟲”坦克之所以能屠豹擒虎,完全靠的就是那門76.2毫米的17磅炮,由此可見一門穩定可靠且威力不俗的坦克炮對坦克來說多麼的重要。從二戰到現在,坦克炮早就發生了質的變化,從只能發射普通炮彈的長管加農炮再到能發射導彈和炮彈的兩用炮,從76.2毫米口徑再到120毫米口徑,現代坦克炮的複雜程度和技術難度早就突破了傳統的認知,下面就讓我們來看看現代坦克炮的祕密。
▲對於坦克炮,很多人都認為口徑越大越好,其實一味的追求大並不是一件划算的事,現在世界各大主戰坦克的口徑基本都在120到125之間,上圖是法國人在上世紀推出的“勒克萊爾”140T4計劃,該計劃意在將勒克萊爾的主炮口徑升級為140毫米,別看僅僅增加了20毫米,但是後坐力、制退,強度結構,整體重量、炮塔空間以及裝彈輸彈等都要變動,所以還得綜合來看穿甲能力的提升值不值得將口徑折騰到140毫米,目前來看對更大口徑主炮的需求並沒有這麼迫切,下圖120毫米彈藥和140毫米彈藥對比就更直觀了
坦克炮和傳統火炮的區別主戰坦克的火炮不同於常規火炮,坦克炮主要強調的是穿甲能力,射程遠且精度極高(尤其是首發命中率),而且對未來出現的裝甲威脅一定要有足夠的能量儲備(這樣就能確保應對未來出現的裝甲),如果能量儲備不足時則會進行升級更新。坦克炮的膛壓和炮口初速極大,而且反後坐裝置必須高效,為了應對坦克狹小的空間,整體結構應當儘量的緊湊,為了保證射擊精度安裝有穩定裝置,此外有些坦克炮還裝備有自動裝彈機,坦克炮身管的工藝性較高,一般採用電渣重熔真空冶煉和自緊工藝。受到炮塔狹小空間的影響,坦克炮的俯仰角一般較小,而且還安裝有抽氣機和隔熱護套,多數傳統火炮一般都是線膛炮,而坦克炮則不同,多數採用的是滑膛炮,下面我們就來看看線膛和滑膛坦克炮的不同:
▲上圖為萊茵金屬的Rh-120滑膛炮,線膛炮發射時陽線底部會產生應力,再加上彈帶壓力大,刻槽容易出現裂紋和磨損,從而大幅降低了使用壽命,但是滑膛炮沒有膛線,所以也不會產生切口應力,在同等條件下使用壽命遠遠高於線膛炮,而且製作工藝簡單成本低,此外滑膛炮在威力方面也有優勢,滑膛炮的動能穿甲彈長徑比可達20倍,線膛炮只有6倍,長徑比越大則炮口初速越容易提升
▲上圖為挑戰者2的L30A1線膛炮,該炮曾在伊拉克戰場創造了5200米之外擊毀伊軍坦克的紀錄,這一紀錄讓不少的滑膛炮汗顏,線膛炮的特點就是打的又準又遠,依靠自身旋轉來穩定飛行姿態,所以射程較遠,精度較高,但是線膛炮隨著使用時間的增加精度會逐步下降,而滑膛炮則完全沒有這個問題
坦克炮的組成部分首先是最重要的炮身,身管能在火藥燃氣的驅動下賦予炮彈一定的速度並起到導引的作用,身管整體採用高強度鋼做自緊工藝處理,為了保持一定的壽命,內膛表面採用鍍鉻處理,身管由直膛和藥室組成,藥室負責容納彈藥並擊發,直膛則賦予了彈丸炮口速度和一個指引方向。身管通過連線筒以螺紋的形式連線炮尾,並用齒槽將兩者緊緊地固定在一起防止不必要的轉動。炮尾主要用於連線炮閂,炮閂也是坦克炮比較複雜的部分,主要作用是閉鎖炮膛,擊發底火後完成抽出藥筒的工作,為了避免炮閂未關到位引起的意外事故,炮閂還必須有一個保險機構。當擊發裝置未能擊火時復撥器負責將擊針撥回原位。坦克長途運輸行軍的時候可以通過連線在炮尾的吊杆座和插銷將火炮固定死,避免發生不必要的意外損壞。炮架上的駐退機杆和復進機杆通過兩個圓孔連線在炮尾上。此外炮身還有兩個重要部件就是抽氣裝置和熱護套。
▲坦克抽氣裝置的原理圖,此外一些坦克還會安裝專門的抽氣機,雖然抽氣效率高但是成本也會水漲船高
抽氣裝置可以抽出火炮發射時殘留在身管內的部分火藥燃氣,避免車內乘員受到廢氣侵害的同時還能避免炮尾產生火焰,此外抽氣裝置還能快速將阻擋視野的燃氣擴散。當彈丸經過抽氣裝置的噴氣孔時,有些高壓火藥燃氣就會進入儲氣筒,當炮彈飛出後膛壓急速下降,儲氣筒內的高壓火藥燃氣就會噴出,然後在斜孔的作用下在靠近炮尾的區域形成低壓區,最後這部分的殘留火藥燃氣就會從炮口噴射出炮膛,抽氣裝置必須保證炮手在下一發裝填開啟炮閂時就將廢氣排出。在一些自然環境下,裸露在外的身管容易在Sunny直射,風雨等條件下受熱不均勻導致微量的變形,而這些微量變形卻對火炮的精度產生著重大影響,所以從上世紀60年代末起主戰坦克都會安裝一個熱護罩,來降低這些外界因素造成的炮管微量變形,通常都是兩層鋁板夾雜著非金屬隔熱層包裹在炮身上。
▲豹二A5的主炮,身管、熱護套、抽氣裝置一清二楚,紅圈內則是抽氣裝置上的傾斜噴氣孔
炮塔內部的空間十分狹小,所以坦克炮的後坐行程並沒有傳統火炮那樣長,一般坦克炮的反後坐裝置都比較緊湊且高效,可以將大部分後坐動能消耗,並在完成射擊後將火炮平穩的回覆到原位,反後坐裝置主要由駐退機和復進機組成:
駐退機:火炮後坐時帶動駐退杆向後運動,這時候駐退筒內部的一大部分駐退液就會通過活塞斜孔和節制孔流到前部,液體在細孔中的流動勢必會產生大量的阻力,所以後坐動能很大一部分會被阻力所消耗,通過調節駐退杆的直徑還能控制阻力的大小
▲駐退機在緩衝後坐力的過程中一小部分的駐退液會進入駐退杆的後腔,當火炮開始復進時,這些駐退液只能從細小的導液溝槽流出,這樣一來又會產生一定的阻力,這個阻力則會緩衝復進的過程,防止炮尾高速撞擊炮架造成損壞
復進機:當火炮開始後坐時帶動復進杆向後運動,復進杆上的活塞將復進液從內筒排至外筒,由於外筒事先注入了6.28MPa壓力的氮氣,所以液體壓縮空氣儲存了復進所需的能量,開始復進時壓縮的氮氣膨脹又將外筒的液體推到內筒並帶動復進杆向前運動,這樣火炮就完成了復進。其實詳細一點來說反後坐裝置還有一個復進節制器,這一結構能夠控制火炮沿著固定的受力和運動規律完成復進,所有火炮的反後坐裝置肯定由這三個結構組成,但是坦克炮的搖架能起到這個作用最後就是搖架部分了,搖架能夠連線炮身和反後坐裝置,一般為圓筒鑄鋼件,整門坦克炮通過搖架上的耳軸連線在炮塔上,通過配合高低機賦予火炮高低射角,不過現代坦克一般都有完整而複雜的火控系統來控制火炮的射擊引數,同時搖架還能控制引導復進過程中的運動規律和方向。
▲德國130毫米坦克炮,透明框內則是130炮和120炮使用彈藥的對比圖,搖架左側通常焊接有瞄準鏡支架,右側通常焊接有並列機槍
坦克炮的未來發展趨勢雖然直升機和各種精確制導武器的出現不斷地壓縮著坦克的生存空間,但是主戰坦克還將是各國陸軍發展的重中之重,陸上突擊的尖刀。現在反裝甲武器主要是兩種發展模式:一種是不斷地升級傳統火炮和彈藥,儘量提升威力從而提高服役期限;一種就是大力發展非傳統武器,以適應未來戰爭的需求。目前各國還是會大力挖掘現役坦克炮的潛力,比如提高長徑比、改進發射藥和炮體結構等從而提高現役坦克炮的效能。關於大口徑坦克炮,有些人認為120到125毫米已經是極限,因為口徑增加導致火炮,炮圈、炮塔甚至是整個坦克都會更寬更重,頗有些水多加面的感覺。而且別看口徑只增加了10到20毫米,但是使用的彈藥卻足足大了將近一倍(可參考上圖勒克萊爾120和140炮彈藥對比圖以及豹二120炮和130炮的彈藥對比圖),這對後坐、輸彈、退殼等都是一個不小的挑戰。
▲目前比較合理的再生式液體發射藥火炮
不過口徑繼續增大並不是沒有可能,只不過現在各國對大口徑坦克炮的需求普遍沒有那麼強烈,世界主要軍事強國都已經接觸過大口徑坦克炮,但是也很難說,因為傳統坦克炮其效能的提升和改造空間已經趨於極限,要想應對與日俱增的裝甲防護技術,坦克炮就必須另闢蹊徑。隨著高燃速,高能量的新型發射藥出現,液體發射藥火炮、電熱化學炮甚至是電磁炮都已經出現在了試驗場上,但是這些新型坦克炮一時間有難以成型並進入軍隊服役,這樣看來未來很長一段時間內還是大口徑坦克炮和自動裝彈機的天下!