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這技術讓德國坦克擁有一絕活 炮管端酒杯跑一圈不倒
送交者: 一劍破天 2017年10月09日00:16:20 於 [軍事天地] 發送悄悄話

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  有一種觀點,認為坦克就是拖拉機底盤加上一門炮。對於這種說法,很多業內人士給予解答,但多數隻說到了坦克除了有一門炮以外,還有裝甲防護,問題說到這一步,還是小學水平。如果能將坦克發展歷史梳理一邊,以說明坦克比拖拉機扛大炮有脫胎換骨變化的話,這是中學水平。如果能說明各個部件設計難度的話,這才是大學水平。於是,今天我們就來聊一聊坦克要裝一門火炮,有多複雜。

  坦克炮與普通火炮的共同特點

  首先,坦克炮與普通火炮是有共通點的。它們同樣由炮身、炮閂、發射裝置、反後坐裝置和瞄準機構(亦稱炮控機構)等部件組成。

  炮身的主要功能是賦予彈丸所需的飛行方向、初速和飛行穩定所需的旋轉運動。發射炮彈時,火藥燃燒生成高溫高壓氣體,推動彈丸在身管內加速運動。炮身由身管、炮尾和抽氣裝置等部分組成,身管越長,火藥氣體推動彈丸的時間越長,彈丸的初速也就越大。在發射過程中,火藥氣體壓力高達300MPa以上,溫度高達2500~3500℃,而且作用時間僅0.001~0.06秒。所以這個射擊過程是火藥的化學能迅速轉變為熱能,再轉變為彈丸和後坐部分動能的過程。炮身應滿足戰術的要求,保證能夠發射規定重量的彈丸;具有足夠的強度,在火藥氣體壓力作用下不產生殘餘變形,並有足夠的壽命(炮膛內反覆承受火藥氣體的熱作用和彈丸導引部位與膛壁的機械作用,會造成炮膛內部的燒蝕和磨損)。炮身應有足夠的剛度,彎曲變形小,以便提高射擊精度。

  炮閂的主要功能,是在發射時閉鎖炮膛。發射時,炮閂的閂體抵住藥筒,防其後移,並密閉火藥氣體

  發射裝置用以實現擊發彈藥的底火。它包括手發射裝置和電發射裝置。

  反後坐裝置是坦克炮的重要組成部分,是連接炮身和炮塔內火炮支架的彈性阻尼部件。

  坦克炮與普通火炮設計上的差別

  坦克火炮射擊時,火藥氣體壓力一方面推動彈丸沿火炮軸線向前加速運動,同時向後作用在炮塔支架上,這個力被稱為後座力。如果炮身與支架剛牲連接,坦克在此後坐力的作用下將產生較大的後移和跳動,而且為保證強度要求,炮塔支架等零部件將過於笨重。為解決後坐力的上述不良影響,在炮身與炮塔內火炮支架之間設置了彈性阻尼部件(反後坐裝置)。發射時,炮身與支架產生相對運動,延長了射擊時後坐力對炮塔支架的作用時間,因而減小了發射支架承受的作用力。它使後坐部儲經一定的後坐距離後停下來,然後再平穩地復進到原位。在此過程中,一部分後坐動能轉化為熱能。

  火炮工作的可靠性在很大程度上取決於反後坐裝置的工作狀況。一般,後坐時間約為0.1~0.3秒,復進運動時間約為1~3秒。

  反後坐裝置由駐退機和復進機兩部分組成,駐退機以液體為介質,將一部分後坐動能轉化為熱能,同時將(部分後坐動能貯存在復進機內,當後坐終了時,復進機釋放能量。又將後坐部分推回到射擊前的位置。可將坦克火炮反後坐裝置布置在炮身的上方或下方,還可以將其布置在炮身的兩側。

  瞄準機構包括高低機和方向機,用以操縱火炮賦予炮膛軸線在空間的一定位置,實現火炮射擊前的瞄準。高低機控制火炮軸線高低射向;方向機用以賦予火炮軸線的水平射向,方向機是通過轉動炮塔來實現火炮水平射向的,現代坦翔主要採用液壓或電動炮控機構,而必要時也可以手動方式操縱炮控機構。

  坦克火炮尾部被包容在炮塔之內,為使火炮高低俯仰運動,在炮塔前端開有孔口。由於炮兵不論是牽引式火炮還是自行火炮,都不需要與敵軍短兵相接,所以坦克火炮的正面還要增加一個防盾設計。。由於此防盾隨火炮一起俯仰,給耳軸前後火炮重量的平衡帶來一,定困難,有時不得不增加炮尾處的配重。

  三代坦克以來,行進間對運動目標進行射擊稱為常態科目,所以車內乘員,尤其是炮長,在狹窄的車內容易受到炮尾撞擊的危險,所以坦克火炮還具備專門設計的防危板。火炮發射後,滾燙的藥筒和伴隨炮膛進入車內的硝煙需要被及時清理出去,所以坦克火炮還有藥筒處理裝置和炮膛抽氣裝置。

  雖然一些型號的自行火炮中也是通過耳軸連接身管與基座,但坦克炮的耳軸還安裝有高低向穩定機,炮塔座圈也有水平穩定機。這也是考慮到坦克越野行駛時,地面的起伏導致車體和炮塔上下、縱傾和橫搖振動,造成瞄準和跟蹤目標困難,使射擊命中率下降。蘇聯T-55坦克首先使用高低向穩定機,這項技術在德國被發揚光大,安裝了雙向穩定機的“豹”2為坦克,可以用炮管端着一杯啤酒在野地里跑一圈,保證啤酒不灑、酒杯不倒。

  坦克炮與普通火炮的性能差異

  坦克炮除了在結構上與炮兵使用的普通火炮存在不同,在設計強度上也有着不同的要求。

  首先,由於攻擊的目標不同,炮兵使用的火炮多為攻擊固定目標使用,所以彈道曲線多以彎曲度比較大的曲線為主,於是炮兵的火炮就多為“加榴炮”或“榴彈炮”。而坦克裝甲車輛上安裝的火炮主要用於攻擊運動中的敵方車輛,要求打得快,彈道曲線趨於平直,而彈丸的初速度就很大,這就是“加農炮”。

  為了使彈道曲線儘量接近於平直,在彈丸重量一定的情況下,就要通過火藥技術儘量加大炮口動能。這隨之帶來的就是炮膛內的火藥給火炮內壁帶來巨大的膛壓。膛壓高,則彈丸的初速高,從而提高彈丸的穿甲威力。所以裝甲車輛使用的火炮最為明顯的特點就是高膛壓。

  而且為了提高火炮的射擊精度,火炮需要給彈丸一個更長的加速軌道,這就是增長火炮身管的長度。一般來說,坦克炮(即加農炮)身管長度可以達到火炮口徑的50~60倍。這麼長的身管要承受多到的壓力?以兩款我們比較熟悉的坦克為例,蘇聯T-62坦克最大膛壓為300兆帕,德國“豹”2坦克最大膛壓558兆帕,可能很多讀者對於這個數據並不是很敏感,舉個例子。我們日常生活承受的大氣壓(一般平原地區)為0.10133兆帕。潛水艇每下潛10米,承受的壓力增加一個標準大氣壓,美國洛杉磯潛艇能夠下潛的極限深度為530米,也就是53個標準大氣壓,即不足5.4兆帕。現在對於坦克炮幾百兆帕的膛壓是不是有了一個大致概念。

  最近幾年,隨着裝甲防護技術的進步,對於彈丸穿甲性能的要求也水漲船高,巨大的膛內壓力給火炮身管強度提出更高要求,於是有科學家想出了通過對火炮身管進行重新設計來提高身管強度的辦法。簡單地講,就是利用不同金屬熱脹冷縮性能不同的原理,將兩個金屬套管套在一起,包裹在外部的部分像被子一樣覆蓋着裡面的炮管,所以外部這根管子稱之為“被管”,當火炮發射時,身管溫度增加,被管由於金屬特性等原因,給內管施加一個壓力,從而抵消一部分膛內壓力,這個技術被稱為“火炮身管自緊”技術。

  火炮膛壓帶來的直接影響,就是後座力的增加。通常情況下,火炮在發射炮彈的過程中,高壓火藥氣體在身管內產生的巨大壓力在推動彈丸的同時,也作用在炮膛底部,這就是我們常說的後坐力。

  為了抵消後座力對火炮的影響,火炮專門有一個反後座裝置。它將一瞬間產生的巨大的後坐力通過一個阻力行程,轉換成一個作用時間較長的後坐阻力。就坦克而言,由於受到車內空間限制,後坐行程一般被限制在300~600毫米之間,這比炮兵火炮的後坐行程短得多,但需要承受的後座力,則是炮兵火炮的3~4倍。

  結尾

  坦克火炮與普通火炮在結構設計和性能要求上,還是有非常多的不同之處。這些技術說起來簡單,想要實現起來十分困難,因為坦克面臨的作戰環境是陸海空三軍中最為複雜的地面戰場,很多海、空軍能用的技術,放在坦克上不一定夠用。今天的三代坦克和即將來臨的四代坦克,早已不是拖拉機、火炮、鐵殼子三合一那麼簡單,而是一種集成多種尖端技術的主戰兵器。

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