[科普中國(guó)]-坦克火炮口徑形成不增反降趨勢(shì)，難道火炮無用了？

出品：科普中國(guó)

作者：劉曉峰

策劃：金赫

監(jiān)制：光明網(wǎng)科普事業(yè)部

【編者按】坦克炮的發(fā)展一直是口徑不斷加大，但到了最近公布的坦克發(fā)展計(jì)劃，為什么不再增加，有些國(guó)家的坦克炮反而減?。勘酒趯⑻綄て渲械脑颉?/p>

2020年下半年，美國(guó)公布了下一代主戰(zhàn)坦克設(shè)計(jì)方案。其中，在火炮口徑的選型上，美國(guó)繼續(xù)使用了120毫米口徑火炮。至此，美、俄兩國(guó)對(duì)于21世紀(jì)中葉前服役的主戰(zhàn)坦克設(shè)計(jì)方案全部確定，俄羅斯的T-14坦克繼續(xù)沿用125火炮，美國(guó)繼續(xù)沿用120炮，在2015年以前各界猜測(cè)的130炮并沒有出現(xiàn)。難道是世界各國(guó)對(duì)于坦克火炮的使用需求發(fā)展到頭了嗎？還是坦克火炮技術(shù)遇到什么瓶頸了？

世界各國(guó)對(duì)于主戰(zhàn)坦克的需求存在一定差異。比如幾個(gè)大國(guó)，目標(biāo)明確，因?yàn)樘箍巳匀皇堑孛嫜b備中最具威脅的主戰(zhàn)兵器，因此坦克的主要任務(wù)就是打坦克，所以對(duì)于各大國(guó)而言，主戰(zhàn)坦克火炮威力的需求是隨著最先進(jìn)的裝甲技術(shù)而不斷進(jìn)步的。而對(duì)于以色列等國(guó)來講，坦克的主要功能是消滅地面移動(dòng)車輛，其對(duì)于火炮威力的需求不如各大國(guó)那樣強(qiáng)，因此梅卡瓦在設(shè)計(jì)之初采用的是105炮。

美國(guó)公布的下一代坦克預(yù)選方案

坦克火炮口徑增加究竟有多大意義？以120炮和125炮比較為例，雖然口徑僅增加了5毫米，但推進(jìn)藥的裝藥量就能增加23%左右。裝藥量越大，彈丸獲得的炮口動(dòng)能就越高，穿深能力也就越強(qiáng)。但俄羅斯125炮雖然裝藥量多，但與美國(guó)120炮相比威力提升卻并不明顯，這其中的奧秘留給以后再做詳解。炮彈的裝藥量不是一味提升就一定好，還要考慮炮膛鍍層、炮身加工、車輛總體等諸多因素。

使用電渣重熔技術(shù)制造出來的鋼，純度更高，結(jié)晶方向高度一致，擁有很高的強(qiáng)度和晶格缺陷，一致性較好，非常適合用于高壓滑膛炮

在現(xiàn)代坦克火炮身管內(nèi)部，鍍有一層金屬鉻，其主要作用是提高火炮使用壽命。在火炮發(fā)射時(shí)，炮膛內(nèi)會(huì)瞬間形成一個(gè)高溫、高壓環(huán)境，我們可以把當(dāng)時(shí)的炮膛通俗第想象成一個(gè)煉鋼爐，炮彈要在這種極端環(huán)境下與炮身以1600米/秒左右的速度發(fā)生摩擦，如果沒有鍍鉻層的保護(hù)，單憑炮鋼材料本身難以承受多次燒蝕。于是科學(xué)家們想出一個(gè)為炮身內(nèi)部鍍一層金屬的辦法，加工過程就像炸油條一樣，把炮身內(nèi)管浸泡在一個(gè)金屬鉻液的方漕里，經(jīng)過一段時(shí)間通電，金屬鉻附著在炮管內(nèi)壁。雖然這個(gè)鍍鉻層也有一定壽命，不同國(guó)家技術(shù)高度不同，加工后的炮管壽命在300-500發(fā)不等，但已經(jīng)能夠基本滿足使用。

萊茵金屬Rh-120坦克炮的鍍鉻內(nèi)膛，非常光滑

火炮發(fā)射時(shí)的高溫可以通過鍍鉻層隔離，瞬間形成的高膛壓還需要炮身加工工藝來緩解。坦克火炮不是一根簡(jiǎn)單的鋼管，而是分為“被管”和“內(nèi)管”，內(nèi)管就是有鍍鉻層的部分，火炮發(fā)射時(shí)超高的膛壓會(huì)讓內(nèi)管像吹氣球一樣發(fā)生形變，為了減少這種形變，就在內(nèi)管外加一層“被子”身管，稱為“被管”。加工時(shí)，兩個(gè)身管由于材料不同，熱脹冷縮的程度也不同，就將兩根管子套在一起，恢復(fù)到常溫后，“被管”緊緊地攥住“內(nèi)管”，火炮發(fā)射產(chǎn)生高膛壓時(shí)，被管的力剛好被膛壓抵消，由此減輕了火炮形變。

身管自緊的過程，在炮管內(nèi)壁用施加壓力，使炮管預(yù)壓緊，外壁預(yù)張緊。紅到綠代表了壓力從大到小

解決了火炮發(fā)射時(shí)高膛壓對(duì)炮身的影響，就可以在技術(shù)允許范圍內(nèi)盡量制造大口徑的火炮以獲得最大限度地威力。但此時(shí)炮口動(dòng)能帶來的后坐力對(duì)車輛底盤總體設(shè)計(jì)提出了要求。根據(jù)一般經(jīng)驗(yàn)，俄制125炮后坐力為80噸，如果確保千米立靶射擊散步保持在理想狀態(tài)，需選擇30噸級(jí)坦克底盤。這樣坦克的總體重量將超過45噸，對(duì)鐵路和航空運(yùn)輸條件變得十分挑剔，如果為了實(shí)現(xiàn)快速到達(dá)，就必須研制載重量更大的運(yùn)輸機(jī)，這樣對(duì)于整個(gè)國(guó)防工業(yè)體系的建設(shè)顯得得不償失。于是，我們看到亞洲某坦克技術(shù)強(qiáng)國(guó)最新服役的坦克火炮口徑減小至105毫米，不到40噸的戰(zhàn)斗全重使與之匹配的運(yùn)輸機(jī)在性能極限方面顯得游刃有余。由此形成了能夠滿足局部戰(zhàn)爭(zhēng)的快速到達(dá)力量。

噸位較重的車輛采用125炮，噸位較輕的車輛采用105炮

坦克火炮的口徑大小不僅僅是單一領(lǐng)域技術(shù)決定的，更要考慮到對(duì)于整個(gè)裝備體系的適配度。技術(shù)發(fā)展到今天，小口徑火炮的威力不一定輸給大口徑火炮?？梢栽诎l(fā)射藥裝藥結(jié)構(gòu)方面下功夫。比如將炮彈內(nèi)部的發(fā)射藥從實(shí)心裝藥改為蜂窩狀結(jié)構(gòu)后，發(fā)射藥燃燒面積明顯增加，瞬間釋放出更多的能量，彈丸依然能夠獲得較大初速。所以，在21世紀(jì)第三個(gè)十年，只有自己裝備坦克，才能夠制衡對(duì)手的坦克，而火炮威力越來越大、口徑不增反降也正說明了坦克炮和彈藥技術(shù)已經(jīng)結(jié)束了單純的尺寸疊加時(shí)期，向著技術(shù)更深、涉及學(xué)科更廣的方向繼續(xù)發(fā)展。

作者：劉曉峰，裝備專家，長(zhǎng)期從事武器裝備論證、預(yù)研制工作，主持軍工企業(yè)省部級(jí)重點(diǎn)項(xiàng)目1項(xiàng)，為國(guó)防裝備建設(shè)提供決策性重要參考1項(xiàng)，參與新一代裝備關(guān)重件試制工作2項(xiàng)，為裝備研制和使用部門提供重要建設(shè)性改進(jìn)意見并得到采納2項(xiàng)，擁有行業(yè)內(nèi)著作1部，在《坦克裝甲車輛理事會(huì)論文集》發(fā)表裝備發(fā)展規(guī)劃論文1篇。