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身管火炮

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谨记,本页面阐述的“身管火炮”是使用火药燃烧释放的化学能推动炮弹、以身管确定炮弹射向的炮。
电磁炮离子炮等电炮、定向能炮之类,由于不符相关定义,不应列入其中。火箭炮等自推式武器也不应列入其中。

身管火炮是属于身管武器一类的重兵器。

概述

炮与枪同源,基本原理也是一致的,主要区别在于炮的口径在20毫米以上,可以用“20毫米枪炮分水岭”这个说法来简单区分枪和炮。当然实际情况下也有一些口径大于20毫米却仍然被称为枪的身管武器,比如部分40毫米防暴枪等,不过一般来说只要是口径明显大于20毫米的身管武器都可以称为炮。

炮管的长度用倍径比即全炮除弹膛外的长度与口径之比值衡量(也有例外,如汉斯喵就曾一度把弹膛也算进去)。比如倍径比为54的127毫米炮,炮管长度为127×54=6858毫米即6.858米。

炮的分类规则有三种:按膛线划分、按弹道划分和按平台与功能划分。

按膛线划分

和枪一样,根据膛线的有无,炮也分为线膛炮和滑膛炮。

在当代火炮中,一般只有大多数坦克炮反坦克炮以及大部分中小口径迫击炮为滑膛炮,其他均为线膛炮。

按弹道与射程划分

一般来说在相同口径的前提下,根据火炮的地对地攻击弹道射程,可以大致分为三个层次:低伸弹道远射程高抛弹道近射程较为折中的弹道加较为折中的射程。依据这些,可以将火炮大致分为加农炮榴弹炮臼炮三大类。加农炮弹道低伸、射程远,臼炮弹道高抛、射程近,榴弹炮弹道的低伸/高抛程度介乎加农炮和臼炮之间,射程折中。

一张图看清楚加农炮、榴弹炮、臼炮的地对地攻击弹道差异。

在当代火炮中,属于臼炮一类的火炮只有迫击炮一类,其他类型已全数灭绝,因此在现代语境中可直接用“迫击炮”一词指代臼炮。另外,现代加农炮和榴弹炮不再分家,当代火炮中但凡被称为“榴弹炮”的实际上都可以当做加农炮使用。

需要注意一点:当代火炮为追求射程与通用化,绝大多数加农炮和榴弹炮直接合二为一,因此上面这张图并不能百分百反映所有火炮的射程和地对地攻击弹道差异。

按平台与功能划分

这就有点杂了。像什么野战炮、要塞炮、岸炮、舰炮、坦克炮、反坦克炮、高射炮、近防炮,等等等等,都是按平台与功能划分。具体在相应条目下细讲。

历史

“物理能炮”——投石机

在火药的奥秘被探寻出来之前,要获得能将大当量弹药投射到数百米外的敌军头顶上的原动力,只有寻求“物理能”——这只是个通俗的叫法,通常包括弹性势能和重力势能两大类——才能实现。而用来完成这个过程的机械,在那个时代除了弓、弩等单兵装备外,最常见的就是投石机。

最早的投石机在春秋战国时代就出现了,同时期在古希腊也出现了类似的投石机。在古汉语中,投石机被称为“”,这个单字词如今在日语和台湾普通话(“国语”)中仍然保留用来称呼我们今天汉语中说的“炮”。

投石机有很多种,总体上有扭力投石机、弹力投石机、配重投石机三种。扭力投石机依靠扭力弹簧提供动力(如同驱动老式机械钟的发条),霹雳车和弩炮是典型代表;弹力投石机则依靠弹性的杠杆提供动力(如同B站大神奏乐用的钢尺),床弩是典型代表;配重投石机使用的是和撬棍一样的杠杆原理,用一个大吨位的配重依靠重力作用赋予动力(也可以用人力代替配重),回回炮是典型代表。

这些古老的“物理能炮”可以投射石弹,当然也可以投射一些其他的东西,比如榴弹、燃烧弹以及人与牲畜的腐败尸体(可以增大传染疾病的概率)。

十三到十八世纪的火炮

火药技术在宋代开始发展,初级的火药技术则在元代基本成型。这个时候出现了各种用铜或铁铸造的火炮,弹药多为石质。

火炮相较于投石机的优势主要在于对射手体能的需求降低。投石机操作时需要射手使劲给它扳到待发位置,而火炮只需要简单地装入发射药、弹药和导火索就可以射击,不但让射击变得更轻松,还大大提高了射速和命中率。于是化学能驱动的“炮”取代了“物理能”驱动的“”,逐渐成为日后世界各地武装力量的主战武器。

这个时候的炮还都是前装炮,需要从膛口装入发射药和炮弹,并在后膛的传火孔插入导火索。工程师认为如果能让火炮改为后膛装填,能进一步简化射击的准备工作,射速还能进一步提升。不过后装炮的结构相对复杂,而且火炮的闭气也是一个长期悬而未决的难题,因此后装炮的研究一直没有太多进展。

当然,困难的条件并不能阻止一些积极分子的研究,而且他们确实也搞出了一些实用型的产品,尽管性能相较于当时主流的前装炮差了许多。其中,中国人耳熟能详的一种年代较早、比较成功的产品是明代的佛郎机,它的弹膛可以取出,在外面装填完毕后再装入,射速确实比同时代的前装炮高了许多——虽然最后由于闭气效果欠佳导致威力下降而又被前装炮替换。这种火炮来自当时的葡萄牙,“佛郎机”是当时明代人对葡萄牙人的称呼(其实是“法兰西”在明朝的音译),于是连带着用这个名字称呼这种炮。

佛郎机和传统后装炮差异主要在于将弹膛从一体成型的炮管中分出来,使之可以自由地取出或放入。虽然存在闭气效果较差导致威力降低的缺陷,但这项技术的确有效提高了这种早期火炮的射速。

东西方的弹药技术在这段时间里也有所进步,出现了对付不同战况的弹药。如对步兵杀伤有霰弹、高爆弹和榴霰弹,对舰船毁伤则有链弹和杆弹。

炮射霰弹是用布袋和绳索固定的一组小弹丸,和现在霰弹枪使用的霰弹大同小异。这种弹药也被称为葡萄弹Grapeshot
这种用链条将两个或更多个弹体连在一起的弹药叫做链弹,和现代防空导弹的连续杆战斗部有异曲同工之妙。链弹在出膛后会迅速展开,如同巨大的流星锤,能够斩断风帆战舰的桅杆和风帆。

西方人使用磅制口径来衡量火炮的口径,这种规则利用的是当时的炮弹外形主要为正球状的基本特征。显然,同材质同密度的情况下,炮弹质量越大,炮弹体积相应也越大,比如符合质量为10磅的炮弹的火炮,就称之为10磅炮。

从十三世纪的元代到临近工业革命的十八世纪,火炮的三种弹道也定下型来,有了用于攻打舰船和土木工事的加农炮、用于攻打步兵的榴弹炮和臼炮。

工业革命到二战结束

十八世纪发生的工业革命带动了火炮的高速发展。此时人们已具备量产复杂闭气机构的能力,于是后装炮慢慢开始流行起来。

在后装炮中炮弹和发射药从弹膛装入,用一个叫炮闩的机构闭气。后装炮的出现不但提高了火炮射速,还成功解决设于舰船或土木工事中的长管炮装填困难的问题——前装长管炮射击一次后需要收回到掩体中进行装填,然后再伸出来射击,非常麻烦。火炮的更新换代在十九世纪迅速发生,除了部分中小型臼炮外,所有前装炮均已用后装炮替代。膛线的引入也大大提升了火炮的精度,制造更长射程的火炮成为可能,同时滑膛炮时代主流的球状炮弹被有锥度的炮弹代替,新的炮弹在侧面镶有铜环,称为弹带,作用是在炮弹通过炮管时使膛线嵌入,让炮弹旋转起来。炮的口径也由磅制口径转为英制口径和公制口径(说白了就是毫米(日本用厘米)和英寸)。

在二十世纪初,工程师使用光学测距仪作为火炮的观瞄设备,它比古老的机械瞄准具望得更远,瞄得更准,很快成为一种轻便、低技术要求、易生产、性能稳定的观瞄设备,时至今日仍有使用。二战时代又出现了能望穿云烟雾霾的炮瞄雷达,能够让火炮在应对更复杂的环境时仍能释放出足够的威力。飞机的引入还带来了飞机校射这一观瞄手段——虽然在二战时代的海上战场上并没有多少成绩。

像人类的双眼视觉一样,光学测距仪的左右两个物镜分别接收左右两侧的景象,在合适的角度上会组合成有立体感的物象,此时可以用简单的三角函数原理来测出距离。这种利用简单的数学原理打造的光学仪器非常可靠,自一战时代开始被大量使用以来,至今仍未淘汰。图为中国人民解放军装备的58式一米测距机。
58式一米测距机实操照片。一般来说,物镜的距离越大,光学测距仪测距的精度也越高,根据需求即可定制不同规格的测距仪,如58式一米测距机就是两物镜间隔一米的光学测距仪。世界上最大的光学测距仪为日本人为大和级战列舰配置的39式倒分像立体视式十五米二重测距仪,如名称所示,其物镜间距达到了夸张的15米。

从第一次世界大战开始急剧变化的战场态势让火炮的作用分化更加明显,如臼炮演化出专杀堑壕伏兵的迫击炮、加农炮演化出防御空中袭击的高射炮等。目标的强度与形态变化也让火炮的弹药进一步升级,出现了用来打击重装甲目标的被帽穿甲弹、聚能破甲弹和早期的次口径穿甲弹(注意不要和现代火炮上的超速脱壳穿甲弹混淆);用来打击飞机集群的延时引信、近炸引信破片弹;用来打击潜艇的深水炸弹等。火炮当然也是投射生化武器的良好工具,一战期间德国就大量使用了臼炮投射的毒气弹,二战日本也使用了不少基于731部队等生化武器研究机构研发的陶瓷细菌弹。

相当一部分的世界之最也在这期间诞生,如最大的加农炮——口径800毫米、重1700多吨的古斯塔夫列车炮;最大的臼炮——口径914毫米、重40吨的小戴维迫击炮,等。

战后发展

战后由于航空兵器的发达、火箭武器与导弹异军突起,火炮已不能胜任远距离打击的任务,火炮的口径也是在这个时期开始缩小到口径上限155毫米(一些迫击炮和深弹炮等低膛压炮除外)。

坦克装甲的进一步强化则让滑膛炮得以复兴。虽然早期滑膛炮发射的炮弹无法保持稳定,但通过加装尾翼稳定可以解决这个问题,而且滑膛炮具有线膛炮无可比拟的优势——炮弹不旋转可以极大减少动能的损失,从而获得更好的穿甲性能。超速脱壳穿甲弹应运而生,并迅速发展成为现代滑膛坦克炮和反坦克炮的主要弹种。

图片为便于解说较实物作了简化,仅供参考。
穿甲弹的设计经历过两次变迁。
早期的穿甲弹,即普通穿甲弹,是全口径弹药,整个炮弹由高强度的金属制成,在底部装有少量炸药(红色)(也可以不装)。弹形可以是尖头的(图a)也可以是钝头的(图b和图c),图c中是增设被帽(黄色)的弹药。钝头穿甲弹和被帽穿甲弹因为阻力较大,常在顶端增加一个易碎的风帽(绿色)以降低阻力。
第二次世界大战是首次变迁,出现了次口径超速穿甲弹,炮弹的主体部分是高强度的弹芯(橙色),其底部由弹壳(深蓝)包裹,而顶端仅由被帽(黄色)包裹,弹芯直径小于火炮口径,在攻击目标时全靠它穿透目标,而被帽和弹壳会在命中目标的时候剥落。不像普通穿甲弹,它没有装药,其结构有线轴型(图a)和流线型(图b)两种。
第二次变迁发生在冷战时代,出现了超速脱壳穿甲弹,特点是次口径的弹芯(橙色)由易脱落的弹托(浅蓝)固定,炮弹出膛后弹托掉落,而弹芯以极速飞向目标。分为线膛炮使用的旋转稳定脱壳穿甲弹(图a)和滑膛炮使用的尾翼稳定脱壳穿甲弹(图b)两种。
这些炮弹大多都在底部装有曳光管(灰色),当炮弹飞行时曳光管会留下一道尾迹,炮手观察尾迹的走向能有效地控制火炮。

提升火炮的性能方法很多。举例来说,通过加装火箭发动机制成的底排弹和火箭增程弹、以及修型成为纺锤状的枣核弹,都可以获得比老式炮弹更远的射程;通过升级发射药和增大炮管长度,也能有效提升火炮的射程;通过引入精确制导打造的制导炮弹,可以将打击误差降低到半径数米之内,甚至可以拦截来袭导弹。你甚至可以给炮弹做成核装药的,一炮下去半座小城市就没了——当然这种过于霸道的武器只是冷战前期研究的装备,很快就从核大国的研发序列中撤走了,冷战结束之后此类武器也基本变成了历史名词。

图片为便于解说较实物作了简化,仅供参考。
底凹弹、火箭增程弹、底排弹与枣核弹是现代火炮使用的几种增程弹药。图中黄色是弹带,红色是推进剂。
底凹弹是通过在炮弹底部做出凹陷来降低炮弹的阻力。
火箭增程弹是给炮弹后头接一个助推火箭,炮弹出膛后点火提供推力,增程效果拔群但会降低炮弹中炸药的容量。
底排弹与火箭增程弹类似,但推进剂较少而且没有火箭发动机结构,燃烧时是缓慢喷气,主要用于降低炮弹后方涡流产生的阻力,效果逊于火箭增程弹但能保持更多的炸药容量。
枣核弹则是通过将炮弹的外形做得更加瘦长来降低阻力,相较于传统炮弹需要去掉前面的弹带并以4个定心块代替(防止炮弹在炮管里发生章动),它可以降低最多30%的空气阻力,但精度不佳,现在鲜有军队使用之。

战后另一个发展趋势则是加农炮与榴弹炮的合并。如果一个二战时代的人穿越到现代,当他看到一门现代榴弹炮时,他绝对认不出这是榴弹炮。现代榴弹炮有跟传统加农炮一样长的炮管,要想转变功能只需要调节发射药用量和仰角就可实现,非常便捷。这样的火炮一般叫做加农榴弹炮(加榴炮),不过当代人还都是更倾向于直呼榴弹炮。除了坦克炮、反坦克炮和一些小口径机炮,现在基本找不到纯粹的加农炮了。

在ACGN作品中的出现

火炮可以说是ACGN作品中的一大常客,可以说但凡涉及军事话题的ACGN作品,都会有火炮的存在。

比如《坦克世界》、《少女与战车》等陆战相关作品里大量出现的坦克炮反坦克炮;比如《次元舰队》、《战舰少女》等海战相关作品中大量出现的舰炮高射炮;而像《战机世界》、《战争雷霆》之类的空战相关作品中,也有航炮的大量出现。

再次提醒各位,在这里列举的是且只是符合词条叙述的身管火炮。因此类似《高达》系列或其他类似科幻作品中的定向能炮、电炮等,因为不符合身管火炮的定义,不应加入其中。

Gallery

由于平台的优势,舰炮一般可以做得很大,并包含一套高效的供弹系统和观瞄系统。图中那个巨大的三联炮塔就是二十世纪上半叶亚洲最强火炮——日本的“大和炮”即94式460mm/L45海军炮
当代保持亚洲最强火炮头衔的是中国在二十世纪末自主设计自主制造的“亚洲第一炮”即FGT-203榴弹炮。尽管这门口径203毫米的后冷战巨物因为被认定为不适合现代战争环境而没有列装部队,但它的出现绝对是震撼性的。它的一些性能甚至超越了美国和俄罗斯的同类产品。注意支撑“亚洲第一炮”金属牌匾的两枚203毫米枣核弹。
站远点看“亚洲第一炮”,可见炮管非常长,和二战时代炮管粗短的榴弹炮完全不是一个风格。倘若让从二战时代穿越过来的人看了,恐怕真不会认为它是一门榴弹炮。
自行火炮与牵引火炮呈互补关系。路况好的时候就用可以自己跑路的自行火炮,如果路况不好那就用可以空中吊运或是以其他机动车拖带的牵引火炮。图为国产PLZ-45自行榴弹炮,这种重兵器被大量出售到中东国家并有不错的战绩,因此在海外赢得了不小的名声。
现代火炮的弹药有定装弹和分装弹两种。定装弹是将发射药装入药筒中,和弹头固定在一起,装填工序比较简略但不利于调节发射药用量,多见于发射药用量固定的中小口径火炮;分装弹则没有药筒,弹头和发射药分开,装填时工序较复杂,但可以很方便地调节发射药用量,多见于需要频繁调节射程和射角的大口径火炮。这张照片很好地反映了分装弹的特点:近景是弹头,远景中堆放在一起和环境融为一体的沙色圆筒则是包装起来的发射药。