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從前裝炮到後裝炮,從螺式炮閂到楔式炮閂,淺談後裝火炮炮閂設計

火炮被譽為「戰爭之神」,直到今天仍然是軍隊中的主要火器。在前裝火炮時代,無論是火炮的發射葯還是彈丸,均採用前裝模式,這就出現了一個制約火炮性能發展的問題——彈丸與火炮身管的貼合度不夠好,出現了漏氣現象,最終導致火炮射擊精度的下降。

出現這種情況的根本原因,在於為了能夠讓前裝火炮順利的裝填彈丸。前裝火炮所使用的彈丸直徑就需要比火炮口徑要小一些,而在火炮發射的時候,火藥的燃氣就會從彈丸和炮管之間的縫隙流失。

此外,因為此時彈丸直徑是小於火炮口徑的,因此彈丸會和炮管發生磕碰現象,不僅影響了彈丸的運動軌跡,也進一步損害了火炮的炮管。在這種情況下,如果要進一步對火炮技術進行發展,就需要將火炮由前裝式火炮改為後裝式火炮。

後裝式火炮允許炮彈直徑略大於火炮口徑,以便炮彈能夠緊密的貼合在火炮的膛線上,不僅能夠提高發射葯的做功效率,還能夠讓彈丸在炮管中保持相對穩定的運動狀態。而後裝炮相對於前裝炮唯一的問題就是——怎麼保證後裝火炮的氣密性?

解決的辦法就是研發一款氣密性較高的炮閂,這樣後裝式火炮不僅能夠使用威力更大的後裝式炮彈,而且因為將火炮的發射機構移到了火炮後方,因此後裝式火炮在射速等方面的性能得到了進一步的提高。

現代炮閂從結構上來說大體上能夠分為螺式炮閂和楔式炮閂兩種,當然,並不是說後裝式火炮就只能夠從螺式炮閂或者楔式炮閂中選擇一種,也有部分早期的後裝式火炮。在炮閂技術發展還不成熟的早期,選擇在火炮上同時使用螺式炮閂和楔式炮閂,比如英國在1855年為阿姆斯特朗炮設計的阿姆斯特朗炮閂。

在英國的阿姆斯特朗炮閂之前,已經有部分國家採用了簡單的楔式炮閂設計。但是這些國家設計的楔式炮閂,只是在火炮尾部簡單的插入一塊閂體,密閉效率仍然不夠,導致後裝式火炮的威力遲遲得不到進一步的發展。

而阿姆斯特朗炮閂則是在原來楔式炮閂的尾部,又加上了一個螺式炮閂,因此其氣密性得到了保證。但是這種雙炮閂設計,因為裝填繁瑣導致火炮射速下降,因此在炮閂技術得到進一步發展之後就被放棄掉了。

螺式炮閂的氣密性能較好,但是閉合速度較慢,因此主要應用於大威力後裝式火炮上。而楔式閂體開閉的速度更快,因此主要應用於對射速要求較高的各種速射炮上。接下來就將螺式炮閂、楔式炮閂分開來做單獨的介紹,以免混淆。

螺式炮閂

螺式炮閂,顧名思義就是用螺紋來閉合火炮炮尾的炮閂。早期的螺紋炮閂螺紋很長,每次進行開閉作業的時候,都需要炮手將整個螺紋閂體轉出來,效率很低,因此後面的後來的螺式炮閂大多改成了間斷式螺紋炮閂。

所謂的間斷式螺紋炮閂,也可以被稱為斷隔式螺紋炮閂。顧名思義,這種炮閂就是將閂體上的螺紋間斷切開,同時在火炮炮尾內部也有相對應的螺紋。這樣在閉合炮尾之後,只需要將火炮閂體轉動一定的角度,就能夠實現螺紋閉合,操作效率得到了很大的提高。

因為螺式炮閂能夠承受住威力更大的壓力,因此主要應用在大口徑火炮上,在一二次世界大戰中,各個參戰國所使用的大口徑艦炮、重炮和要塞炮基本上都是使用的螺式炮閂。

螺式炮閂的螺紋數量和火炮威力是一個正相關的關係,火炮的口徑越大,發射時的燃氣壓力也越大,這時候為了保證更高的氣密效果,就需要加上加上更多的螺紋,閂體也就需要隨之加長。

當然,螺式炮閂還存在缺點,因為在開閉炮尾的時候,需要將整個閂體轉出。因此,即使是間斷式螺紋炮閂,仍然需要佔用較大的操作空間,無法和自動機構實現較好的聯動。所以,現代的半自動火炮和自動火炮基本上都不使用螺式炮閂。

楔式炮閂

楔式炮閂從字面意義上就能夠很輕鬆的知曉其工作原理——用移動楔體的方式完成火炮炮尾的開閉鎖工作,因為楔式炮閂的閂體移動方向還能夠進一步細分,所以楔式炮閂還可以根據楔體的移動方向分為立楔式炮閂和橫楔式炮閂。

立楔式炮閂的閂體呈上下移動的狀態,開鎖時閂體上升的立楔式炮閂稱為上升式立楔炮閂,開鎖時閂體下落的立楔式炮閂稱為下落式立楔炮閂。立楔式炮閂的優點的是佔用的操作空間較小,在操作時基本不會給射手帶來過大的干擾。當然,立楔式炮閂因為閂體是上下移動式的,因此如果是人工進行開鎖、閉鎖作業,需要比橫楔式炮閂消耗更多的力量。

橫楔式炮閂在開鎖時閂體一般是向右側開出,之所以這樣設計,是因為大部分人都是右利手,在進行開鎖、閉鎖作業的時候,位於炮身左側的裝填手能夠用右手把炮彈送入炮管,方便操作。

相對於立楔式炮閂,橫楔式炮閂的閂體是水平移動的,因此開鎖、閉鎖時所需要的力量相對於立楔式炮閂要小一些。而一門火炮最終要採用立楔式炮閂還是橫楔式炮閂,主要還是根據火炮工作時上下部分活動空間大還是左右部分空間大來決定。

當然,楔式炮閂還有一種比較少見的狀態,那就是閂體不動,炮管進行移動,炮管撅起式開鎖,炮管落下時閉鎖,這種設計最為典型的就是二戰時期的德軍步兵炮。

這種設計的好處是不用過多考慮閂體開閉鎖時零部件緊密度問題,因為這種炮閂的零件比較少。壞處就是口徑較大、身管較重的火炮沒辦法用這種設計,因為炮管抬起和下落更不方便。

螺式炮閂和楔式炮閂的比較

螺式炮閂雖然佔用的操作空間較大,但是其螺紋式閂體能夠在火炮射擊時起到良好的阻塞作用,保證氣密性,因此採用螺式炮閂的火炮炮尾結構相對比較簡單,整炮的重量也比較輕。

而楔式炮閂則不同,為了保證火炮射擊時的氣密性,需要在額外設計配合楔式炮閂閂體的炮尾,來保證火炮燃氣不會外泄。如果火炮的口徑越大,相應的炮尾結構就越複雜,重量也越大,相對應的也導致整炮重量的上升。

但從整體上來說,楔式炮閂的優勢還是比螺式炮閂要大。因為楔式炮閂的開鎖、閉鎖動作更為精簡,因此能夠在現代各種半自動裝填、自動裝填火炮上進行使用。

以半自動楔式炮閂為例,炮手只需要在首發射擊時將炮閂打開,接下來半自動炮閂會每次將彈殼退出並打開炮閂,射手把炮彈推入後炮閂自動關閉,進入待髮狀態。這種設計能夠讓火炮射速達到一個驚人的水平,最典型的就是二戰德國的88毫米高射炮。

而螺式炮閂的開鎖、閉鎖動作相對比較複雜,很難實現半自動化或者完全自動化。在自動化成為目前世界各國炮兵主要發展方向的當下,楔式炮閂無疑比螺式炮閂受到更大的歡迎。

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