问题

为什么二战后坦克主炮纷纷由线膛炮转向滑膛炮,两者的优劣分别是什么?

回答
战后坦克炮的技术变革,尤其是从线膛炮到滑膛炮的转变,绝对是装甲车辆发展史上一场深刻的革新。这背后并非简单的“赶时髦”,而是实实在在的性能需求和技术突破共同作用的结果。要说清楚这个问题,咱们得把线膛炮和滑膛炮各自的特点、优势劣势掰开了揉碎了讲。

首先,我们得明白它们最本质的区别:炮管内部的“纹路”。

线膛炮(Rifled Gun): 顾名思义,线膛炮的炮管内壁并非光滑的,而是加工有螺旋形的膛线。当炮弹发射出去时,炮弹上的凸起会咬合膛线,迫使其在飞行过程中产生旋转。

滑膛炮(Smoothbore Gun): 顾名思义,滑膛炮的炮管内壁是完全光滑的,没有膛线。炮弹在发射过程中不会被强行赋予旋转。

那么,为什么会有从线膛到滑膛的转变呢?这主要源于对“打击效率”和“武器通用性”的极致追求。

线膛炮的优势:

1. 炮弹的稳定性极高,精度好。 这是线膛炮最核心的优势。炮弹的旋转就像陀螺一样,在空中保持姿态稳定,极大地减少了空气动力学的影响,让炮弹飞得更直、更远。在那个年代,线膛炮是精度和远射程的代名词。这意味着坦克兵可以用线膛炮对付远距离的目标,有更大的战场主动权。

2. 可以发射多种类型的弹药,特别是带有固定尾翼的穿甲弹(APCBC)和高爆弹(HE)。 线膛炮对炮弹的外形要求不高,只要炮弹能被膛线带动旋转即可。这意味着它能兼容更多种类的炮弹,比如装有稳定尾翼的炮弹(如二战时期的APCBC,它有一个尖锐的弹头和一对翼片)、高爆弹、破甲弹(HEAT,虽然HEAT在滑膛炮上也有发展,但初期在线膛炮上也能使用)。这种通用性在早期是很大的优势。

线膛炮的劣势:

1. 炮弹初速受限。 为了不让高速旋转损坏炮弹或膛线,线膛炮在设计时,膛线的缠距(旋转的圈数)会限制炮弹的初始速度。虽然通过优化膛线设计可以提高初速,但总有一个理论上的上限。初速不高,意味着炮弹的动能就相对有限,穿透力受到一定影响。

2. 膛线磨损严重。 高压火药燃气和炮弹高速摩擦,对炮管内壁的膛线磨损非常快。这意味着炮管的寿命相对较短,需要频繁更换,维护成本较高。而且磨损后的膛线会影响炮弹的旋转,精度也会下降。

3. 对某些弹药的限制。 随着技术发展,新的弹药类型出现,例如翼稳脱壳穿甲弹(APFSDS)和空心装药破甲弹(HEAT)。APFSDS 是靠弹翼来稳定,而不是旋转,线膛炮强行让它旋转反而会削弱其穿甲能力,甚至可能导致弹翼损坏。HEAT 弹药在通过线膛炮发射时,旋转同样会干扰其金属射流的形成和稳定,降低破甲效果。

滑膛炮的崛起与优势:

二战后,军事技术飞速发展,坦克设计也朝着更强大、更快速、更致命的方向迈进。在这种背景下,滑膛炮的优势逐渐显现,并最终成为了主流:

1. 极高的炮弹初速,带来强大的动能穿甲能力。 这是滑膛炮最核心的优势。由于炮管内壁光滑,没有膛线的阻碍,炮弹可以承受更高的火药燃气压力,从而获得极高的初速。尤其是当滑膛炮发射翼稳脱壳穿甲弹(APFSDS)时,其高初速意味着强大的动能,可以轻松撕裂大部分装甲。简单来说,同样质量的炮弹,滑膛炮能把它打得更快,更快的东西撞上目标时,力量自然更大。

2. 弹药通用性大幅提升,尤其适合现代穿甲弹。 滑膛炮完美适配了翼稳脱壳穿甲弹(APFSDS)。APFSDS 的尾翼就像飞镖的羽毛,使其在空中稳定,根本不需要旋转。滑膛炮发射 APFSDS 时,炮弹可以毫无阻碍地以高初速飞出,将动能优势发挥到极致。同时,滑膛炮也能发射经过改进的破甲弹(HEAT)和高爆弹(HE)等,其设计上对旋转的依赖性也更低。

3. 炮管寿命大幅延长。 没有膛线的摩擦和磨损,滑膛炮的炮管寿命比线膛炮要长得多。这意味着更低的维护成本,以及在战场上更可靠的持续作战能力。

4. 更高的射速和更快的装填(在某些设计上)。 虽然这不是滑膛炮本身的必然优点,但一些滑膛炮的设计(例如自动装弹机)在配合上,能够实现比线膛炮更快的射速和更便捷的装填。

滑膛炮的劣势:

1. 对某些传统弹药的限制。 如果你想用滑膛炮发射早期线膛炮时代的 APCBC(带翼片且需要旋转稳定)弹药,效果会很差,因为它不会旋转,飞行过程中很容易失稳。当然,现代坦克炮弹的设计已经充分考虑了这一点,线膛炮的传统弹药设计已经逐渐被淘汰。

2. 炮弹飞行稳定性的理论挑战(但已被技术克服)。 理论上,没有旋转的炮弹更容易受到风、空气密度变化等外部因素的影响,导致飞行轨迹的偏差。但现代滑膛炮通过精确的弹道计算、更先进的弹药设计(如 APFSDS 的空气动力学翼片)以及火控系统中的辅助稳定装置,已经将这一劣势降到最低。

总结一下这场技术转变的原因:

二战结束后,坦克的生存性和杀伤力都在快速提升。对手的装甲越来越厚,需要更强的穿透力。同时,战场节奏也越来越快,需要更快的反应和更强的持续火力。

线膛炮虽然精度高,但其固有的初速限制和对新型穿甲弹的兼容性问题,使其难以满足新时代的需求。而滑膛炮以其超高的初速和对现代高效穿甲弹(如 APFSDS)的完美适配,成为了解决这些问题的关键。简单来说,就是滑膛炮能把炮弹打得更快更狠,而这种“更快更狠”恰恰是现代坦克对付越来越强的对手所必须的。

所以,并非是线膛炮“不行”了,而是战场的需求变了,对坦克的性能提出了更高的要求。滑膛炮以其在穿甲能力上的巨大优势,以及对现代弹药的优越适应性,最终赢得了主流地位。如今,我们看到的绝大多数先进主战坦克,都装备的是滑膛炮。这标志着坦克炮技术的一次飞跃,也见证了军事科技的不断进化。

网友意见

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从二战时期开始,穿甲弹的发展历程是:

穿甲爆破弹(半穿甲弹)

全口径,硬质弹体+装药,需要线膛炮发射

穿甲弹(AP)

全口径,硬质弹体无装药,需要线膛炮发射

(AP还有一个衍生种类APC,被帽穿甲弹,在射击大倾角装甲时可有效防止跳飞并有少量转正效应。本质上仍属于AP,就不单独归类了)

硬芯穿甲弹(APCR)

全口径,硬质弹体无装药,需要线膛炮发射

APCR的弹体中心是一根更硬密度更大的内核,外部包裹一个密度较小的物体,接触装甲后,外部包裹的物体在高速冲击状态下其实像蜡一样,留在装甲外部,内核钻进去。APCR在中近距离比AP穿甲能力更强,远距离反而不如AP(风阻降不下来)。

脱壳穿甲弹(APDS)

次口径弹芯+弹托,硬质弹体无装药,需要线膛炮发射

APCR的进一步发展改进,既然APCR外部包裹的物体毫无正面作用,仅仅是为了撑满口径,不如把这部分变成弹托,出膛之后就飞开掉地上。

尾翼稳定脱壳穿甲弹(APFSDS)

次口径弹芯+弹托,硬质弹体无装药,最好用滑膛炮发射

APDS打开了动能穿甲弹发展的一扇大门。显然次口径弹芯越细长,在同等质量和初速的条件下穿甲能力越强。然而细长弹芯如飞行时仍高速旋转,弹芯章动效应会严重降低弹药精度甚至使弹丸折断。让弹芯不转,改用一个小型尾翼来保持弹丸稳定,是更为优化的解决方案。而在另一方面(楼上已有回答),甲-弹竞争使得坦克炮和弹药的设计师们亚历山大,在化学能发射药没有革命性进展的条件下,设计师必须在火炮的所有方面都压榨最后一点改进潜力,增加初速&炮口动能,线膛改滑膛也是可以提高动能的方式之一。长杆弹芯所面临的问题恰好与滑膛炮契合,因而迅速成了现代坦克炮的主流样式。

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根本原因是为了发射尾翼稳定脱壳穿甲弹(APFSDS)。坦克的主要作用的反坦克,而目前最好的反坦克弹药就是尾翼稳定脱壳穿甲弹(APFSDS)

1).什么是APFSDS?

穿甲弹(AP)是直接暴力又有效的反坦克弹药,基本原理非常简单,用非常坚硬的物质(碳化钨,贫铀)做成尖锥状,依靠发射后产生的动能穿透装甲。因此,穿甲弹的能力与一下因素有关:材料,弹头形状,发射时获得的动能。首先是形状,越细长,越能减少与目标的接触面积,从而通过增大压强增大破坏力。因此穿甲弹变得非常细长,需要在穿甲弹上加个符合坦克炮口径的壳才能发射。但穿甲弹射出炮口时壳就会脱掉。这种穿甲弹叫脱壳穿甲弹(APDS)。此外,穿甲弹一般会加上尾翼以控制飞行,调整姿态,这种穿甲弹叫做尾翼稳定脱壳穿甲弹(APFSDS),也是现在主流。

图1:日本进口德国的APFSDS,弹芯太短,明显猴版:(*日本现在还没有掌握生产现代火炮及炮弹的技术,只能进口或授权生产德国猴版)

图2:美国APFSDS发展史,可以看出弹芯越来越长:

图3:APFSDS发射后脱壳瞬间:

2).为什么APFSDS需要滑膛炮,而非线膛炮?

制约APFSDS威力的主要因素之一就是发射时产生的动能。为了得到较高的动能,需要 i),膛压越高越好;ii).炮管越长越好;iii).不要把动能浪费到其他地方。对于线膛炮来说,膛线的存在减弱了炮管的强度,导致膛压明显低于滑膛炮,这是其一。线膛炮发射导致部分能量用于旋转,减少了炮弹的动能,这是其二。由于APFSDS弹芯非常细长,线膛炮的旋转会使APFSDS飞行时失衡,导致命中率非常差,这是其三。因此,发射APFSDS必须用滑膛炮。当然,英国和印度仍然墨守成规,使用线膛炮,并在线膛炮上加滑动带发射APFSDS。当然,这只会进一步减弱炮管的强度,降低膛压,减小APFSDS的威力。

3).二战时期为什么不用滑膛炮?

二战主流的反坦克炮弹仍然是穿甲弹AP和破甲弹HEAT(除了英国人自己用碎甲弹HESH),但二战时的AP和现代APFSDS不同,二战时期AP是自身装药的,很大一部分动能来自身的爆炸,而且有因为当时的加工工艺和材料,穿甲弹无法做的细又长,火炮的膛压也不能做的很高,因此与其用滑膛炮提高动能,不如用线膛炮提高准确性及坦克的通用性。

图4: 二战时期的被帽穿甲弹:

而二战后复合装甲技术的提高,及爆反装甲的应用,使HESH不再对坦克产生任何威胁。HEAT只用串联弹头才可由机会打破坦克的防御。而原来穿甲弹装的那点装药带来的动能对坦克几乎不会有任何威胁,只能使用滑膛炮来发射APFSDS。

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