问题

二战技术背景下,战列舰防空的最优搭配是什么?

回答
钢铁巨兽的软肋:二战战列舰的防空之痛与最优解

二战硝烟弥漫,航空力量的崛起彻底改变了海战的面貌。曾经不可一世的战列舰,那些横行海洋的钢铁巨兽,虽然依旧是舰队的核心,却也面临着前所未有的挑战——来自天空的威胁。低空飞掠的鱼雷机、俯冲轰炸机,以及高空投掷的炸弹,都像无情的死神之镰,伺机收割这些巨舰。那么,在那个技术飞速发展的年代,战列舰如何才能构建起最有效的防空网,将自己从钢铁的牢笼中解脱出来呢?这不仅仅是堆砌火炮的问题,更是一场关于火力分布、火控系统、弹药选择以及战术协同的复杂博弈。

要理解战列舰防空的最优搭配,我们得先审视一下那个时代防空武器的特点。

1. 口径与射程的权衡:重炮的防空尴尬

战列舰的主炮(356mm、380mm、406mm等)虽然威力巨大,但它们本质上是为对抗同级别的战列舰或巡洋舰而设计的。其巨大的弹丸和沉重的后坐力,决定了它们在射击精度、射速以及射界上,都不适合拦截高速、灵活的飞机。主炮用于防空,更多是无奈之举,比如在对方来袭飞机数量不多,或者是在没有专门防空火力支援的情况下,才可能尝试用大口径炮弹来驱赶或击落飞机。

2. 中口径火炮:防空主力,射速与效率的平衡

真正承担战列舰中近程防空任务的是中口径火炮,通常是127mm(5英寸)、100mm、130mm等。这些火炮的优点在于:

较高的射速: 相比主炮,它们可以更频繁地开火,形成弹幕。
更合适的弹道: 弹丸重量和初速更适合拦截空中目标。
较好的射界: 通常布置在舰体中部或上层建筑两侧,可以获得更宽的射界。
对飞机杀伤力可观: 其炮弹爆炸后产生的破片,对机身和乘员具有显著的杀伤力。

3. 小口径速射炮:近距离的死亡之网

为了应对低空来袭的飞机,战列舰还需要大量的小口径速射炮,以20mm、25mm、40mm等为主。它们的主要职责是:

近距离拦截: 在飞机进入鱼雷攻击距离或俯冲轰炸机开始俯冲时,提供密集的火力压制。
弹幕效应: 通过高射速形成密集的炮弹幕,直接打击飞机。
协同作用: 与中口径火炮形成火力梯次,覆盖从远到近的威胁。

4. 火控系统的革新:眼睛与大脑的协调

仅仅拥有先进的火炮是不够的,精准的火控系统才是让这些武器发挥最大威力的关键。二战期间,火控技术经历了飞跃式发展:

测距仪与目标跟踪: 高精度的光学测距仪和雷达系统能够快速锁定和跟踪飞行目标,即使在恶劣天气或夜间也能工作。
弹道计算: 专门的模拟计算机(例如“防空计算机”)能够根据目标的距离、速度、方向以及飞机的飞行弹道,实时计算出最佳的射击诸元。
火炮指挥仪: 将计算结果传递给各炮塔或高炮阵地,实现自动化瞄准和射击。
雷达引导(后期): 更为先进的系统甚至可以将火控雷达的数据直接反馈给炮塔,实现全自动的雷达引导射击,这极大地提高了射击的精确度和效率。

构建战列舰最优防空搭配的思路:

最优搭配并非是简单地叠加数量,而是要实现 火力覆盖的广度、射程的纵深、杀伤力的效率以及反应速度的敏捷 的最佳组合。基于上述分析,我们可以勾勒出二战战列舰防空的最优搭配原则:

a. 多层火力网的构建:

远距离压制与拦截(510公里): 由部分中口径火炮(如127mm舰炮)配合其专门的防空指挥仪和火控雷达进行。主要任务是消耗来袭的飞机数量,迫使敌机规避,打乱其队形。
中近距离的密集杀伤(15公里): 这是防空火力的核心区域,由大量的中口径火炮(127mm、100mm等)构成,它们在高射速下产生密集的炮弹幕,同时辅以中口径高爆弹,具有较高的杀伤效率。
近距离的最后一道防线(01公里): 由小口径速射炮(40mm博福斯、20mm厄利孔等)组成。它们以极高的射速倾泻火力,形成“死亡之网”,对漏网的飞机进行毁灭性打击,尤其是对付攻击舰船的鱼雷机和俯冲轰炸机。

b. 中口径火炮的选择与布置:

127mm(5英寸)双联装舰炮 是二战时期各国战列舰防空的主力配置。其优点在于射速快(每分钟1520发),射程和仰角都比较适合防空,并且能够配备专门的防空弹药。
100mm或130mm舰炮 在某些国家(如苏联、法国)的战列舰上也大量装备,它们的弹径更大,理论上杀伤力更强,但射速可能略低于127mm。
布置原则: 中口径火炮应尽量分散布置在舰体两侧的上层建筑上,以获得最大的射界,避免相互遮挡。同时,也要考虑其自身的防护,避免被敌方火力轻易摧毁。

c. 小口径速射炮的数量与分布:

40mm博福斯机关炮: 这是一种被广泛证明极其有效的防空武器。其每分钟120160发的射速,以及高爆燃烧弹药,使其成为近距离的“飞机杀手”。战列舰上通常需要装备数十门甚至上百门这种火炮。
20mm厄利孔机炮: 作为补充,厄利孔机炮可以弥补40mm火炮在极近距离的火力密度,尤其是在舰船舰体结构的缝隙处。
布置原则: 小口径速射炮应密集布置在舰船的上层建筑顶部、甲板边缘、炮塔顶部等位置,确保360度的无死角覆盖。并且要考虑其射击的便利性,减少炮手受到干扰的可能性。

d. 火控系统的协同与升级:

独立的防空火控系统: 为中口径和高射炮配备独立的、先进的火控系统是关键。这意味着每个高炮群都有自己的测距仪、指挥仪和自动计算设备。
雷达的整合: 雷达技术的发展使得战列舰的防空能力得到质的飞跃。早期舰载雷达主要用于对空搜索和早期预警,后期则逐渐整合到火控系统中,实现雷达引导射击。例如,美国战列舰的Mk37火控系统,就能够与SP雷达或FC雷达配合,实现对目标的精确跟踪和射击。
防空弹药的优化: 除了常规的穿甲弹和高爆弹,为了提高对飞机杀伤效率,还开发了使用定时引信(近炸引信)的防空炮弹。这种炮弹在接近飞机时就会爆炸,产生更密集的破片杀伤网。

战列舰防空的实例分析(以美国战列舰为例):

美国战列舰在二战期间,其防空能力的提升是显而易见的。从早期“标准级”战列舰(如“宾夕法尼亚”级)相对薄弱的防空火力,到“衣阿华”级战列舰拥有令人印象深刻的防空配置,体现了技术进步带来的巨大改变。

“衣阿华”级战列舰的防空配置:
主炮: 9门406mm主炮(仅用于反舰或地面支援)
副炮(兼顾防空): 20门127mm(5英寸)47倍径双联装舰炮。这些舰炮的仰角可达85度,是重要的中程防空火力。
高射炮: 早期配置有大量40mm博福斯四联装炮和20mm厄利孔单管炮。例如,首批“衣阿华”级战列舰装备了多达80门40mm博福斯(20座四联装炮架)和49门20mm厄利孔。
火控系统: 主要依靠Mk37和Mk38炮瞄指挥仪系统,并与SC、SK等搜索雷达以及为防空炮准备的火控雷达(如Mk4、Mk12/22等)配合。Mk37系统是为127mm舰炮设计的,其集成有测距仪和计算装置,能够实现对空中目标的精确瞄准。

这种配置能够形成一个由127mm舰炮进行中程火力压制,40mm博福斯提供近距离高密度打击,20mm厄利孔作为补充的立体防空网络。再配合先进的火控系统,能够有效应对来自各种高度和方向的飞机威胁。

结论:

在二战技术背景下,战列舰防空的最优搭配,是在坚实的中口径火力基础上,辅以数量庞大、射速极快的小口径速射炮,并通过先进的雷达和火控系统进行精确指挥和协同。 这是一个多层次、多角度的火力网,旨在最大化地拦截、摧毁来袭的航空目标,保护钢铁巨兽免受空中打击的致命威胁。虽然航空技术仍在不断发展,但这种基于火力配置和技术整合的防空理念,无疑是那个时代战列舰生存能力的关键所在。

网友意见

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第一个回答完美的指出了防空炮再牛逼,也比不过战斗机CAP。

但是你如果限定传统意义上的战列舰的话,你还得再限定一下二战什么时期。英国加入二战的39年,和美国刚刚参战的42年,和终战的45年。技术迭代之快是难以想象的。(问:1939年打断俾斯麦腿的皇家方舟号,需要带多少架剑鱼才有可能击沉1945年的得梅因?)


开战初期的最佳配置非常难选,长程防空毫无疑问的第一名是美国人38倍径127,但是中近程防空则各有各的问题。博福斯和砰砰的炮座以及回转机构都有问题,可靠性非常存疑。厄利孔则是联装数问题导致的火力密度不够,至少在短时间火力上不一定比96神炮更强。

二战中期的最佳配置是最容易选择的。长程38倍径127,中程40mm博福斯,近程20mm厄利孔。这个时候英制113mm炮在射程射速回转效率等等因素上都不弱于美制127,只是小输一手弹重导致最佳选择依然是127。而砰砰炮除了火力密度以外,其他所以项目全面不如博福斯。小口径防空炮则是厄利孔碾压性胜利。

二战后期的防空炮配置则有很大的改变。因为飞机航速的大幅提升,以及投弹技巧的变化。导致20mm小口径防空炮基本上没有足够的射程进行事前防空,即使打中敌机,对方也多半是完成攻击处于爬升跑路的阶段了。所以20mm厄利孔数量被大幅削减,基本上是用来填空在一些放不下博福斯的小空位上。近程防空主力变成博福斯,打满全场的王者,只是从中程主力变成近程了。中程防空的首选是得梅因上装备的76mm炮。长程防空38倍径127依然是优秀的选择,但是这个时候却有了更强的竞争对手。日本的100mm炮在属性上来说完全是碾压了美制127,但是受限于日本孱弱的电子火控设备而难以发挥。如果能把100mm炮给美国海军,配以马力更强的电动回转机构以及美国人的防空火控的话,最强的长程防空炮应该是它了。

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这又是一个看起来很简单实际上极其复杂的问题。防空是体系作战,任何单一战技术装备脱离体系来看都是意义不大的。

从体系上来说,舰载火炮防空主要可以分为三大部分:指挥,火控和防空炮本身;每个部分需要为面对的不同威胁单独细分,其中大量内容又是相辅相成不能单独讨论,只好捡一点比较基础的东西稍微探讨一下。

这里主要探讨一下英美的对应系统,毕竟防空方面来说,USN算T0,RN算T1,其他的都只能是T3(末期日本可能勉强能算T2)。

舰队防空指挥和相应的战技术:敌人在哪儿?我该如何迎击他?

对于移动速度非常快的飞行目标,无论是战斗机还是防空炮,响应的速度都取决于目标指示的效率,这也伴随着飞行器的高速化而越来越重要。但是空有速度也不行,当有多个目标的情况下,该如何判断目标的威胁程度,从而合理的调配火力来最小化损伤也是问题之一。

英国海军在这方面走在前列,率先认识到了舰载防空火力的控制不能完全依赖舰长或炮术军官,他们有自己的本职工作需要完成。飞行目标的状况变化很快,可能某个方位会突然出现意想不到的威胁,或者是多个目标的威胁程度不断发生变化——对空火力的指挥需要专职的指挥官。

于是在30年代中期,主力舰上多出了一个新的职位:对空防御指挥官- Air Defence Officer (ADO)。他的职责就是在对空瞭望哨的帮助下判断综合空情,为防空火炮指挥仪指示目标,并决定使用什么武器,多少武器来对抗目标。

ADO通常位于离舰桥很近的位置,方便与舰长协调,有专门的瞄准具来为高炮指挥仪指示目标方位和角度。通常主力舰上还会有一名辅助ADO,可以指挥次要方向的对空火力。ADO的出现将舰长和炮术官从对空指挥和搜索的任务中解放出来,专心指挥舰艇的水面行动和火控。

雷达的出现极大地拓展了水面舰艇的对空警戒能力,并使得水面舰艇获得了有效指挥战斗机截击来袭敌机的能力。英国海军在这个基础上新增了专门处理雷达目标的目标指示指挥官(Target Indication Officer,TIO),他基于警戒雷达的数据向ADO或者指挥仪提供目标信息。

ADO和TIO后来都成为了舰上行动情报机构(Action Information Organisation,AIO)的一部分,同时也启发了美国海军,于1942年建立了与AIO对标的,大名鼎鼎的舰上作战情报中心,CIC(Combat Information Center)。

和英国海军不同的是,美国海军将指引对空火炮的军官也一并放入了甲板下的情报中心内。通常主力舰的CIC内会有一到二名防空火力联络官(Anti-Aircraft Gunnery Liaison Officer),其职责和英国海军的ADO一样。炮术联络官(Gunnery Liaison Officer)通过指示系统将各指挥仪引导就位。

AIO和CIC这类情报综合中心在雷达的配合下极大程度地增强了舰艇的战场事态感知能力,增强了舰艇本身防空火炮的效率,同时也可以有效地引导配属给舰队的战斗机。有效的火力引导避免了火力的浪费,并且可以确保所有来袭的敌机都不会在没有受到防空火力干扰的情况下进行攻击,极大的降低了其命中率。


大口径高炮和相应技战术:全速率火控和远程动力控制,驱逐舰和轰炸机。

除开火力引导的因素,大口径防空炮的有效程度与火控系统的有效程度直接相关,而火炮本身则没有那么重要。

二战时期最有效且没有之一的对空火控系统就是美国海军的Mk37,37年开始研制,于40年投入使用(由于一些数据传输问题,实际具备战斗力要等到41年)。英国同时期研发了类似的系统TS I(Tachymetric System Mk I),但是由于战争的突然爆发而终止,不得不在整个二战中使用落后的,几乎无法对抗俯冲轰炸机的HACS对空火控系统。日本勉强能够与其对标的三式高射装置直到战败也没有能够研发完成。

这些远程高炮的火控系统详细的描述和对比足够写一本书,我也没有这个自信能讲的明白,这里就主要讲两个Mk37的优势。

第一,全速率式火控(Tachymetric fire control)。这个词在这个语境下直译过来比较难以理解,简单的说就是火控系统可以依靠指挥仪的观测和修正数据(仰角变化和方位变化)直接计算出火控数据,而不需要以人力输入猜测的数据-观测结果-猜测大概的补偿量-再输入-再观测结果的方式去拟合正确的结果。这极大程度上避免了人为误差,同时也加快了计算速度,特别是目标进行了机动的情况下。不过,Mk37火控系统的机械式计算机(Mk1型计算机)依然需要10-20秒(最长30秒)的时间拟合出正确的火控数据,在这期间的火控数据是不精确的。

第二,全自动的数据传输。Mk37系统的火控数据绝大多数都是由电子伺服系统自动在指挥仪,计算机和炮塔间传输,电子伺服系统没有覆盖到的部分也有机械连杆来传递数据,可以做到完全不需要人力介入。同时期英日火控系统中很大一部分数据传输都需要人力转录(比如计算机的数据以表盘+指针的形式显示在炮塔里,炮塔操作员转动炮塔对齐指针,这种叫follow-the-pointer)。这进一步降低了人为误差。不过由于这套数据传输系统在Mk37刚投入使用的时候还不够成熟,导致Mk37实际入役时间有所推迟。

电子伺服系统在操纵火炮上的应用有个更加广为人知的名字:远程动力控制(Remote Power Control),RPC。RPC通过直接从计算机获取回旋和俯仰数据来控制炮塔运动,可以使得炮塔操作员在该系统运作的情况下只需要观察瞄准情况而不用再担心炮塔的控制问题,将人为误差进一步排除出整个火控系统。

值得一提的是,这套电子伺服系统也使得对应的机械定时引信设定器可以连续的从计算机里获取正确的引信设定数据,缩短了人为设定引信的时间,进一步提升了大口径高炮的有效性。


在战列舰上,副炮还承担着一个重要功能,就是对抗前来进行鱼雷攻击的敌舰。

在以前的回答里我提到过一点,鱼雷的发展使得战舰的对海炮也要为之增大,以尽量将搭载鱼雷的舰艇阻拦在鱼雷射程之外,或者至少逼迫其在更远的距离释放鱼雷,降低命中率。

这里就出现了一个问题:防空炮的需求和对海炮的需求,在二战环境下是冲突的:大口径高炮需要相对来说更轻的弹药,来保证射速;对海炮需要更重的弹药,来保证射程。

尽管英美在早期的研究都认为对平射炮来说,90-100磅左右的弹重是人力装弹的极限,但是对需要高仰角和高射速的高射炮来说这显然太重了。综合实战表现来看55磅(25公斤)左右才是比较均衡的选择,过重的炮弹不但不利于高仰角下装填的可靠性,也不利于射速的维持。

英国4.7和4.5的整装弹的重量分别达到了76和87磅,5.25虽然是分装弹,但是为了兼顾反舰能力弹头重量也达到了80磅。这三款炮战时都碰到了不同程度的射速问题,英国海军最后也选择将4.5改为分装弹(55磅的弹头和32磅的发射药+弹壳)。美国长5in将弹重定为70磅,尽管没有经过实战检验,不过战后评价也毁誉参半——当然得考虑到这门炮选型还是在战前的事情了。

而采用分装弹,弹头重量为55.2磅的短5in,实战反响非常优秀,战斗射速可以有效维持在15发每分钟,爆发射速可以达到25发每分钟。

但是对于主力舰反雷击来说,55磅的弹头实在是太轻了,射程和毁伤都明显不够(这里需要提醒一下,驱逐舰主炮是另外一码事)。举个例子来说,短5in发射55.2磅的高爆弹,初速2600fps,在接近其极限射程的一万八千码上的飞行时间为60.4秒,但是长5in发射70磅的高爆弹,初速2650fps,在一万八千码的距离上飞行时间只有38.7秒,作为对比6inL47在发射105磅的高爆弹,初速2800fps的情况下,在一万八千码上的飞行时间为36.5秒。70磅的长5in勉强算是够到了及格线,80磅的英国5.25更大程度上保留了对海能力,但是两者在对抗鱼雷搭载舰艇时都不能够完全替代100磅级别的6in火炮。

如果要采用6英寸级别的火炮,那么必然要涉及到机械装填。这里的问题出现在可靠的,真正可以全仰角装填的6英寸高平两用炮并没有能够在战前出现——美国人在36年第二次伦敦海军条约签订后研发一款6英寸高平两用炮来武装条约规范下的8000吨级巡洋舰(后来变成了亚特兰大级),不过技术上的困难终结了这一想法。不过在论证阶段,美国人否决了在战列舰上使用6in高平炮的想法,认为鱼雷技术的发展会导致敌方鱼雷搭载舰很有可能会直接在非常远的距离投雷,无论是6in还是5in都无法拦截,这样不如多带一些口径小一些的炮,将远程拦截的能力全部交付于掩护的巡洋舰。虽然氧气雷的出现看似证实了这个观点,但是这种情况仅对日本成立,而且日本海军水雷战队正因为需要投放一波远距离雷击,因此还备有第二波鱼雷,以发动真正的,决定胜负的近距离雷击。也幸亏航空器的发展没有让想象中的美日水面舰队大战发生,否则美国人如此放弃治疗的想法,指不定会带来多大的恶果。

其实这里有个小例子,就是南达在瓜岛战役被日军水雷战队群殴的情况。不得不说南达的运气是真的好,没有被打中一颗雷,否则很有可能就交代了。

和美国人相对的,日本人这边则过于依赖主力舰本身的反雷击能力(因为巡洋舰都得去莽人)。萨马岛一战也可以看出在进攻态势下日本巡洋舰反雷击能力/组织度的薄弱,可以说和美国人正好是天生一对√。

而大西洋英德这一对呢,在一战的海上战斗中深刻认识到了远洋鱼雷艇/驱逐舰对战场局势的影响,因此或多或少都考虑到一点副炮的对海能力——英国人选择了妥协的5.25设计,德国人选择了更传统的对空对海副炮分离。

地中海髪噫这一对也是类似,由于地中海本身海域尺寸的限制,主力舰和小型舰艇驳火的可能性非常高,因此两家都选择了在主力舰上武装6英寸级别的对海副炮,并分离配置对空副炮。


说到日本人,就不得不提一嘴类似大和的155副炮这种,具有一定对空能力的对海副炮。除了上文提到的在火控系统的精确引导下进行射击的方式,还有一种大口径高炮的防空形式,叫弹幕射击,这也是大多数兼职对空的对海炮的主要对空方式。

顾名思义,弹幕射击就是在飞机的航道上打出一片固定或者半固定弹幕,以期望敌机在穿越弹幕时挨上一发。因为是对近乎固定的一点进行射击,射程几乎固定,因此弹幕射击对指挥仪要求很低,而定时引信也可以提前设置好,从而增加射速。不过必须指出的一点是,弹幕射击的实际战果和对敌机乘员士气的影响相比不值一提,主要作用是干扰敌机的瞄准,或者尽量迫使其提早投弹从而降低精度,因此在有可靠的火控指挥下弹幕射击是没有必要的。

不过因为弹幕射击的特性,使得它可以用于任何空中目标,但是其主要目标还是威胁最大的俯冲轰炸机。

俯冲轰炸机是新时代的威胁,特别是当英国海军仓促加入战争后发现,30年代早期设计的HACS(High Angle Control System)对空火控系统已经完全落伍,特别是由于设计年代过早,没有想到俯冲轰炸机的威胁如此快速增加,导致其无法计算有高度变化率的目标——甚至是浅俯冲轰炸的JU88。一战打空了家底的英国人也无力继续新的远程高射火控系统的研究,不得不抱着陈旧的HACS当宝贝,将更多的精力投入了更容易看见成效的自动炮及火控(这个稍后再说)。

鉴于HACS本身的缺陷,在战争初期,英国海军的大口径火炮对抗俯冲轰炸机的手段基本就只有弹幕射击。虽然由于HACS的操作过程有大量人工介入,因此可以依靠老练的炮术人员手动输入失真的数据来模拟浅俯冲目标,但这终究不是个好办法。42年初,为了增强弹幕射击的效率,新的组件,自动弹幕仪,Auto Barrage Unit(ABU),在285型火控雷达的支持下增加进了HACS系统。

俯冲轰炸机在向目标俯冲时,从目标向飞机看去,只能看到飞机越变越大而方位基本不变。这就是ABU的原理:在俯冲轰炸机向本舰俯冲时,基本只有距离变化率而方位变化率可以忽略不计。操作员首先设定一个距离(5000-1500码),引信以这个距离为标准提前装订,炮弹装填,火炮仰角和方位也提前就位。ABU通过285雷达提供的持续距离读数计算距离变化率,在设定好的距离自动击发提前装订好的火炮,从而让弹幕射击也变得准确。但是问题也非常明显——你只有一次机会。

这里就又要回来讲一讲Mk37火控系统了。由于机械式计算机本身的性能限制,完美的火控数据需要一定的计算时间,而如果目标一直在机动,或者火控系统没有足够的时间获取目标信息和计算,就比如战争后期美国海军经常遇到的神风特攻机,如果接近到危险距离,炮术官就可以要求计算机切换到弹幕射击模式。配合以不需要设定引信的VT引信,弹幕射击也可以打出类似火控引导射击的效果。Mk37火控系统搭配的Mk37指挥仪除了初期型外都配有快速瞄准系统(Slewing Sight),指挥官可以使用这个瞄具对准目标,然后按下按钮,指挥仪就会以最快速度转到对应的方向和仰角,实现大口径高炮的快速响应。

VT引信的效果之前有回答过,就不再复述了。



在上面的基础上,还需要研究一下火炮本身,和系统的布局。


完了,这就五千三百字了,这还差不多一半,这坑开的有点大过头了。

先简单给个总结:

偏向对海5.25,偏向对空美国短5,两头全抓长管5吋,100毫米都是谐星。

把坑占上,溜去歇了,有空继续。


回来继续更新

上面简单说明了6in级别火炮对空能力的问题,那么接下来就是探讨4in级别和5in级别高炮的区别和取舍。

如果能够认同55磅左右的装填重量为最优解的话,这时候就有了两个分支:

1,由55磅左右的弹头和分离的弹壳+发射药(不超过55磅)组成的半定装弹

2,弹头和弹壳一体的定装弹,总重55磅左右,弹头约30-35磅

这两个分支就分别对应了5英寸级别和4英寸级别高炮(这里就不考虑分装弹和定装弹的内弹道性能区别了)。

4英寸级别高炮的最大的优势在于重量轻,不管是炮管本身还是连带炮架,能够比同等级5英寸级别高炮轻上20-40%。比如日本89式连装127短炮盾型号(甲板炮)有24.5吨重,作为对比的英国双连装4in Mk XVI短炮盾型号(Mk XIX 甲板炮)只有16.8吨,相比之下轻了30.6%。也正是因为4英寸炮很轻,因此高射炮座需求的动力不必像5in那样强悍,在没有动力操炮或者动力失效的情况下也可以由人力提供更好的转速和俯仰速度。也是基于4英寸炮在重量上的优势,使得英国海军能够在战前建造的,受到条约限制而冗余吨位非常少的条约巡洋/驱逐舰上疯狂加装额外的4in,尽管Mk XVI本身性能和可靠性偏弱。

在继续分析下去之前要再指出很重要的一点常识,比较时一定要注意甲板炮座和炮塔的区别。甲板炮只是单纯的将炮座固定在火炮甲板上,扬弹系统不随火炮运动;炮塔的扬弹系统则随火炮一同旋转。这个区别会导致即便在不考虑动力系统重量的情况下,炮塔也会比同等甲板炮重很多,尺寸上也会有所区别,所以一定不能将甲板炮座直接和炮塔直接进行对比。

那么有人可能会问,4英寸炮炮弹重量这么轻,射程上是不是会受到影响呢?

显然是会的,但是,和对海射击不同,对空中目标进行射击的有效射程比对水面目标的有效射程近很多,通常都在一万码左右(美国主力舰的短5在全侧舷10门炮齐射的情况下可以有一万两千码的有效射程)。在这个距离上,即便是4英寸炮炮弹重量少很多,给予其50-200fps的额外初速,弹道性能也不会和5in炮有太大区别。比如美国短5in在以2600fps的初速发射55.2磅重的高爆弹下,一万码落弹时间为20.8秒;初速降低至2500fps时增加到22秒;而英国4in Mk XVI在以2600fps的初速发射35磅重的高爆弹时,一万码落弹时间也是22秒。

但是增加初速不是一本万利的买卖,有两个主要后果:1,身管寿命降低;2,装药降低。

膛线磨损的原因很多也很复杂,其中主要的一点是高速高温火药燃气对膛线的侵蚀,这也就导致增加发射药基本都会会导致更快的磨损。这对采用高燃速药的英日来说问题更大,对使用慢速药的美德问题较小。更大的初速也会让炮弹在发射时承受更大的加速度,炮弹外壳厚度需要增加来进行补偿,这就会导致装药量降低。一个衡量装药量比例的指标叫做装填系数,就是装药的重量除以整个弹头的重量。

身管寿命这点对防空炮来说比较重要,因为防空炮的射速更快,寿命消耗自然也会更快。英国海军在地中海的作战中往往会遭到德意岸基轰炸机接连不断的空袭,防空炮的身管寿命经常会在几周,甚至几天内消耗殆尽。自动炮的炮管还好说,大口径高炮的炮管大多都无法靠自舰设备更换,需要依靠有足够大型的起吊设备的舰艇(比如水机母舰)协助。过短的身管寿命无疑不利于长时间或者远距离部署。这里当然就要点名批评日本人的98式10cm高炮,为了达到1000米每秒(3280fps)的初速,身管寿命只有350发。这对航母对攻,交战时间不算很长的情况来说勉强足够,但是余量非常低。日本人本来考虑过直接在舰上更换火炮内胆,但是显而易见的由于技术上的不可行而作罢。这样低的寿命放到地中海这样的环境是完全不可接受的。

作为对比,美国海军认为大口径高炮的身管寿命不宜低于1000发。短5在验证阶段的设计寿命为1500发,而后在镀铬技术和发射药技术进步的加持下达到了4600发。但即使是如此给力的寿命,在冲绳战役中也有几艘驱逐舰几乎打光。

说到日本人的长管10cm,也不是不能够理解其如此高初速的设计初衷——更高的初速可以让炮弹更快地抵达目标,如此一来敌机在炮弹飞行时间内能够移动的距离就会更短,可以弥补一部分火控系统的误差,增加命中率。

装药降低这点先暂时放一下。


基于上文,我们详细计算一下4in高炮和5in高炮的火力。


4in高炮我们选择法国100毫米Model 1930,设计年份1930,双连装短防盾甲板炮13.5吨;5in高炮我们选择日本的89式12.7cm,设计年份1929,双连装短防盾甲板炮24.5吨。两者设计年代接近,均为甲板炮,但是需要指出法国的这款炮为人力操炮,而日本的为动力操炮,在重量对比上会有一定劣势。

假设舰上搭载5座10门89式12.7cm,其射速为8-14发每分钟,取扬弹系统速度10发每分钟,发射23.45kg的高爆弹。

那么10门5in炮在一分钟内的总火力投射量为 2345kg,5座炮的重量为122.5吨。

以此为基准,Model 1930实战射速为10发每分钟,设计射速16发每分钟,取中间值13,发射13.5kg的高爆弹,在总投射量为 2345kg 的情况下需要 13.362 门炮

那么13.362门100毫米炮重量为 90.2吨 (13.362/2*13.5)。


4in高炮我们选择日本98式10cm,设计年份1938,双连装轻装甲(3毫米)炮塔34.5吨;5in高炮我们选择美国的短5in,设计年份1932,双连装轻装甲(0.125英寸,约3.175毫米)炮塔43.41吨。二战时间范畴内搞炮塔化4in高炮的仅日本一家,因此短5in方面选择了比较后期的Mk 38(1938年开始设计)驱逐舰炮塔以对应98式的设计时间,但是需要指出的是短5in炮身重量比10cm轻很多,重量对比上会有一定优势。

假设舰上搭载5座10门短5in,其射速为15-25发每分钟,取扬弹系统速度15发每分钟,发射25kg的高爆弹。

那么10门5in炮在一分钟内的总火力投射量为 3750kg,5座炮的重量为217吨。

以此为基准,98式10cm实战射速为15发每分钟,设计射速19-21发每分钟,取中间值17.5,发射13kg的高爆弹,在总投射量为 3750kg 的情况下需要 15.692 门炮

那么15.692门100毫米炮重量为 270.7吨 (15.692/2*34.5)。


这样的计算未必科学,但是一定程度上也可以看出,在保证总火力投射量的前提下,4in炮的重量优势其实未必站得住脚。不过同时也要指出,4in炮单个火炮系统的重量比较低这点也能够提供一些,包括可以人力操炮,可以降低动力系统需求在内的隐性优势,但是相反的,4in火炮系统也有不容忽视的隐性劣势。

大口径高炮摧毁航空器的主要方法是依靠炮弹的破片,破片需要有够高的速度,质量和数量才能够对航空器造成致命损伤。对于常规构型的高爆弹来说,破片的速度,质量和数量都和弹头的质量与装填系数正相关(尽管大致上为对数增长)。

4in本身弹头质量较低,如果为了弥补弹道劣势增加初速,同时就会降低装填系数。比如美国短5in的弹头重25kg,装药3.3-3.4KG,装填系数高达13.5%;而日本98式10cm弹头重13kg,装药0.95kg,装填系数仅7.3%。这就引出了杀伤半径的概念。

日本人自己认为,10cm的高爆弹对航空器有14米的有效毁伤半径,但是英国人战后对自己的4in进行了测试,发现在45英尺(13.72米)的距离上对航空器仅有15%达成致命伤的几率——这还是在英国4in的弹重和装填系数都比日本10cm高的情况下。而对美国短5in来说,美国人自己认为有效杀伤半径为70英尺(21.34米)。7米多的差距看似不大,但是需要考虑到破片散布范围是三维的。破片在弹体前后的散布比较难以预测,但是假设定时引信设置完全正确,那么只需要考虑破片在弹体侧面的散布,而侧面的散布可以看做是一个圆。上数学课没有睡觉的同志肯定知道圆的面积等于Pi乘以半径的平方,那么采信日本人的说法,10cm的杀伤面为615.75平方米,采信美国人的说法,短5的杀伤面为1430.67平方米——是10cm的2.3倍。套入前面的计算,15.692门10cm一分钟的总杀伤面积只有10门短5的78.8%,尽管总投射量是一致的。虽然杀伤半径的评判标准相对比较主观并且根据飞行器的不同也会变化,但是这也可以看出4in在指挥仪引导射击的情况下对火控系统的精度要求明显会更高,至于能否用高初速来抵消的问题,我认为是不能的。

4in的还一个隐性劣势就是甲板面积。相对巡洋舰,主力舰的甲板面积虽然宽裕很多,但是也不是可以随便挥霍的,特别是快速增强的空中威胁使得主力舰必须搭载尽量多的防空炮,但同时又要考虑炮口暴风对甲板上的设备和人员的影响——每一寸甲板面积都是珍贵的。

下面借用一下明斯克航空航天局的图,从上到下分别是沙恩(10.5 cm SK C/33),长门(89式12.7cm)和科罗拉多(5in/25,比短5in还要再短一点),图中的圆圈为按比例矫正过的单装短5in甲板炮的工作区域(working circle,半径为144英寸)。

还是明斯克航空航天局的图,从左到右是秋月,艾伦·萨姆纳和岛风(作为对比),图中的圆圈为按比例矫正过的双连装短5in炮塔的工作区域(半径为150英寸,没错,仅比单装炮多6英寸)

可以明显看出4in炮和5in炮的炮塔尺寸没有决定性差距。沙恩的105看起来小一点,但是它的引信设定器和装订手是站在防盾外的,如果和其他国家一样将其放入防盾内,尺寸就不会这么小了。

手抓炮的问题就是人员配置是固定的,基本都需要一名指挥,一名火炮回旋手和一名俯仰手位于火炮组两侧,每门火炮还需要至少一名装填手和一名引信装订手。为了让他们有足够的空间活动,火炮组本身的大小就不会有太大变化。

比如上面的计算中,为了和10门短5in(5个炮塔)保持一样的火力投射量,需要约8个10cm炮塔(16门炮)。这里就可以参照下图的北卡,有兴趣的同志可以试试看,能不能在保证射界的情况下,再额外在每一侧多塞进三个副炮。

既然发了这张图,就再提一嘴指挥仪布局的问题。相比于其他国家将高炮测距仪放于上层建筑两侧,美国人则选择了前后各一个,两侧各一个的菱形布局。这样的布局有利于在敌机横向穿过本舰航线,即从左舷飞到右舷或者反过来的情况下保持跟踪,而不必切换到对侧的指挥仪。


大口径高炮的部分算是差不多写完了,觉得有什么遗漏的可以提醒我一下。已经9700字了,自动炮的部分就容我再摸一会儿鱼吧 ╮(╯▽╰)╭

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