裝填至上,從前膛炮到後膛炮,從手動裝填到自動裝填,淺談艦炮裝填…


裝填至上,從前膛炮到後膛炮,從手動裝填到自動裝填,淺談艦炮裝填…

2020-12-21 騰訊網

從火炮誕生之日起,人類就一直嘗試通過各種方法來提高火炮的射速,以提升其殺傷力。而影響火炮射速最大的因素,則是裝填速度,如果火炮裝填速度一直不能夠得到提升,那麼火炮射速就無法得到質的發展。而軍艦艦炮裝填發展史,則是火炮裝填史中比較有代表性的一種。

艦炮系統的複雜程度遠非陸上火炮可比擬的

和陸地上的火炮不同,艦炮一般整體規格、質量都比較大,且操作空間有限。因此大部分火炮裝填技術的革新,都首先發生在艦炮上。所以,本文今天就向各位讀者介紹下,艦炮從手動裝填到自動裝填的發展歷史,讓各位讀者對艦炮的裝填方式有更多的了解。

前膛炮時代的自動裝填——受限頗多的失敗嘗試

風帆戰艦時代,軍艦的艦炮主要布置在艦身兩側。採用這種艦炮布置方式,是因爲此時的前膛炮一般不大,口徑也比較小,更談不上什麼精度,所以只能夠依靠和對手錯身而過時的排炮攻擊來打擊對手。此時的前膛炮主要依靠繩索和滑輪組成反後坐裝置,射擊後炮身在後坐力的作用下將炮管推回軍艦內部,然後炮手再從炮口處爲火炮裝填下一輪射擊所需的發射藥和炮彈。

風帆戰艦時代的前膛炮一般都是手動裝填

但是等到鐵甲艦時代,情況開始出現變化。因爲現代工業冶煉技術的發展,各國海軍開始在鐵甲艦上布置帶有金屬炮塔的艦炮。這類艦炮不僅重量更大、結構更爲複雜,而且口徑也增大不少。比如1876年英國皇家海軍的「不屈」號戰艦,就安裝了兩座帶有前膛炮的圓形炮塔。

「不屈」號已經開始裝備圓形炮塔

比較有意思的是,「不屈」號上採用的前膛炮並不是傳統的純手動裝填,而是配備了專門的自動裝彈機進行自動裝填。具體的裝填過程是,艦炮射擊完成後,炮塔轉動,將前膛炮轉回到甲板固定位置上,同時將前膛炮的炮口壓低到一定的角度,然後自動裝彈機會將炮彈從炮口推入,完成炮彈的裝填。

「不屈」號的前膛炮自動裝彈機

然而這種裝填方式只是解決了前膛炮自動裝填的有無問題,實際上並沒有持續發展的潛力。因爲前膛炮在每次裝填的時候都需要將炮管壓低到一定的角度才能進行自動裝填,因此艦炮的身管倍徑不能夠太大,否則自動裝彈機也要隨之加大,進而占用寶貴的甲板空間。此外,自動裝彈機沒有炮塔的保護,直接暴露在外,很容易被敵人摧毀,最終導致艦炮無法繼續進行作戰。

前膛艦炮自動裝彈過程示意圖

上文中提到的這些問題,不僅表明了前膛炮在裝填速度上沒有繼續發掘的潛力,而且其自動裝彈機也存在較大的問題。最終各國海軍都放棄了對前膛炮及其自動裝彈機的進一步發掘,轉而開始對後膛炮及其自動裝彈機進行研究。

後膛炮時代的自動裝填嘗試——關於揚彈機和推彈機的布置問題

艦炮揚彈機是艦炮中專門用來揚升炮彈的機構,根據其揚送炮彈方式的不同,可以分爲鏈式揚彈機和杆式揚彈機,而推彈機則負責將揚彈機揚送來的炮彈推入艦炮炮膛。揚彈機和推彈機是艦炮自動裝填機構的重要組成部分。

早期後膛艦炮自動裝彈機設計時,只是簡單地將前膛炮時代的自動裝填機構從甲板上移到了炮塔下方的甲板部位,然後將炮彈改爲後膛裝填而已。因爲推彈機被布置在了甲板下,所以此時的艦炮在射擊之後,仍然需要將炮塔轉回到預定位置,並將炮管擡升到一定角度才能完成自動裝填。

此時的揚彈機和推彈機都布置在甲板下

這種設計的壞處是艦炮每次射擊之後,都需要轉回相應位置進行定角裝填,不僅耗時費力,而且還需要重新進行瞄準,影響了戰鬥效率。爲了解決這個問題,出現了將揚彈機和推彈機布置在炮塔內部的設計。

因爲揚彈機和推彈機均位於炮塔內部,隨炮塔的轉動而轉動,所以艦炮每次射擊之後,只需要將艦炮身管調整到一定角度進行定角裝填,炮塔本身不用再進行旋轉調整,在一定程度上提升了艦炮的使用效率。

砲塔更大也更笨重

但是正所謂有得必有失,因爲揚彈機和推彈機都布置在炮塔內部,導致艦炮炮塔的體積和重量都過大。此外,爲了保護揚彈機和推彈機,炮塔的防護裝甲也需要增加,最終的結果就是炮塔不僅更容易被敵人擊中,而且轉動速度慢,瞄準困難。

以上兩種自動裝彈機布置方式都是將揚彈機和推彈機一起進行布置,在無法取得較好的效果後,開始有設計師將兩者進行分開布置,比如英國皇家海軍的「光榮」級戰列艦所使用的的自動裝彈機就是很典型的例子。

單段式揚彈機

這種自動裝彈機仍然將推彈機布置在炮塔內部,這樣炮塔仍然可以在任意方向上實現定角裝填,而揚彈機和儲彈機構則全部布置到甲板下方。使用時,首先是揚彈機將炮彈(分裝式炮彈則包括彈丸和發射藥)從甲板下提出並輸送至炮塔內部,再由推彈機完成裝填動作。因爲揚彈機是直接將炮彈從儲彈機構處直接輸送到炮塔內部,因此這種揚彈機也被稱爲單段式揚彈機。

單段式揚彈機的好處是艦炮炮塔的規格和重量可以控制在一定的範圍內,缺點則是發射速度受揚彈機的揚彈距離影響。早期的戰列艦爲了保證彈藥庫的安全,會將儲彈機構布置在多層甲板下方。因爲艦炮炮塔內部本身沒有儲存彈藥,因此每次都需要單段式揚彈機從多層甲板下取出彈藥,耗費了一些時間,在近距離炮戰時,這種影響尤爲致命。

「胡德」號的彈藥庫就布置在多層甲板下,可惜還是被洞穿了

爲了解決單段式揚彈機所存在的問題,兩段式揚彈機隨之出現。顧名思義,兩段式揚彈機就是在單段式揚彈機的基礎上,將揚彈過程拆分爲兩個部分,分開揚送彈藥。最底層的揚彈機首先將彈藥輸送到上層甲板處,在艦炮需要裝填炮彈的時候,再由第二段揚彈機將彈藥揚送到炮塔內部,由推彈機完成彈藥裝填。

兩段式揚彈機的結構示意圖

兩段式揚彈機的揚彈速度比單段式揚彈機更快,而且因爲兩段式揚彈機對自動裝彈機的整體布置要求較小,所以兩段式揚彈機所使用的推彈機可以在更小角度內進行定角裝填,而不是再像單段式揚彈機那樣採用高角度定角裝填。

兩段式揚彈機的工作流程

因爲採用兩段式揚彈機的自動裝填機構綜合使用效率更高,因此從第一次世界大戰後期到第二次世界大戰期間,各國海軍艦炮的自動裝彈機都採用了兩段式揚彈機設計,兩段式揚彈機設計至此成爲一代經典。

從吊籃式揚彈機到管式揚彈機——揚彈機的再度改進

單段式揚彈機和兩段式揚彈機都是採用吊籃來輸送彈藥,吊籃將彈藥輸送到炮塔內部後,還需要按照彈丸在先,發射藥在後的方式進行放置後,才能夠由推彈機推送至艦炮炮膛內。此外,吊籃輸送彈藥的速度偏慢,且整體結構較大,因此吊籃式揚彈機最終被管式揚彈機所取代。

管式揚彈機整體結構更爲緊湊

管式揚彈機出現的初衷是爲了提升彈丸的輸送速度,大部分彈丸爲了保證安全,一般會將彈丸垂直放置。如果採用管式揚彈機,輸彈手可以直接將垂直狀態的彈丸放到揚彈機內輸送。因爲管式揚彈機輸彈速度更快且結構緊湊,所以在二戰末期大部分艦炮的自動裝彈機都採用了管式揚彈機設計。

紅圈處的綠色結構即爲擺彈臂

現代中小口徑艦炮同樣採用管式揚彈機,只不過爲了提升射速,現代艦炮在艦炮耳軸上會設置一個擺彈臂。管式揚彈機將彈藥輸送到擺彈臂內,然後擺彈臂擺動至和火炮身管同軸線的位置,再由推彈機將彈藥推入炮膛。因爲擺彈臂的活動更加靈活,因此現代艦炮不用像早期艦炮那樣進行定角裝填,可以在不同方位,不同角度下實現炮彈的自動裝填。

總結

從前膛炮到後膛炮,從單段式揚彈機到兩段式揚彈機,最終到擺彈臂的出現,人類最終通過各種改進實現了在艦炮上進行快速裝填的夢想。而在艦炮自動裝填技術不斷進步的同時,人類也把相應的理念和技術移植到陸地火炮上,最終推動了火炮家族自動裝填技術的整體進步。