坦克火炮的选型与设计优化建议

1.坦克火炮的结构特点与要求

坦克火炮作为战场主要进行近距离战斗的武器，其主要任务是对付敌方快速机动的各类装甲目标，因此其火力无疑是装甲车辆武器中很强的。坦克火炮主要是直接瞄准射击，是坦克发挥火力、消灭和压制敌人的主要手段，具有在最短的时间内用最小的弹药击毁或压制各种目标的能力。坦克火炮应满足下列要求。

（1）首发命中率高。我国125 mm滑膛炮2 500 m运动目标首发命中率可达90%。

（2）穿破甲能力强。我国125 mm滑膛炮配置钨铀合金尾翼稳定脱壳穿甲弹2 000 m距离上可穿透800 mm均质钢装甲。

（3）膛压高（有的达490.33～686.47 MPa），初速大。上述125 mm滑膛炮发射钨铀合金尾翼稳定脱壳穿甲弹初速为1 740 m/s。

（4）射速高。每分钟可达6～8发。

（5）结构紧凑，尺寸和体积小，便于布置。

（6）可行进中射击。

坦克火炮在结构上的要求如下。

（1）火炮前方有坚强的装甲防护。

（2）后坐距离短，反后坐装置的结构及计算方法不同。

（3）炮尾的活动半径小。

（4）有发射时的安全装置（防危板、自动闭锁器）和药筒处理装置（收集器或抛壳窗）。

（5）起落部分的平衡要考虑。

（6）火炮发射延迟时间要短。

（7）战斗室有通风装置。炮膛有抽气装置。

（8）采用高低和方向双向稳定器。

（9）装填实现自动化，并采用新弹种。

（10）采用身管热护套以消除身管因温差引起的弯曲。

（11）零件的强度应考虑能承受发射及坦克运动时所引起的惯性和动载负荷。

2.坦克火炮的选型

1）车载火炮类型选择原则

（1）需求优先原则。现代战争，各种装甲战斗车辆承担不同的战斗任务，起到不同的战斗作用。不同类型火炮的选择，首先要以完成主要战斗任务为前提。在能满足战场性能要求的前提下，尽可能选择传统火炮作为基型，根据车辆的特点进行改造。在传统火炮不能很好满足作战需求时，应根据装甲车辆的特殊性来设计专用的火炮。

（2）先进性原则。研制的车载火炮的主要性能必须优于同类产品。武器研制具有一定的周期，研制新型车载火炮必须预测未来发展，达到或超过世界先进水平。鼓励自主创新，研制具有自主知识产权、填补空白的车载火炮。

（3）可行性原则。坦克装甲车辆火炮类型选择，应有利于战术技术指标的实现，以技术上的可行性为依据。紧密结合当前技术发展实际水平，详细分析满足战术基本要求的火炮技术途径和技术可行性方案之后确定火炮类型。(www.xing528.com)

火炮类型的确定方法：在确定火炮的口径或弹径的基础上，估计火炮的质量和机动方式，再根据战术提出的机动和防护性要求，综合考虑后才能确定火炮的种类。

2）口径的选择

火炮口径是指火炮身管内膛阳线直径。火炮口径有很多，我国常用车载火炮的口径有20 mm、25 mm、30 mm、35 mm、82 mm、100 mm、105 mm、120 mm、122 mm、125 mm、152 mm、155 mm等。

影响火炮口径选择的因素有很多，主要有射程、弹丸威力、整炮质量、炮弹质量、容纳引信的空间等。

一般来说，火炮口径越大，弹丸质量越大，初速越大，射程也就越远，动能越大，装填的炸药越多，威力也就越大，容纳引信的空间越大，安装现代复杂、先进引信的可能性越大；然而火炮口径越大，后坐力也越大，炮架乃至全炮质量也就越大，机动性越差。

主战坦克火炮口径受到很多因素制约，坦克战斗全重、车体宽度和座圈直径都限制采用更大口径的火炮。而坦克战斗全重发展已接近物理极限，不允许炮和弹的质量再增加，也难以容许发射时后坐力的增加。炮弹的质量间口径的3次方呈正比例关系，口径越大，弹药基数则减少。身管长度一定的条件下，小口径穿甲弹威力与弹径成正比关系；弹径超过100 mm后，穿甲威力与弹径关系则为1/3次方的关系，因此，一味加大口径可能得不偿失。而提高穿甲威力的途径和方法有很多，以120～125 mm口径为基础的火炮和穿甲弹仍有改进潜力，特别是在弹的发展上更是如此。

火炮口径的确定方法：一般根据战术上对穿、破甲威力要求和当前的技术发展水平，首先确定火炮的口径或弹径。

3）身管长度的选择

一般来说，火炮身管越长，膛内高压气体对弹丸的作用时间越长，弹丸的初速越大，射程也越远。坦克火炮本身就是加长身管的加农炮。因此，增加身管长度成为提高炮口动能的最常用方法，同时也为弹药系统的优化设计提供良好的发展空间。

根据火炮口径设计身管长度比单纯谈身管长度更有意义，一般身管长度用口径的倍数来表示，称为身管比。

身管长度的选择主要看火炮的用途。加农炮，初速大，弹道低伸，射程远，一般要求身管比大，在40以上，适宜于直接瞄准射击坦克、步兵战车、装甲车辆等地面上的活动目标，也可以对海上目标射击。坦克炮、反坦克炮等也属于加农炮类型。现代主战坦克的坦克火炮身管较长，一般身管长为口径的50倍以上，有的甚至达到70倍。我国国产125 mm坦克火炮身管比为48。目前世界各国发展的自行榴弹炮（西方现在许多自行榴弹炮其实是加榴炮），大多数都采用了155 mm口径，39倍、45倍或52倍口径的身管。

但是炮管过长，会引起转动惯量的增加，导致瞄准速度下降；使身管更易于弯曲，加剧发射时的横向振动，降低瞄准精度；增加火炮体积和战斗全重，影响通过性，降低火炮机动性。身管长度还受到材料和加工工艺水平等因素的限制。

身管长度，往往是威力和精度两方面平衡与妥协的结果。在坦克火炮、反坦克火炮等对直瞄射击精度要求较高的武器上，一般采取的方法是在身管外增加热护套、在炮口安装炮口基准系统来提高精度。

4）装填方式的选择

车载火炮的弹药装填方式主要分人工装填、半自动装填和自动装填三种。小口径战车炮、高射炮要求连发射击，都采用自动装填方式。而中大口径的坦克炮、突击炮、自行压制火炮，20世纪80年代后，采用自动供输弹系统等先进技术，也实现了弹药的全自动装填。

使用自动装填机，可以装填大口径弹药；可提高和保持发射速度；取消了装填手，提高了乘员的作战效率；可有效地降低车高，缩小坦克外廓尺寸，减轻车重和增加防护；便于实现隔舱化，提高坦克生存能力等。缺点一是可靠性不稳定，二是明显增加了乘员的维修保养时间。

弹药按弹丸与药筒的装配关系可分为定装式弹药、药筒分装式弹药等。

（1）定装式弹药。定装式弹药是指弹丸和药筒结合为一个整体，射击时一起装入膛内，因此发射速度快，容易实现自动装填。

（2）药筒分装式弹药。药筒分装式弹药是指弹丸和药筒为分体，发射时先装弹丸再装药筒，两次装填，因此发射速度较慢，优点是其可以根据需要改变药筒内发射药的量。

坦克火炮与突击炮多使用定装式炮弹，自动装填的关键是弹种选择问题，需要自动记忆与挑选储存的弹种（可多达6种）。自行榴弹炮的弹药采用分装式结构。装药有药包、药筒和模块三种形式，药筒有可燃、半可燃和不可燃三种，药筒材料有铜、钢和非金属三种。主要用的装药是变装药的，弹丸质量大，其射击循环基本过程为：击发—后坐—复进—开闩—（抽底火壳）—（抽药筒）—供弹—输弹—供药—输药—关闩—（装填底火）—击发。上述过程中，某些动作可以同时进行，所需时间可部分或全部重叠，需要在设计时进行周密安排和精确计算，括号内的某些动作过程则视炮种和弹药结构的类型不同而增减（如可燃药筒炮弹无抽药筒动作）。供弹、供药也是一个由若干动作组成的过程：供弹过程包括选取弹种、装定引信、供弹至输弹位置、输弹；供药过程包括选取装药、组配、供药至输药位置、输药。供输弹过程实质上就是在系统总体约束下的多个构件在不同时空，按照射击循环要求在规定的时间内完成各种规定动作的过程。

设计供输弹系统要考虑以下因素：分装式弹药的质量及结构、引信和弹丸受撞击的安全极限、弹丸卡膛力及定位姿态的一致性等；火炮射击循环时间、炮闩结构、炮尾开口方向、挡药/挡弹机构、底火装填方式等；战斗室全间分配，包括弹药舱的总体布局、供弹、输弹、输药机构允许占有的空间、运动轨迹和时序等；总体分配给供输弹系统的质量和时间。

自动装弹机的性能要求：装弹方式要求分装式弹药、定角或变角装填；装填操作要求实现自动装弹、补弹、卸弹、单独抛壳；装弹条件要求车辆在前、后、左、右倾斜15°条件下或在15～25 km/h速度、中等起伏地行驶时可自动装弹；自动性能要求可自动装填给定基数和配比的穿甲弹、破甲弹和榴弹三种，弹种数量任意，补弹时间为5～6 min；自动装弹速度要求6～8发/min；大修寿命要求不少于1 000发。

因此选择自动装填机时，应考虑：满足火炮系统总体和战术技术性能指标规定的射速、空间尺寸和位置、运动轨迹及质量要求；弹药在舱内的放置与排列应固定可靠、解脱方便，易于实现自动化，携弹量满足指标要求；供输弹过程应准确、协调、安全、可靠，满足规定的自动化程度；合理使用动力，充分利用内能源，尽量节约外能源，考虑全炮动力源总负荷的承受能力；根据火炮总体要求，合理布置，使其具有良好的动力学特性及可靠的灭火、抑爆功能；满足快速向车内补充弹药的要求，同时也要充分重视提高“三防”能力；提高系统可靠性，应具备必要的冗余系统。