M61火神加特林炮

夺命火神——记美国M61系列加特林机炮

苏嘉鹏

1967年5月12日,越南河东地区上空,美军的一群F-105“雷公”正扑向“越共”目标。突然云雾中冲出了两架米格-17,美机连忙抛掉笨重的炸弹,调头迎战。战机飞舞翻滚,天空中霎时充满了武器的硝烟和轰鸣。混战之中,一架F-105咬住了一架米格-17,只见F-105的机炮射出一道鞭子般的红光,伴随着嘶嘶的低鸣扑向米格。在远处,红光发散为一颗颗炽热的流星,撞进了米格-17的机身,米格立即带着浓烟倒头栽向地面。F-105成功的打退了米格,安全的返回了己方基地。

这门夺命的机炮,就是本文要描写的M61 “火神”(Vulcan)加特林炮。

研制背景

二战末期,军用飞机的速度、机动性不断提高。为提高机炮对这些目标的毁伤几率,各国科研人员均着力改善机炮弹道性能、弹药威力,但这两方面潜力已不大。因此,进一步提高射速,加大单位时间内向目标投射的弹药量,成为改进机炮作战效果的关键所在。但当时的机炮射速已超过1000发/分(如苏联АМ-23机炮),更高的射速会令炮管、零件不堪负荷。

为此当时流行并列安装多门枪炮,从而倍增射速。但多联机炮在体积、重量、后座和维护方面存在种种问题。二战末期,美军开始向各军火商咨询全新的高射速机炮方案。通用电气公司(General Electric)的工程师M•约翰逊得知消息后,想到了1862年理查德•加特林博士发明的加特林机枪。

加特林机枪又称转管机枪,其核心是呈圆筒状并列安装的6至10根单管枪械。射手通过手柄摇动圆筒旋转,各枪管在旋转中依次完成装弹、射击、退壳。各枪管工作循环重叠,射击间隔大为缩短,射速达400发/分,绝对是19世纪末步兵的恶梦。1893年加特林机枪改用电动机驱动时,射速达到4000发/分。但随着马克沁式机枪等枪管后坐自动武器的出现,加特林机枪射速优势荡然无存,笨重的缺点暴露无遗,于1911年退出美军现役。

约翰逊敏锐的认识到,古老的加特林原理可以满足眼下军方射速要求。他从博物馆“磨”回了一挺1886式加特林机枪,把手摇机构改为电动机皮带驱动。试射极具震撼力,古董机枪竟以5500发/分射速喷吐着火舌。军方在1946年给予通用电气公司研制新机炮的合同,代号“火神项目”。

1952年,空军选中了通用电气20mm口径T171方案。1954年T171正式投产装备,55年正式命名为M61“火神”。一年后通用电气还成功研制了T212型30mm加特林炮,即A-10攻击机的GAU-8炮。经过多次收购兼并,目前M61“火神”的发展工作由洛克西德枪械分部负责。无论在哪个公司手里,加特林枪炮的发展都非常顺利,形成了口径从5.56mm到35mm、管数从2管到7管、用户从北美到东亚的庞大家族。多个国家仿制了“火神”。当然最显赫的,仍非鼻祖M61 “火神”炮莫属。

结构简介

M61“火神”炮的各个型号根据供弹和驱动系统的不同,全重约在137.4到138.3千克之间,全长约827mm,炮口夹具直径139mm,炮尾直径约243mm。主要由炮管部分、驱动击发部分和供弹部分组成。炮管根部、炮尾各有两个固定点,用于与机身结构连接。

炮管部分

“火神”每个炮管都有独立的弹膛、身管,这是加特林炮与多个弹膛共用一个炮管的“转膛炮”的主要区别。单管重8.16千克,长1524mm,9条右旋膛线,后座复进行程约6.4mm。身管内侧采用坚固的耐磨材料,耐高温腐蚀,冷却快。

射击时,从炮口方向看,六个炮管围绕共同轴心顺时针旋转。每根炮管与传统机炮一样,工作时反复装填、射击、退壳、再装填。上述步骤在不停顿的旋转中进行,多个炮管依次循环跟进,因此一管射击时,另一管在装填或退壳。这样各个炮管的射击周期重叠,缩小了射弹的时间间隔。单个炮管的射速远低于总射速,不需要过多提高部件强度。

“火神”射速高,射击声响不像其他机炮是间断的轰鸣,而是连续稳定的撕裂声和低鸣。炮管部分有若干个可调节的夹具,可控制炮管发射时的振动范围,进而在2~5mil(密位)内控制火炮的射弹散布。如攻击面目标时,可适当调大射弹散布。

外能源驱动

加特林炮分为外能源驱动和内能源驱动两种。旋转、装填、退壳等工作循环依靠外部设备驱动,称为“外能源”。如依靠弹药的火药气体能量驱动,称为内能源。美国的加特林枪炮,基本上都是外能源驱动。苏联拥有AK630舰载火炮等内能源加特林炮。

外能源通常包括人力、电动、气压、液压等。“火神”机炮吊舱甚至可由迎面气流驱动的空气涡轮提供动力。电动方式可直接利用机载电源,简单易行,但启动加速较慢,工作时对机载电子设备有影响。气动方式加速快,但不太可靠。液压马达要求机上液压系统增设管路输出液压驱动,但工作启动快,对机载电源要求低。总的来说液压马达较适合高射速加特林炮的需要。“外能源”可方便的调节射速,理论上射速在0到最高速之间可自由变化。但“火神”炮无法单发射击,最少也要连发10发以上。以对地任务为主时,采用M7型电动驱动系统,射速为4000发/分。对空用M12液压驱动系统,射速6000发/分。

“火神”驱动系统以液压马达为核心,辅以射击控制设备、流量/阀门控制设备及相关管路。准备射击时,射击控制设备与机上电源接通,进入待击状态。因此单有一门“火神”炮在手,是无法开火的。飞行员按下射击按钮时,电磁阀门开启,从机上液压系统引入的高压油涌入液压马达,马达转动驱使火炮旋转。

击发退壳

“火神”的一根身管转到特定位置时会进行相应的操作,靠的是炮管转子、刻槽、炮管机心凸轮配合工作。转动时,转子带动凸轮沿着刻槽转动,推动机心往复运动。炮弹装入炮尾后,机心凸轮触发闭锁凸轮将炮尾的闭锁滑块(类似炮阀)推到闭锁位置,成闭锁待发状态。然后机心凸轮推动连接着击发电路的撞针,接触炮弹底火,330V击发电流引发弹药的电底火实现击发。

炮管内弹药被击发后,开锁凸轮在炮管转子旋转的作用下提起闭锁滑块,滑块后退开锁,弹壳被抽出,通过输弹带送回弹鼓。炮管再次进入装弹状态。当飞行员松开射击按钮时,射击控制设备指令停止进弹,同时将未击发弹药送回弹鼓。然后切断高压油路,马达停转后断开与机上电源的连接。

加特林炮的工作与“旋转”密不可分。飞行员按下发射按钮,“火神”从静止到额定转速,大约需要0.3到0.5秒。因此“火神”达到额定射速有时间延迟。读者会问这是否会延误战机。其实“火神”的高射速弥补了这一缺点。开火第一秒内“火神”可发射出70发炮弹,比理论射速略少。而德发554、毛瑟BK27和俄罗斯ГШ-301等机炮,第一秒只能射出25到30发炮弹。这说明“火神”占尽先机。在对地攻击时,当飞机以同等速度掠过目标上空时,装备“火神”的飞机投射到目标上的弹药更多更密集。同样,在松开发射按钮后“火神”要0.5秒才可停止转动,少量弹壳和未击发弹药送回弹鼓(原因留给读者思考)。

供弹部分

M61“火神”供弹系统包括驱动装置、弹鼓和柔性输弹带。古董加特林机枪使用漏斗式无链供弹,通用电气也为“火神”选择了无链供弹。这是因为传统弹链虽然方便连续供弹,但在加特林炮的高射速下,弹链很容易被扯断。不过“火神”也有弹链供弹的改型。供弹系统的驱动装置,可以是电动机等,也可用传动轴将液压马达的部分动力引到弹鼓处。同时借助机上冷气系统或发动机导出的高压气体,冷却弹鼓、弹带,并吹除弹壳带来的火药气体。

桶状弹鼓是“火神”的特征之一,由外壳、内鼓、前后盖和驱动系统组成。炮弹呈螺旋状排列在内鼓之内,弹头指向弹鼓中轴。这种布局占用空间较多,但确保了高速输弹工作可靠。供弹时,炮管在液压马达驱动下加速到所需转速,射击控制设备命令供弹部分开始送弹。弹鼓的驱动装置驱使炮弹盘旋前进,到弹鼓前盖的出口处时滚入柔性输弹带。输弹带看上去像大量金属环连接而成的“隧道”,炮弹在弹带内只能单向运动,拆装时必需注意标示。虽然复杂而较重,但可令供弹顺畅快速,布局更趋灵活。

炮弹从弹带进入炮尾后,被旋转中往复运动的装弹装置推进弹膛,闭锁击发。发射后的弹壳、哑火弹或未击发炮弹送入另一条输弹带,从弹鼓的后盖入口重新装入弹鼓内,形成“闭合供弹系统”。所以大多数“火神”炮是不抛壳的,射击后飞机的重心变化不大,无抛壳故障。但也有开放供弹式(即向外界抛壳)的改型。


 

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