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M61A1“火神”机炮

发布时间:2013-04-18  原作者:   点击数:

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概述

  通用动力研发的 M61A1 “火神”机载航炮是一种 20 毫米口径加特林 6 管炮。每分钟可以发射 6,000 发标准的 M50 弹药(射速可选)。广泛装备于美军现役战斗机,射速高、可靠性好。

 

维护中的 F-16 战斗机,弹鼓已被拆除,可以看到 M61A1 的炮身

历史

  1947 年,新组建的美国空军开始寻求一种新的航炮以替代 12.7 毫米机枪。二战的经验表明,德国、日本、意大利轴心国的战斗机在航炮方面占有战术优势,美军 P-51P-47 广泛装备的白郎宁 12.7 毫米机枪射程近、威力小,而 P-38 装备的 20 毫米"西班牙人"航炮威力不错,但射速又太低。在随后朝鲜战争中,F-86 战斗机更暴露了机枪威力不足的缺陷,明显弱于 MiG-15 的大口径航炮。

  美国海军曾经为小型鱼雷艇、炮艇发展了一种电驱动加特林转管炮,把 19 世纪出现的这种转管炮改头换面,由人力驱动改成电力驱动,基本原理保持不变。该炮射速很高,但是由于当时材料技术的限制,炮管在高射速下磨损很快,寿命极短,并未投入使用。之后随着冶金技术和新材料的发展,现代版的加特林转管炮终于可以浮出水面。

  1950 年,通用电气开始为美国空军的“火神”计划研制一种机载航炮,该炮基于理查德.J.加特林在 19 世纪发明的转管炮技术。1953 年,预生产型的“火神”炮进行了第一次试射,随后被安装在一架洛克希德 F-104 战斗机上进行了第一次空中试射。在最初的机载试验中暴露了火药废体无法顺利排出,四处蔓延的问题,并一度导致测试暂时终止。后来在为 F-104 炮舱设计了更好的排烟孔后才解决了问题。

  在经历了要导弹不要飞机的偏见后,M61 成为了美国战斗机的制式武器,更为 F-22 专门设计了轻量化的“火神炮”(由于 JSF 对重量极为敏感,所以 M61 与 JSF 无缘)。由于 GE 的军械部已经被马丁.玛丽埃塔收购,所以 M61A1 现在的正式名称是洛克希德-马丁 M61A1。

结构

  加特林转管炮在射速和身管寿命上占有先天的优势。在炮管旋转的同时,每根炮管都处于不同的发射阶段。当炮管旋转到最高点时,膛内弹药被击发,旋转过最高点后再抛壳——装弹——在下次旋转到最高点时又被击发——如此循环。所以整门炮的射速是六个炮管射速的总和,如同六门 20 毫米单管炮在并型射击。由于有六个炮管分担整个射击循环,所以在相同射击次数下,“火神”炮的身管寿命是单管炮的六倍。该炮的主要缺点(也许不该称之为缺点)是射速极高,短时间内要耗费大量的弹药,为了维持一定的持续射击时间,需要大容量弹药箱。在使用单管炮的俄罗斯、欧洲战斗机上,弹药量都少于美国战斗机,一是战术理念的不同,二是航炮射速的不同。

  原先的加特林原理的机炮一般使用弹链供弹,包括某些型号的“火神”炮。虽然加特林原理经过长时间的发展后极为可靠,但是在“火神”6,000 发/分的高射速下,弹链成为了最脆弱的一环。弹链在该高速拉扯下,连接处很容易变形、弯折甚至断裂,造成机炮卡壳。此外,弹链还占用了弹药箱宝贵的空间,减少了弹药数量。为此需要发展新型供弹装置。

  F-16 战斗机在机身中部安装了一个巨大的圆形弹鼓,内部安装有一个阿基米德螺旋杆,弹药就顺螺旋杆排列。当阿基米德螺旋杆旋转时,弹药就被“挤”到向航炮供弹的传送带中,既可以想象一下绞肉机的原理。这样等于有了一个自动化的弹药传输导轨,取消了弹链,避免了因弹链引起的可靠性问题。在 F-16 和一些其他飞机上(M61A1 为了配合不同机种的内部空间,都要都特别订制),空弹壳通过第二道导轨送回弹鼓,省略了抛壳机构,并且环保……。F-16 的两个传送带被包裹在结实柔韧的管道中,由炮管动力驱动,位于炮尾的液力马达还通过一根驱动软管来驱动弹鼓内的螺旋杆。

M61A1 航炮,非 F-16 所用的型号

  M61A1 家族中大多数都是飞机本身的液压系统来驱动(液力马达),少数使用飞机的供电系统(电动机)。在全射速时,整门炮需要 35 马力来驱动,从射击方向看去,弹鼓呈反时针方向旋转。6 个炮管由数片夹具固定,这些夹具可以更换成其它直径的,借以微调炮弹的散布模式。炮管内部都有膛线。

F-16 上的“火神”

  F-16 早期型安装的 M61 航炮曾出现问题,并导致 1979 年 9 月开始禁止 F-16A/B 使用航炮。因为在这之前发生了两次事故:F-16 在飞行中进行射击时,飞机出现无法控制的偏航。事后查明是因为 M61A1 射击时的震动影响了电传飞控系统中的加速度计。加速计于是向飞行计算机提供了错误的数据,导致飞机偏航。在给加速度计增加减振措施后解决了此问题。随后先前出厂的 106 架未安装减振器的 F-16 在 1980 年间都接受了加速度计减振改造。

比利时空军的一架 F-16B 正在进行机炮维护,所有的口盖都被打开

  F-16 上弹鼓就安装在飞行员座舱后,装弹口在右边条下方,航炮炮身则安装在机身左侧,炮口设置在左边条上方。整个弹鼓备弹 511 发。F-16 的“火神”炮的击发由一个叫做航炮控制器的电子装置控制。发射时,控制器发出一个电压脉冲来击发每枚炮弹。在每次持续射击结束后(“火神”炮不能进行单发射击),M61A1 会进行一次自清洁。在清洁操作中,5~9 枚未击发的弹药旋转通过炮膛后再回到弹鼓。过程与平常射击一样,只是控制器不会发出电脉冲,其目的是清除炮膛内的火药残渣。这些弹药不可再用。M61A1 还有 SMS 装置(弹药存储管理系统),该装置内部有个计数器,通过计算电脉冲的次数,再对照弹药总数,就可以显示剩于的弹药数。但是在清洁操作中控制器没有发出脉冲,所以 SMS 无法计算出用于清洁的弹药准确数量,SMS 缺省设置为 7。但是这样就可能造成了 SMS 显示的数量与实际数量不符,清膛炮弹的数量增加时误差也随之加大。

M61A1 机炮通常会污染机体表面。上图荷兰空军 F-16 的炮口被火药气体熏黑,下图挪威空军的 F-16 炮口留下了保护炮管和弹药的油脂

战术操作

  F-16 的“火神”炮在启动到全速射击耗时 0.3 秒,再停止射击耗时0.5秒。一些批评家(特别是防务分析家皮埃尔.斯普瑞在一篇叫做 First Rounds Count 文章中指出)飞行员在按下射击按钮时处于最好的射击时机,0.3 秒的延迟将时将使飞行员失去这个良机。但这种观点被事实所推翻。以欧洲旋风(Tornado)攻击机所装备的德国毛瑟 BK27 27 毫米航炮为例,BK27 是转膛炮结构,不存在加速问题,一触即发始、终处于最高射速。在 M61A1 射击的第一秒钟内大约能发射 70 发炮弹(全速时 6,000 发/分=100 发/秒,但是在第一秒钟的加速中浪费掉了 30% 的时间,所以为 70 发)。BK27的射速是 1,700 发/分,第一秒中发射 28 发,这样三支 BK27 在第一秒钟内并联射击出的炮弹总和才能达到一门 M61A1 所发出的,M61A1 的高射速抵消了这个缺点。

  6,000 发/分的射速意味着每枚炮弹将以 0.01 秒的间隔发射。一架 MiG-29 长 17.20 米,如果一架 MiG-29 以 1,000 公里/小时的速度在 F-16 面前横向飞过,它在在 0.01 秒内将移动 2.78 米。所以如果 F-16 开始射击并击中 MiG-29 前部的话,那么 MiG-29 将至少挨上 5-6 颗 20 毫米炮弹。

声音

  由于“火神”炮的高射速,在射击时你无法分辨出两次击发中的间隔。它的声音听起来像重型混凝土钻孔机,比二战美军士兵形容德军 MG 机枪听起来“像撕裂亚麻布”还要密集,在游戏 Falcon4.0 中你可以听到这种恐怖的声音。

弹药

  一枚完整的 M61 炮弹由黄铜弹壳、电击发底火、推进药剂和弹丸组成。当电脉冲击发底火后,推进药剂被点燃,弹丸被射出。M61 五中不同种类的弹药之间的差别都在弹丸上,但是在所有弹丸底部都有一段软金属,其作用是弹丸在通过炮管时收膛线挤压,软金属变形后在膛线的作用下产生强烈的旋转,增加飞行稳定性。软金属另一个作用是防止火药气体通过膛线泄漏。

M61 的五种武器:

空包弹,色彩编码是褐色,弹壳由塑料或钢铁制成,主要用于测试火炮。

M55A1/A2 教练弹,非空包弹,只是弹丸内部未填充炸药。

M53 穿甲燃烧弹,弹体为钢制,头部是铝材料,头部填充燃烧剂。

M56 高爆燃烧弹,用于打击飞机与轻型目标,在碰撞目标后爆炸。

PGU-28,F-16 Block50 批次开始研制的远程弹药,射程比 M53 系列提高三倍,填补了响尾蛇与 M53 之间的火力空白。

M61A1 规格

长: 1,875mm

重量: 120kg

炮口初速: 1,036m/s

射速: 最大 6,600 rps (通常设置在 4,000 或 6,000)

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