滑膛
定义
滑膛指枪炮身管内壁不加工螺旋膛线的构造,内表面保持光滑,同一类采用这种身管的武器合称滑膛枪炮(smoothbore gun),旧称光膛枪炮。[1]它的对立面是线膛,即在内壁刻出若干条螺旋凹槽,迫使弹丸在通过身管时旋转。[2]
滑膛按武器种类分为滑膛枪与滑膛炮;按装填方式又可分为前装与后装两类,早期的突火枪、火门枪、火绳枪、燧石枪均属前装滑膛枪,中小口径迫击炮属前装滑膛炮,现代霰弹枪、信号枪是后装滑膛枪,部分坦克炮和无后坐力炮则是后装滑膛炮。[1]辞书对滑膛炮的释义还特别指出,其弹丸出膛后依靠尾翼保持飞行稳定。[3]
原理
身管内壁不设膛线,弹丸在管内基本不产生自旋。为抑制飞行中的翻滚,滑膛武器通常给弹丸配上空气动力学上对称的外形,例如球体或带尾翼的箭形弹体,以减小出膛时的扰动。[2]但球形弹丸若表面或内壁存在瑕疵,飞行中仍会随机转动,并在马格努斯效应作用下偏离预定弹道;线膛的螺旋槽则赋予弹丸陀螺式自旋,既能抵消这种偏移,又允许发射更长、断面密度更大的弹丸。
对火炮而言,滑膛的收益主要来自能量分配与身管寿命。线膛武器有一部分火药能量被消耗在让弹丸旋转上,滑膛则可使这部分能量更多转化为初速与穿甲动能;弹丸不与膛线剧烈挤压摩擦,身管磨损较慢,制造工序也相对简单。[2]在发射长杆式动能弹时,弹芯的长径比往往超过自旋稳定所能承受的范围,转用尾翼稳定、由滑膛身管发射更为可行,美国Advanced Combat Rifle 计划中的滑膛箭形弹步枪即按同一思路设计。
滑膛武器的弹道稳定方式可概括如下:$C_D$ 与弹体外形决定阻力特性,而稳定裕度主要由尾翼面积与压心位置关系决定,不再依赖 $\omega=v\cdot\tan\alpha/r$ 所描述的自旋转速。
发展历程
早期的枪炮基本都是滑膛结构,原因是当时在身管内加工膛线属于困难的工艺;直到 18 世纪初,随制造工艺改进,线膛枪炮才开始发展。[1]18 世纪欧洲各国步兵的制式武器仍是滑膛火枪,线膛枪虽在 18 世纪初已经出现,但直到 19 世纪中叶米涅弹把线膛枪的装填速度提高到与滑膛枪相当之后才普及。
19 世纪中叶以前,火炮也全部是滑膛前装炮,发射球形弹丸、从炮口装填;由于弹丸与炮膛弥合不严,燃气外泄使推力下降,射程较近、精度较差。线膛炮出现后,滑膛炮基本被取代,但用尾翼弹同样能提高命中率,而且加工尾翼比在身管内刻膛线容易。[1]在英国,惠特沃思(Joseph Whitworth)与阿姆斯特朗(William Armstrong)于 1855 年为线膛火炮申请了专利;美国则在南北战争期间逐步换装线膛枪炮,但重型岸防滑膛炮一直使用到 1900 年。
20 世纪 60 年代以后,为对付复合装甲,出现了以钨或铀为弹芯的次口径长杆式尾翼稳定脱壳穿甲弹,滑膛身管随之重新广泛使用,坦克炮与无后坐力炮多改用滑膛结构。[1]苏联是较早复活滑膛炮的国家,其 1962 年定型的T-62 主战坦克装备 115 毫米滑膛炮,配用弹翼稳定的炮弹。[2]
应用
在地面武器上,现代主战坦克普遍采用 120 毫米或 125 毫米级滑膛炮,常见型号包括德国莱茵金属的 Rh-120 系列、美国的 M256 系列,以及苏联与俄罗斯的 2A46、2A82 系列。选用滑膛的一个直接原因是高爆反坦克弹的金属射流若经线膛炮发射会因弹丸自旋而耗散,削弱破甲效果。[2]
迫击炮与无后坐力炮是另一大类应用。迫击炮的炮弹需从炮口自由落入膛内,不能与膛壁过紧配合,光滑身管是必要条件,炮弹靠尾翼稳定;37 毫米防暴枪等发射橡皮弹、催泪弹的近距武器同样采用滑膛,因为此类场景对精度要求不高。
在轻武器领域,大多数霰弹枪为滑膛,若改用线膛身管,离心力会使弹丸形成外圈密、中心疏的环形散布,不利于远距离上保持密集弹着;部分水下手枪、水下步枪也采用滑膛身管并发射箭形弹,以减少水中行进阻力。此外,滑膛还可发射以火炮为发射平台的制导导弹,例如以色列的拉哈特(LAHAT)反坦克导弹即由滑膛炮管发射。[2]
局限
滑膛不具备赋予弹丸自旋的能力,无法发射依靠旋转稳定的普通弹头,弹道稳定必须另设措施,这使弹药结构更复杂,也在一定程度上增加了成本。[1]仅靠尾翼稳定的炮弹更易受横风等外界因素影响,远距离射击精度通常不及线膛炮。
滑膛的另一代价出现在早期历史上:弹丸与膛壁密合不良会造成火药燃气外泄,推力减小,射程随之变短;这一问题直到近代弹膛密合工艺进步才得到缓解。[2]因此滑膛与线膛各有适用范围,并不存在一种构造全面替代另一种的情形。[1]