思海+谭乐

舰炮这种传统的海军武器自14世纪装备海军以来，曾经很长一段时间内都是海军舰艇主战武器装备。即使在导弹化大行其道的今天，它凭借着高可靠性和持续性火力投送打击能力，依然是现代水面作战舰艇不可或缺的的武器装备。近日，随着我国新型驱逐舰052D级的首舰172号“昆明舰”的服役，舰上搭载的众多我国自行研制的各种新型装备让人倍感欢欣鼓舞。而舰上最新装备的主炮，其威武雄壮的外形也引起人们的极大关注。这就是我国海军发展的全新一代大口径舰炮——新型单管130毫米舰炮武器系统。

该型舰炮是我国自行研制和生产的新一代大口径舰炮，它是在海军推进舰炮口径逐渐统一到130毫米、75毫米及30毫米的指导思想下的产物之一。新型单管130毫米舰炮武器系统的研制成功，使我国大口径舰炮水平跻入了世界先进行列。由于研制的时间紧、任务重，再加上我国在舰炮研制领域的某些薄弱环节，促使该型舰炮在机械上有一部分借鉴了俄制AK-130型双管130毫米舰炮的设计，并改进了弹仓和供弹系统的设计，机电部分则采用国内全新设计，并重新设计了炮塔，加长了炮管。该型舰炮射程远，发射常规炮弹时最大射程29.5千米;射击精度高，射速快，最大射速可以达到40发/分左右;同时还具有自动化程度和信息化程度高等优点。该炮不仅能够发射海军常规130毫米炮弹，还能兼容发射次口径炮弹，并具有炮射导弹能力，能够打击超过100千米以上目标，具有防空拦截、对海火力打击和对陆火力支援的能力。新型单管130毫米舰炮的出现标志着100毫米舰炮已经在中国海军的研制和发展谱系中消失了，后者将随着新型大口径舰炮的服役而逐步退出中国海军的舰炮装备行列。

新型单管130毫米舰炮服役以来，人们每当看见它，目光总会聚集在其炮口前端所采用的炮口制退器上，这在中国海军以往装备大中口径舰炮中确实比较罕见。诚然，新型单管130毫米舰炮虽然是我国海军自行研制大中口径舰炮中第一种采用炮口制退器的舰炮，然而在国际上，炮口制退器却是各国海军采取减少舰炮后坐力的通行措施之一，并在各国海军的各种口径舰炮上得到广泛应用。比较常见如：俄罗斯在研的A192M型单管130毫米舰炮、意大利奥托127毫米单管舰炮、英国MK8型114毫米舰炮、意大利奥托·梅莱拉紧凑型76毫米/62单管舰炮、瑞典博福斯海特里尼蒂40毫米舰炮、瑞士厄利空GBM-B1Z型25毫米舰炮、西班牙梅罗卡20毫米多管舰炮、意大利OE/OTO35毫米毫米舰炮等等，连美国也有一款意大利授权生产的Mk75型76毫米舰炮。

众所周知，炮口制退器是火炮上的一种反后坐力的膛口装置，它主要是通过控制后效期的火药气体的流量、方向及速度，将火药燃气的部分动能通过制退器传递给火炮的后坐部分，从而对炮身提供一个制推力，减少炮膛合力的总冲量，继而减少火炮的动能和火炮架体的射击载荷，缩短后坐行程。通过有无炮口制退器的舰炮射击时的对比，很明显就可以发现两者之间射击时的炮口射流明显不同。没有炮口制退器的舰炮射击时，炮口射流可被近似地看成是一个球心运动的球形冲击波，并具有明显的方向性。而有炮口制退器的舰炮射击时，炮口射流明显分为两部分，一部分火药气流通过炮口制退器分流并改变方向，舰炮膛口向前喷出的火药气流明显减少，也就减少了其对舰炮本身的反作用力。另外，炮口制退器的侧孔向后喷出的火药气流又给了舰炮一个与后坐力方向相反的力，从而达到制退效果。

使用炮口制退器的主要作用有两点：第一、减小后坐动能。在后坐部分质量及后坐长度不变时，减小后坐动能可以减小射击时的后坐力，从而减小炮架尺寸，减小火炮质量;在后坐质量和后坐力一定时，则缩短后坐长度，这样能使火炮设计得更加紧凑。第二，便于将不同威力炮身安装到相同炮架上。从力学角度讲，要在同一炮架上安装不同威力的炮身，只需保证不同炮身的后坐动能相等就可以了。而这两点恰恰就是新型单管130毫米舰炮采用炮口制退器的原因。

首先，新型单管130毫米舰炮是在机械上部分借鉴了俄制AK-130型舰炮的原理设计，加长了炮管。换句话说，它的反后坐力装置基本沿用俄制AK-130型舰炮的设计。加长了炮管的目的是为了提高初速，从而增加射程。通常来说，提高射程的手段主要有两种，一提高火炮初速，二减小弹丸阻力。但是为了战备和简化后勤的需要，一般很少改动弹丸。因此在弹丸阻力一定的情况下，提高射程就只能通过增加火炮初速来实现。

从内弹道学原理我们得知，火炮射程和初速可以通过以下两种手段得到提高：一是增大发射药装药量，也就是增加弹丸发射时火药能量;二是延长身管长度，增加弹丸被火药燃气加速的时间。但是，火炮药室容积（影响装药量的主要参数）并不是可以随意选择的。通常情况下，军工科研人员在设计一种火炮时，会首先根据预先制定的火炮性能指标所给出的口径、弹重、初速等初始条件，选取适当的最大膛压、药室扩大系数和火药品种，以此为起点计算出火炮所需要的装药量。一旦设计人员确定了合理的药室容积，除非出现特殊情况，否则这个参数在火炮的整个发展和改进周期中都将固定不变。因为一旦药室容积发生变化，就意味着整个弹药系统结构都要重新设计，这是火炮设计人员所不能接受的。与之相对应的是，火炮身管长度发生改变对弹药的影响很小。由于新型单管130毫米舰炮是在俄制AK-130型双管130毫米舰炮的基础上发展而来，所以我们可以近似的认为其装药量和弹丸基本保持不变。那么为了提高射程，加长炮管就成了唯一选择。为此，新型单管130毫米舰炮采用了加长的70倍口径身管，这几乎达到了该口径身管的极限。有资料称，新型单管130毫米舰炮采用了70倍口径身管后，发射新型精确制导弹药时，炮口动能是原有该口径舰炮的150%，而后坐力则相应比原来增加了40%。因此，要在同一炮架上安装不同威力的炮身，保证不同炮身的后坐动能相等，采用炮口制退器也就顺理成章了。

其次是减重和火炮设计紧凑化的需要。俄制AK-130型双管130毫米舰炮系统全重94吨，座圈开口直径比较大，适装性比较差，只能装备7000～8000吨级以上军舰。而新型单管130毫米舰炮为了实现减重的目的，提高适装性，把全重降到50吨左右，以实现在5000吨级以上水面舰艇装备的目标，不但大量采用铝合金，炮塔外壳材料改为玻璃钢，还取消一路供弹链，减少弹仓容量。这样就带来的一个矛盾：70倍口径的身管带来了后坐力则相应增加了，舰炮全重却比原来减少了将近一半。在这种情况下，怎么能保证舰炮炮架和甲板有足够的结构强度去承受后坐力呢？要知道，舰炮的后坐动能主要是由舰炮的反后坐力装置和自身的质量所缓冲的，而不是直接传递到甲板上，否则陆地发射试验时，强大的后坐动能就能直接让舰炮发生解体。因此，在舰炮的反后坐力装置不发生大的改变的情况下，要达到减重要求，并且保证驻退机、耳轴、上架、座圈、甲板等有足够强度，减小后坐动能就成了唯一出路。只有减小射击时的后坐力，才能减小炮架尺寸，减小火炮质量的同时保证有足够的结构强度，炮口制退器的采用也就成了必然。同理，要使火炮设计得更加紧凑，缩短后坐行程也是紧凑化设计的关键之一。endprint

舰炮加装炮口制退器对保持船舶的稳性及提高射击精度也有积极意义。我们知道，052D级驱逐舰是从052C级驱逐舰升级发展起来的，基本上继承了后者的船体结构，排水量增加不大。换句话说，就是其船舶稳性基本变化不大。所谓的船舶稳性指的是受外力作用发生倾斜，当外力消失后能够自行回复到原来平衡位置的能力。当舰炮射击时，必然对会对船舶施加一个倾斜的力矩，破坏船舶的平衡状态。而使船舶回复到原来平衡位置的是复原力矩，它与舰船的排水量、重心和浮心有密切联系。因此，舰炮重量的大小和射击时后坐力的大小对于船舶的稳性有重要影响。通俗来说，舰炮重量过大，会引起舰船的排水量、重心的变化，影响船舶稳性。舰炮射击时产生的后坐力则会造成舰船的摇摆。当后坐力过大造成船体摇摆过大时，不但严重影响射击精度，甚至会造成船体的倾覆。加装炮口制退器后，舰炮射击时产生的后坐力减少，舰船的摇摆幅度随之减少，射击精度也随之提高。

另外，加装炮口制退器的好处之一就是可以去掉炮管外冷却水套筒，达到力矩的平衡的效果。炮管外冷却水系统一般的作用是降低身管外壁的温度，由于热传导速度的影响，它对于身管内膛的温度降低和身管寿命影响有限。加装炮口制退器后，由于有一个后向的冲击波，带走身管周围的热空气，同时周围冷空气补充过来，如此形成一个空气循环，降低身管周围温度。这样虽然比使用炮管外冷却水系统效果要差很多，但是加装炮口制退器却可以起到节省身管重量作用，平衡了起落部分的重量力矩，减少了身管的弯曲变形和射击时的炮口振动，达到提高精度的目的。

最后是加装炮口制退器对射速的影响。舰炮加装炮口制退器后，其后坐行程相应缩短，后坐时间也会相应的减少，这对于减少火炮的复位时间有显著效果，因此也就能够提高舰炮的射速。

按作用原理，我们一般可以把炮口制退器分为：冲击式炮口制退器、反作用式炮口制退器和冲击-反作用式炮口制退器。

冲击式炮口制退器：该类型炮口制退器的结构特点是腔室直径较大，两侧具有大面积侧孔，前方带有一定角度的反射挡板。

反作用式炮口制退器：该类型炮口制退器的结构特点是腔室直径很小，没有或只有很小的前反射挡板，侧孔多排布置，为保证较好地膨胀，有时将侧孔加工成扩张喷管状。

冲击一反作用式炮口制退器：这类型炮口制退器的结构特点是具有较大直径的腔室和分散的圆形或条形侧孔。

那么，新型单管130毫米舰炮采用的是哪一种炮口制退器呢？通过仔细观察新型单管130毫米舰炮的炮口制退器外形，我们很容易就可以发现它采用的是4室制的冲击式炮口制退器。这是因为新型单管130毫米舰炮本质上是属于加农炮，其弹道比较平伸，采用冲击式炮口制退器的制退效果比较好。再加上我国在加农炮上使用冲击式炮口制退器的经验比较丰富，所以采用这种形式的炮口制退器是明智的选择。

冲击式炮口制退器的工作原理是：弹丸发射出炮口后，高压的火药燃气进入炮口制退器并沿炮膛轴线膨胀加速形成高速气流，气流的大部分冲击制退器的前壁的挡气板，气流方向改变后从侧孔向后方排出。这种冲击力赋予后坐部分向前的冲量，从而产生制退力来减少后坐力。

虽然使用炮口制退器有诸多优点，但是仍然不可避免地带来许多负面效应。首先，增加了炮口冲击波的强度，发射炮弹时炮口焰和噪音，这是使用炮口制退器的最主要缺点;其次，增加了身管的额外重量，增加平衡机的负担;再者，增加了身管的弯曲变形，使炮口发射容易发生振动，影响射击精度;另外，减少后坐力发生的时间比较晚，在弹丸发射出炮口才起作用。

这里不得不着重提一下的是炮口冲击波的危害。冲击波的杀伤作用主要是由冲击波超压和冲击波作用时间来决定的。冲击波超压就是冲击波压强与空气静止时的气压（l个大气压）的压强差;冲击波作用时间就是冲击波超压所维持的时间。当冲击波超压为0.1大气压时，就会引致门窗损坏、玻璃破碎;超压为0.5大气压时，能使屋顶掀盖;超压为1大气压时，会造成房屋倒塌。0.1大气压的超压相当于每平方厘米受0.1千克的力，当它作用在长、宽各1米的面积上时，受力竟达1000千克。虽然这个力的作用时间很短，但这么大的冲击力仍能产生相当可观的破坏作用。尤其对于人体而言，冲击波超压为0.5大气压时，人的耳膜破裂，内脏受伤;超压为1大气压时，作用于人体整个躯干的力可达4～5千千克。在这么大的冲击力挤压下，人体内脏器官会严重损伤，可造成肺、肝、脾、肾等内脏器官破裂，甚至导致人员直接死亡。

由此可见，炮口冲击波不但可以造成舰载设备的损坏，还可以造成炮口附近的人员的伤害，尤其是对密封和半密封条件下的人员的伤害更大。因此，这就决定了炮口制退器的制退效率不能无限提高，必须在提高制退效率和减轻炮口冲击波的强度之间找到一个平衡点。

那么，新型单管130毫米舰炮采用的炮口制退器通过什么方法来减少炮口冲击波的危害呢？要寻找答案，我们就必须把目光重新聚焦到新型单管130毫米舰炮的炮口上。我们细心观察就会发现，在该炮口制退器上的第一对侧孔的前壁上没有挡气板，而我们通过对冲击式炮口制退器的工作原理的分析就可以得出这样的结论：该出气口的气流对舰炮本身的作用力近似地认为是不发生作用的。这样做的目的是为了减少火药气体对炮口制退器撞击，对其余侧孔产生的冲击波起到一个缓冲作用，减少炮口制退器产生的向后冲击波对舰上设备和人员的伤害。而且这对侧孔的的开口必须有个比较大的倾角，一般达到75°～80°左右。这样才能起到缓冲的作用。

减少炮口制退器产生的向后冲击波的危害方面，根据炮口冲击波形成的机理和流场特征，我们还可以采用这样的办法：让火药燃气在制退器内尽量充分膨胀，减轻侧孔喷口气流压力;分散侧孔高压燃气气流，降低火药最大瞬间秒流量。我们再仔细观察新型单管130毫米舰炮的炮口制退器，就会发现它不是一个均匀圆柱体，而是中央弹孔出口处最宽，逐渐向炮口缩小的圆锥体结构。这种结构的目的就是为了让火药燃气在制退器内尽量充分膨胀，减轻侧孔喷口气流压力。由于中央弹孔的腔室体积逐渐增大，腔室气流向后流通通畅，气孔侧孔秒流量减少，制退器效率下降，产生的向后冲击波的强度减少，危害减轻。

通过上述分析，我们可以得出这样一个结论：基于以俄制AK-130型双管130毫米舰炮系统的原理所设计的反后坐力装置的性能潜力，在我国新型单管130毫米舰炮上可能已经挖掘殆尽，该型舰炮下一步进行改进，将是采用更加高效低害化的炮口制退器。否则，就必须重新设计基于新原理的反后坐力装置，然而这几乎就等于重新设计一门新的舰炮。

（编辑/一翔）endprint