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炮口的秘密——浅析52D级驱逐舰主炮采用炮口制退器的原因

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发表于 2014-8-10 23:22 | 只看该作者回帖奖励

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随着我国新型驱逐舰052D级的首舰172号“昆明舰”的服役，我国新一代大口径舰炮H/PJ-38型单管130毫米舰炮也进入了人们的视野。该型舰炮是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，改进了弹仓和供弹系统，机电采用国内全新设计，并重新设计了炮塔，加长了炮管。具有射程远（发射常规炮弹时最大射程29.5km），精度高，射速快(40-45发/分)，自动化程度和信息化程度高等优点，不但能够发射海军常规130mm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公里以上目标。具有防空，对海火力打击和对陆火力支援的能力。

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2014-8-10 22:50 上传

服役以来部分军迷对它褒贬不一，焦点主要集中在H/PJ-38型单管130毫米舰炮采用的炮口制退器上，认为这是落后的标志。确实H/PJ-38型单管130毫米舰炮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常见手段之一，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A192M型单管130毫米舰炮，意大利OTO127毫米单管舰炮，英国MK8型114毫米舰炮，意大利OTO紧凑型76/62单管舰炮，瑞典博福斯海特里尼蒂40mm舰炮，瑞士厄利空GBM-B1Z型25mm舰炮，西班牙梅罗卡20mm多管舰炮，意大利OE/OTO35mm毫米舰炮等等，连美国也有一款仿制意大利的OTO76mm舰炮的MK75型。

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2014-8-10 22:51 上传

日本金刚级驱逐舰上采用的OTO127/56舰炮

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2014-8-10 22:54 上传

英国的MK8型114mm舰炮，不但有炮口制退器、还有炮管中部的抽气装置

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2014-8-10 22:58 上传

南森级护卫舰装备的奥托•梅莱拉76mm舰炮

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2014-8-10 23:00 上传

美海军装备的MK75型舰炮

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。我们可以通过下面几张图片直接感受有无炮口制退器的舰炮射击时的异同。

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2014-8-10 23:01 上传

H/PJ33A型双100毫米舰炮发射

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2014-8-10 23:03 上传

美国海军MK45型舰炮发射

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意大利OTO127/56毫米单管舰炮

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2014-8-10 23:04 上传

美国海军MK75型舰炮发射

   通过以上对比，我们首先就可以发现两者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的反作用力。炮口制退器的侧孔向后喷出的火药气流有给了舰炮一个与后坐力方向相反的力，从而达到制退的效果。

   下面我们分别看它们的流场示意图和压力等值线图

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2014-8-10 23:05 上传

无炮口制退器流场示意图

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2014-8-10 23:07 上传

有炮口制退器流场示意图

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2014-8-10 23:08 上传

   使用炮口制退器的主要优点有两点:第一、减小后坐动能。在后座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H/PJ-38型单管130毫米舰炮采用炮口制退器的原因。

   首先H/PJ-38型单管130毫米舰炮是在机械上有一部分借鉴了俄制AK-130型舰炮的设计，加长了炮管。换句话说它的反后坐力装置是基本沿用俄制AK-130型舰炮的设计。加长了炮管目的是为了提高初速，提高初速就是提高射程。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。所以在装药量和弹丸不变的情况下，H/PJ-38型单管130毫米舰炮为了提高射程，加长炮管就成了唯一选择。为此，H/PJ-38型单管130毫米舰炮采用了70倍口径的身管，这几乎达到了该口径身管的极限。有资料称H/PJ-38型单管130毫米舰炮采用了70倍口径的身管后，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。大家都知道俄制AK-130型双管130毫米舰炮系统全重94吨，适装性比较差，只能装备在7000-8000吨级以上军舰，而H/PJ-38型单管130毫米舰炮为了达到减重的目的，提高适装性，把全重降到50吨左右，以实现在5000吨级军舰上装备的目标，不但大量采用铝合金，炮塔外壳材料改为玻璃钢，取消一路供弹链，减少弹仓容量。这样就带来了一个矛盾，70倍口径的身管带来了后坐力则相应比原来增加了40%。舰炮全重却比原来减少了一半。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。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。

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2014-8-10 23:08 上传

俄制AK-130型双管130毫米舰炮系统

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，降低身管温度。这样虽然比使用炮管外冷却水系统效果要差一些，但是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，减少了射击时的炮口振动。达到提高精度的目的。

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2014-8-10 23:16 上传

最初的样炮

最后就是加装炮口制退器对射速的影响。在舰炮加装炮口制退器后，其后坐行程的缩短，后坐时间的减少，对于火炮的复位时间减少有显著效果，因此也就能够提高舰炮的射速。

按炮口制退器作用原理，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一反作用式炮口制退器。那么H/PJ-38型单管130毫米舰炮采用的是哪一种炮口制退器呢？

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2014-8-10 23:17 上传

冲击式炮口制退器的线图

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2014-8-10 23:17 上传

反作用式炮口制退器

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2014-8-10 23:18 上传

冲击一反作用式炮口制退器

通过仔细观察H/PJ-38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H/PJ-38型单管130毫米舰炮本质上是属于加农炮，它的弹道比较平伸，采用冲击式炮口制退器的制退效果比较好，结构比较简单，加农炮一般大都采用冲击式炮口制退器。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，所以就采用了这种形式的炮口制退器。

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2014-8-10 23:19 上传

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反射面，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。

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2014-8-10 23:19 上传

冲击式炮口制退器的工作原理图

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2014-8-10 23:20 上传

冲击式炮口制退器的内部结构

   虽然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：1.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。2.增加身管的额外重量，增加平衡机的负担。3.增加身管的弯曲变形，使炮口发射容易发生振动，影响射击精度。4.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公斤的力，当它作用在长、宽各1米的玻璃窗上时，受力竟达1000公斤，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。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，作用在人体整个躯干的力可达4－5千公斤，在这么大的冲击力挤压下。人体内脏器官严重损伤，可会造成肺、肝、脾破裂，甚至导致人员死亡。

   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H/PJ-38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H/PJ-38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，该出气口的气流对舰炮本身的作用力近拟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。

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驱逐舰, 秘密

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沙发

楼主| 发表于 2014-8-10 23:36 | 只看该作者

感谢大师加精

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板凳

发表于 2014-8-10 23:50 | 只看该作者

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地板

发表于 2014-8-10 23:51 | 只看该作者

长知识

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5¹

发表于 2014-8-10 23:52 | 只看该作者

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6¹

发表于 2014-8-11 00:03 | 只看该作者

炮口的秘密——浅析52D级驱逐舰主炮采用炮口制退器的原因 <9273字> (atvbtvyhz) 2014-8-10 23:22

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7¹

发表于 2014-8-11 00:05 | 只看该作者

好科普

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8¹

发表于 2014-8-11 00:12 | 只看该作者

我看到一个自相矛盾的结论。既然说身管长度增加了，炮口动能增大50%，可为啥最后的射程还是跟AK130一样呢？

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9¹

发表于 2014-8-11 00:15 | 只看该作者

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10¹

楼主| 发表于 2014-8-11 00:27 | 只看该作者

AK130最大有效射程20KM。

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11¹

发表于 2014-8-11 00:28 | 只看该作者

你那都什么资料？AK130射程就是29

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12¹

楼主| 发表于 2014-8-11 00:31 | 只看该作者

你的是百度数据，最大有效射程和最大射程是有区别的。

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13¹

发表于 2014-8-11 00:41 | 只看该作者

我查了下国内AK130舰炮弹药外弹道反设计资料。射程都大于20

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14¹

发表于 2014-8-11 00:42 | 只看该作者

至于PJ38，身管倍径肯定没有70，是一个小得多的数字

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15¹

发表于 2014-8-11 00:44 | 只看该作者

某种原因的炮口动能增加并非由于身管变化原因。那来自某特种弹药

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16¹

发表于 2014-8-11 01:00 | 只看该作者

好文，鼓励下

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17¹

发表于 2014-8-11 02:05 | 只看该作者

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18¹

发表于 2014-8-11 02:11 | 只看该作者

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19¹

楼主| 发表于 2014-8-11 02:15 | 只看该作者

这个说法最早见于P3大师，我查了一下资料，最初的设计是加长到8060mill，62倍口径身管，未采用炮口制退器情况下，最终定型应该是70倍。

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20¹

楼主| 发表于 2014-8-11 02:38 | 只看该作者

炮口动能大小决定于弹丸重量，初速和射速三者的比例关系，特种弹的弹丸再重，也不可能重到50%吧。只有炮管加长，初速提高，射速有所增加，加上弹丸重量才能达到这样的数值。

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