關(guān)于大口徑艦炮技術(shù)發(fā)展的思考

彭松江，張 強(qiáng)，李凡營

(鄭州機(jī)電工程研究所，河南 鄭州 450015)

0 引 言

隨著信息化彈藥技術(shù)的快速發(fā)展，大口徑艦炮被賦予了更多的對(duì)岸火力支援任務(wù)，目前大型驅(qū)逐艦主炮口徑多為127 和130 mm，多個(gè)國家正在積極發(fā)展具備遠(yuǎn)程精確打擊能力的155 mm 艦炮。為了盡快實(shí)現(xiàn)155 mm 艦炮裝備上艦，2002 年，德國提出了模塊化海上火力概念（MONARC）DE 解決方案，在F124 型“漢堡” 號(hào)護(hù)衛(wèi)艦上，用PzH2000 型155 mm 自行火炮炮塔替換了原來的OTO76 艦炮，并進(jìn)行海上試驗(yàn)。

德國PzH2000 火炮系統(tǒng)是世界上最先進(jìn)的陸軍自行火炮，可提供優(yōu)秀的壓制火力，1995 年設(shè)計(jì)定型，1997 年裝備部隊(duì)。采用52 倍口徑的155 mm 火炮，發(fā)射的L15A1 標(biāo)準(zhǔn)炮彈射程30 km，增程彈40 km，尾翼穩(wěn)定制導(dǎo)彈藥60 km（誤差10 m 以內(nèi)）。彈藥儲(chǔ)備量大，存放有60 個(gè)彈丸，在炮塔尾部攜帶67 個(gè)裝藥，每套為6 個(gè)模塊藥，能組成60 發(fā)分裝式炮彈。安裝了自動(dòng)裝彈機(jī)，實(shí)現(xiàn)彈丸自動(dòng)裝填和裝藥半自動(dòng)裝填，射速8 發(fā)/min，行進(jìn)-戰(zhàn)斗轉(zhuǎn)換用時(shí)30 s。

目前德國已放棄自行火炮炮塔上艦原有思路，2016年入列的F125 型護(hù)衛(wèi)艦主炮最終選擇了OTO127 艦炮。PzH2000 自行火炮炮塔上艦現(xiàn)象曾引發(fā)了大口徑艦炮行業(yè)的巨大關(guān)注，由于自行火炮和艦炮在使用方式、使用環(huán)境、設(shè)計(jì)理念的差異，注定了自行火炮炮塔上艦試驗(yàn)后又最終落選的命運(yùn)，但到底如何發(fā)展大口徑艦炮，依舊值得思考。

1 大口徑艦炮與自行火炮的差異分析

隨著科技的發(fā)展，陸軍壓制兵器隊(duì)伍中涌現(xiàn)出了性能優(yōu)異的自行火炮，如PzH2000，M109A6 戰(zhàn)士等，但是作為大口徑火炮的了2 個(gè)分支，大口徑艦炮和陸軍自行火炮武器在使用方式、使用環(huán)境、設(shè)計(jì)特點(diǎn)方面存在著較大的差異。

1.1 使用方式差異

大口徑艦炮作為大中型艦艇主炮，一般一艘艦僅配置1～2 門，單艦武器系統(tǒng)配置集中，通常需要具備多任務(wù)、多功能作戰(zhàn)能力，如對(duì)岸、對(duì)海、兼顧對(duì)空作戰(zhàn)；要求艦炮發(fā)射率、自動(dòng)化程度較高，具有全自動(dòng)供彈裝填功能，甚至為了提高火力強(qiáng)度，出現(xiàn)多管并聯(lián)設(shè)計(jì)；目前還提出了遠(yuǎn)程、超遠(yuǎn)程打擊能力。自行火炮等陸軍武器通常為集群配置數(shù)量較多，統(tǒng)一指揮，集群作戰(zhàn)，單炮的任務(wù)、功能相對(duì)單一，發(fā)射率低，鮮有全自動(dòng)裝填功能。

1.2 使用環(huán)境差異

艦炮作戰(zhàn)時(shí)需要時(shí)刻克服艦船搖擺的附加慣性力和較大的后坐力，要求架體及發(fā)射、供彈結(jié)構(gòu)剛強(qiáng)度較高，對(duì)隨動(dòng)系統(tǒng)功率、精度、耐久性要求較高；艦載武備安裝距離較近，艦炮一般不采用炮口制退器，即使采用也往往效率較低，對(duì)其沖擊波存在安全限制；艦船電磁環(huán)境較為惡劣，武器系統(tǒng)中各子系統(tǒng)的電磁兼容要求較高；海上環(huán)境較為潮濕，鹽霧環(huán)境惡劣，電子元器件、機(jī)械零部件需要有較特殊的三防要求。而一般陸軍自行火炮在作戰(zhàn)使用時(shí)，多為靜止、短停射擊，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不考慮行進(jìn)慣性力的影響；隨動(dòng)系統(tǒng)配置簡單，速度、加速度、功率較小，甚至是僅僅替代人工勞動(dòng)；為實(shí)現(xiàn)輕型化其炮口制退器效率往往過高，沖擊波較強(qiáng)，對(duì)相鄰設(shè)備影響較大；各種設(shè)備陣地配置較為分散，電磁環(huán)境相對(duì)較好，對(duì)防沙塵要求較高，防鹽霧環(huán)境要求不高。

1.3 設(shè)計(jì)特點(diǎn)差異

1）彈藥形式方面

大口徑艦炮彈藥形式多采用定裝藥方式，采用藥筒封裝以適應(yīng)自動(dòng)化供彈、艦上存儲(chǔ)和機(jī)械強(qiáng)度要求的同時(shí)，兼顧了自動(dòng)化設(shè)計(jì)需求。而自行火炮大多采用可變裝藥方式，射擊時(shí)根據(jù)戰(zhàn)術(shù)需要隨時(shí)加減藥包調(diào)節(jié)裝藥量，在不轉(zhuǎn)移陣地的情況下擴(kuò)大射程覆蓋范圍，同時(shí)為提高機(jī)動(dòng)性，采用可燃藥筒、半可燃藥筒，發(fā)展方向?yàn)槿仁侥K裝藥和雙模塊裝藥，對(duì)自動(dòng)化方式限制較多。

2）射速與自動(dòng)化方面

為提高火力密度要求，大口徑艦炮單炮發(fā)射率高，對(duì)供彈裝填自動(dòng)化要求較高；如130，155 口徑要求達(dá)到30，12 發(fā)/min，需要配置高速、全自動(dòng)的供彈系統(tǒng)，是典型的復(fù)雜機(jī)電氣液一體化產(chǎn)品，涉及專業(yè)門類較廣，系統(tǒng)復(fù)雜。陸軍火炮由于強(qiáng)調(diào)火力機(jī)動(dòng)性，自動(dòng)化程度、發(fā)射率均受到重量、空間限制，供彈系統(tǒng)較為簡單，甚至是人工操作，同口徑產(chǎn)品射速僅6～8 發(fā)/min，大多數(shù)155 口徑自行火炮最大射速7～8 發(fā)/min，持續(xù)射速僅4 發(fā)/min。

3）瞄準(zhǔn)隨動(dòng)系統(tǒng)方面

大口徑艦炮為克服艦船搖擺產(chǎn)生的附加慣性力，隨動(dòng)系統(tǒng)往往速度、加速度、功率較大，射角范圍較大，進(jìn)而瞄準(zhǔn)機(jī)、架體等剛強(qiáng)度較大，重量體積較大；自行火炮隨動(dòng)系統(tǒng)功率較小，瞄準(zhǔn)速度、加速度較小，進(jìn)而瞄準(zhǔn)機(jī)、架體等剛強(qiáng)度較小，而其他的牽引火炮甚至沒有隨動(dòng)系統(tǒng)，為人工瞄準(zhǔn)。

4）持續(xù)作戰(zhàn)能力方面

大口徑艦炮要求單炮持續(xù)作戰(zhàn)能力較強(qiáng)，除了隨炮彈鼓、彈鏈平臺(tái)外，在艦炮安裝位置之下，在垂直向下空間內(nèi)配置自動(dòng)化的彈藥儲(chǔ)運(yùn)、補(bǔ)彈裝置，備彈量大（數(shù)以百計(jì)），射擊間歇可快速補(bǔ)充彈藥；一般自行火炮、坦克炮，受安裝平臺(tái)結(jié)構(gòu)限制，往往在炮塔尾部配置小容量彈鼓，并設(shè)置補(bǔ)彈接口，為解決持續(xù)問題，需要配置專用彈藥車，戰(zhàn)斗間隙由專用彈藥車與炮塔對(duì)接，水平轉(zhuǎn)運(yùn)補(bǔ)給彈藥。

綜上分析，由于大口徑艦炮與自行火炮在武器使用方式、使用環(huán)境、設(shè)計(jì)思想的不同，兩類武器產(chǎn)生了較大的差別，直接上艦顯然不符合艦炮發(fā)展需求。

2 大口徑自行火炮炮塔上艦需要的改進(jìn)分析

由于大口徑艦炮與自行火炮的種種差異，即使維持自行火炮炮塔原有的半自動(dòng)裝填方式、發(fā)射率、射程和威力，直接移植上艦仍存在大量的改進(jìn)工作。

2.1 火力系統(tǒng)艦用化改進(jìn)

自行火炮的可變裝藥、可燃藥筒裝藥、模塊裝藥不利于自動(dòng)化程度的提高，艦上供、補(bǔ)彈路線長、速度快，對(duì)彈藥機(jī)械強(qiáng)度要求高，供彈狀態(tài)不可避免夾持、底部沖擊、側(cè)面刮擦，尤其對(duì)可燃藥筒方式極為不利，可變藥筒也需要進(jìn)行定裝藥改造防止裝藥外竄?，F(xiàn)有彈藥體系不能適合海上作戰(zhàn)環(huán)境，如激光半主動(dòng)末制導(dǎo)方式需要解決激光照射問題。

2.2 供彈裝填系統(tǒng)改進(jìn)

雖然維持原有半自動(dòng)裝填方式和發(fā)射率不變，但由于海上工作環(huán)境不存在短停射擊工況，艦炮裝備要求在5 級(jí)海情能使用，9 級(jí)海情不破壞，往往附加慣性力極大，現(xiàn)有自行火炮炮彈供輸、裝填系統(tǒng)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度必須加強(qiáng)，同時(shí)射角實(shí)時(shí)變化條件下供彈裝填的性能、可靠性將面臨極大考驗(yàn)。另外，炮塔后上方排殼，艦面環(huán)境安全將極大限制其火力射界，排殼方式及其通道也應(yīng)適應(yīng)艦用環(huán)境進(jìn)行改變。

2.3 瞄準(zhǔn)隨動(dòng)重新研制

自行火炮原隨動(dòng)速度、加速度較低，當(dāng)艦艇搖擺時(shí)火炮無法保證火力瞄準(zhǔn)線穩(wěn)定，隨動(dòng)系統(tǒng)必須做出重新設(shè)計(jì)，提高性能、功率。同時(shí)由于加速度的增大又使得瞄準(zhǔn)機(jī)和架體剛強(qiáng)度必須同時(shí)隨之增大，并同時(shí)考慮附加慣性力的影響，否則將存在安全性隱患。

2.4 補(bǔ)供彈模式全新規(guī)劃

自行加榴炮炮塔尾部設(shè)置彈倉，自身攜帶彈藥30～60 發(fā)，而軍艦上數(shù)以百計(jì)的大量彈藥存放在甲板以下的多層艙室之中，為保障持續(xù)作戰(zhàn)能力，彈藥補(bǔ)彈路線、補(bǔ)給接口均需要改進(jìn)設(shè)計(jì)，而且需要新研制1 套全自動(dòng)彈藥儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)。

2.5 海上環(huán)境適應(yīng)性改進(jìn)

針對(duì)海上環(huán)境防腐、防潮、防水、防浪、隱身性設(shè)計(jì)等方面，自行火炮需要按照海上使用需求進(jìn)行改進(jìn)，并且在使用、維護(hù)、維修方面根據(jù)海軍特點(diǎn)進(jìn)行保障性設(shè)計(jì)改進(jìn)。

自行火炮炮塔上艦所需的改進(jìn)工作量極大，效費(fèi)比較低。自行火炮炮塔上艦即使保持發(fā)射率等主要指標(biāo)不進(jìn)行提高，也需要做出較大的改進(jìn)，工作量與新研一門大口徑艦炮相差無幾，并需要重新進(jìn)行試驗(yàn)考核，資金投入仍然較大，風(fēng)險(xiǎn)較高，效費(fèi)比較低。

3 大口徑艦炮技術(shù)發(fā)展建議

現(xiàn)代大口徑艦炮正朝遠(yuǎn)程精確打擊、多彈種、模塊化、輕型化方向發(fā)展，自行火炮炮塔雖然具備以上的部分特點(diǎn)，但艦炮研制絕不能是簡單地從自行火炮上 “拿來”。艦炮研制需要從信息化條件下的作戰(zhàn)使用出發(fā)，從作戰(zhàn)使用、保障、補(bǔ)給的需求論證出發(fā)，從艦船總體一體化設(shè)計(jì)的大局出發(fā)，貫徹系統(tǒng)工程方法，開展頂層設(shè)計(jì)，走協(xié)調(diào)發(fā)展的大口徑艦炮發(fā)展道路，提出4 點(diǎn)技術(shù)發(fā)展建議。

3.1 信息化牽引

以信息化作戰(zhàn)為牽引，科學(xué)規(guī)劃兼容發(fā)射多型精確制導(dǎo)彈藥的火力系統(tǒng)技術(shù)體系，形成兼具偵察、指示、信息傳輸、精確打擊、毀傷評(píng)估等功能的信息化作戰(zhàn)能力；為提高遠(yuǎn)程精確打擊能力，突破原有藥室容積對(duì)彈藥發(fā)展的桎梏，構(gòu)建艦炮大藥室結(jié)構(gòu)體系，建立艦用發(fā)射藥定裝藥筒結(jié)構(gòu)，兼容發(fā)射現(xiàn)有陸軍彈丸，為提高超遠(yuǎn)程打擊提供優(yōu)勢(shì)基礎(chǔ)。

3.2 一體化規(guī)劃

從艦艇的總體視角審視未來信息化條件下的編隊(duì)作戰(zhàn)場景，對(duì)大口徑艦炮發(fā)射、供彈、儲(chǔ)運(yùn)和補(bǔ)給的全流程進(jìn)行梳理和頂層規(guī)劃，著眼于智能化、信息化艦炮發(fā)展方向，形成發(fā)供儲(chǔ)補(bǔ)的一體化艦炮總體構(gòu)架；確定通用化標(biāo)準(zhǔn)彈藥模塊，完善補(bǔ)給、轉(zhuǎn)運(yùn)、保障、測(cè)試接口設(shè)計(jì)；與艦艇共同進(jìn)行一體化隱身設(shè)計(jì)，簡化上部裝備外露部分設(shè)計(jì)。

3.3 簡約化發(fā)展

圍繞 “遠(yuǎn)程精確+高可靠性” 構(gòu)建指標(biāo)體系，簡約化發(fā)展，轉(zhuǎn)變高射速的常規(guī)彈藥密集打擊模式，向中低射速的遠(yuǎn)程精確打擊模式過渡，從 “打得快” 轉(zhuǎn)向“打得遠(yuǎn)、打得準(zhǔn)、打得穩(wěn)” 轉(zhuǎn)變，降低發(fā)射率，提高可靠性，加強(qiáng)保障性，簡化供彈路線，實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)簡潔化、緊湊化，也為艦炮結(jié)構(gòu)輕型化設(shè)計(jì)創(chuàng)造條件。

3.4 模塊化設(shè)計(jì)

加強(qiáng)大口徑艦炮模塊化頂層設(shè)計(jì)，確立基礎(chǔ)模塊分級(jí)配置策略和模塊化接口技術(shù)規(guī)范，形成大口徑艦炮發(fā)射平臺(tái)的系列化通用構(gòu)架，為總體系列化發(fā)展進(jìn)行頂層設(shè)計(jì)，為裝備全壽命周期的使用、保障和升級(jí)改造奠定模塊化構(gòu)架基礎(chǔ)。

4 結(jié) 語

大口徑艦炮是基于海軍作戰(zhàn)的任務(wù)使命、使用形式、使用環(huán)境而發(fā)展形成的火炮產(chǎn)品，其設(shè)計(jì)思想和特點(diǎn)早已深深地扎根落地，并且隨著信息化彈藥技術(shù)的發(fā)展，又會(huì)呈現(xiàn)出新的發(fā)展需求和時(shí)代特征，大口徑艦炮裝備的研制絕不能簡單地從自行火炮炮塔上“拿來”，而要根據(jù)其在信息化作戰(zhàn)場景下的任務(wù)需求，從頂層角度科學(xué)規(guī)劃、與時(shí)俱進(jìn)、特色前行。