由毛瑟MG213系列看單管轉膛航炮前景

航炮基本概念

與毛瑟MG213系列

航炮按照連發射擊的原理，可分為自動武器和采用外部能源的機械化武器。航空自動武器是依靠產生的火藥氣體實現自動射擊的，按結構原理，又分為滑動機心式和轉膛式，而滑動機心式又分為管退式和氣退式兩種。至于采用外部能源的機械化武器，分為加特林式多管旋轉機炮和鏈式單管航空機炮兩類。

航空機炮的主要性能指標有口徑、射速、彈丸初速、重量和后坐力。它們往往是相互矛盾、相互制約的。一般來說，武器口徑增大會導致射速降低、重量增加和后坐力變大，因此設計時必須全面考慮，選擇較好的折衷方案，過分強調其中任何一方面都會導致武器綜合威力降低。

對空中目標來說，航炮的攻擊對象主要是人員、燃料箱、發動機等敵機薄弱之處，通常有爆破、穿甲和燃燒等破壞方式。而航炮對付的地面目標則種類繁多，如人員等有生力量，也有坦克裝甲車輛等“硬目標”，有必要根據彈藥破壞方式和目標種類，精心選擇航炮口徑。例如，對付有生力量和普通車輛，12.7毫米機槍已能勝任；對付坦克等裝甲目標，甚至30毫米機炮也威力不足。

一戰期間主流空對空武器是7.62~8毫米機槍，當時飛機大都是木材、織物混合結構，很少有防護裝甲，中口徑機槍子彈的殺傷威力已能滿足需要。隨著防彈油箱的普及和飛機結構強度加強，特別是安裝4臺發動機的重型轟炸機出現后，航空機槍的威力漸顯不足，而飛機有效載荷不斷提高，也為裝備重量較大的大威力武器成為可能。

二戰表明，20毫米彈藥是能夠有效引燃新型戰機燃料箱的最小口徑。與此同時，隨著飛機性能提升，攜帶燃料占飛機總重量的比例、油箱占用的飛機內部空間的比例都越來越大，成為飛機毀傷的重要因素。因此，現代航空機炮普遍使用了穿甲燃燒彈、爆破燃燒彈、殺傷燃燒曳光彈和殺傷爆破燃燒彈等具備有燃燒效應的彈藥，燃燒效應主要是令飛機起火甚至爆炸，爆破效應則主要用于破壞飛機結構設備和殺傷人員。

1951年美國《航空時代》雜志認為，擊落一架戰機所需要的12.7毫米機槍彈藥已經可以把后勤壓垮，根據飛機裝甲和蒙皮受力結構分析，甚至20毫米機炮也將威力不足。1952年，長期將12.7毫米機槍作為戰機制式裝備的美國終于承認“20毫米以下的武器彈藥對機身結構的破壞效果很小”。

在機炮面前，轟炸機的生存力強于戰斗機，也就是說，攻擊轟炸機需要使用口徑更大的航炮。二戰末期德國空軍經驗表明，擊落一架四發重型轟炸機至少需命中4發30毫米炮彈。二戰初期，德國空軍機載武器主要是7.92毫米MG15、MG17機槍和13毫米MG131機槍，以及20毫米厄利空MG-FF機炮，但很快1942年規定20毫米是空戰武器的最小口徑，為了攻擊重型轟炸機，除了為戰機加裝火控雷達，還先后研制了16種20毫米以上的大口徑航空機炮。例如，二戰末期裝備的世界首款實用化噴氣式戰斗機Me262就在機頭安裝有4門30毫米MK108機炮，對空火力不可小覷。但德國空軍還是繼續研制更大口徑的航炮，如曾為Me262-1a/U4、Me410A-2/U4和Me410B-2/U4戰斗機安裝了50毫米航炮，并制成了55毫米航炮樣炮。

二戰期間德國戰斗機裝備的航炮主要有20毫米MG-FF、MG151/20以及30毫米MK108，均為傳統的滑動機心式，對付機動能力和防護能力日益增強的盟軍戰機逐漸“力不從心”，尤其需要提高射速，以實現“快速獵殺”。噴氣式戰斗機的速度大幅提升，空戰用于跟蹤瞄準的時間短暫，故提高射速和增大口徑變得同等重要。1942~1943年冬季，德國毛瑟公司在世界上率先研制成功單管轉膛炮，即20毫米MG213A航炮，理論射速幾乎是20毫米MG151航炮的兩倍，1944年又制造出30毫米MG213C單管轉膛炮，由此MG213系列成為當時世界同口徑航炮的“射速冠軍”。

20毫米口徑的MG213A長管型身管長1930毫米，短管型1600毫米，射速1200~1400發/分，初速1050米/秒，炮彈制式為20×146毫米。30毫米口徑的MG213C長管型身管長1630毫米，短管型1300毫米，射速1000~1200發/分，初速530米/秒，炮彈制式為30×146毫米。

與外觀比較簡潔的滑動機心式單管航炮相比，MG213系列單管轉膛炮已經不再是一根炮管附加簡單的進彈裝置，而是在炮尾部分變得比較復雜，明顯特征是一個圓柱狀的可旋轉鼓輪，彈膛就設置在里面。這也是單管轉膛炮與其他類型機炮的最顯著區別。MG213系列的鼓輪內有5條彈膛，但只有處于12點位置的彈膛方能順利擊發炮彈。

與加特林轉管炮不同：單管轉膛炮射擊時炮管不動，由鼓輪旋轉；加特林機炮射擊時炮尾不動，由并列在一起的兩根以上炮管快速旋轉。

MG213系列未能大量投入使用，主要裝機對象包括Me262B、Ta152C-2、Hs129D-2等噴氣式戰機。此外，當時德國正在研制的Me300噴氣式戰斗機、Hs132雙發噴氣式轟炸機、Ju288四發重型轟炸機乃至P.215雙發噴氣式戰斗機、 P.252全天候戰斗機方案均計劃安裝MG213系列。

單管轉膛炮的工作原理

及技戰術優勢

單管轉膛炮在炮尾有一個可以旋轉的鼓輪，其結構與轉輪手槍相似，射擊時火藥氣體帶動鼓輪旋轉，使彈膛依次對準炮管射擊。MG213系列單管轉膛炮的工作原理及步驟如下：

1、炮彈上膛，準備射擊。載機提供的壓縮空氣或燃氣彈作用于炮尾的轉輪和撥彈鏈輪，使之快速旋轉，同時拖動彈帶供彈，上膛的炮彈對準炮管時，準備發射。在發射前的瞬間，整個機構處于安全閉鎖狀態，如果炮彈沒有處于發射位置，或者帶撞針的控制滑塊不在前面位置，安全裝置能使炮彈不被擊發。此時，第一發炮彈處于最上面的彈膛內（即12點鐘位置），與炮管處在同一條直線上，炮彈底火與電打火的發火銷接通。第二發炮彈已經完全被推入鄰近彈膛內，而第三發炮彈已被部分推入第三條彈膛內。滑動導板（簡稱“滑板”）處于最前方，與燃氣作動筒活塞接觸，而托架接點則閉合。

2、滑板后退。當第一發炮彈被擊發后，部分火藥氣體進入燃氣作動筒，推動活塞作用于滑動機構，使其上的滑板在箱形機匣內向后滑動，同時壓縮復進彈簧。滑板一動，托架接點就被切斷了，射擊電路被斷開。當滑板運動到后方時，凸輪桿作用于鼓輪滾柱，使其轉動36度。而在滑板向后滑動時，帶動炮尾的轉輪和撥彈鏈輪旋轉，拖動彈帶，直到第四發炮彈位于裝彈平臺邊緣的適當位置為止。

3、滑板前沖。當第一發炮彈射出后，炮管內的壓力減小，滑板在復進彈簧作用下，開始向前運動。滑板前端的轉向器凸輪與鼓輪滾柱接觸，使鼓輪再度旋轉36度。滾柱還能迫使凸輪桿橫穿過滑板。同時供彈機構把第五發炮彈抽出，通過裝彈平臺放在推彈器前。這時由后推彈器把第四發炮彈從彈帶中退出，并推入下一條彈膛，即部分上膛。而第三發炮彈則由前推彈器引導，完全上膛。接近前沖的終點時，鼓輪滾柱進入前滑板的導槽，防止鼓輪進一步轉動。這時凸輪桿返回到初始位置。第一發炮彈引起的鼓輪旋轉帶動了位于鼓輪側面的拋殼機構，隨著滑板向前運動，拋殼機構由斜面帶動，把第一發炮彈彈殼從彈膛內抽出。在前沖程的終點，第二發炮彈到位，與撞針接通。滑板完全到達前位時，與燃氣作動筒的活塞接觸，而托架開關觸點被閉合。此時若繼續按動射擊按鈕，則射擊電路再次接通，第二發炮彈被擊發，重復上述循環。

如果是連續射擊狀態，當一條彈膛對準炮管時，其前一條彈膛處于拋殼狀態，同時其后兩條彈膛處于裝彈位置，而第五條彈膛則空著，與射擊無關。由此可見，單管轉膛炮最少必須擁有4條彈膛，方能實現快速射擊目的。

最早出現的航空機炮為單管滑動機心式，在二戰末期之前也是惟一可用的中口徑航空機炮。為了對比兩種類型航空機炮的技術優劣，我們不妨簡單看看單管滑動機心式航空機炮的工作流程。

單管滑動機心式航空機炮的主要組成部分有炮管組、機心匣、機心組（相當于“槍栓”）、進彈機構、扣擊等。通過機心組在機心匣中往復運動，自動完成炮彈上膛、鎖膛、擊發、開膛、抽殼、進彈等一系列動作，實現連發射擊。炮彈被擊發后，火藥氣體一方面推動彈丸向前運動，一方面帶動自動機構工作。按其自動機構獲取能量的方式，分為管退式和氣退式兩類，其中管退式又稱身管后坐式，是利用膛底壓力使炮管組連同機心組一起后退，壓縮各自的復進彈簧，彈丸飛出炮口后，膛底壓力消失，炮管在復進彈簧的作用下前沖，但機心組仍在繼續后退，兩者構成相對運動，使鎖膛機開始工作，完成開膛和拋殼工作。前沖的炮管則帶動進彈機構，拉動彈帶，完成進彈工作。當機心組退到最后位置時，扣擊使其短暫停頓，此時一發炮彈正好進入機心頭的抓彈鉤中。扣擊釋放后，機心組在復進彈簧作用下前沖，將炮彈送入彈膛，等機心組的機心座到達最前位時，炮管已經處于靜止狀態，機心組的機心頭繼續向前運動，鎖膛機旋轉鎖膛，開始下一發炮彈的射擊循環。

從以上的對比中不難看出，單管轉膛炮在依次完成三四發炮彈上膛、射擊、拋殼的過程中，滑動機心式單管航空機炮可能還沒有完成一個射擊循環。單管轉膛炮正是由于保證了連續射擊的動作同時進行，實現成倍提高射速。一般考慮滑動機心式單管航炮的最大射速，20毫米機炮為750~850發/分，23毫米為850~1200發/分，30毫米為900發/分（以蘇聯20世紀四五十年代研制的幾種滑動機心式單管航空機炮為例，米格-15使用的NS-23機炮射速只有550發/分，米格-15比斯和米格-17裝備的NR-23機炮射速也不過850發/分）。

MG213系列的影響

現代固定翼戰機和武裝直升機的航炮多為20~30毫米口徑，以空戰為主的型號多裝備20/23毫米機炮，以對地攻擊為主的型號多裝備30毫米機炮。可以說，現代單管航空機炮大多與30毫米毛瑟MG213C機炮有關。

作為二戰中一項很不起眼的“技術遺產”，MG213C無法與德國的導彈、后掠翼技術、噴氣式戰斗機技術對后世的影響相提并論，但其對航炮設計的影響卻是深遠的，一直影響到“陣風”、“臺風”和“鷹獅”三種歐洲三代半戰斗機的航空機炮選擇，而MG213C的直接仿制型號更分布在德、英、法、美和瑞士五國，這些國家都在繳獲的德國MG213C基礎上開始了新型航空機炮的發展，只不過歐美選擇了不同的發展方式——美國更喜歡高射速小口徑機炮，西歐諸國更重視單發炮彈的毀傷效果，這也跟各方航空力量的實力、作戰態勢等息息相關。

1946年春，美國陸軍軍械部把繳獲的MG213C交給伊利諾伊州理工學院裝甲基金會進行分析，先后制造出A、B、C、D四種型號樣炮。朝鮮戰爭促進了其研制工作，1950年底，陸軍軍械部選定M39機炮并進行改進。1952年底，8架F-86F戰斗機換裝這種機炮，在愛德華茲空軍基地完成飛行試驗，隨后便運往朝鮮戰場，進行作戰適應性試驗，效果良好，隨即簽訂大批量生產合同。

英國皇家軍械部開發研究院和皇家輕武器工廠（英文縮寫ADEN，音譯阿登，現為英國皇家宇航軍械部）1946年開始在MG213C基礎上聯合研制阿登機炮。第一種型號射速為1200發/分，取名為阿登Mk1，1953年進入現役，很快取代老式20毫米瑞士伊斯班諾機炮。20世紀40年代末，法國軍械研制局（英文縮寫DEFA，音譯德發，現為法國武器工業集團）在MG213C基礎上開始研制新型航炮，有趣的是，研制工作由曾參與研發MG213C轉膛炮的德國工程師安東#8226;波利策爾領導。德發541型是其第一個型號，預生產型在1951年進入現役。幾乎與英法兩國研制30毫米轉膛炮同時，久負盛名的瑞士厄利空公司也研制成30毫米厄利空302RK轉膛炮。

1971年，德國毛瑟公司開始為“狂風”戰斗轟炸機研制新一代單管轉膛炮，其設計要求是“四高”——高初速、高射速、高精度、高可靠性，還要求各型彈藥的外彈道特性相同，引信在極小彈著角時仍能正常工作等。以MG213C為基礎，同時吸取德發機炮的成功經驗，口徑選定27毫米，空對空射速指標1700發/分，空對地射速指標1000發/分。1976年正式開始研制，1979年進入德國空軍服役，正式定名為毛瑟BK27。

上述衍生機炮的初始型號與MG213C相比，變化最大的當屬M39，不僅縮小了口徑，還修改了結構，將旋轉鼓輪的軸線置于炮管軸線上方，當彈膛旋轉到6點鐘位置時發射炮彈（瑞士厄利空公司改進時也采用了類似方式），同時用主軛架代替原本的鞍形架以擴展彈膛，使飛機安裝得以簡化。除了美國后來將制式航炮改為20毫米加特林機炮外，其他借鑒MG213C的國家仍繼續改進單管轉膛炮。

英國阿登機炮共有Mk1~Mk5等改型，繼Mk1之后，其他分別于1954年、1958年、1960年和70年代末投入使用，實現了最高射速1700發/分（Mk5），并成功向十余個國家出口。20世紀80年代初，鑒于30毫米阿登機炮缺乏繼續發展的潛力，英國皇家宇航軍械部自籌資金研制新一代航空機炮，經過30毫米與25毫米口徑的對比試驗，決定發展后者，1986年開始鑒定試驗，1988年服役，據稱25毫米阿登機炮實現最大射速1650~1850發/分。

法國軍械研制局改進的德發552型于1954年投入生產，性能與英國30毫米阿登Mk4相當。1968年法國開始研制德發553型機炮，主要改進包括：采用鍍鉻炮管，使壽命提高到5000發以上；用鍛造金屬板代替了原來焊接的轉輪擋板；在炮口加裝了燃氣減壓器和偏流裝置，改進了供彈系統，支持左右雙向供彈。德發553型1971年進入現役，同年還用鍍鉻炮管和鍛制轉輪擋板改進了德發552型，即德發552A型。1975年法國開始研制德發554型，1980年前后服役，其活動部件的最大運動速度仍為13米/秒，但原來空著的第五條彈膛也被改進成參與裝彈過程，即由兩級裝彈變成三級裝彈，提高了射速（從德發541型到德發554型，射速從1200發/分提高到1800發/分），炮管壽命也提高到10000發。

為配合“陣風”項目，法國武器工業集團1988年研制了30毫米基亞特30M791單管轉膛航炮（又稱德發791B型），改用7條彈膛和新型電子控制裝置，創造了2500發/分的單管炮射速世界紀錄。

20世紀50年代中期，瑞士厄利空302RK升級為厄利空304RK，彈膛由5條減至4條。50年代末期又改進出厄利孔KCA機炮，口徑與彈膛數沒變，但活動機件更輕，新型發射藥與彈丸重量之比大于2（大多數同口徑航炮彈藥的此項比值為1.5），加之新型彈丸比大多數同口徑航空機炮的彈丸重，因此厄利空KCA具有了1350發/分射速和1030米/秒初速，成為兼顧對空作戰和對地攻擊的優秀武器。

單管轉膛炮的再次裝彈方式分為兩大類：M39、BK27采用預先裝在彈帶上的燃氣彈提供動力，燃氣彈的彈膛轉換和發火由電動控制，無需手動操縱；阿登機炮則通過載機提供壓縮空氣，使轉輪和撥彈鏈輪相應旋轉，完成裝彈；德發機炮不僅為飛行中再次裝彈留有1~2發燃氣彈，而且在起飛后還能進行待發裝彈，如果發生停射，一發燃氣彈就能使機炮自動恢復正常；厄利空304RK備有12發燃氣彈，后續改進的厄利空KCA最初也采用電發火的燃氣彈，后改為由飛機提供壓縮空氣。

前景廣闊

從20世紀50年代以來，M39先后裝備了美國F-86、F-100、F-101、F-5、F-8E戰斗機和B-57轟炸機，另出口到瑞典J-21戰斗機。30毫米阿登機炮曾裝備于英國“褐雨燕”、“蚊蚋”、“標槍”、“獵人”、“閃電”、“鷂”系列戰斗機和“美洲虎”攻擊機、“鷹”高級教練/攻擊機，傳統客戶瑞典也引進裝備了J-32、J-35、J-37戰斗機和薩伯105（Sk60）B/C高級教練機/攻擊機，就連印度也為國產HF-24“風神”選裝此炮。更勝一籌的25毫米阿登機炮主要供英國的“鷂”GR.Mk5使用。BK27目前裝備歐洲“狂風”、“臺風”以及瑞典“鷹獅”使用。瑞士厄利空KCA恐怕是影響力最小的，主要裝備于瑞典J-37戰斗機。

德發系列單管轉膛機炮可謂備受追捧——在法國用于MD450、“神秘”、“超神秘”、“幻影”Ⅲ、“幻影”5/50、“幻影”F.1、“幻影”2000等戰斗機，也裝備了“禿鷹”輕型轟炸機、“超軍旗”艦載機、法國型“美洲虎”攻擊機、“阿爾法噴氣”高級教練機/攻擊機等；出口客戶包括以色列“幼獅”戰斗機及其A-4攻擊機、意大利三款攻擊機（G.91、MB326K、MB339K）、阿根廷“普卡拉”攻擊機和IA-63教練機、西班牙C.101高級教練機、南非“獵豹”戰斗機、巴西AMX攻擊機等，體現了堅持獨立自主的法國國防工業成就。

此外，上述機炮很多都開發了相應的機炮吊艙——意大利馬基30毫米機炮吊艙專門為MB339研制，內裝一門德發552A/553型；法國研制CC420、CC630兩種機炮吊艙，分別裝一門德發552A/553型和兩門德發554型機炮；英國30毫米阿登機炮吊艙主要供“鷂”/“海鷂”、“鷹”使用；BK27機炮吊艙主要裝備德國“阿爾法噴氣”高級教練機/攻擊機。

目前武裝直升機對航炮射速的要求不高，除少數裝備三管加特林式機炮，多用單管滑動機心式航炮或鏈式機炮。盡管美國研發過雙管轉膛航炮，但在生產800多門后就已停產。總體而言，當前固定翼軍用飛機裝備的仍是單管轉膛航炮、雙管滑動機心式航炮、加特林式多管旋轉航炮三者擇一，而單管轉膛航炮必然將繼續發展。