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一些題外話

兄弟們大家好，我是北斗艦隊安和，作為對二戰(zhàn)海軍充滿好奇的軍迷之一，我對海軍相關(guān)的技術(shù)略有涉獵。這篇文章是我近代海軍炮彈發(fā)展的的一個部分，主要介紹炮彈火藥的變遷，希望大家多多支持

（三）炮彈結(jié)構(gòu)形式的發(fā)展變遷

1.近代各國海軍所采用的彈丸

（見下表）

通常而言，彈丸重量越大，其體積也就越大，即是說，重量與彈體直徑的立方成正比。單憑經(jīng)驗判斷，典型的彈丸重量約為其直徑（英寸）立方的一半(磅)，因此，1枚較典型的10英寸彈丸，其重量約為500磅。一戰(zhàn)及二戰(zhàn)期間，各國海軍所使用的大口徑彈丸的基本種類以及重量，可由上表得知。

在彈丸的外形方面，各國炮彈基本都采用流線型的錐體，但也經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn)發(fā)現(xiàn)彈頭鼻部彎曲的部分越長，彈丸的空氣動力學(xué)性能越好。而且其重量占整個彈丸的重量比例很小。其鼻部曲率（就是一個數(shù)據(jù)而已）典型地可能彈體直徑表示，表達為crh,即彈頭蛋形部曲率半徑，此值越大，彈丸所受空氣阻力越小。

英國皇家海軍在一戰(zhàn)前所使用的各型艦炮彈丸的crh普遍在2~4之間，1908年時統(tǒng)一采用4crh的彈丸，以減少阻力，從而提升射程。

2.炮彈的重量與速度之爭

為使射出的彈丸輸出特定能量，設(shè)計師們往往需要在火炮的初速及發(fā)射彈丸的重量之問進行平衡。一門火炮，要實現(xiàn)其穿透裝甲的目標(biāo)，最為關(guān)鍵的就是彈丸命中目標(biāo)時所保有的速度。根據(jù)物理定律，速度同時也決定著彈丸飛行過程中彈道的低伸程度（也就是炮彈拋物線軌跡的彎曲程度），即是說，在給定的射程內(nèi)，速度越快的彈丸，其飛行時間越短同時彈道越為平直低伸，這也越有利于預(yù)測其落點（也就是越便于火控計算)。

（這具體的咱就跳過吧）

同時，越重的彈丸由于慣性也更大，也越易保持其速度，但其在空中飛行速度越久，也更易受到空氣阻力和重力影響而導(dǎo)致在飛行末端彈道變形，當(dāng)然，在發(fā)射時利用更長的身管，給較重彈丸更大的速度，也會使其更久地保持較高的速度。然而，速度也并非越高越好，因為對于同樣重量的彈丸，發(fā)射速度越高，意味著使用更大份量的發(fā)射藥，火炮炮膛和身管的磨損也越厲害，大量發(fā)射也會極大地縮短火炮壽命。

但由于彈丸慣性，炮彈整體形狀等等方面的因素，對于近似口徑的火炮，略重但速度較慢的與略輕但速度較快的彈丸在實際射擊后的飛行過程中，存在某個特定的距離，當(dāng)彈丸飛行超過這一距離后，略重但初速慢的彈丸可能會比另一種彈丸具有更高的飛行速度。

比如在1906年，一名英國皇家海軍軍官比較了法國海軍的7.6英寸艦炮與英國海軍7.5英寸艦炮的性能差異，他發(fā)現(xiàn)，法國火炮所發(fā)射的彈丸略輕，相應(yīng)的初速也比英國彈丸快約215英尺/秒，但兩種彈丸在發(fā)射后超過2000碼距離后，較重的英國彈丸卻擁有比法國彈丸更高的速度。在經(jīng)過大量試驗后，英國人又發(fā)現(xiàn)對于更重的彈丸，這一速度逆轉(zhuǎn)的距離也越近，比如對于12英寸艦炮，這一距離大約在1000碼處。

因此，根據(jù)這種特性，一旦火控系統(tǒng)能夠進一步發(fā)展，對于更遠距離發(fā)彈道進行控制，某一口徑的艦炮以較低速度（相對）發(fā)射較重的彈丸，至少在對中遠距離的目標(biāo)上，這可能是更好的選擇。而新的發(fā)射藥在生產(chǎn)、儲運以及運用等方面相繼成熟，并開始在海軍中廣泛使用后，各國海軍就開始讓其戰(zhàn)艦向搭載更長、更大艦炮的方向進化，因而在炮術(shù)革命初期，或者說無畏級戰(zhàn)列艦出現(xiàn)之時，各國海軍戰(zhàn)列艦的主炮口徑普遍以12英寸為起點，但凡事也有例外，比如德國海軍最初就更喜歡使用11英寸的主炮。

大約在1890年時，各國海軍戰(zhàn)列艦的典型主炮都是12英寸/40倍徑，配合當(dāng)時發(fā)射藥及火炮技術(shù)的發(fā)展，約在1900年左右時，上述火炮開始讓位于其有更大倍徑的同口徑主炮(12英寸/45倍徑)。同時，較輕的彈丸以及新一代的后膛發(fā)射及火炮技術(shù)，也令人驚訝的地提升了火炮的射速。比如，大約在1895年時，典型的12英寸海軍艦炮其射速僅為每4~5分鐘發(fā)射1次，到1902年時，同口徑火炮的射速已提升至每分鐘1發(fā)（根據(jù)當(dāng)時英國海軍官方的推演，其最新配備的MkIX型艦炮已能達到這樣的射速，雖然如（1）所述，現(xiàn)在來看還是有點慢)。

（12英寸MkX型）

幾乎同時，據(jù)稱當(dāng)時英國為日本帝國海軍建造的新式戰(zhàn)列艦“三笠”號，其主炮能以每40秒1發(fā)的速度進行射擊；但這還不是當(dāng)時艦炮射速的最高水準(zhǔn)，因此據(jù)當(dāng)年英國維克斯公司的資料記載，其最新的12英寸火炮在短時間內(nèi)的射速甚至可達到每分鐘2發(fā)。作為比較，同時期最大口徑的16.25英寸海軍艦炮，據(jù)稱其射速僅為每4~5分鐘1發(fā)，這一差距是顯而易見的。同時期的德國海軍更喜歡使用口徑略小的艦炮(9.5和11英寸)，其實是為獲得更高的射速，與類似口徑的英國艦炮相比，其射速普遍可達到每分鐘2發(fā)。

（今天的三笠號主炮）

高速彈丸意味著更平直低伸的彈道以及更易預(yù)測的彈著位置。根據(jù)1902年英國皇家海軍的兵棋推演規(guī)則，在當(dāng)時1000碼左右的艦炮交戰(zhàn)距離上，12英寸/45倍徑的主炮就對目標(biāo)的命中而言，可每分鐘向目標(biāo)傾泄約420磅重的彈丸；而同等距離上，當(dāng)時最大口徑的16.25英寸主炮，其彈丸重量雖兩倍于前一種火炮射出彈丸，但由于發(fā)射速率較低，只能向目標(biāo)投擲約200磅重。這意味著在一定距離上，海軍艦炮并非口徑越大越好，而且這種投擲重量上約2：1的比例，在更遠的距離上也是如此。

因此，各國海軍先后意識到，口徑略小的艦炮可以更快的發(fā)射（同時這類主炮的尺寸也略小，可通過設(shè)置更多的火炮來彌補威力上的不足)。之后，隨著新型被帽穿甲彈（見下文）的出現(xiàn)，在一定時期內(nèi)10英寸主炮似乎比12英寸主炮是更好的。1904年時，皇家海軍曾準(zhǔn)備為其一艘新建的戰(zhàn)列艦配備這種口徑縮小了的主炮，而當(dāng)時巴西海軍也傾向于向英國訂購配備著類似主炮的戰(zhàn)列艦，（大概是阿金庫爾，沒找到相關(guān)資料）但最后這些都未實現(xiàn)，皇家海軍及巴西海軍仍采用了配備12英寸主炮的戰(zhàn)列艦。而造成此決策的原因，很可能是由于英國根據(jù)當(dāng)時日俄戰(zhàn)爭的經(jīng)驗（參見（二）或后文）得出了新的結(jié)論，即單枚大口徑彈丸可能比多枚小口徑彈丸的命中，對目標(biāo)造成更大的傷害。

（13.5英寸MkV型）

3.高爆彈簡介，穿甲彈的出現(xiàn)及理論基礎(chǔ)

在近代的海戰(zhàn)中，，戰(zhàn)艦主要面臨著采用兩種殺傷模式的彈丸，穿甲彈(AP)和高爆殺傷彈(HE)，本文從最普通最古老的彈種高爆彈說起，對于高爆彈，顧名思義，內(nèi)部裝填有高爆炸藥，其殺傷方式是通過命中敵方目標(biāo)或者周遭地面后完成爆炸藥的引爆，炸裂的外殼變成高溫高速的彈片四射飛散。其最大的問題是無法破甲，即便較薄的裝甲也可抵御住，但高爆彈卻對戰(zhàn)艦甲板、艦橋等未采取防護措施的部位造成嚴(yán)重的殺傷。即便以目前的技術(shù)而言，也沒有任何戰(zhàn)艦既能利用更多重量的裝甲以對戰(zhàn)艦構(gòu)成全面防護，又不會其他性能造成過多影響，即便全部使用較薄裝甲只對高爆彈防護也不行。

到了無畏艦時代，戰(zhàn)列艦厚重的裝甲所帶來的穿甲彈的出現(xiàn)是炮彈領(lǐng)域的一大革命，在各國海軍擁有巨大噸位的厚甲戰(zhàn)列艦出現(xiàn)后，穿甲彈最早被用于海戰(zhàn)，并持續(xù)了很久。

簡單地說，為了實現(xiàn)對目標(biāo)表面裝甲的穿透，彈丸必須以足夠的能量撞擊目標(biāo)表面，徹底破壞裝甲的結(jié)構(gòu)。因此從根本上看，彈丸要實現(xiàn)穿透的關(guān)鍵在于其命中目標(biāo)時的能量，而能量則與彈丸的重量（即其質(zhì)量）及其命中時速度的平方成正比；另一個與彈丸命中時擁有能量有關(guān)的因素是彈丸與裝甲互相作用的時間。根據(jù)物理定律，這一作用時間越短，裝甲在遭遇撞擊后，在過短的時間里，通過形變以吸收、分散彈丸傳遞的能量也越困難（即在能量一定的前提下，作用力時間越短，作用力越大)。

因此，如果裝甲在被命中后不立刻發(fā)生變形，那么也將立即被擊碎。因此彈甲作用時間越短，裝甲板的抵抗能力也會越小。那么，便需要一種能以足夠短時間，足夠質(zhì)量和速度幾串裝甲的炮彈——這就是穿甲彈?？梢钥闯觯鰪姀椡璧拇┩改芰?，至少可從三個方面著手，要么提高彈丸命中時的速度（或者初速），要么發(fā)射更大重量的彈丸，抑或設(shè)計全新的彈丸外形。

但在當(dāng)時，由于缺乏相關(guān)理論和試驗條件，提高彈丸威力的方式主要在彈丸的速度和重量上。通過大量試驗發(fā)現(xiàn)，當(dāng)時典型的裝甲戰(zhàn)列艦，由于其配備的舷側(cè)裝甲帶和甲板裝甲強度，以及來襲彈丸末端的彈道特征，對于某種穿甲彈來說，其艦體存在著某種不會被命中的區(qū)域。此區(qū)域的一端由此穿甲彈可對其側(cè)舷裝甲實現(xiàn)穿透的最遠距離決定，而另一端則由同樣穿甲彈可對其甲板裝甲實現(xiàn)穿透的最近距離決定，簡單的說就是一個“最小極限裝甲厚度”，任何炮彈面對100米厚的鐵塊都是無能為力的，而將100米縮減到50米，仍然無法擊破，以此類推直到可以裝在戰(zhàn)艦上，而任何炮彈都無法擊破壞的厚度。

（無畏號線圖可見裝甲帶）

在第一次世界大戰(zhàn)前，各國海軍戰(zhàn)列艦的裝甲帶配置都基于這樣一個假設(shè)，即對戰(zhàn)列艦的命中更大地集中于側(cè)舷而非甲板，這種思想一直影響到了二戰(zhàn)時期的木質(zhì)甲板上，也導(dǎo)致燃燒成為許多棄艦行為的理由。所以戰(zhàn)艦配備甲板裝甲的主要日的在于保護命中側(cè)舷的炮彈碎片對甲板造成損壞，而并不是提升戰(zhàn)艦甲板對直接命中的防御力。以當(dāng)時海戰(zhàn)交戰(zhàn)的模式這種理論明顯是正確的，直到19世紀(jì)90年代末之前，海軍戰(zhàn)艦彈甲之爭的優(yōu)勢仍在裝甲一方，但幾年內(nèi)，一種新的被帽穿甲彈(APC)的出現(xiàn)，又重新將甲彈之爭拉回平衡。

3.近代海軍對于被帽穿甲彈和高爆彈的思考

這種被帽穿甲彈彈丸的頭部采用軟質(zhì)金屬帽，彈丸在命中目標(biāo)裝甲后，其頭部金屬帽可吸收撞擊時的能量，保護后部彈體不會破壞或碎裂。金屬帽在命中后碎裂，但彈體留存下來以便繼續(xù)沖擊裝甲表面。因此，盡管口徑更小，其采用金屬被帽穿甲彈后仍可取得與更大口徑普通穿甲彈同樣的穿甲效果。最初，英國皇家海軍仍對此表示懷疑，但在其高層軍官目睹了由英國為智利海軍建造的兩艘較小的戰(zhàn)列艦所進行的被帽穿甲彈射擊試驗后，也轉(zhuǎn)變了對此新型穿甲彈的態(tài)度。因此在智利允許向英國出口被帽穿甲彈后，皇家海軍立即就于1903年訂購了一批，并為其兩艘戰(zhàn)列艦配備。

當(dāng)時，在皇家海軍看來，與智利達成采購關(guān)系并簽訂相關(guān)合同，至少能防止皇家海軍潛在的對手，當(dāng)時是沙俄的海軍獲得此種炮彈。而對被帽穿甲彈的青睞，也解釋了為何在1904年時，英國曾嚴(yán)肅地考慮為其新建造的戰(zhàn)列艦部署10英寸艦炮的決策，但正如上文所提及的，他們最終仍采用了12英寸主炮。當(dāng)時出現(xiàn)和應(yīng)用的被帽穿甲彈也極具戲劇性效果。在此彈種未出現(xiàn)時，戰(zhàn)列艦的側(cè)舷裝甲在各國海軍所期待的交戰(zhàn)距離上仍相當(dāng)有效，在1903年時，這一距離約在3000~6000碼左右，而在更遠的距離上，正如日俄戰(zhàn)爭中所造成的那樣，使用穿甲彈對目標(biāo)直接命中則較為困難。事實上，當(dāng)時在更遠距離上，各國海軍的預(yù)期則是利用半穿甲彈或高爆彈攻擊戰(zhàn)艦防護較弱的上層結(jié)構(gòu)。然而，在被帽穿甲彈出現(xiàn)后，它能夠在相同的距離上有效擊穿戰(zhàn)艦側(cè)舫裝甲帶，并直接造成穿甲效果。

因此當(dāng)時，就有不少國家海軍認(rèn)為，也許為戰(zhàn)艦配備更為全面的防高爆薄型裝甲，而非追求對穿甲彈的絕對防護是更好的選擇。對這一階段甲彈之爭的思考，也有助解釋為何英國的著名海軍司令約翰·費舍爾會對防護較弱、但更快速同時又具備戰(zhàn)列艦強大火力的戰(zhàn)列巡洋艦更感興趣。

對此，我們繼續(xù)以日俄戰(zhàn)爭為例，在日俄戰(zhàn)爭期間的海上交戰(zhàn)中，交戰(zhàn)雙方都未配備被帽穿甲彈，而令人驚訝的是，單就彈丸技術(shù)來說，交戰(zhàn)中日艦射出的彈丸幾乎從未穿透過俄國現(xiàn)代化主力艦的裝甲，此外，日艦彈丸上的引信過于敏感，所以幾乎沒有日艦炮彈能穿透俄艦裝甲后在其內(nèi)部爆炸。至于交戰(zhàn)中俄海軍被擊沉的多艘大型戰(zhàn)艦，幾乎都是由于其側(cè)舷完全未進行裝甲防護所致；另一些被擊沉的俄艦則是由于其本身適航性較差，日艦少量命中的炮彈導(dǎo)致艦體一側(cè)進水，進而引起傾覆，很多俄艦在戰(zhàn)前甚至從未進行充分的準(zhǔn)備。簡而言之，俄國人的大意讓他們輸?shù)袅诉@場裝備占優(yōu)的戰(zhàn)斗。

根據(jù)日俄戰(zhàn)爭的經(jīng)驗，英國海軍對現(xiàn)代海戰(zhàn)有了更深刻的認(rèn)識，其中之一就是，正如之前南非的布爾戰(zhàn)爭一樣，現(xiàn)代高爆炸藥除了對無防護目標(biāo)具有極大的殺傷力外，它還會對爆炸附近的人員造成嚴(yán)重的生理影響。比如爆點附近未被殺傷的人員，仍會出現(xiàn)眼花、頭痛，甚至當(dāng)場昏迷。二戰(zhàn)期間日軍大和號的防空人員，就是因為460毫米主炮發(fā)射時發(fā)射藥產(chǎn)生的沖擊而昏迷，導(dǎo)致許多防空火力無人操作。就艦炮彈丸殺傷力來說，最理想的狀態(tài)莫過于穿甲彈在穿透艦只裝甲后繼續(xù)深入其內(nèi)部爆炸，通常裝填了炸藥的穿甲彈能夠?qū)崿F(xiàn)這種效果，而這種炮彈有一個新的名名字——碎甲彈。

（大和號的炮彈）

4.碎甲彈的進步和延時引信技術(shù)的發(fā)展

碎甲彈為實現(xiàn)在內(nèi)部引爆，彈丸雖采用延時引信，引信由彈丸撞擊裝甲時產(chǎn)生的巨大震動觸發(fā)，同時，這種震動還不能引爆彈丸內(nèi)的炸藥。因此，由于穿甲彈的使用距離對于既可延時引爆彈丸，又不會在穿甲過程中過早引爆較為重要。

英國曾規(guī)定，不同類型戰(zhàn)艦及不同口徑艦炮使用不同的延時引信，且延時引信的選用主要取決于彈丸的使用距離。在第一次世界大戰(zhàn)期間，德國海軍規(guī)定對不同距離的目標(biāo)使用不同彈種，比如對中近距離則以穿甲彈為主，而遠距離上則以高爆彈為主，但實際在交戰(zhàn)過程上，德艦上的穿甲彈在遠距離上也發(fā)揮了驚人的殺傷力，這給其他國家海軍以深刻的印象，比如法國。一戰(zhàn)時期，美國海軍完全拒絕高爆彈丸的應(yīng)用，其戰(zhàn)艦配備彈種僅限于穿甲彈，但其配用的穿甲彈中，明顯有一些彈種內(nèi)部也裝填了用于生成大量氣體的物質(zhì)，用于代替高爆彈摧毀戰(zhàn)艦的上層建筑。后來，為了應(yīng)對除敵方水面艦只外的多種目標(biāo)，美艦上也開始配備主要用于對岸上目標(biāo)轟擊的高爆彈丸。二戰(zhàn)太平洋戰(zhàn)場上，美軍的登陸作戰(zhàn)均有艦炮輔助，而其戰(zhàn)例也說明這種戰(zhàn)術(shù)確實行之有效。

（各種炮彈的穿甲原理）

一戰(zhàn)結(jié)束后。日本海軍在1928年和1931年，也分別設(shè)計并配備了其自已的延時引信（分別用于配備88式和91式艦炮炮彈)，日式延時引信的延時長度比英、美等國更長。但二戰(zhàn)結(jié)束后，美國和英國技術(shù)人員和分析家認(rèn)為，日本延時炮彈的設(shè)計存在著明顯的缺陷，因為配備著這種長延時引信的穿甲彈，在對艦體無防護部分或輕裝甲防護艦只命中后，很可能完全擊穿艦體而不會留在其內(nèi)部爆炸，即所謂的“過穿”問題——盡管大型戰(zhàn)艦的大口徑主炮均有此類問題，只是日軍的更為明顯。而其穿甲彈的這一特征，也解釋了在1944年10月，薩馬島海戰(zhàn)中，一些美國驅(qū)逐艦及護航驅(qū)逐艦被日本戰(zhàn)列艦的炮火擊中，但仍僅僅艦體產(chǎn)生了過穿痕跡，而未因大爆炸而沉沒的事實。

以上是近代海軍艦炮炮彈結(jié)構(gòu)形式的全部內(nèi)容，而本期三節(jié)文章也全部結(jié)束了，在文章中，比較簡要的從炮彈發(fā)射藥，艦炮本身以及炮彈具體結(jié)構(gòu)，對近代海軍的艦炮發(fā)展做了說明，其中借鑒了各類資料，在此向其作者表示感謝。

希望這篇文章給各位兄弟們帶來了對海軍發(fā)展史更為深入的了解。而接下來，我將會開啟另外的近代海軍史篇章，也希望兄弟們多多支持。

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