小的時(shí)候，你我夢(mèng)想里多半會(huì)希望身邊跟著一個(gè)叫哆啦A夢(mèng)的藍(lán)胖子，可以從身邊的百寶袋里拿出各種各樣的法寶。像竹蜻蜓，任意門什么的，其中給筆者印象最深的就是可以套在手上的"空氣槍"還有"空氣炮"了。氣槍在禁槍之前曾經(jīng)是祖輩父輩參加體育運(yùn)動(dòng)乃至軍事訓(xùn)練的重要道具，也曾經(jīng)在十八世紀(jì)的戰(zhàn)場(chǎng)上起到巨大威力。實(shí)際上空氣炮也曾在歷史上真實(shí)存在過。
黑火藥時(shí)期的火藥膛壓是較低的，燃燒所剩的殘?jiān)约爸匦卵b填的需要也使得重新裝填存在著諸多麻煩。因此在早期戰(zhàn)爭(zhēng)當(dāng)中，反而充氣的氣槍才是威力最大的可連發(fā)的步槍，這也就導(dǎo)致了14至18世紀(jì)的近400年當(dāng)中，軍用的氣槍得到了長(zhǎng)足進(jìn)步。但由于早期壓縮空氣的氣槍各種精細(xì)的氣密性零部件大多需要手工制作，成本極高，因此只有上流社會(huì)才擔(dān)負(fù)得起，而且運(yùn)用到軍用當(dāng)中往往還存在著后勤不便，維護(hù)困難的問題，也只有奧地利軍隊(duì)曾經(jīng)武裝過一支氣槍兵部隊(duì)，但也僅存在了35年。因此在十八世紀(jì)末期無煙火藥和定裝彈發(fā)明之后，各種在軍隊(duì)中象征性武裝的各種氣步槍逐漸回歸到貴族之間的娛樂性狩獵游戲當(dāng)中，逐漸遠(yuǎn)離了戰(zhàn)場(chǎng)。
1795年奧地利氣槍兵用的格蘭德尼氣步槍，后面的紡錘體壓縮氣瓶可供30次發(fā)射
時(shí)間進(jìn)入19世紀(jì)，第二次工業(yè)革命帶來了化學(xué)工業(yè)的蓬勃發(fā)展，各種新式的高能炸藥也被發(fā)明出來。但早期的各種高能炸藥，尤其是硝化甘油類的炸藥大都存在著穩(wěn)定性不佳的問題。但是提高火炮威力就必須走炮彈空心裝藥這一途徑，然而常規(guī)火炮發(fā)射時(shí)發(fā)射藥爆炸產(chǎn)生的劇烈沖擊、震動(dòng)以及跟炮管炮膛之間的摩擦都會(huì)增加不穩(wěn)定的炮彈裝藥殉爆的風(fēng)險(xiǎn)。這種時(shí)候，一些見識(shí)過舊武器的軍官想起貴族間狩獵游戲用的氣步槍，由于氣槍原理無煙無火且加速比較"輕柔"，盡管看上去是"花拳繡腿"，但在19世紀(jì)80年代的歐美依舊出現(xiàn)了一批采用壓縮空氣發(fā)射的火炮。
扎林斯基-瑞佩夫空氣炮，口徑15英寸，可以將227公斤重的炮彈發(fā)射到1800米開外
1883年，美國(guó)人大衛(wèi)·梅福德設(shè)計(jì)了一種空氣炮，交由漢密爾頓堡的美軍海軍中尉埃德蒙·扎林斯基（一個(gè)在空氣炮歷史上繞不過去的名字）進(jìn)行測(cè)試。這種空氣炮采用了28英尺長(zhǎng)的黃銅炮管，口徑為2英寸，炮管由于承壓小于火藥動(dòng)力炮，因此管壁遠(yuǎn)小于傳統(tǒng)火炮，僅有1/4英寸，隨之帶來的是更輕的重量。在炮管的后方則有一個(gè)銅制的儲(chǔ)氣罐，在500磅/平方英寸的壓強(qiáng)下儲(chǔ)存約12立方英尺的壓縮空氣，在儲(chǔ)氣罐的后方甚至還有一個(gè)簡(jiǎn)單的蒸汽動(dòng)力的氣體壓縮機(jī)為儲(chǔ)氣罐進(jìn)一步供氣。壓縮空氣儲(chǔ)氣罐通過一根粗橡皮管與炮管相連，并通過一個(gè)旋塞氣閥來控制開炮。
梅福德空氣炮的專利圖（專利號(hào)US 279965）
現(xiàn)在看來，梅福德空氣炮與其說是一種武器，倒不如說是一種武器的雛形。這種設(shè)計(jì)思路的實(shí)用化仍舊存在著兩個(gè)現(xiàn)實(shí)問題，一是橡皮管的強(qiáng)度問題，二是壓縮機(jī)的冷卻問題，由于物理學(xué)問題，氣體壓縮過程當(dāng)中會(huì)產(chǎn)生大量的熱，而且橡皮管的強(qiáng)度也根本承受不了更大的壓強(qiáng)，這也制約著梅福德空氣炮膛壓的增加。
1891年雜志當(dāng)中的格雷頓空氣炮
在此之后的幾年中，美國(guó)也曾出現(xiàn)過幾種不同壓縮空氣炮，包括1889年的格雷頓空氣炮、以及之后的馬克西姆空氣炮和賈斯汀空氣炮。其中格雷頓空氣炮采用了更實(shí)用的U型金屬耳軸作為供氣管道，從一側(cè)的8個(gè)壓縮儲(chǔ)氣瓶當(dāng)中輸氣，實(shí)用性遠(yuǎn)比梅福德空氣炮的粗橡皮管要強(qiáng)得多。另外的賈斯汀空氣炮就沒那么好了，由于設(shè)計(jì)上存在明顯缺陷，盡管將炸藥密封在一個(gè)個(gè)小蠟球當(dāng)中隔絕，在1890年5月27日的一次試射當(dāng)中仍舊發(fā)生了嚴(yán)重的炸膛事故，盡管沒有人員傷亡，但也側(cè)面證實(shí)了早期高能炸藥炮彈的危險(xiǎn)性。
1894年，埃德蒙·扎林斯基改進(jìn)了梅福德空氣炮的設(shè)計(jì)，制造了自己的第一種試驗(yàn)型空氣炮。這種空氣炮跟格雷頓空氣炮一樣，拋棄了不實(shí)用的橡膠輸氣管設(shè)計(jì)，而將壓縮空氣從調(diào)整角度的耳軸基座沿氣管輸送到炮膛尾部，其余的設(shè)計(jì)則與梅福德空氣炮類似。扎林斯基試驗(yàn)空氣炮的炮彈采用了"米尼彈"式的氣密型炮彈，彈頭當(dāng)中容納有25公斤重的膠質(zhì)炸藥，在對(duì)外軍軍事顧問的展示當(dāng)中曾經(jīng)一舉擊沉了舊式的木質(zhì)帆船"西利曼"號(hào)。
埃德蒙·扎林斯基的第一種試驗(yàn)型空氣炮，左上方的是炮彈
埃德蒙·扎林斯基另一種稍大一點(diǎn)的試驗(yàn)型空氣炮的試射，可以看見炮口壓縮空氣快速冷卻而造成的凝結(jié)水霧
埃德蒙·扎林斯基的設(shè)計(jì)在紐約港拉斐特堡的試驗(yàn)中大獲成功，并得到了海軍的青睞。此時(shí)的海軍迫切需要一種爆炸威力更強(qiáng)的艦炮，就決定利用扎林斯基的設(shè)計(jì)，建造一種采用空氣炮為主炮的巡洋艦。按照海軍的要求，扎林斯基專門設(shè)計(jì)了一種更大更重的艦載空氣炮，安裝在了維蘇威號(hào)巡洋艦上。這種空氣炮炮身由鑄鐵制成，口徑15英寸，長(zhǎng)55英尺，以16度的角度直接穿過了巡洋艦甲板的情況下，尚有37英尺的炮尾留在艦身當(dāng)中。錐形的炮彈長(zhǎng)7英尺，可以容納550磅的脫敏膠質(zhì)炸藥采用了電子引信，可在碰炸或者延時(shí)引信的模式當(dāng)中轉(zhuǎn)換，此外由于炮管為滑膛設(shè)計(jì)，因此為了保證彈道穩(wěn)定性，艦載空氣炮的炮彈彈頭尾部有類似霰彈槍獨(dú)頭彈所用的旋轉(zhuǎn)尾翼，可以使炮彈在發(fā)射之后緩慢自旋通過向心力穩(wěn)定彈道。
1891年的維蘇威號(hào)巡洋艦，艦首的3門固定空氣炮很矚目
維蘇威號(hào)的布局，可以看見炮管的夸張長(zhǎng)度和中間的4個(gè)儲(chǔ)氣罐，由于原理限制，空氣炮只能緩慢加速，因此炮管越長(zhǎng)越好
下圖可見維蘇威號(hào)空氣炮所用的炮彈
如此龐大的艦炮，維蘇威號(hào)巡洋艦一口氣就安裝了三門，也就只能固定在船身當(dāng)中不可調(diào)整角度。因此在射擊的時(shí)候，巡洋艦必須調(diào)整艦身，使整個(gè)艦首對(duì)準(zhǔn)目標(biāo)，并通過調(diào)節(jié)壓縮空氣的進(jìn)氣量和發(fā)射彈頭的重量來決定彈道的遠(yuǎn)近高低。為此在艦身底部船艙當(dāng)中專門建造了一個(gè)大型儲(chǔ)氣罐，內(nèi)部壓強(qiáng)高達(dá)70個(gè)大氣壓，并在戰(zhàn)時(shí)通過巡洋艦上的蒸汽機(jī)驅(qū)動(dòng)兩個(gè)空氣壓縮機(jī)往儲(chǔ)氣罐當(dāng)中不斷輸氣。在發(fā)射時(shí)，含550磅炸藥的重型炮彈最遠(yuǎn)射程可達(dá)1.6公里，而換裝200磅炸藥的輕型炮彈之后，則最遠(yuǎn)可攻擊到3.7公里之外。由于空氣炮的原理限制了膛壓，因此不論發(fā)射何種炮彈，維蘇威號(hào)的艦炮最大初速都只能到每秒250米的水平。
斜穿艦身，固定在甲板上的3門380毫米空氣炮，這口徑放一戰(zhàn)二戰(zhàn)當(dāng)中都可以算戰(zhàn)列艦主炮了
維蘇威號(hào)的空氣炮斜穿了整個(gè)艦身
在1889年的測(cè)試當(dāng)中，維蘇威號(hào)的3門主炮在攜帶30發(fā)炮彈的情況下，用16分50秒的時(shí)間射出了一半的炮彈。在到1895年的航試當(dāng)中，暴露了維蘇威號(hào)主炮的兩個(gè)毛?。捍虿贿h(yuǎn)，也打不準(zhǔn)。在1898年爆發(fā)的美西戰(zhàn)爭(zhēng)期間，美國(guó)人對(duì)當(dāng)時(shí)的西班牙殖民地發(fā)起攻擊，其中包括了維蘇威號(hào)。由于執(zhí)行任務(wù)多半在夜間，在夜色的掩護(hù)下維蘇威號(hào)空氣炮無光低音的優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)出來，盡管在不見目標(biāo)難以瞄準(zhǔn)的情況下戰(zhàn)果一般，但是這種沒聲沒響就從天上掉下來的大口徑炮彈還是把西班牙人嚇了個(gè)夠嗆，也最終落得一個(gè)"空中魚雷"的綽號(hào)。
在此之后，巴西海軍起義當(dāng)中，起義軍看中了這一設(shè)計(jì)，聘請(qǐng)?jiān)炙够谀峥藵扇鹛?hào)巡洋艦上加裝了一門15英寸口徑的空氣炮。新的蒸汽炮采用了電升降式原理，可以旋轉(zhuǎn)300度。由于扎林斯基身體不好，因此專門從維蘇威號(hào)請(qǐng)了雇傭兵去操作。但是改裝回國(guó)之后，起義已經(jīng)被鎮(zhèn)壓，尼克澤瑞號(hào)之開了一炮（還是走火）就被巴西海軍重新接收。
巴西起義軍尼克澤瑞號(hào)巡洋艦上的15英寸空氣炮
到了1897年，美國(guó)海軍甚至還在荷蘭號(hào)潛艇上安裝了一門8.425英寸口徑的空氣炮
看到海軍采用了這種空氣炮之后，陸軍自然也不閑著。雖然在美西戰(zhàn)爭(zhēng)當(dāng)中，美國(guó)曾經(jīng)使用過另一種原理的西蒙斯·達(dá)德利空氣炮（采用無煙火藥壓縮氣筒產(chǎn)生高壓氣體推動(dòng)炮彈），也在戰(zhàn)爭(zhēng)當(dāng)中成功做到了戰(zhàn)術(shù)用途，但是準(zhǔn)確性和機(jī)械穩(wěn)定性都差了點(diǎn)火候，因此美國(guó)陸軍對(duì)于采用空氣炮的選擇是慎之又慎的。當(dāng)時(shí)沙俄前炮兵軍官瑞佩夫來到美國(guó)開了一家武器公司，跟扎林斯基（此時(shí)年老體弱）合作設(shè)計(jì)生產(chǎn)了一系列的海岸防御炮。
達(dá)德利空氣炮的結(jié)構(gòu)圖，通過下方氣筒右側(cè)的無煙發(fā)射藥爆炸產(chǎn)生壓縮氣體，通過導(dǎo)氣管進(jìn)入炮膛推動(dòng)炮管內(nèi)的炮彈前進(jìn)，類似于現(xiàn)代"高低壓"原理的榴彈發(fā)射器
從1894年開始，陸軍防御工事局就采購(gòu)了一批15英寸口徑的海岸防御空氣炮。這些空氣炮具有專門的蒸汽鍋爐，可以驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)產(chǎn)生17兆帕的壓強(qiáng)為儲(chǔ)氣罐充氣。這樣的一整套海岸防御空氣炮算下來，連同蒸汽鍋爐、壓縮機(jī)和操作火炮所需的其他設(shè)備重達(dá)200多噸，可將50到500磅不等的各種高爆彈發(fā)射到1800到4600米開外，在當(dāng)時(shí)算得上是近防的"大殺器"。
瑞佩夫海岸防御空氣炮
舊金山附近的岸防空氣炮陣地，當(dāng)時(shí)這種炮陣地在新澤西的漢考克堡、紐約的漁民島以及南卡羅來納州希爾頓海德都有布防
再到后來，隨著化學(xué)工業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展，原有不穩(wěn)定的高能炸藥被穩(wěn)定的炸藥和儲(chǔ)存使用方式所取代。空氣炮這種設(shè)計(jì)在現(xiàn)代火炮面前除了連最后一點(diǎn)的安全性優(yōu)勢(shì)也被抹除，剩下的也就只有體積巨大、效率低下這些缺點(diǎn)。盡管在后期一戰(zhàn)當(dāng)中，仍舊有用儲(chǔ)氣罐式空氣炮做臨時(shí)迫擊炮的設(shè)計(jì)，但最終這種不完備的設(shè)計(jì)也就被歷史所取代了，剩下的只有照片以及《哆啦A夢(mèng)》當(dāng)中的幻想了。
一戰(zhàn)當(dāng)中奧匈帝國(guó)使用的壓縮空氣原理的迫擊炮，也只是由于空氣炮的初速低導(dǎo)致了彈道更曲折罷了
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