免疫沉淀:中国高膛压火炮的发展

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中国高膛压火炮的发展


编辑:《中国军事》  2002年05月18日 11:27:49  来源:no

 

“当前世界上出现了缓和的形势,但我们并不能因此而放松警惕。中国国防工业的崛起,依靠的是自力更生的方针。希望广大科技工作者在吸收国外经验的同时,发扬自力更生,艰苦奋斗的传统,把国防工业搞上去”....20世纪90年代后期一个严冬的某日(天气晴朗),中国东北某试验场,2辆89式120毫米自行反坦克炮(7号车和9号车)正在使用新研制的120毫米全钨尾翼稳定脱壳穿甲弹进行寒区低温穿透射击测试。
2000米外,通过10倍军用望远镜可以清晰地看到5辆坦克,其一为披挂了“接触-5号”型反应装甲而显得略为丰满的T-72BM型坦克,其二为为T-80U型坦克,还有3辆从59式坦克底盘改装而来的造型怪异的坦克,它们中2辆炮塔外形与M1A1很相似另1辆则类似于采用楔形炮塔的“豹”2A5。
第一轮射击目标分别为T-72BM和1辆“M1A1”,接到命令后,两道闪电伴随着闷响分别从7号车和9号车的炮口脱出,大地为之一颤,炮口冲击波将两车车体前侧的积雪掀起十几米高。远处白光闪烁,在撕心裂腹般的巨响中,被洞穿的“M1A1”发出嘎嘶撕的怪响,其炮塔扭曲而变形。不远处,另外1发动能穿甲弹在剥落T-72BM炮塔前部的反应装甲后,又毫不留情地钻透它较小的身躯,巨大能量造成的挤压迫使T-72BM的炮塔座圈脱离了车体怀抱。同时,弹体侵彻了炮塔后产生了数以千计的灼热破片,并在车内肆意喷射,随即诱燃了车内的油气混合物(这就是常说的“二次效应”),一团黑红色的火焰趋势从炮塔座圈与车体间空隙弥散出来,慢慢吞噬着坦克。
随后进行的射击试验中,所有靶车均被击毁,无一幸免,放入各车内不同位置上的18只动物(猴子,狗和羊)也七窍流血全部死亡,车上的仪器也均遭到不可修复性毁坏......自20世纪70年代以来,苏联和西方一些发达国家相继研制成功多种结构装甲(主要有复合装甲,屏蔽装甲和反应装甲),并广泛应用到现役和在研的主战坦克上。这类装甲的采用使得现代主战坦克的防护能力大为提高,并有令各类武器发射的破甲弹完全失效的趋势。而当时我陆军部队拥有的反坦克导弹和反坦克火箭筒的战斗部全部为破甲弹,在冷战的酷寒中,面对随时可能从北方蜂拥而至的数千辆安装复合装甲的T-72,这些破甲弹几乎无能为力。一时间,反坦克作战的危机像一块巨石压得我军装甲兵和炮兵几乎喘不过气来。经过反复论证后,科研人员认为克服上述危机的有效途径就是大力发展反坦克火炮,特别是高膛压火炮(特指常温膛压的静标铜柱测量值在392.3MPa以上的火炮)。这是因为高膛压火炮发射的高初速动能弹(高密度长杆脱壳穿甲弹)对装甲车辆射击时,基本上可以不受复合装甲,屏蔽装甲和反应装甲的影响。
众所周知,动能穿甲弹的炮口动能和动能利用率是决定其穿甲威力的两大要素。炮口动能是穿甲威力的基础,他和影响火炮内弹道性能的各种因素有关;动能利用率,是指弹丸在一定炮口动能条件下最终所能达到的穿甲效果,而它主要决定于弹丸的技术水平。炮口动能和初速的平方成正比,在合理的弹重条件下,千方百计地提高初速度就是提高炮口动能。对于弹形好,在飞行过程中速度损失小的脱壳穿甲弹来讲,初速的提高还可以使其对目标的有效穿透距离以及直射距离大大增加。因此,提高初速和炮口动能对于提高穿甲弹作战性能有着极其重要的意义,而提高火炮膛压和改善膛压曲线则是增大初速和炮口动能的有效措施。
经过试验证明,高膛压火炮通过发射钨(铀)合金长杆弹无论是对间隙装甲还是均质装甲都有很强的穿透力。另外,尽管现代坦克的装甲倾角不断增大,但高速长杆脱壳穿甲弹对大倾角实质上不敏感,即使装甲倾角在75度左右(最佳倾斜角度),亦能有效贯穿装甲而不致产生跳弹。例如曾认为防护性能一流的采用大倾角装甲的美军M1坦克,就有在众目睽睽下被一发105毫米脱壳穿甲弹毫不留情击穿正面装甲的尴尬场面。举世公认的英国“乔巴姆”装甲防穿甲弹性能不如防破甲弹的例子更足以说明这一结论。于是,动能穿甲弹逐步成为了各国坦克炮和反坦克炮重点发展的主要弹种。从70年代后期开始,我国用短短12年的时间,取得了100毫米高膛压反坦克炮系统和120毫米高膛压自行反坦克炮系统等重大科研成果,使得我国在高膛压火炮研制方面接近或达到了世界先进水平。认真地总结这个过程和经验,无疑具有很大意义。世界上一些技术先进的国家自60年代中期就陆续展开高膛压火炮的研制,他们比我们早动手近10年的时间。所以,尽快研制出高膛压火炮和配套的穿甲弹种,以大幅度提高我军反装甲能力,成为当时国防工业的一项非常迫切的任务。
1969年的珍宝岛事件爆发以后,我国加快了大口径坦克炮的研制步伐,并于70年代初研制成功120毫米坦克炮(用于122“三液”坦克样车),但受当时技术条件限制,该火炮膛压较低(仅为318.7MPa),威力提高有限,在122坦克下马后,仅停留在样炮阶段。
1977年4月,五机部和14个兄弟单位组织了“两炮”--“二代坦克炮”和“师属自行反坦克炮”的系统论证工作。在论证初期,曾有120毫米和130毫米两种口径之争,经充分比较分析两者特点后,最终120毫米被选定为“两炮”的制式口径,所以我国高膛压火炮的研制工作,可以说首先是从120毫米滑膛炮开始的,但起点要较70年代初研制的老式120火炮高出一个技术层次。
经过4个月的努力,论证组写出了“总体论证报告”和11项分类报告,报告中详细论述了研制的指导思想,主要目标,以及实现目标的技术途径和措施。并对动能弹提出了“大幅度提高初速”,“大幅度降低对目标的穿透速度”(等同于提高弹丸的穿透能力),“大幅度降低外弹道速度损失”等多项技术措施。论证报告认为,要实现有效地对付世界最先进的装甲目标,新研制的120毫米火炮必须是高膛压滑膛炮系统,是“打基础,上水平”的项目。1978年4月,五机部在包头召开“784会议”,决定作为“二代坦克”火力系统核心的120毫米滑膛坦克炮系统正式进入全面研制阶段。1979年8月,德国莱茵金属公司董事长豪克访华,它向我们大力推荐105毫米炮和弹药,而对120毫米炮则以未来武器为由,拒不透露具体情况。后经我科研人员不懈努力,仅用相当于购买1辆“豹”2坦克的资金就自主研制成功了120毫米高膛压火炮系统,大长了中国人的志气。“两炮”研制工作的指导思想是经过炮兵,装甲兵和部分研制单位在充分酝酿并交流意见的基础上提出的,要求在研制工作中贯彻独立自主,自力更生的方针;要打破常规,大力采用新原理,新材料,新结构,新工艺和新测试技术等,努力赶超世界先进水平。当时,明确“两炮”对付的主要目标是苏军的T-72和T-80坦克,并要求在研制中充分考虑到80年代国外坦克的防护发展情况。
由于项目难度大,在具体研制过程中实行两步走的方针。首先要采用比较成熟的技术,保证在2000米距离上击穿T-72坦克的复合装甲,并争取用5年(1983年以前)左右的时间研制成功;第二步是在前面基础上进一步提高性能,力争能够击穿80年代出现的所有主战坦克前装甲。为了方便后勤保障,“两炮”要在口径和弹药上实现通用化,火炮设计以发射脱壳穿甲弹为基础,后坐动能以穿甲弹为标准,适当兼顾破甲弹和榴弹。在研制过程中,着重抓穿甲威力和射击精度,同时要求自行反坦克炮的结构不能太复杂,成本不能太高。
后来虽然在研制过程中受不可抗因素影响而导致研制拖延,“两炮”的同口径以及弹药通用化也流产,但是其它研制计划基本得到了贯彻,并较好地解决了技术先进性和现实可行性的矛盾。这使得“两炮”的研制工作既有一个较高起点,步子又走的比较稳,为日后89式120毫米自行反坦克炮的最终研制成功奠定了坚实的基础。
火炮和穿甲弹是120毫米高膛压火炮系统的核心部分,是“两炮”研制的重点。广大科研人员围绕关键技术进行了大量的工作,如高膛压测试,高膛压炮钢,身管液压自紧,高压电底火及击发机构,身管热护套,内膛镀铬,半自动闭气炮闩,弹丸结构和材料(含弹芯,弹托,弹带和尾翼等材料),新发射药,可燃药筒等。
1978年,247厂试制出3门120毫米滑膛高膛压弹道炮,为弹药及其它技术攻关试验提供了先期条件。1979年2月19日在西安打响了我国自行研制高膛压火炮的第一炮,同年年底,试制出120毫米滑膛坦克炮初期样炮2门。1980年10月,又完成样炮1门。火炮发射了1000余发穿甲弹进行各项攻关试验,至1981年底,除某些零部件工作可靠性有待进一步提高外,解决了高温膛压条件下系统零部件强度和其他基本性能问题。
穿甲弹结构经多种方案分析对比后又优选了少数方案进行试制试验。其中,82-8方案于1979年8月27日在西安进行的测试中以1646米/妙的速度穿透了204毫米/68度(与T-72前装甲相当)复合装甲,开创了我国动能弹穿透复合装甲的先例,后来又经反复试验,最终确定了综合性能较好的82-14方案。由于当时我们还不能为120毫米穿甲弹提供钨合金锻造材料,不具备搞全钨弹条件,故该方案改用烧结态真空处理的钨合金,在弹芯后部有半截钢套。1981年4月27日,在某靶场进行的穿甲试验中,初步显示了该方案的良好穿甲性能,对120毫米/68度均质装甲的极限穿透速度为1300米/秒;对204毫米/68度复合装甲的穿透速度为1411.2米/秒,且尚有很大余量。该弹初速达1700米/秒以上,1000米的速度损失仅为50米/秒,穿甲威力甚为可观。后又经对该方案进行多次试验,日益显示出120毫米滑膛炮及其穿甲弹的优良性能和巨大潜力。1982年以前,120毫米口径榴弹和破甲弹也取得进展,但后因经费不足暂缓研制。1977年高膛他火炮的论证工作及时得到了五机部,装甲兵和炮兵等部门领导的关怀和支持。在1978年-1981年间,120毫米坦克炮系统的研制受到了有关领导的高度重视,经费也有充足保证,工作成绩斐然。假如能够集中全力把“前二代坦克”项目进行到底的话,很有可能使我军装甲部队在80年代末即能装备与德军“豹”2坦克性能相当的主战坦克。然而,正当120毫米火炮和动能穿甲弹即将大功告成之时,上级对“前二代坦克”的总体任务进行了调整,并于不久后下令停止研制。作为配套系统的120毫米滑膛坦克炮的设计定型工作随之中断,也趋于停顿状态,我国高膛压火炮的发展面临严峻的考验。
为了保住即将到手的成果,1984年10月,447厂将120毫米滑膛坦克炮装在自行火炮的地盘上,进行了120滑膛坦克炮和穿甲弹的工厂鉴定定型试验。被鉴定的120毫米滑膛坦克炮样炮在累计600余发射击试验后证明,其性能完全满足设计要求。同时,穿甲弹系统各项性能指标均通过了合格鉴定,特别是穿甲威力大大超过了原来认为很难达到的指标要求。该炮口动能大于国外同类口径火炮(含西方120毫米滑膛炮和苏125毫米滑膛炮)已装备的穿甲弹水平。从高膛压水平看,早期120毫米滑的工厂鉴定时电测膛压值为:常温(15度)约为570MPa,高温(50度)约为640MPa,比国外105毫米火炮(发射M111穿甲弹)膛压高101MPa以上。火炮重量比德国“豹”2坦克的Rh120型120毫米滑膛坦克炮(设计膛压值710MPa,实际膛压值540MPa)轻。
然而,这些丝毫不能挽救“前二代坦克“的命运,该坦克是以德国的“豹”2为起点研制的,其战斗全重46吨,安装有1台纵置1000马力发动机,由于多种因素,继“三液坦克”之后,有着中国“豹”2坦克之称的“前二代坦克”过早地堕落了,后来名正言顺地获得“二代坦克”称谓的是69式坦克的改进型--按装105毫米线膛炮的80/88式坦克。唯一值得欣慰的是,“前二代坦克”的样车最终成为我国“第三代主战坦克”的前期预研车,为我国主战坦克的发展作出了应有的贡献。
作为“前二代坦克”配套系统的120毫米滑坦克炮虽然未能生产定型即中途夭折,但却为我国高膛压火炮的研制打下了初步的技术基础,并在我国火炮发展史上留下了不可磨灭的一笔。
早在1978年12月,五机部在哈尔滨召开的“7812”会议上就部署了120滑自行坦克炮的研制工作,1979年2月,该炮战术技术要求得到批复,后因经费缺乏,上级决定暂缓研制。1981年9月,在120滑坦克炮研制工作取得进展的情况下,炮兵提出了“关于加速120毫米自行反坦克炮研制工作的请示”,但同样受多种因素制约,该项目进展缓慢。
1984年9月,兵器局二部和447厂签订了进行120滑坦克炮工厂鉴定试验及改装120滑自行反坦克炮试验样炮的合同。这是从实际情况出发,对120滑自行反坦克炮总体方案和总装单位进行合理调整,迅速打破工作僵局的关键步骤。
原来的自行反坦克炮方案与坦克炮区别很大,其后座长度大,后坐阻力小,并安装有炮口制退器。经过进一步的研制分析,1984年10月科研人员在自行火炮的底盘上进行了120滑自行反坦克炮鉴定试验,证明自行反坦克炮完全可以坦克炮为基础发展而不必进行较大改动。火炮总体方案经改变后决定采用“自动供弹,定点取弹”的半自动装填机构,这可以说是120滑自行反坦克炮总体设计的重大决策。
在坦克炮工厂鉴定试验的基础上,447厂很快改装了1门120滑自行反坦克炮样炮。1984年11月初--12月上旬,该样炮进行了内弹道,立靶密集度和半自动装填等多项试验,效果良好,与坦克炮相比,其身管加长了0.5米,初速达到了1750米/秒以上,12月下旬,工厂将样炮运到北京参加反坦克武器陈列和操作表演。1985年5月,该炮又在南口进行了射击表演。在2000米距离上对450毫米厚(另有十块后效板)的均质靶板进行穿透试验,4发穿甲弹均全部穿透且弹着点非常密集。有关部门领导和专家参观了表演和实验,这对自行反坦克炮的下一步工作展开起到了非常重要的作用。
1986年,从“863会议”开始,经过一系列研究后明确了有关技术问题,并对战术指标进行了调整。后来在工业主管部门的协调下,炮兵和总师单位以及其他研制单位共同明确了研制进度,经费等事宜,并顺利地签订了合同。至此,120滑自行反坦克炮项目工作最艰难,关系最不协调的阶段已经过去,全面迅速展开工作的条件已经成熟。为了节约经费,加快研制速度,经多方努力,在科工委和炮兵的关怀下,1986年2月兵器部从实际出发下文明确447厂为总装厂。同时,上级正式明确:该项目为国家重点,合成集团军装备,国庆40周年受阅和合同制试点项目--“四道金牌”项目。从此,国产大口径高膛压火炮的发展跨上了一个新的台阶。经过各研制单位的努力工作,从1987年5月开始陆续完成了120滑自行反坦克炮的工厂鉴定试验,设计定型试验,部队寒区和热区试用。对上述实验中发现的问题在查明原因和改进后又通过了补充试验,全部达到设计指标要求,并进行了20门(辆)试制。1988--1989年,120滑自行反坦克炮小批量交付部队试用,1990年,国务院,中央军委军工产品定型委员会批复“同意PTZ-89式120毫米自行反坦克炮武器系统设计定型”。
120滑自行反坦克炮的研制成功,填补了我国大口径高膛压自行反坦克炮的空白。从主要战技指标上看,其炮口动能,直射距离已经达到了国际同类口径火炮的先进水平,即便是在未采用全钨弹的情况下,穿甲威力已经达到了世界先进水平。穿甲弹在常温(15度)时的炮口动能比我国老式120毫米滑膛炮提高了40%;比T-72坦克125毫米滑坦克炮发射的BM-12,BM-15穿甲弹大31%;比“豹”2坦克120毫米滑坦克炮发射的DM-13和DM-23穿甲弹大17%。穿甲威力设计指标要求在2000米距离上穿透150毫米/68度(约400毫米)均质装甲,实际定型试验时穿透距离为3310米。后经改进和多次试验,新型的穿甲弹对204毫米/68度复合靶,150毫米/65度均质靶以及“重型三层靶”/65度的穿透距离(在所有使用温度范围)均至少在4500米以上。穿甲弹的直射距离(目标高2米时)为3210米,火炮身管寿命基本达到600发要求,2000米立靶密集度满足0.3米要求,比老式120滑有质的飞跃。
特别值得一提的是,国产120毫米滑自行反坦克炮以其大药室,长管身为基础,较大的保留了发展全钨弹和特种弹的前景,具有国外产品无法比拟的巨大发展潜力。另外,由于120毫米滑自行反坦克炮采用高膛压,高火药力和大装药的特点,如何提高火炮的身管寿命问题便成为突出的难题。设计人员决定把缓蚀添加剂和炮膛镀铬两项技术列为关键研究课题,后经不懈努力取得了可喜的进展,使身管寿命提高到了800发(穿甲弹)以上水平。如果说120毫米高膛压滑膛坦克炮是我国自行设计研制的第一门高膛压,高初速坦克炮,那么86式高膛压100毫米滑膛反坦克炮则是我国自行研制成功的第一个高膛压,高初速,大威力的反坦克武器系统,其装备部队后,使我军拥有了在4700米距离上击毁T-72的能力。这种高膛压火炮的相继研制成功在提高了我军反装甲力量的同时,也为日后125毫米和更大口径的高膛压滑膛坦克炮的研发铺平了道路。70年代,科研部门为了适应需要,在100毫米线膛坦克炮的基础上又开发了同口径的滑膛炮(含坦克炮和反坦克炮)。73式100毫米滑膛反坦克炮原为我军当时反坦克炮兵作战的主力,但该炮只能击毁T-62坦克,无法对付T-72坦克的威胁。而从我军反坦克炮兵当时的编制体系结构上看,大量73式反坦克炮占据装备主导地位格局在短期内无法更替,如何挖掘其潜力使其继续发挥应有的作用,成为科研人员的一大攻关课题。我科研人员在认真研究分析后发现,由于我国100毫米滑膛炮的药室结构尺寸比西方105毫米坦克炮大,故其炮口动能和穿甲威力也比其大许多,若用高膛压火炮技术对73式反坦克炮进行改进,则可以在不改变原炮尺寸,通用原炮弹药和花费较少经费的前提下,使火炮性能得到大幅度提高。
继提交了“两炮”的论证报告后,1979年10月,五机部科研院又提出了用高膛压技术改进100毫米滑膛炮的论证报告。1980年2月,该院召开了“100毫米滑提高性能讨论会”,根据会议要求,经247厂,803厂,845厂和54所等单位的共同努力,于同年12月上旬装出2门100毫米滑高膛压反坦克炮试验样炮,月底在845厂进行了火炮内弹道摸底试验,显示出了良好的性能潜力。
1981年10月,100毫米滑高膛压反坦克炮及钨,特种合金穿甲弹被列入国家重点项目,经过14个单位的奋战,研制工作进展较快,由于不少高膛压火炮技术在100毫米滑和120毫米滑两种火炮系统上是通用的,因此100毫米滑的研制初期充分利用了120毫米滑取得的技术进展,以后两个系统在研制中又实现了互相补充和互相促进。
研制过程中,科研人员陆续对100毫米滑膛炮的炮尾,关闩机构等进行了改进,并解决了全钨弹和特种弹的一系列技术问题。1986年,该炮全系统通过设计定型,1987年开始批量生产并装备部队。
与73式100毫米滑反坦克炮及穿甲弹系统相比,新研制的86式100毫米滑高膛压反坦克炮及钨,特种合金穿甲弹在性能上有了质的提高。根据上级要求,86式全系统的第一步设计指标是在2000米距离上击穿T-72坦克前装甲;第二步设计指标是能在2000米距离上击穿安装反应装甲的T-72改型和T-80坦克。经测试,86式反坦克炮实际性能大大超过设计要求,与西方105毫米坦克炮和苏式100毫米反坦克炮比较,该炮在初速,炮口动能,直射距离和穿甲威力等主要性能方面,均处于领先地位(见附表),且该炮及穿甲弹仍有进一步发展的较大潜力。
需要强调的是,100毫米滑高膛压反坦克炮达到的性能也适用于100毫米滑膛坦克炮,而且由于坦克炮炮尾零部件的尺寸结构比反坦克炮大,因而坦克炮继续发展的潜力更大。此外,如果坦克炮不安装炮口制退器时,对于火炮的射击精度也更为有利,与线膛炮相比差距不大。回顾我国高膛压火炮系统12年间的发展,完全可以用“山穷水尽疑无路,柳暗花明又一村”来形容。首先,广大的科研人员为了攻克技术难关,夜以继日,全力以赴,在面对困难时因难而上,面对荣誉时并不计较个人得失;其次,决策的变化,往往影响项目方向和目标的决定,甚至影响到科研人员的积极性和创造性。这些都需要我们不断深入了解实际情况,为实现预定目标,做好系统工作。而一旦工作处于低潮,甚至有半途而废的危险时,更要特别珍惜已经形成的科研劳动成果,并从实际出发采取灵活有效的方法,力争管理者的了解和支持,千方百计地将技术成果转化为具有实际意义的产品。120毫米滑膛炮药室尺寸问题的处理就是一个例证。经过有关单位反复论证研究,项目组于1978年初共同确定了较大的药室结构尺寸。这是在相关火炮和坦克总体设计所接受的前提下,为尽可能提高穿甲威力创造了有利条件,但是,当工作取得进展并继续深入时,由于“前二代坦克”的要求变化,造成药室小型化的呼声不断出现。而药室尺寸关系到样炮,弹药及工装的报废,造成工作的反复,同时可能丧失火炮未来的发展潜力。如果当时不假思索地改变,则后来不仅坦克炮会因为“前二代坦克”的中断而夭折,反坦克炮的研制工作也会受到连带影响。此外,在高膛压火炮系统的整个研制过程中,科研人员从系统论证阶段即开始重视收集和分析国外资料,一些技术课题和途径就是在参考国外发展情况和结合本国实情后确定目标的。同时,在对外开放条件下搞好兵器科研仍然需要自力更生,以我为主和艰苦奋斗的精神,这可以实现在有限经费条件下取得成果和效益。而且自身技术上的进展,也为消化,吸收,改进和正确引进国外产品创造了有利条件。比如,当我们掌握高膛压火炮技术后,就可以很快摸透国外125毫米炮的性能,并迅速在其基础上进行改进和提高。相反,有的国家却长期不清楚该炮膛压值等最基本性能,只能一再要求别人提供高膛压测试,高膛压韧性炮钢,身管液压自紧,可燃药筒和穿甲弹等关键技术和设备。这不仅需要花费更多的经费和增加国防依赖性,而且在一定程度上丧失了国际交流和合作的资格,当然更谈不上扩大产品和技术出口的实力了。
总之,为了迅速发展兵器科研事业,赶超世界先进水平,正常的国际合作和适当代价有选择地引进,吸收国外先进技术是一条捷径。同时,坚定地相信,尊重和依靠自己的科研力量,设法提高自身研制水平,也是上述捷径的必经之门