英軍二戰中使用的17磅反坦克炮的穿甲能力分析

“英軍二戰中使用的17磅反坦克炮的穿甲能力分析”

首發於文學城博客“螢火蟲17pdr”Feb 19,2012

 

二戰中英軍的17磅反坦克炮（76.2mm，55倍身管）穿甲能力非常出色，在同口徑反坦克炮中遙遙領先。本文通過與德軍75mm PAK40 L/46對比，分析為何17磅炮擁有如此出色的穿甲能力。

 

下麵這個表與德軍75MMPAK40 L/46反坦克炮進行穿甲能力對比。

		30度傾角均質裝甲板穿甲深度MM
		17 POUNDER(MK1)		75MM PAK 40
距離		APCBC	APDS	APCBC	APCR
2000YARD	1828M	111	161	-	-
	2000M	-	-	64	-
1000YARD	914M	131	192	-	-
	1000M	-	-	85	97
500YARD	457M	140	209	-	-
	500M	-	-	96	120
炮口初速 M/S		884	1204	792	990

 

 

 

 

 

 

 

對比中注意幾點：

1．17磅炮口徑為3英寸=76.2mm，所以選擇幾乎同口徑的75mm PAK40進行對比。

2．APCBC：ARMOUR PIERCING CAPPED BALLISTIC CAP被帽穿甲彈。全口徑硬質鋼芯配內層軟金屬被帽（避免硬質彈芯與裝甲直接碰撞造成碎裂）和外麵的整型被帽（降低空氣阻力）。

3．APDS：ARMOUR PIERCING DISGARDING SABOT脫殼穿甲彈。此彈種為英軍所有。碳化鎢次口徑彈芯和尼龍/軟金屬彈托。擊發後彈托可以封閉炮膛使火藥氣體不泄漏，從而使彈頭獲取最大能量/初速。彈托受在炮膛內的擠壓和出膛後彈體旋轉的離心力的雙重作用被拋掉，次口徑的彈芯高速飛向目標。

4．APCR: ARMOUR PIERCING COMPOSITE RIGID 中文不詳。此彈種為德軍所有。碳化鎢次口徑彈芯外包裹全口徑輕金屬外殼，彈頭出膛後不分解。

5．APDS vs. APCR：APDS由於隻有高密度小截麵的碳化鎢彈芯飛向目標，所以風阻小，存速能力強，在射程內穿甲能力隨距離衰減慢。而APCR由於有整型全口徑外殼，平均密度低，風阻大，存速能力不強，穿甲能力隨距離增加衰減快。由於這是兩個不同彈種，不宜進行比較，所以下麵隻用APCBC比較兩種火炮。APDS發展到現代增加了彈芯尾翼，稱為APFSDS：ARMOUR PIERCING FIN STABLIZED DISGARDING SABOT尾翼穩定脫殼穿甲彈。還有另外一種碳化鎢芯穿甲彈，稱為APCNR：ARMOUR PIERCING COMPOSITE NON-RIGID 碳化鎢彈芯外包裹全口徑軟金屬，但炮膛從藥室前端到炮口不象普通火炮的等口徑，而是逐漸向炮口減小的變口徑，彈頭在炮膛運動過程中軟金屬外殼不斷被擠壓，彈頭直徑不斷減小，從而獲得極高的膛壓/初速。德軍的75mmPAK41反坦克炮就是這種錐型炮。（順便說一說75mm PAK41，這種炮的炮管從藥室末端開始的1/3長度和普通炮管一樣是等截麵和有膛線的，中間的1/3炮管是無膛線錐型的，從75mm縮小到55mm，而最後1/3炮管又變成等截麵，也沒有膛線。由於極高的膛壓身管燒蝕嚴重，平均壽命隻有500~600發。1000YARD穿深隻有150mm，還不如使用APDS的17磅炮，遠距離存速能力也差。這種炮隻生產了150門就停產了，因為隻能使用APCNR，而德國非常缺乏鎢）

 以上是穿甲能力的對比，下麵將兩種火炮的性能參數進行對比：

	17 POUNDER(MK1)	75MM PAK40
口徑 MM	76．2	75
身管長度MM	4202（55倍）	3450（46倍）
全長MM	7353	6200
俯仰角	+16.5，-6	+22，-6
方向射界	60(L-30,R-30)	65(L-32.5,R-32.5)
射速 ROUND PER MINUTE	Up to 12	12-15
膛線	20	32
纏度（導程）	30倍	24倍-18倍
炮口製退器	衝擊式雙室	衝擊式雙室
炮閂	立楔式	半自動橫楔式
藥室容量（L）	4.92	3.7
瞄準鏡（放大倍率）	單倍（早期）,3X	3X
炮身重量 KG	682（含炮閂）	NA
戰鬥全重KG	2968	1425
身管壽命	1300	NA

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 



















再對比兩種炮彈的參數：
 

	17 POUNDER APCBC	75MM PAK40 APCBC (Pzgr.39)
全重（KG）	17.03	13.35
彈頭重（KG）	7.72	6.8
全長（MM）	~850	744
彈頭長（MM）	317	244
發射藥種類	雙基（硝化纖維/硝化甘油）	雙基（硝化纖維/硝化二乙二醇）
火藥力（KJ/g）	1000	~1100
火焰溫度（°K）	3300	~3400
發射藥裝填量（g）	~4000	2430
彈底裝藥種類	NONE	黑索今（環三亞甲基三硝胺）
彈底裝藥量（g）	NONE	16
炮口初速 M/S	884	792
膛壓（MPa）	324	NA
炮口動能（KJ）	3001	2122

 

兩種炮的主要差別：

1． 身管長度：17磅炮身管長度達55倍口徑，顯著高於75mm PAK40的46倍口徑。因為無法找到身管長度與17磅炮相同或相近的德軍反坦克炮（未考慮坦克炮），所以隻能用最接近的75mm PAK40進行比較。

2． 戰鬥全重：17磅炮的戰鬥全重兩倍於75mmPAK40

兩種炮彈的主要差別：

1． 重量：17磅炮APCBC炮彈全重要比Pzgr.39重約3.7KG。其中17磅炮彈頭重量高出Pzgr.39 0.9KG，發射藥重量高出1.5KG（約60%）。

2． 彈底裝藥：17磅炮彈頭無彈底裝藥，而75mmPAK40彈頭有彈底裝藥。所以準確地說Pzgr.39應稱為APCBCHE (ARMOUR PIERCING CAPPED BALLISTIC CAP HIGH EXPLOSIVE)。

3． 炮口初速：17磅炮炮口初速比75mm PAK40高約10%。

4． 炮口動能：17磅炮炮口動能比75mm PAK40高約40%。

 

決定APCBC穿甲能力的兩個主要因素是初速和彈頭重量（當然還與彈頭材料，形狀等有關，但由於缺乏相關資料，且相比前兩個主要因素其影響有限，所以在這裏不計入），從前麵的比對中可以發現17磅炮在這兩項上均高於75mmPAK40。為使更重的彈頭達到更高的初速，17磅炮簡單的采用了加大發射藥量和增加身管長度的辦法。

兩種炮彈的發射藥的燃燒溫度和能量密度（火藥力）數據均是同時期兩國炮兵通用雙基發射藥的數據，無法找到直接數據，但不同組分發射藥之間的差距在這兩項上並不大。當然，發射藥形狀直接影響燃燒速率進而影響膛壓，我所掌握的資料隻有德軍Pzgr.39的，其發射藥粒形狀為空心管狀。有資料稱英軍在1943年開始使用三基發射藥，可以顯著降低燃燒溫度，減少炮口焰和衝擊波，降低身管燒蝕從而延長壽命。

通常情況大的發射藥裝藥量意味著大的藥筒，我手頭有較準確的Pzgr.39的藥筒長度，為493mm。而17磅炮我隻能找到火炮藥室長度，是從藥室底部到彈頭底部，長度為544mm，這個長度應該非常接近藥筒長度（估計為570mm）。Pzgr.39藥筒底部直徑為102mm，肩部直徑96mm，口部直徑80mm，所以藥筒錐度大約在1/120，屬於極小錐度的藥筒，藥室容量應在3.7L左右。而一般資料顯示的17磅炮藥室容量為4.9L左右，綜合藥筒長度570mm推算17磅炮炮彈藥筒底部直徑約為120mm，錐度約1/40，屬於極大錐度的藥筒。由於兩種炮彈均為藥筒定裝式炮彈，所以通過藥室尺寸推算藥筒／彈藥尺寸應該比較準確。

回到裝藥量的問題，如果17磅炮炮彈的藥筒容積隻比Pzgr.39的高30%左右，為何能比Pzgr.39多裝了60%重量的發射藥呢？我分析可能有以下兩個原因：一是17磅炮彈筒可能裝滿發射藥，沒有空隙，而Pzgr.39不是全裝藥，藥筒內還有空隙；二是由於兩種發射藥粒形狀不同（德軍的空心管狀發射藥粒密度低於實心的發射藥粒）導致發射藥的平均密度不同。雙基發射藥的密度約為1.6g/cm3，對於Pzgr.39的空心管狀發射藥粒，其長度/外徑/內徑分別為175mm/2mm/0.85mm，單個藥粒平均密度降為約1.26g/cm3，再考慮鬆散藥粒裝填間隙，平均密度還要低很多。假定Pzgr.39為全裝藥，則發射藥平均密度約為0.65g/cm3，如果用此數值反算17磅炮的發射藥量，則藥室容量須高達6L，所以隻有上述兩個原因可以解釋。

如果要想將發射藥的燃燒能量盡可能多的傳遞個彈頭，就要求發射藥燃燒速率高（選用燃燒速率高的發射藥，並且改變發射藥粒形狀使其有更大的燃燒麵積），同時延長彈頭在身管內的運行時間。在發射藥沒有更多改進餘地的情況下，這就是17磅炮在大幅增加裝藥量的同時選擇55倍口徑長身管原因。

 

兩種炮在炮架和身管結構上還有以下兩點不同：

1．17磅炮仰角顯著小於75mmPAK40，這是一個不小的差距，意味著在1000米距離上17磅炮可以射擊目標的最大高度要比75mmPAK40低了近100米，對於丘陵和山地作戰影響很大。長身管導致炮尾過長應該是主因。

2．17磅炮的20條膛線顯著少於75mm PAK40的32條，纏度也不同。32條膛線一般是用於高初速炮，可以降低膛線導轉側作用力（彈帶在火藥燃氣壓力作用下切入膛線旋轉，這是旋轉彈帶對膛線導轉側的法線方向作用力），而20條膛線通常是用於低初速炮。為什麽17磅炮要采用通常榴彈炮才用的20條膛線呢？這還要綜合膛線纏度（導程）來分析。17磅炮的纏度為30倍，意味著彈頭在身管內要運行30倍身管口徑長的距離才旋轉360度，由於17磅炮炮彈發射藥藥量很大，如果選用小纏度膛線則增加炮膛阻力，膛壓會過高，而且膛線導轉側作用力過大，膛線磨損會很嚴重。同時為抵消膛線導轉側作用力對膛線陽線的作用而采用少膛線以增加膛線陽線強度，所以17磅采用30倍纏度和20條膛線都是為抵消高膛壓帶來的副作用。另外，注意75mm PAK40的纏度表述為“24倍-18倍”，這說明其采用的至少是漸速膛線，甚至可能是混合膛線，而17磅炮應該隻是等齊膛線。等齊膛線在起始段（藥室末端）會同時承受最高的膛壓和最大的膛線導轉側作用力，對整個身管壽命非常不利。漸速膛線在起始段纏度很大然後逐漸向炮口減小，所以最大的膛線導轉側作用力的發生點不會和最高膛壓發生點重合，能夠顯著降低膛線磨損和燒蝕，延長身管壽命。混合膛線是在膛線起始和中部使用漸速膛線，而在炮口段改為等齊膛線以消除漸速膛線會在薄弱的炮口處產生過大導轉側作用力的缺點。如果將炮膛展開，等齊膛線是一條直線，而漸速膛線為二次曲線，加工難度是大大不同的，這也說明當時德國的金屬機加工水平是很高的。17磅炮的膛線深度約1mm，這屬於低初速火炮用淺膛線，通常為加強高初速火炮膛線的強度而采用0.015~0.02倍口徑深度的膛線，也就是1.14~1.52mm深。我猜測可能是因為彈帶強度不足，深膛線切入彈帶過深會降低彈帶強度引起斷裂，所以權衡二者而選擇較淺的膛線。

我手頭缺少75mmPAK40身管壽命的數據，估計其身管壽命應該和17磅炮不相上下。17磅炮身管壽命能達到1300發已經是相當不錯了，用在虎王上的88mm Kwk43（反坦克炮型號88mm PAK43）擁有幾乎同等穿甲能力，但身管壽命隻有幾百發（一說200發就要更換後段身管），而虎I上使用的88mm Kwk36在發射1000發炮彈後也要更換後段身管。我沒有17磅身管加工的詳細資料，如果1300發的壽命數據屬實，那麽英國人一定用了什麽特別的手段來提高身管壽命。

 

這兩種反坦克炮的彈藥當然以穿甲彈為主，但同時都配備了高爆榴彈來對付軟目標。17磅炮的高爆榴彈一直存在問題，首先彈頭進行了重新設計，通過加厚彈壁減少裝藥強化彈頭強度，以對抗高膛壓。其次英軍一開始試圖維持發射藥裝藥量不變，以期獲得同APCBC相同的彈道來簡化瞄準過程。但是戰場使用一段時間後發現，有時過高的初速會使榴彈彈頭擊中目標時發生跳彈，如在射擊棱線目標時，彈頭擊中土坡然後跳起躍過棱線，並沒有爆炸。所以後來不得不降低發射藥裝藥量。17磅炮高爆榴彈的彈頭裝藥量最大為580g，炸藥種類不詳，而75mmPAK40的高爆榴彈Sprgr.彈頭裝藥量達840g（硝銨三硝基甲苯），高出17磅炮近50%，所以其威力顯然要高於17磅炮。其實17磅從誕生之初就是一種追求優異穿甲性能的專用反坦克炮，所以榴彈對它來說並不重要。

 

關於精確度，17磅炮的精確度是很不錯的，用APCBC對1.80mX1.80m目標射擊，在1000YARDS距離上達到90%，2000YARDS距離上達到80%，我沒有75mm PAK40 的資料，所以無法比較。早期17磅炮使用1倍瞄準鏡，1943年末換裝3倍放大倍率的瞄準鏡提高了射擊精度，上麵的精確度應該是使用新的瞄準鏡取得的。德國的光學工業在二戰時是最發達的，虎I坦克所配備的CARLZEISS瞄準鏡可以使一名稍加訓練的新手在1000M距離上首發命中2mX2.5m目標。關於瞄準鏡還有一件趣事，英軍早期使用2磅炮，炮兵操典要求瞄準手貼目瞄準，射擊時眼睛也不能離開瞄準鏡，後來換裝6磅炮了，射擊後坐力大增，炮兵操典依舊沿用，據說在靶場如果看見一名士兵有黑眼圈，就知道他是剛換了6磅炮的瞄準手。17磅炮在使用APDS射擊時，精度在距離超過500m後急劇下降。這可能與其構造有關，次口徑彈芯配合彈托在線膛炮身管內運動產生旋轉，出膛後彈托分離，一點點的質心偏移都會導致長杆彈芯不能繞質心軸線旋轉，這可能也是現代坦克炮都改用滑膛炮並為彈芯安裝尾翼的原因之一，據資料稱APDS供應數量在17磅炮全部彈藥中隻占6%。不過APDS有一個強項，其對表麵硬化裝甲具有極強的穿透力並且不易跳彈。德國在二戰中期前熱衷於表麵硬化裝甲，特別是豹式坦克經過表麵硬化的大傾角車體前裝甲曾經令盟軍一籌莫展，APCBC經常產生跳彈。盟軍作了大量研究發現彈丸速度是對表麵硬化裝甲穿透能力的決定因素，而非質量，所以轉而使用高初速的APDS對付表麵硬化裝甲。德國人很快也發現了這點，所以二戰後期德國放棄使用表麵硬化裝甲，隻用均質裝甲板。

最後說一說射速問題。我所掌握的資料稱75mm PAK40的戰鬥射速為12~15發/分鍾，同時期使用同樣的半自動炮閂的其他種類炮可以達到20發/分鍾，所以這個數據應該是指持續戰鬥射速。而17磅炮的炮閂是否是半自動的我無法確定，但從那個12發/分鍾的數據出處來看，更像是指爆發射速而非持續射速。考慮到17磅炮的炮彈要比Pzgr.39重了3.7kg，我相信即便使用半自動炮閂其持續戰鬥射速也不會超過75mm PAK40的12~15發/分鍾。試想一名裝填手在戰鬥中每5秒裝填一枚重17kg的炮彈，他能夠堅持多久。所以17磅炮的5-7人炮班不隻是為了移動炮，我想這其中應該有2-3人兼職裝填手。順便說一說這5-7人的分工，班長（炮長）負責發現和指定目標以及擊發，瞄準手負責裝定標尺和瞄準，裝填手負責裝填，另外2-4人協助射擊，比如當目標超出方向射界時根據炮長指令移動火炮重新瞄準，或者轉移發射陣地，還有就是當第一裝填手累吐了血就頂上。

 

17磅炮的穿甲能力可以說是出類拔萃的，但是為達到這個目的所付出的代價也是很大的。近3噸的重量對於一門牽引式反坦克炮實在是太重了。相對於75MM PAK40的3~4人炮班，17磅炮需要5~7人，即便如此在陣地上轉換炮位也不是很輕鬆。為追求高穿甲能力而提高裝藥量和彈頭重量從而導致高膛壓，不得不加強藥室和身管強度，導致炮身重量增加（55倍身管也導致重量增加）。為平衡巨大的炮身和抵消強大的後坐力，17磅借用了25磅炮的炮架。如果重新設計炮架也許還能減少點兒重量。其次，大裝藥量導致炮口焰十分嚴重，即便55倍的長身管也不能使發射藥充分燃燒減小火焰，據說夜間發射時極其醒目，在幾公裏外就可以看見，而且炮口焰會導致瞄準手短暫失明，影響快速二次瞄準。強大的炮口衝擊波使得每次射擊時炮位前塵土飛揚。後來改進的發射藥配方加入氟化鋁鉀，雖然一定程度上抑製了炮口焰，但是卻產生大量的煙，白天射擊時容易暴露陣地，所以這項改進最終被放棄了。