前言
第一次世界大戰，可以說既是新發明的試驗場，新武器的孵化器，航空武器也不例外。自1902年萊特兄弟發明飛機開始算起，飛機僅僅是走過了十來年的發展，就被驅趕到了那個極為殘酷的修羅場。此時的飛機技術遠未達到羽翼豐滿的程度，更像是襁褓裡的雛鳥。歐美列強各種稀奇古怪的設計發明仍然在不斷湧現，腦洞不小，靠譜的不多。但毫無疑問，列強都意識到了這種新興的發明作為武器使用時所蘊含的巨大價值。在一戰初期的幾個月，協約國和同盟國的飛機就以偵察機的形式翱翔在歐陸上空，充當了陸軍的馬前卒，為己方帶回敵人的部署情報。但此時的飛機還是處在無武裝的狀態，雙方的飛行員空中打了照面，除了一個禮貌而不失尷尬的微笑外，什麼都做不了。
但這個狀態沒有持續多久，雙方很快就意識到了這種尷尬境地，開始為飛機研製武器裝備。一戰時期研製的航空武器，可以說汗牛充棟，無法一一列舉，本文就嘗試為大家最大程度上還原那個時期的航空武器的發展。
群魔亂舞的時期——“紳士”問候、跳幫抓鉤、手槍決鬥
戰爭剛爆發時，各國為飛機提供的武裝十分原始，可能是尚未脫離偵察機的範疇，因此所裝備的武器多是自衛性質的，交戰距離幾乎也是觸手可及的範圍內。在開戰的最初幾個月內，嘴炮甚至成為了一種最原始的武器，因為雙方沒有任何武裝，只能向對方報以辱罵或是粗魯的手勢。
一戰剛剛爆發時飛行員往往是沒有武器的，只能用嘴炮
意識到這個尷尬情況後，雙方開始給飛行員配備了一些可以近距離使用的自衛武器。然而這些武器今天看起來要多可笑有多可笑：板磚，鐵鏈，網，飛鏢，小型炸彈，手榴彈等一切可以用來破壞敵方機翼和螺旋槳的東西都用上了。俄國的飛行員中有一個狠人亞歷山大·科扎科夫（Alexander Kozakov），還提出了一種類似水手跳幫作戰的理念，在其駕駛的莫拉納-索爾尼埃爾G型上裝一個有彈性的拖繩，尾部是一個類似錨一樣鉤子，戰鬥中通過勾住對方戰鬥機機翼或機身來破壞敵機。以上辦法不管是哪一種，在保證飛機正常行駛的同時，還要心算對方與自己的距離和相對速度，然後用這些“冷兵器”擊中對方，恐怕需要飛行員擁有不亞於超級英雄的能力和心理素質，完全是不靠譜的。
早期的飛機甚至使用了抓鉤這樣風帆戰艦時代“跳幫”作戰使用的手段
用冷兵器擊中對方差不多是神劇劇情
很快，同盟國和協約國就開始為飛行員裝備“真正”的武器了，那就是手槍。手槍不需要對飛機結構做任何改造，單手持握就可以使用。為此，奧匈帝國為了增強命中率還特意在飛機的後排座位上安裝了一種10聯裝的毛瑟C96手槍，看上去頗為滑稽。這十把槍的扳機被連在同一個機構上，只要飛行員扣動一次，就可以打出10發子彈，堪稱土造的機槍了。但使用手槍的缺點也過於明顯。手槍子彈初速過低僅有200-400m/s，射程不夠，而且射速太慢，導致命中率很低，只要不擊中對面的飛行員就很難帶來什麼實質性損傷。
一戰時期的英國飛行員，使用一種特製的左輪手槍瞄準敵機
使用貝格曼手槍的德國飛行員
奧匈帝國搞出來的10聯裝盒子炮
航空機槍的誕生和發展
劉易斯機槍和維克斯F.B.5戰鬥機
隨著戰事進一步升級，各國需要的可不僅僅是自衛武器，而是能夠在遠距離摧毀敵方飛機的進攻型武器。最合適的顯然就是在陸地上大放異彩的機槍。但早期的飛機可憐的發動機功率顯然並不能攜帶一挺馬克沁那樣的水冷重機槍，所以要想把機槍裝上飛機，輕量化是必要的工作。早在一戰爆發以前的1912年，美國人就曾經把當時尚在研製中的劉易斯（Lewis）中型機槍裝到了萊特兄弟的Model B原型機上，用腳踏板進行射擊。這種設計只能朝向斜下方射擊，這意味著要想擊中敵機只能飛到它頭上去；幾乎不具有實用性。
美軍實驗中用腳踏板射擊的劉易斯機槍
而且此時的劉易斯機槍尚未達到成熟狀態。而在隨後的改進工作中，劉易斯機槍被專門發展出了一種航空型，去掉了標誌性的散熱套筒，直接用高速風流來滿足散熱，同時將原先的47發彈鼓提高至97發容量，大大提高了火力持續性。
劉易斯機槍的航空型，這是一戰用的最多的一種航空機槍
劉易斯航空機槍使用的97發彈鼓
但擺在面前的是一個新問題，那就是機槍子彈如何如何避開高速旋轉的螺旋槳呢？英國引進劉易斯機槍後，在1914年專門設計了一種將劉易斯機槍安裝在機頭，便於機槍手射擊的飛機，這就是維克斯 F.B.5是世界上第一種設計意義上的戰鬥機。為了解決這一問題，維克斯 F.B.5採用了罕見的螺旋槳放在機尾的設計，這樣可以使劉易斯機槍正前方毫無遮擋，輕易獲得超過180度的射界。
一個被自家飛行員射出的子彈打壞的螺旋槳
維克斯 F.B.5是世界上第一種專用戰鬥機，採用雙座設計，有專門的機槍手
發動機螺旋槳後置的設計，雖然不遮擋射界，但有極為明顯的缺點，經過螺旋槳的氣流提前被機身打亂了導致推進效率低，不得不使用更大功率的發動機，但這又增加了散熱難度。而且起降過程中很容易發生螺旋槳打到地面的事故。所以英國後面的戰鬥機還是老老實實用回了前置設計。1915年英國的拉諾·霍克(Lanoe Hawker)在前置螺旋槳的布里斯托偵察C型（Bristol Scout C）上實驗了舷側安裝機槍的設計，這種機槍將機頭正前方30度角的區域避開，射界受限，這樣也避免了打槳問題。但這種機槍佈置方式會讓飛機的格鬥難度大幅上升，意味著很多時候飛機都無法沿著最優的路徑接近敵機，不得不讓方向做一定的偏離，這樣白白浪費了一部分速度矢量。
霍克這種舷側佈置機槍的方法在機頭存在較大盲區
兩側安裝劉易斯機槍的布里斯托偵察C型（Bristol Scout C）
法國人的解決方案——偏折板
機頭佈置機槍的問題，在法國這裡得到了另一種解決方案。法國莫拉納-索爾尼埃爾L型（Morane-Saulnier L），它採用上單翼的設計，有單座型和雙座型。單座型莫拉納‧索爾尼埃爾L將一挺哈奇開斯機槍佈置在機頭正面的中軸線上，但它是發動機前置的設計，子彈不可避免地要打槳。索爾尼埃爾在螺旋槳內側安裝了厚重的偏折板（deflector），這種類似加強筋一樣的設計可以讓子彈打到螺旋槳之前，提前撞到偏折板上，路徑發生偏轉。這種設計很快在莫拉納-索爾尼埃其他系列飛機上應用。很顯然這種設計較之英國維克斯 F.B.5和布里斯托偵察C型都要好得多。1915年，莫拉納-索爾尼埃L型首次在空戰中擊落一架德國偵察機，證明了自身的實力。
Morane-Saulnier L上使用的螺旋槳，帶有一個鋼製的偏折板
Morane-Saulnier L戰鬥機
Morane-Saulnier N螺旋槳使用了同樣的設計
偏折板的設計雖然接近完美地解決了子彈打槳的問題，但它是以犧牲了機槍的效率為代價的。因為機槍的設計和螺旋槳的旋轉是完全相互獨立的兩個事件，沒人知道射出的子彈是無害穿過還是打到偏折板上。如果哪個倒黴蛋運氣不好，子彈經常打到偏折板上，雖然螺旋槳不會損壞，但是卻會極大影響到火力的輸出。比如有一發子彈明明瞄的很正，結果讓偏折板彈開了。。。這種感覺是不是很絕望？所以顯然偏折板也不是最優解決方案。
如果發生這種連續打到偏折板的情況，飛行員的心情一定很絕望
機槍和螺旋槳，阻斷還是同步？
最好的解決方案，是機槍和螺旋槳可以做到某種程度上的機械同步，即螺旋槳在遮擋正前方的這段時間裡，機槍禁止射擊；而機槍在射擊的時候，可以保證螺旋槳不會產生遮擋。機槍同步器最早的概念和專利就是由德國人奧古斯特·歐拉（August Euler），1910年歐拉取得了世界上第一項關於機槍同步器的專利，編號Nr. 248601。根據歐拉這個概念衍又生出了機槍同步器（
gun synchronizer）和阻斷器（ interrupter）兩種路線。這兩種概念類似於白名單與黑名單的區別，同步器嚴格規定了機槍什麼時候可以射擊，而阻斷器只是嚴格限定了什麼時候不可以射擊。
機槍同步器可以保證連續射擊而不用擔心打到螺旋槳
慢動作下機槍與螺旋槳的同步
阻斷器的概念由一個瑞士人在1913年提出，通過一個與螺旋槳相連的傳動軸，來阻止扳機被扣下。對於一個兩葉螺旋槳，每轉動一週有兩次機槍的扳機處於無法扣動的狀態。
歐拉發明專利中的機槍同步機構
機槍阻斷器的設計
另一條路線是同步器。同步器本質上是將機槍的扳機和螺旋槳通過機械機構進行約束，產生近乎固定的相位。其實索爾尼埃爾在偏折板之前就已經嘗試過同步器。但他的設計存在很大問題，槍械射擊的相位波動太大，所以沒有辦法實用。
機槍同步器最終還是在德國人手裡得到了較好的實現。1915年，才華橫溢的荷蘭籍設計師福克(Fokker)在福克 M.5K上裝了一挺帶有機槍同步器拉貝魯姆機槍，同步器同樣為福克設計。福克使用了一個可隨螺旋槳一起轉動的凸輪（如下圖），螺旋槳每轉動一週凸輪都會將一個隨動的連桿向運動一次，推動藍色連桿壓縮彈簧。如果此時恰好飛行員已經扣動了開火按鈕，那麼藍色的連桿就會恰好推動扳機開火，相當於飛行員和凸輪機構共同構成了一個“與門”。螺旋槳每轉一週，都會打出一發子彈。
福克的機槍同步器設計
福克式飛機安裝同步器後都需要地面校射，通過一個大圓盤上留下的彈孔判斷子彈與螺旋槳的相位關係
即便是安裝了同步器，如果凸輪調整的不對也會出現打槳事故
同步器試驗成功後，德國迅速給偵察型的福克M.5K都裝上了帕拉貝魯姆 MG14機槍，稱為福克M.5K/MG。在法國莫拉納-索爾尼埃爾L型對德國取得第一個戰果後的短短几個月後，福克M.5K/MG就大發神威，在一次空戰中接連擊落了一架莫拉納-索爾尼埃爾L型。緊接著德國將機槍版本的福克M.5K/MG量產，定型為福克 E.I，機槍換成MG08的航空輕量化版本——lMG 08。而後發展的福克 E.II進一步增加了發動機動力，福克E.IV上甚至使用了3挺lMG08，火力了得。德國在福克E系列飛機強大的火力，配合王牌飛行員殷麥曼迴旋戰術，讓福克即便被咬尾也仍能反敗為勝。在1915年下半年-1916年早期這段時間裡牢牢掌握了歐陸的上空的控制權，英法聯軍甚至稱這種戰機為“福克式災難”。
福克E.I和福克E.II配置一挺lMG 08風冷機槍
福克 E.IV 裝備了3挺lMG 08機槍
德國王牌飛行員殷麥曼創造的殷麥曼迴旋讓德國在技術和戰術上佔據了雙重優勢
同步器成為四海皆准的技術路標
自福克式戰機在1915年出現後，對協約國來講，航空武器的發展就只剩下了一條路，那就是儘快搞定自己的機槍同步器。1915年12月底，英國終於也投產了自己第一種與機槍同步器，它由維克斯公司的工程師喬治·查林傑（Gorge Challenger）。這種同步器與福克的設計十分類似，但由於傳動杆過短，導致它安裝到部分機型（ 比如布里斯托偵察機）上會有可靠性的問題，為了妥協不得不安裝在機頭側面，這樣又增加了瞄準難度。
英國布里斯托偵察機安裝Vickers-Challenger同步器，這個根傳動杆的角度十分別扭
R.E.8機槍上為了遷就同步器，維克斯機槍乾脆安裝在側面
此外英國還有數種其他的同步器投入生產，徹底解決了機槍前向射擊的問題，終於可以挽回劣勢。在擁有超小轉彎半徑的索普斯三翼機(Sopwith Triplane)服役後，協約國甚至又一度奪回了制空優勢。然而隨著福克Dr.I三翼機服役，同盟國再一次獲得壓倒性勝利，並造就了紅色男爵的神話。福克Dr.I三翼機的機動性更強，且裝備了兩挺帶同步器的lMG 08機槍，只裝備了單挺機槍的索普斯三翼機在它面前毫無優勢，以至於英國直接給飛行員下達了“不要與福克Dr.I戰鬥機比拼空中格鬥”的命令。但總的來說，發展到這個階段，協約國和同盟國雙方的戰鬥機已經開始走向趨同，早期那種天馬行空不著邊際設計已經越來越少了。
博物館收藏的一架雙維克斯機槍的索普斯三翼機——這種型號並沒有普遍裝備
福克Dr. I 紅色男爵座機(復原)
福克Dr.I擁有2挺前向射擊的lMG 08機槍，火力佔絕對優勢
機槍同步器+三翼機設計，造就了德意志空中死神——紅色男爵馮·里希特霍芬
其他的航空武器
無意中催生的新槍種
機槍在裝上飛機的過程中，還無意催生了一種全新的槍械種類——衝鋒槍（Submachine Gun）。1915年意大利研製成功了一種航空機槍維拉·帕洛沙，用於給雙坐飛機的副駕駛配備自衛火力。這是一種雙管機槍，每個槍管都有一套獨立的擊發機構，每分鐘射速高達1500發，遠超當時的維克斯機槍和劉易斯機槍。這種機槍與傳統機槍最大的不同在於它使用的不是全威力步槍彈，而是9mm的手槍彈。但在隨後的實戰中，這種機槍被證明威力不足，9mm手槍彈很難擊落敵機，但是它相對輕便的重量和較低的後坐力，十分適合步兵在近距離做火力壓制。因此這種概念在陸地上大放異彩，啟發了各國的輕武器設計師，到二戰已經成為了步兵廣泛裝備的一種武器。
不要被它唬人的外表騙了， 其實這槍真的不大，全長只有半米
早期的機載火炮
早期的機槍因為都是中口徑機槍仍然存在威力不足的問題，於是也有設計師動了腦筋，試圖將小口徑機關炮裝到飛機上，用來對付飛機和地面單位。考慮到小口徑機關炮的重量和後坐力，一戰時期的機炮一般都是加到轟炸機上。比如德國的貝克式M2 20mm機關炮（Becker Type M2），即後來的厄利孔 20mm機炮，就裝在了當時的G.III轟炸機和 AEG G.IVk對地攻擊機型上。
被裝在轟炸機上用來對空的貝克式20mm機炮
美國在水上飛機上使用了戴維斯2磅無後坐力炮用於反潛。法國在自家佈雷格5 Ca.2轟炸機機頭位置安裝了一門哈奇開斯37mm加農炮。但以上火炮都是無法連發射擊，因此實用程度很低。受到以上啟發，英國則研製了一款C.O.W 37mm航炮，做到了全自動射擊能力，理論射速高達90發/分；可惜投產時戰爭已經結束了。
美國水上飛機安裝的戴維斯2磅無後座力炮
佈雷格5 Ca.2轟炸機上的37mm炮
總的來說，一戰時期的航炮遠不如機槍受到重視，也沒有獲得突破性發展。原因就是機炮在輕量化，低後坐力化上做的仍然不夠好，很難實用。即便是姍姍來遲的COW 37mm機關炮，也只能使用5發彈夾，火力持續性根本沒法看。
COW 37mm炮用的是5發彈夾，火力持續性仍然很差
飛機上綁竄天猴——勒夫里爾火箭
由於一戰期間，協約國屢屢遭到德軍氣球和飛艇的偵察襲擾，為了能夠高效地摧毀這些討厭的飛行器，法國軍官勒夫里爾（Le Prieur）發明了一種火箭。將10枚火箭綁在飛機的機翼兩側，每一枚火箭都擁有200g黑火藥裝藥。飛行員可以一次性將所有火箭發射出去，但因為準頭極差（想象一下竄天猴的軌跡），這種火箭只能在距離目標115米內發射。由於飛艇和氣球使用的是氫氣，因此火箭可以起到較好的縱火效果，比航空機槍有效得多。不過這種火箭本質上只是康格里夫火箭的變種，與二戰所使用的火箭彈性能相去甚遠，只在戰術思想上得到了繼承。
裝備勒夫里爾火箭的法國偵察機
一個德國氣球被髮射的勒夫里爾火箭擊落，可以看到火箭的軌跡
結語
儘管一戰開始時，協約國和同盟國的參展各國航空技術能力不同，初始狀態不同。但隨著戰爭烈度的升高，必然導致各國都追求最為科學和高效的技術路線，也最終導致了雙方的飛機設計上的趨同和機載武器趨同。通過4年的殘酷廝殺，到1918年戰爭結束前，雙方用無數戰士的流血換來了的機載武器的正確發展方向，為後來的航空武器發展確定了基本旋律。
