近未來的坦克炮是什麼樣的?

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戰後,各國總結第二次世界大戰的經驗教訓,在戰場信息獲取能力、精確制導武器和輕型部隊反坦克能力依然欠缺的情況下,以坦克為首的裝甲突擊力量依然是增強國防的支柱,哪怕到現在一輛兼具壓制火力、高生存性和高機動性的坦克也是地面上最有存在感的一線作戰力量,你可以說這些多鉚蒸剛的鐵憨憨現在可以被其他天上地下的高新裝備剋制,但是坦克依然是目前效率最高的地面突擊力量,因為戰場的黑暗森林中其他紙皮裝備比坦克更容易暴斃,火力搭載能力也比不上現在究極優化的坦克底盤,如果有了,那它就是新一代坦克。。。2020年了,切勿相信坦克無用論,坦克不是坦克本身,坦克是個概念,代表著性能綜合且效率最高的地面裝備。而且就是因為技術進步坦克才要必須融入到作戰體系之中作戰,除非技術進步到推翻現有體系再討論其他東西怎麼編成。

在戰後一段時間內,發展坦克和坦克炮,仍然是許多國家軍事裝備研製的重點。早在二戰初期,德三使用的56倍口徑Flak-36型88高射炮在使用Pz.39型穿甲彈時達到了800米每秒的初速。而在二戰結束時,美軍使用的M1型76毫米坦克炮M93高速鎢芯穿甲彈達到了1000米每秒的高速。從歷史來看在坦克首次投入戰鬥後的30年間,對坦克火炮的初速從400米每秒提高到了1000米每秒。戰後坦克炮口徑不斷擴大,又由線膛炮為主變成了以滑膛炮為主。其彈藥,則由普通穿甲彈、破甲彈、碎甲轉變為尾翼穩定脫殼穿甲彈,初速度達到1600-1700,直射距離從原來的1000米,提高到1500至2200米,穿深從500米一兩百毫米提高到2000米750毫米甚至更高。

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Flak-36型88高射炮

然而截至今天,世界上初速最高的現役穿甲彈也從未突破2000米/秒大關,美軍最先進的M829A4穿甲彈也只是用更重的彈芯還降低了初速,雖然從動能上提升了,但是效果提升非常有限。根據內彈道理論,火藥燃氣的極限速度和火炮熱效率決定了彈丸初速。常規火炮發射時高溫高壓火藥氣體膨脹推動彈丸向前運動,當氣體膨脹的馬赫數達到6時,氣體在膛內產生激波,氣體的密度、溫度在激波處會大幅增加,對彈丸的推進力會減小,這就是常規火炮初速難以超過6馬赫數(約2km/s)的主要原因。目前,通過增加裝藥量和提高裝填密度來提高初速的方法已難以突破火藥燃氣滯止聲速與身管壽命的侷限。

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M829A4,彈芯長吧,拿裝藥量換的

而且隨著微電子技術日新月異的發展,越來越多的被動/主動防禦設備投入現役,對於坦克炮提出了更多的挑戰,當有一天主動防禦系統有能力攔截脫穿了怎麼辦?當有一天硬件能力滿足電裝甲使用了怎麼辦?雖然坦克炮的發展沒有停止,但是一些國家以前研製130、140毫米的火炮最後也因為普通化學能火炮的侷限性被放棄。

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現在的主動防禦系統,除了脫穿和攻頂彈,別的都能防

那麼未來坦克炮應該是什麼樣?這裡介紹已知的兩種路子。

1、電熱化學炮


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美帝的60mm電熱化學炮

電熱化學炮是將電能轉變為熱能使推進劑燃燒,在以固體火藥作為化學能的電熱化學炮中,同時存在著電能和火藥化學能的釋放,電能以電弧放電生成等離子體的形式釋放到膛內,同時引燃裝藥;火藥以化學工質的燃燒形式釋放熱能,電能和熱能使膛內氣體膨脹推動彈丸運動。兩者的能量匹配及釋放速率直接決定著電熱化學炮的內彈道性能,使膛內氣體在彈丸運動過程中足以彌補由於彈丸運動造成的壓力下降,改善膛內壓力變化,優化內彈道過程 ,從而達到提高炮口速度的目的。

等離子體(plasma)又叫做電漿,是由部分電子被剝奪後的原子及原子團被電離後產生的正負離子組成的離子化氣體狀物質,其運動主要受電磁力支配,並表現出顯著的集體行為。等離子體是一種很好的導電體,利用經過巧妙設計的磁場可以捕捉、移動和加速等離子體。等離子體是不同於固體、液體和氣體的物質第四態。當物質被加熱到足夠高的溫度或其他原因,外層電子擺脫原子核的束縛成為自由電子,就像下課後的學生跑到操場上隨意玩耍一樣。電子離開原子核,這個過程就叫做“電離”。這時,物質就變成了由帶正電的原子核和帶負電的電子組成的、一團均勻的“漿糊”,因此人們戲稱它為離子漿,這些離子漿中正負電荷總量相等,因此它是近似電中性的,所以就叫等離子體。

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電熱化學炮是一個混合系統,它通過脈衝電源的電弧放電產生等離子體,並與化學工質相互作用使其燃燒或分解釋放出化學能作為共同驅動彈丸的能量,炮彈由等離子體噴管、化學推進劑和彈丸組成,彈丸的初速度大,最高可達3km/s~4km/s,其炮口動能比傳統火炮提高約25%~55%。

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據英國《簡氏國際防務評論》報道,2005美國聯合防務公司電熱化學炮首次安裝在裝甲車上進行了射擊試驗。該炮是一門改裝的120毫米XM291型坦克炮。有一個點火脈衝電源系統。可對120毫米炮彈進行等離子點火。同時仍保留了常規的點火裝置。實驗中採用了M8輕坦。並用120毫米XM291型坦克炮代替了原來的105毫米M35型坦克炮。

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美軍用M8輕坦做的120mm電熱化學炮測試

電能作為電熱化學炮第一工質,其作用是彌補發射藥能量的不足和產生高溫高速的等離子體引燃裝藥並加熱火藥氣體。輸入電能的增加相當於提高了火藥工質的含能密度 ,增加了對彈丸作功的能力,從而提高了炮口速度 ,亦即提高炮口動能。對現有常規火炮來講,提高炮 口速度一般要保持火炮、彈丸及最大膛壓不變。目前大口徑高膛壓火炮穿甲彈的炮口動能在10MJ以上,如果依靠電能的補充來提高20%的炮口動能,則必須有 2 MJ 的電能有效地轉化為彈丸的有用功 ,而由於彈後氣體壓力的拉格朗日分佈及其他次要功的消耗,對於穿甲彈而言,其彈道效率一般不會超過25%,因此實際施加於火藥氣體工質用來提高火藥含能密度的電能為8MJ左右,而等離子體發生器的放電效率一般在 50 左右,因此初始輸入電能要達到16 MJ,即單從能量施加的角度來考慮,要提高 2 MJ的炮 口動能 ,其初始輸入 電能要達到 16 MJ。從 目前儲能裝置來看 ,電容器 的儲能密度約為 1 MJ/立方米,16MJ儲能裝置的體積要達16MJ/立方米。這樣龐大的體積應用於目前的陸基火炮裝備是很不現實的。 因此在目前技術水平條件下 ,要單純依靠電能的增強來較大幅度地提高大口徑高膛壓火炮炮口速度的方法幾乎是不可行的。

——《電熱化學發射技術在大口徑火炮上的應用前景》

電能轉換如此,那麼就要在化學能的轉化上下功夫。

在等離子體增強燃燒的作用下,固體火藥的燃速有較大幅度的提高。實驗表明,等離子體垂 直作用於燃燒表面時 ,火藥燃速提高了2倍以上, 而當等離子體射流平行於火藥燃燒面時,火藥的燃燒速率增加了20%~40%,這就是發射藥的等離子體點火燃燒增強效應。在保持火炮、彈丸及最大膛壓不變的情況下 ,要提高炮口速度 ,可以選擇在火炮最大壓力點後再施加一次電能 ,高溫等離子體再次作用於火藥粒子,使其燃速有較大幅度的提高,那麼在最大壓力點後就會形成一個二次壓力峰,這樣能夠增大火炮的示壓效率 ,有利於提高炮口速度。

——《電熱化學發射技術在大口徑火炮上的應用前景》

眾所周知,常規的點火方式是通過擊發底火來點燃裝藥。這其中有一個傳火藥與裝藥的能量轉換過程,以及有裝藥燃燒的時序不一致和隨機性,導致能量轉換速度慢、轉換不充分、射擊週期長等問題。而等離子體點火技術是由脈衝功率源電弧放電產生的等離子體來引燃火藥的,其點火的瞬時性、一致性因電傳導的瞬時性和等離子體高於火藥氣體1倍的能量傳播速度而明顯的優於常規點火。目前裝藥的密度約為1.6kg/立方分米。當裝藥接近最大裝填密度時,在有限的裝藥空問中通過增加裝藥量來提高炮口速度的方法是不可行的。據報導,目前已研製了密度達 2.0~2.3 kg/立方分米的新型高能高密度裝藥。由於高溫燃氣穿透力的限制 ,常規的點傳火方式不能有效的引燃這種新型的高密度火藥,它會導致點傳火困難 、遲發火及點火的不穩定乃至內彈道性能的不穩定。而等離子體具有極強的穿透性,能夠很容易地引燃這種更高密度的發射藥。因此等離子體點火技術將會代替傳統的點傳火方式應用於未來新型高能高密度及高裝填密度的發射裝藥 。

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目前美德以法嚶均在如上技術路線上的大小口徑火炮試驗上取得成功,某藍星正義國家是否進行實驗。。。你猜

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不明

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德國電熱化學炮實驗

2、磁流等離子炮

其原理是:在火炮身管內添加高磁性材料或外置磁場發生器,從而使火炮發射時在身管內壁形成磁化等離子體鞘層。(等離子體鞘層是指等離子體與器壁或電極接觸時,在兩者之間形成的過渡區。由於電子跑向器壁的速率比離子大得多,使絕緣器壁相對於等離子體具有負電位,有當到達絕緣器壁的電子流等於離子流時,達到準穩狀態,這時器壁的電位約為粒子的動能的量級。在鞘層中,從內到外密度是下降的,電子密度的下降比離子快,是非中性的,同時電勢也是下降的,即存在指向器壁的電場。)而且炮彈裝藥中加入硫酸銅等金屬離子,才能讓火炮在發射時在其身管內部產生磁流體包覆層(鞘層)。據報道,這樣的磁化等離子體鞘層可對火炮產生如下作用:1、使火炮身管的吸熱量大大降低,從而減少身管的熱燒蝕;2、降低發射時火炮身管所受的徑向力,延長身管壽命,並能夠使身管適當的減小壁厚,增強機動性;3、增加發射時火藥氣體對彈丸的推力,由於火炮身管的吸熱量的減少,火藥氣體的熱損失較少,從而向外的做功增加。4降低了火藥氣體熱化效率,身管中不易產生激波,氣體動能相對增加,從而使對彈丸的推力增加,增大了彈丸的出膛速度,使火炮的初速有望突破常規火藥氣體6馬赫的遲滯聲速極限。

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運用感應磁場法建立磁流體動力學模型,對磁場作用下導電氣體在火炮身管中的流動以及傳熱特性進行了數值模擬,研究了不同磁場大小和等離子體電導率對壁面溫度的影響。結果表明:外加磁場後,導電氣體內感應生成的洛侖茲力可以抑制氣體的湍流強度,削弱其傳熱能力,從而減少壁面的燒蝕。在磁場強度為2T時,壁面溫度比無磁場情況下減小22.6%,且隨著等離子體電導率的增大,隔熱效果逐漸提高。

——《磁約束下等離子體在火炮身管中的隔熱特性研究》

也就是說,磁流等離子體火炮發射時,通過磁場在身管內壁上形成磁化等離子體鞘層,既能使火炮身管所受徑向力大幅降低,又能提高彈丸的推動力增大彈丸出膛速度,同時還可以大幅提高身管耐熱性延長使用壽命。磁流等離子炮相關披露的信息較少,但是五常和日德均在研製。


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