近未来的坦克炮是什么样的?

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战后,各国总结第二次世界大战的经验教训,在战场信息获取能力、精确制导武器和轻型部队反坦克能力依然欠缺的情况下,以坦克为首的装甲突击力量依然是增强国防的支柱,哪怕到现在一辆兼具压制火力、高生存性和高机动性的坦克也是地面上最有存在感的一线作战力量,你可以说这些多铆蒸刚的铁憨憨现在可以被其他天上地下的高新装备克制,但是坦克依然是目前效率最高的地面突击力量,因为战场的黑暗森林中其他纸皮装备比坦克更容易暴毙,火力搭载能力也比不上现在究极优化的坦克底盘,如果有了,那它就是新一代坦克。。。2020年了,切勿相信坦克无用论,坦克不是坦克本身,坦克是个概念,代表着性能综合且效率最高的地面装备。而且就是因为技术进步坦克才要必须融入到作战体系之中作战,除非技术进步到推翻现有体系再讨论其他东西怎么编成。

在战后一段时间内,发展坦克和坦克炮,仍然是许多国家军事装备研制的重点。早在二战初期,德三使用的56倍口径Flak-36型88高射炮在使用Pz.39型穿甲弹时达到了800米每秒的初速。而在二战结束时,美军使用的M1型76毫米坦克炮M93高速钨芯穿甲弹达到了1000米每秒的高速。从历史来看在坦克首次投入战斗后的30年间,对坦克火炮的初速从400米每秒提高到了1000米每秒。战后坦克炮口径不断扩大,又由线膛炮为主变成了以滑膛炮为主。其弹药,则由普通穿甲弹、破甲弹、碎甲转变为尾翼稳定脱壳穿甲弹,初速度达到1600-1700,直射距离从原来的1000米,提高到1500至2200米,穿深从500米一两百毫米提高到2000米750毫米甚至更高。

近未来的坦克炮是什么样的?

Flak-36型88高射炮

然而截至今天,世界上初速最高的现役穿甲弹也从未突破2000米/秒大关,美军最先进的M829A4穿甲弹也只是用更重的弹芯还降低了初速,虽然从动能上提升了,但是效果提升非常有限。根据内弹道理论,火药燃气的极限速度和火炮热效率决定了弹丸初速。常规火炮发射时高温高压火药气体膨胀推动弹丸向前运动,当气体膨胀的马赫数达到6时,气体在膛内产生激波,气体的密度、温度在激波处会大幅增加,对弹丸的推进力会减小,这就是常规火炮初速难以超过6马赫数(约2km/s)的主要原因。目前,通过增加装药量和提高装填密度来提高初速的方法已难以突破火药燃气滞止声速与身管寿命的局限。

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M829A4,弹芯长吧,拿装药量换的

而且随着微电子技术日新月异的发展,越来越多的被动/主动防御设备投入现役,对于坦克炮提出了更多的挑战,当有一天主动防御系统有能力拦截脱穿了怎么办?当有一天硬件能力满足电装甲使用了怎么办?虽然坦克炮的发展没有停止,但是一些国家以前研制130、140毫米的火炮最后也因为普通化学能火炮的局限性被放弃。

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现在的主动防御系统,除了脱穿和攻顶弹,别的都能防

那么未来坦克炮应该是什么样?这里介绍已知的两种路子。

1、电热化学炮


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美帝的60mm电热化学炮

电热化学炮是将电能转变为热能使推进剂燃烧,在以固体火药作为化学能的电热化学炮中,同时存在着电能和火药化学能的释放,电能以电弧放电生成等离子体的形式释放到膛内,同时引燃装药;火药以化学工质的燃烧形式释放热能,电能和热能使膛内气体膨胀推动弹丸运动。两者的能量匹配及释放速率直接决定着电热化学炮的内弹道性能,使膛内气体在弹丸运动过程中足以弥补由于弹丸运动造成的压力下降,改善膛内压力变化,优化内弹道过程 ,从而达到提高炮口速度的目的。

等离子体(plasma)又叫做电浆,是由部分电子被剥夺后的原子及原子团被电离后产生的正负离子组成的离子化气体状物质,其运动主要受电磁力支配,并表现出显著的集体行为。等离子体是一种很好的导电体,利用经过巧妙设计的磁场可以捕捉、移动和加速等离子体。等离子体是不同于固体、液体和气体的物质第四态。当物质被加热到足够高的温度或其他原因,外层电子摆脱原子核的束缚成为自由电子,就像下课后的学生跑到操场上随意玩耍一样。电子离开原子核,这个过程就叫做“电离”。这时,物质就变成了由带正电的原子核和带负电的电子组成的、一团均匀的“浆糊”,因此人们戏称它为离子浆,这些离子浆中正负电荷总量相等,因此它是近似电中性的,所以就叫等离子体。

近未来的坦克炮是什么样的?

电热化学炮是一个混合系统,它通过脉冲电源的电弧放电产生等离子体,并与化学工质相互作用使其燃烧或分解释放出化学能作为共同驱动弹丸的能量,炮弹由等离子体喷管、化学推进剂和弹丸组成,弹丸的初速度大,最高可达3km/s~4km/s,其炮口动能比传统火炮提高约25%~55%。

近未来的坦克炮是什么样的?

据英国《简氏国际防务评论》报道,2005美国联合防务公司电热化学炮首次安装在装甲车上进行了射击试验。该炮是一门改装的120毫米XM291型坦克炮。有一个点火脉冲电源系统。可对120毫米炮弹进行等离子点火。同时仍保留了常规的点火装置。实验中采用了M8轻坦。并用120毫米XM291型坦克炮代替了原来的105毫米M35型坦克炮。

近未来的坦克炮是什么样的?

美军用M8轻坦做的120mm电热化学炮测试

电能作为电热化学炮第一工质,其作用是弥补发射药能量的不足和产生高温高速的等离子体引燃装药并加热火药气体。输入电能的增加相当于提高了火药工质的含能密度 ,增加了对弹丸作功的能力,从而提高了炮口速度 ,亦即提高炮口动能。对现有常规火炮来讲,提高炮 口速度一般要保持火炮、弹丸及最大膛压不变。目前大口径高膛压火炮穿甲弹的炮口动能在10MJ以上,如果依靠电能的补充来提高20%的炮口动能,则必须有 2 MJ 的电能有效地转化为弹丸的有用功 ,而由于弹后气体压力的拉格朗日分布及其他次要功的消耗,对于穿甲弹而言,其弹道效率一般不会超过25%,因此实际施加于火药气体工质用来提高火药含能密度的电能为8MJ左右,而等离子体发生器的放电效率一般在 50 左右,因此初始输入电能要达到16 MJ,即单从能量施加的角度来考虑,要提高 2 MJ的炮 口动能 ,其初始输入 电能要达到 16 MJ。从 目前储能装置来看 ,电容器 的储能密度约为 1 MJ/立方米,16MJ储能装置的体积要达16MJ/立方米。这样庞大的体积应用于目前的陆基火炮装备是很不现实的。 因此在目前技术水平条件下 ,要单纯依靠电能的增强来较大幅度地提高大口径高膛压火炮炮口速度的方法几乎是不可行的。

——《电热化学发射技术在大口径火炮上的应用前景》

电能转换如此,那么就要在化学能的转化上下功夫。

在等离子体增强燃烧的作用下,固体火药的燃速有较大幅度的提高。实验表明,等离子体垂 直作用于燃烧表面时 ,火药燃速提高了2倍以上, 而当等离子体射流平行于火药燃烧面时,火药的燃烧速率增加了20%~40%,这就是发射药的等离子体点火燃烧增强效应。在保持火炮、弹丸及最大膛压不变的情况下 ,要提高炮口速度 ,可以选择在火炮最大压力点后再施加一次电能 ,高温等离子体再次作用于火药粒子,使其燃速有较大幅度的提高,那么在最大压力点后就会形成一个二次压力峰,这样能够增大火炮的示压效率 ,有利于提高炮口速度。

——《电热化学发射技术在大口径火炮上的应用前景》

众所周知,常规的点火方式是通过击发底火来点燃装药。这其中有一个传火药与装药的能量转换过程,以及有装药燃烧的时序不一致和随机性,导致能量转换速度慢、转换不充分、射击周期长等问题。而等离子体点火技术是由脉冲功率源电弧放电产生的等离子体来引燃火药的,其点火的瞬时性、一致性因电传导的瞬时性和等离子体高于火药气体1倍的能量传播速度而明显的优于常规点火。目前装药的密度约为1.6kg/立方分米。当装药接近最大装填密度时,在有限的装药空问中通过增加装药量来提高炮口速度的方法是不可行的。据报导,目前已研制了密度达 2.0~2.3 kg/立方分米的新型高能高密度装药。由于高温燃气穿透力的限制 ,常规的点传火方式不能有效的引燃这种新型的高密度火药,它会导致点传火困难 、迟发火及点火的不稳定乃至内弹道性能的不稳定。而等离子体具有极强的穿透性,能够很容易地引燃这种更高密度的发射药。因此等离子体点火技术将会代替传统的点传火方式应用于未来新型高能高密度及高装填密度的发射装药 。

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目前美德以法嘤均在如上技术路线上的大小口径火炮试验上取得成功,某蓝星正义国家是否进行实验。。。你猜

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不明

近未来的坦克炮是什么样的?

德国电热化学炮实验

2、磁流等离子炮

其原理是:在火炮身管内添加高磁性材料或外置磁场发生器,从而使火炮发射时在身管内壁形成磁化等离子体鞘层。(等离子体鞘层是指等离子体与器壁或电极接触时,在两者之间形成的过渡区。由于电子跑向器壁的速率比离子大得多,使绝缘器壁相对于等离子体具有负电位,有当到达绝缘器壁的电子流等于离子流时,达到准稳状态,这时器壁的电位约为粒子的动能的量级。在鞘层中,从内到外密度是下降的,电子密度的下降比离子快,是非中性的,同时电势也是下降的,即存在指向器壁的电场。)而且炮弹装药中加入硫酸铜等金属离子,才能让火炮在发射时在其身管内部产生磁流体包覆层(鞘层)。据报道,这样的磁化等离子体鞘层可对火炮产生如下作用:1、使火炮身管的吸热量大大降低,从而减少身管的热烧蚀;2、降低发射时火炮身管所受的径向力,延长身管寿命,并能够使身管适当的减小壁厚,增强机动性;3、增加发射时火药气体对弹丸的推力,由于火炮身管的吸热量的减少,火药气体的热损失较少,从而向外的做功增加。4降低了火药气体热化效率,身管中不易产生激波,气体动能相对增加,从而使对弹丸的推力增加,增大了弹丸的出膛速度,使火炮的初速有望突破常规火药气体6马赫的迟滞声速极限。

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运用感应磁场法建立磁流体动力学模型,对磁场作用下导电气体在火炮身管中的流动以及传热特性进行了数值模拟,研究了不同磁场大小和等离子体电导率对壁面温度的影响。结果表明:外加磁场后,导电气体内感应生成的洛仑兹力可以抑制气体的湍流强度,削弱其传热能力,从而减少壁面的烧蚀。在磁场强度为2T时,壁面温度比无磁场情况下减小22.6%,且随着等离子体电导率的增大,隔热效果逐渐提高。

——《磁约束下等离子体在火炮身管中的隔热特性研究》

也就是说,磁流等离子体火炮发射时,通过磁场在身管内壁上形成磁化等离子体鞘层,既能使火炮身管所受径向力大幅降低,又能提高弹丸的推动力增大弹丸出膛速度,同时还可以大幅提高身管耐热性延长使用寿命。磁流等离子炮相关披露的信息较少,但是五常和日德均在研制。


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