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美国军用轻武器

 

现代加特林——
“火神”、“迷你炮”及其衍生型

 
M61GAU-4/A [XM130]M195M197GAU-7/AGAU-8/AGAU-13/AGAU-12/UGAU-22/AXM188XM301T250
M134 [GAU-2B/A]及其应用:固定翼飞机直升机舰艇地面民间XM196XM214GAU-6GAU-19/A [GECAL 50]

在马克沁发明利用后坐力完成自动循环的连发武器之前,那些企图加快武器射速的方法都是利用机械外力,其中比较成功的要数美国南北战争时期加特林博士发明的加特林。

在1862年,理查德·J·加特林发明了一种利用手摇曲柄、多枪管、机械自动装填的速射武器,被命名为“加特林”(也有音译为“格林式”)。在马克沁发明利用火药后坐力完成自动循环的内能源之前,“加特林”是比较成功的连发武器。这种通常由6至10根枪管“捆”成一圈,当射手摇动曲柄时,这一圈的枪管便旋转起来,并装填入枪弹发射,其射速在每分钟可超过200发——现在看起来很慢,但在单发的时候这已经是了不起的成就了。而加特林博士发明的这种转管的原理也被命名为加特林原理。

但当1890年马克沁出现后,这种笨重、难操作的武器马上就显得落伍,当时加特林尝试过通过电动机来提高射速和让射手更省力,但由于枪的重量太大,而且当时的观念认为每分钟超过3,000发的高射速完全是没有必要的,所以随着内能源自动武器的技术越来越成熟,加特林便渐渐被人们所遗忘。

在1940年代后期,由于喷气式发动机的出现,使战斗机的速度越来越高,因此在空中缠斗中飞行员射击的机会也变得更少,瞄准射击的机会稍纵即逝,而传统的则因为射速太慢而无法在极短的时间内产生足够的射弹数。为了增加飞行员在近距空中缠斗中的胜算,美国空军启动了“火神计划”(Vulcan,常常音译为“武耳堪”或“伏尔康”,是古罗马神话中司锻冶之神,也是火神),由通用电气公司为美国空军研制一种超级射速的自动武器。

马克沁发明的内能源自动原理是通过自动机往复运动,依次进行装填、射击、抛壳的动作;而“加特林原理”是同一时间在不同的枪管上分别进行着装填、击发和抛壳的动作,因此让射速提高的空间更大。

1946年6月,通用电气公司(GE)承包了火神计划后,研究小组在加特林的原有设计上增加一个电动机,结果初期试验时就已经把射速提高到约4,000发/分。经过进一步的研制和改进,GE公司研制出这种高射速航炮的第一个原型是在1949年开始内部测试的T45型,也被称为“火神A型”(Model A Vulcan),这个原型虽然是发射.60英寸口径弹药,但6根枪管这个基本设计就已经确定下来,T45在最初的测试中理论射速达到2,500发/分,GE公司先后造了10具T45,在每次的改进和完善中,最后的T45原型的射速可达到6,000发/分。通用电气在1950年把这10具T45原型都交付给军方进行评估,其中一些原型被安装到F-94战斗机上进行飞行中的射击试验。

第二个原型是1952年研制的C型(Model C Vulcan)的T171E1,第一具T171E1型为20mm口径,同样是6根枪管,理论射速达到4,000发/分,而且重量只有365磅(约165公斤),相比之下,.60口径的T45的重量却有426磅(约193公斤)。从1953年至1955年间,GE公司一共做了33支T171E1进行测试,这些原型各有不同,口径有.60、20mm和27mm等多种,而枪管数量也不相同,这些测试原型共发射了超过70万发炮弹,其中射速最高的更是达到9,000发/分。

经过测试后,美国军方选定了6根枪管20mm口径的设计方案。在确定这个方案后,最后一个原型是被称为D型(Model D Vulcan)的T171E2,重量已经降低到262磅(约119公斤),而枪的部件也从T171E1型的576个减少至448个,理论射速已经被确定6,000发/分。从1954年12月至1955年10月,一共在92支T171E2原型上进行了16项测试内容,共发射超过20万发炮弹。

1956年12月,T171E3的设计完成,到1957年8月共50支原型,经过试验后,在1957年12月,美国陆军和美国空军一起把T171E3正式定型为M61。在1964年,GE公司又改进出采用无链供弹系统的M61A1,在F-105D上试射成功后开始扩大生产。到1974年4月时,GE公司向军方交付了约1万具20mm“火神”机炮,到1981年12月,这个数字增至1万5千具。


C型“火神”原型


D型“火神”原型


F-94战斗机,当年测试T45原型的同样机型


1958年10月,春田兵工厂在对刚生产出来的M61进行评估

由于M61“火神”航空机炮的高射速原理很适用于机载武器或防空用途,所以“火神”炮很快就形成了一个家族,并出现了发射多种不同弹药的型号,包括有30mm、25mm、20mm、.50 BMG、7.62mm和5.56mm多种口径,武器的射速从每分钟750发到每分钟10,000发不等,枪管数有7根、6根、5根、4根和3根。尤其是6管7.62mm口径的M134“迷你炮”,被广泛装备,用于攻击机、直升机、武装车辆和舰艇。

扩大“火神”家族的第一个尝试,是在1954年开展的“火神2”(Vulcan II)计划,这是为了研制口径更大的同类型武器。GE公司在T171E1的基础上,研制出30mm口径的T212原型。GE公司一共制造了2具T212原型,在测试中,理论射速可达4000至6000,但“火神2”计划在1958年结束,当时空军认为作为战斗机的自卫武器,20mm航炮在重量、载弹量和火力之间已经达到一个平衡,增大口径的意义不大。当1970年代A-10攻击机计划提出来时,GE公司再次授命研制30mm口径的“火神”,最后的成果就是GAU-8/A“复仇者”机炮,但这是在M61A1的基础上重新研制的武器系统,与原来的T212并无继承关系。


30mm口径的T212原型

扩大“火神”家族的第二个尝试,是GE公司在1962年开始研制的7.62mm口径的M134“迷你炮”,当该枪在部署到东南亚的运输机上进行“侧射”(Side Fire)试验取得成功后,便迅速量产。至1971年初期,“迷你炮”已经交付了1万挺。【注】Minigun这个词在国内一般音译为“米尼岗”,也有人按字面意思翻译成“迷你”,但我个人认为如果要采用意译的话,翻译成“迷你炮”可能更合适,因为在英语里面的“gun”即指枪又指炮,而且Minigun的体积和重量如此庞大,火力又如此的强盛,全速扫射起来就像一门小炮,如果称之为“迷你”实在是不合适。

然后当美国海军陆战队引进英国的鹞式战斗机作为近距支援攻击机的AV-8/B计划时,GE公司便根据陆战队的要求研制出25mm口径的GAU-12/U“平衡器”航炮。随后,GE公司又在GAU-8/A基础上把炮管数量减少至4根,研制出可装在GPU-5/A航炮吊舱内的GAU-13/A

此外,GE公司还先后试验了.50口径和5.56mm口径的转管,也研制了发射无壳弹的GAU-7/A机炮,但这些试验项目都没有最终成果。

各种试验型各量产型的“火神”及其衍生型见下表:

型号 口径 身管数 射速
XM214 Microgun 5.56×45mm 6 400~4,000 rpm
M134 Minigun(GAU-2B/A) 7.62×51mm 6 2,000~6,000 rpm

及其应用:固定翼飞机平台直升机平台水面平台地面平台民间/娱乐

XM196 7.62×51mm 6 2,000~6,000 rpm
GAU-19/A(GECAL 50) .50 BMG 3 1,000~2,000 rpm
GAU-6 .50 BMG 6 4,500~8,000 rpm
M197 20×102 mm 3 730 rpm
XM301 20×102 mm 3 750~1,500 rpm
M195 20×102 mm 6 750~800 rpm
M61 Vulcan 20×102 mm 6 4,000~6,000 rpm
GAU-4/A(XM130) 20×102 mm 6 4,000~6,000 rpm
GAU-22/A 25×137 mm 4 3,000 rpm
GAU-12/U Equalizer 25×137 mm 5 3,600 rpm
GAU-7/A 25mm无壳弹 5 3,000~6,000 rpm
XM188 30×113 mm 3 600~750 rpm
GAU-13/A 30×173 mm 4 2,400 rpm
GAU-8/A Avenger 30×173 mm 7 3,900 rpm
T250 37 mm 6 120~3,000 rpm


12根枪管的加特林装填、击发、抽壳的示意图


6根枪管的“火神”原型中的装填、击发、抽壳原理示意图,虽然具体设计不同,结构上也复杂了许多,但这方面的原理与加特林是完全一样的


M61的枪机

 

“火神”机炮及其他一系列衍生型的关键原理在于采用加特林的转管原理,不过除了转管原理外,这个系列中有一半的型号都采用一种称为无链供弹系统(Linkless Ammunition Feed System)的供弹原理。最初的M61其实是采用可散弹链供弹的,但在实际使用中发现由于射速极高,弹链在高速拉扯下极容易变形、弯折甚至断裂导致卡壳,因而导致M61的故障率较高。所以GE公司便设计出电动的无链供弹系统。在无链供弹系统中,炮弹都存放在一个鼔形装置内,弹鼓内安装有一个阿基米德螺旋杆,弹药顺着螺旋杆排列。当螺旋杆旋转时,弹药就被“挤”到一根封闭的柔性输弹滑槽中,一直送到航炮内,这原理就像绞肉机。

不过无链供弹其实并不是真的没有弹链,而是没有传统意义上那种把枪弹、炮弹紧紧“抓”住的弹链。无链供弹系统是使用一种开放式的弹链来输送弹药,这种开放式的弹链其实就等同于工业中流水生产线上的输送链,但必须在封闭的输弹滑槽中输送,否则这种“抓”不住炮弹的输送链会让弹药掉出来的。

另外,无链供弹系统还有双回路(Double-Ended)和单回路(Single-Ended)两种设计。双回路系统会把射击完后的空弹壳也通过输弹带送回弹鼓中,因此射击时并不抛壳。而单回路系统则要抛出弹壳和输弹带,因此充当输送带的弹链是采用或散式设计的,总不能让飞机在射击后挂着一条长长的弹链来飞行吧。

但不是所有的“火神”机炮衍生型都采用无链供弹,比如陆军装备的M134就没有使用无链供弹,这是考虑到可以与通用共用M13弹链,避免给野战单位的后勤保障方面增加负担,像M197这类射速较低的武器系统也没有使用无链供弹系统(另一方面也是考虑到武装直升机经常需要在缺乏设施的野外临时补给点补充油料弹药)。而M61A1GAU-2B/A(空军装备的M134)、GAU-8/A均采用无链供弹系统。


无链供弹系统的弹鼓结构

无链供弹系统中的输弹链条,看起来就像是开放式的弹链


双回路无链供弹系统的原理示意图,射击完后空弹壳会被输弹用的弹链送回弹鼓中


单回路无链供弹系统的送弹过程示意图,弹壳和输送用的弹链都会被抛出


采用无链供弹系统时,给弹鼓装填炮弹同样需要无链输弹的方式


假如没有电动的无链装填机,只需要在装弹口加上一个脱链装置,把串在普通弹链上的炮弹装弹弹箱,同时原本的弹链会脱下来


AH-1直升机所使用的M197机炮就不采用无链供弹

另外,外能源的加特林式在现代的主要优点是极高的射速,这样的射速对于射击高速移动目标来说是必需(例如射击飞机,或从飞机上射击地面目标),因为这样高的射速可在极短时间内投射大量弹药,提高命中目标的机会。多枪管系统的缺点是结构比较复杂、沉重和需要外能源(电、气压或液压)。长期以来,许多人认为加特林机炮有一个缺点,虽然枪管的起动和射击是可以同时进行的,但如果为了在空战中能随时以最高速度发射,必须预先把枪管转动起来,等射击时机到了再进行发射。例如对于M61来说,如果不预先把枪管转动起来,从扣动扳机到达到全速射击时大约需要0.4秒。在高速飞行的现代空战中,战机稍纵即逝,这样的时间间隔可能会导致错过发射的机会。然而在一些测试研究中表明,即使在0.4秒的起动时间内,M61所发射出的炮弹数仍多于欧洲战斗机常用的转膛炮。

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现代加特林里面最主要的两个型号M134 Minigun与M61A1 Vulcan

资料来源:FAS.org

     Wikipedia.org

     《THE MACHINE GUN》Volume V(1987年版)

2008-10-12/2016/03/10

M61GAU-4/A [XM130]M195M197GAU-7/AGAU-8/AGAU-13/AGAU-12/UGAU-22/AXM188XM301T250
M134 [GAU-2B/A]及其应用:固定翼飞机直升机舰艇地面民间XM196XM214GAU-6GAU-19/A [GECAL 50]

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