曾经历史上存在的大口径空气炮,炮身重数百吨,威力堪比海啸

美妆        2019-04-02   来源:花姐谈往事

小的时候,你我梦想里多半会希望身边跟着一个叫哆啦A梦的蓝胖子,可以从身边的百宝袋里拿出各种各样的法宝。像竹蜻蜓,任意门什么的,其中给笔者印象最深的就是可以套在手上的"空气枪"还有"空气炮"了。气枪在禁枪之前曾经是祖辈父辈参加体育运动乃至军事训练的重要道具,也曾经在十八世纪的战场上起到巨大威力。实际上空气炮也曾在历史上真实存在过。

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我蓝胖子要给你头上加个buff

黑火药时期的火药膛压是较低的,燃烧所剩的残渣以及重新装填的需要也使得重新装填存在着诸多麻烦。因此在早期战争当中,反而充气的气枪才是威力最大的可连发的步枪,这也就导致了14至18世纪的近400年当中,军用的气枪得到了长足进步。但由于早期压缩空气的气枪各种精细的气密性零部件大多需要手工制作,成本极高,因此只有上流社会才担负得起,而且运用到军用当中往往还存在着后勤不便,维护困难的问题,也只有奥地利军队曾经武装过一支气枪兵部队,但也仅存在了35年。因此在十八世纪末期无烟火药和定装弹发明之后,各种在军队中象征性武装的各种气步枪逐渐回归到贵族之间的娱乐性狩猎游戏当中,逐渐远离了战场。

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1795年奥地利气枪兵用的格兰德尼气步枪,后面的纺锤体压缩气瓶可供30次发射

时间进入19世纪,第二次工业革命带来了化学工业的蓬勃发展,各种新式的高能炸药也被发明出来。但早期的各种高能炸药,尤其是硝化甘油类的炸药大都存在着稳定性不佳的问题。但是提高火炮威力就必须走炮弹空心装药这一途径,然而常规火炮发射时发射药爆炸产生的剧烈冲击、震动以及跟炮管炮膛之间的摩擦都会增加不稳定的炮弹装药殉爆的风险。这种时候,一些见识过旧武器的军官想起贵族间狩猎游戏用的气步枪,由于气枪原理无烟无火且加速比较"轻柔",尽管看上去是"花拳绣腿",但在19世纪80年代的欧美依旧出现了一批采用压缩空气发射的火炮。

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扎林斯基-瑞佩夫空气炮,口径15英寸,可以将227公斤重的炮弹发射到1800米开外

1883年,美国人大卫·梅福德设计了一种空气炮,交由汉密尔顿堡的美军海军中尉埃德蒙·扎林斯基(一个在空气炮历史上绕不过去的名字)进行测试。这种空气炮采用了28英尺长的黄铜炮管,口径为2英寸,炮管由于承压小于火药动力炮,因此管壁远小于传统火炮,仅有1/4英寸,随之带来的是更轻的重量。在炮管的后方则有一个铜制的储气罐,在500磅/平方英寸的压强下储存约12立方英尺的压缩空气,在储气罐的后方甚至还有一个简单的蒸汽动力的气体压缩机为储气罐进一步供气。压缩空气储气罐通过一根粗橡皮管与炮管相连,并通过一个旋塞气阀来控制开炮。

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梅福德空气炮的专利图(专利号US 279965)

现在看来,梅福德空气炮与其说是一种武器,倒不如说是一种武器的雏形。这种设计思路的实用化仍旧存在着两个现实问题,一是橡皮管的强度问题,二是压缩机的冷却问题,由于物理学问题,气体压缩过程当中会产生大量的热,而且橡皮管的强度也根本承受不了更大的压强,这也制约着梅福德空气炮膛压的增加。

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1891年杂志当中的格雷顿空气炮

在此之后的几年中,美国也曾出现过几种不同压缩空气炮,包括1889年的格雷顿空气炮、以及之后的马克西姆空气炮和贾斯汀空气炮。其中格雷顿空气炮采用了更实用的U型金属耳轴作为供气管道,从一侧的8个压缩储气瓶当中输气,实用性远比梅福德空气炮的粗橡皮管要强得多。另外的贾斯汀空气炮就没那么好了,由于设计上存在明显缺陷,尽管将炸药密封在一个个小蜡球当中隔绝,在1890年5月27日的一次试射当中仍旧发生了严重的炸膛事故,尽管没有人员伤亡,但也侧面证实了早期高能炸药炮弹的危险性。

1894年,埃德蒙·扎林斯基改进了梅福德空气炮的设计,制造了自己的第一种试验型空气炮。这种空气炮跟格雷顿空气炮一样,抛弃了不实用的橡胶输气管设计,而将压缩空气从调整角度的耳轴基座沿气管输送到炮膛尾部,其余的设计则与梅福德空气炮类似。扎林斯基试验空气炮的炮弹采用了"米尼弹"式的气密型炮弹,弹头当中容纳有25公斤重的胶质炸药,在对外军军事顾问的展示当中曾经一举击沉了旧式的木质帆船"西利曼"号。

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埃德蒙·扎林斯基的第一种试验型空气炮,左上方的是炮弹

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埃德蒙·扎林斯基另一种稍大一点的试验型空气炮的试射,可以看见炮口压缩空气快速冷却而造成的凝结水雾

埃德蒙·扎林斯基的设计在纽约港拉斐特堡的试验中大获成功,并得到了海军的青睐。此时的海军迫切需要一种爆炸威力更强的舰炮,就决定利用扎林斯基的设计,建造一种采用空气炮为主炮的巡洋舰。按照海军的要求,扎林斯基专门设计了一种更大更重的舰载空气炮,安装在了维苏威号巡洋舰上。这种空气炮炮身由铸铁制成,口径15英寸,长55英尺,以16度的角度直接穿过了巡洋舰甲板的情况下,尚有37英尺的炮尾留在舰身当中。锥形的炮弹长7英尺,可以容纳550磅的脱敏胶质炸药采用了电子引信,可在碰炸或者延时引信的模式当中转换,此外由于炮管为滑膛设计,因此为了保证弹道稳定性,舰载空气炮的炮弹弹头尾部有类似霰弹枪独头弹所用的旋转尾翼,可以使炮弹在发射之后缓慢自旋通过向心力稳定弹道。

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1891年的维苏威号巡洋舰,舰首的3门固定空气炮很瞩目

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维苏威号的布局,可以看见炮管的夸张长度和中间的4个储气罐,由于原理限制,空气炮只能缓慢加速,因此炮管越长越好

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下图可见维苏威号空气炮所用的炮弹

如此庞大的舰炮,维苏威号巡洋舰一口气就安装了三门,也就只能固定在船身当中不可调整角度。因此在射击的时候,巡洋舰必须调整舰身,使整个舰首对准目标,并通过调节压缩空气的进气量和发射弹头的重量来决定弹道的远近高低。为此在舰身底部船舱当中专门建造了一个大型储气罐,内部压强高达70个大气压,并在战时通过巡洋舰上的蒸汽机驱动两个空气压缩机往储气罐当中不断输气。在发射时,含550磅炸药的重型炮弹最远射程可达1.6公里,而换装200磅炸药的轻型炮弹之后,则最远可攻击到3.7公里之外。由于空气炮的原理限制了膛压,因此不论发射何种炮弹,维苏威号的舰炮最大初速都只能到每秒250米的水平。

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斜穿舰身,固定在甲板上的3门380毫米空气炮,这口径放一战二战当中都可以算战列舰主炮了

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维苏威号的空气炮斜穿了整个舰身

在1889年的测试当中,维苏威号的3门主炮在携带30发炮弹的情况下,用16分50秒的时间射出了一半的炮弹。在到1895年的航试当中,暴露了维苏威号主炮的两个毛病:打不远,也打不准。在1898年爆发的美西战争期间,美国人对当时的西班牙殖民地发起攻击,其中包括了维苏威号。由于执行任务多半在夜间,在夜色的掩护下维苏威号空气炮无光低音的优势体现出来,尽管在不见目标难以瞄准的情况下战果一般,但是这种没声没响就从天上掉下来的大口径炮弹还是把西班牙人吓了个够呛,也最终落得一个"空中鱼雷"的绰号。

在此之后,巴西海军起义当中,起义军看中了这一设计,聘请扎林斯基在尼克泽瑞号巡洋舰上加装了一门15英寸口径的空气炮。新的蒸汽炮采用了电升降式原理,可以旋转300度。由于扎林斯基身体不好,因此专门从维苏威号请了雇佣兵去操作。但是改装回国之后,起义已经被镇压,尼克泽瑞号之开了一炮(还是走火)就被巴西海军重新接收。

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巴西起义军尼克泽瑞号巡洋舰上的15英寸空气炮

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到了1897年,美国海军甚至还在荷兰号潜艇上安装了一门8.425英寸口径的空气炮

看到海军采用了这种空气炮之后,陆军自然也不闲着。虽然在美西战争当中,美国曾经使用过另一种原理的西蒙斯·达德利空气炮(采用无烟火药压缩气筒产生高压气体推动炮弹),也在战争当中成功做到了战术用途,但是准确性和机械稳定性都差了点火候,因此美国陆军对于采用空气炮的选择是慎之又慎的。当时沙俄前炮兵军官瑞佩夫来到美国开了一家武器公司,跟扎林斯基(此时年老体弱)合作设计生产了一系列的海岸防御炮。

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达德利空气炮的结构图,通过下方气筒右侧的无烟发射药爆炸产生压缩气体,通过导气管进入炮膛推动炮管内的炮弹前进,类似于现代"高低压"原理的榴弹发射器

从1894年开始,陆军防御工事局就采购了一批15英寸口径的海岸防御空气炮。这些空气炮具有专门的蒸汽锅炉,可以驱动压缩机产生17兆帕的压强为储气罐充气。这样的一整套海岸防御空气炮算下来,连同蒸汽锅炉、压缩机和操作火炮所需的其他设备重达200多吨,可将50到500磅不等的各种高爆弹发射到1800到4600米开外,在当时算得上是近防的"大杀器"。

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瑞佩夫海岸防御空气炮

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旧金山附近的岸防空气炮阵地,当时这种炮阵地在新泽西的汉考克堡、纽约的渔民岛以及南卡罗来纳州希尔顿海德都有布防

再到后来,随着化学工业的进一步发展,原有不稳定的高能炸药被稳定的炸药和储存使用方式所取代。空气炮这种设计在现代火炮面前除了连最后一点的安全性优势也被抹除,剩下的也就只有体积巨大、效率低下这些缺点。尽管在后期一战当中,仍旧有用储气罐式空气炮做临时迫击炮的设计,但最终这种不完备的设计也就被历史所取代了,剩下的只有照片以及《哆啦A梦》当中的幻想了。

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一战当中奥匈帝国使用的压缩空气原理的迫击炮,也只是由于空气炮的初速低导致了弹道更曲折罢了