作者：风林火山
火炮,曾被誉为“战争之神”。尽管战争形态发生了翻天覆地的变化,曾经作为工业化时代象征的巨炮铁甲,似乎已不再主宰今天的战场。但如果翻检各国军队历史,仍会发现:从加农炮、榴弹炮,到迫击炮、火箭炮;从坦克炮、反坦克炮,到航炮、舰炮,火炮在现代三军中依然无处不在。然而,火炮是如何制造出来的呢?
现代意义上的火炮是一个由弹药、发射装置、火控系统和行动系统组成的武器综合系统,其中系统的主体是发射装置,也就是我们习惯上所称的“火炮”。火炮结构从大的方面说分为炮身和炮架,自行火炮还包括底盘部分。在复杂的火炮结构中,炮身是最重要的组成部分。炮身又由身管(即我们常说的“炮管”)、炮尾、炮闩等部件组成,其中身管是重中之重。可以说,身管赋予了火炮最重要的战斗性能,是火炮战斗力的主体。
▲牵引式火炮基本结构
火炮射击时,身管的工作环境极为恶劣。火药燃气让这里的温度高℃以上,高温不仅会严重烧蚀身管,而且可能引起身管变形，高膛压火炮炮膛内壁的压强高达至兆帕,身管必须要有足够的强度和韧性,否则会发生胀膛或膛炸等危险事故。为了充分利用火药燃气的推力,赋予弹丸足够的速度，炮弹必须和身管紧密接触,弹丸前进过程中和身管的直接摩擦在所难免,但过大的摩擦不仅会影响弹丸的初速,而且还会造成弹丸飞行不稳定，在火炮进行连续速射时,以上的问题更为严重。由此可见,高温、高压、摩擦、腐蚀是火炮身管生产必须直面的四大难题。
▲火炮开火瞬间需要承受极高的膛压
身管加工的第一个难题是材料的选择和冶炼。火炮发射时内膛的高温高压绝非普通钢材所能胜任,身管的材料需要有超乎寻常的耐高温性能、卓越的强度和优良的韧性,同时也要充分考虑火炮大量生产的成本因素。现代火炮身管材料都采用合金钢,常以中碳镍铬钥系合金钢为主,也有增加少量的钒做改性钢。过去很长时间里,炮钢曾一度是中国火炮生产的“瓶颈”。因为镍是炮钢中一种不可缺少的元素,可以极大改善炮钢的韧性,但从资源上讲,中国又是一个严重缺镍的国家。
▲59式mm加农炮
建国初期中国火炮生产曾得到苏联的援助,炮钢生产艰难起步。但中苏关系恶化后,苏方撤走了科技人员和资源援助,中国的炮钢生产顿时陷入困境。但中国人从来都不会被困难吓倒,经过科技人员艰苦卓绝的努力,研制成功了一系列用稀土或钒元素代替镍元素的炮钢,支持了中国的火炮生产。改革开放后,国际环境大为改善,含镍炮钢也不再被视为火炮生产的“瓶颈”。
▲火炮身管的锻造
在谈及炮钢材料时,还必须提到电渣重熔技术。因为像坦克炮一类的高膛压火炮对内膛的耐烧蚀性能、强度和韧性有极高的要求,这就对钢材的精炼提出超乎寻常的要求。电渣重熔就是为了满足炮钢的精炼要求而诞生的一种精炼工艺,精炼过的特种钢再经过电溢重熔可以去掉钢材中残留的少量硫、磷等对火炮强度和韧性有害的元素,使的纯度更高,满足火炮身管的生产要求。电渣重熔钢目前主要应用于高膛压火炮生产,专业人士甚至可以根据工厂的电渣重熔钢生产量推断出兵工企业高膛压火炮的生产情况。
▲中国mm坦克炮内膛加工
在普通人看来,火炮身管只是一个能发射弹丸的部件:但对于炮厂工人来说,炮管则被视为一根最难加工的“长管”,尤其是身管内膛的成型过程。身管膛孔的加工方法是先用一种配用超长钻头的大型钻床锆出一个孔;接者到镗床上将这个孔逐步镗削成型。机械加工中一般将长径比大于10以上的孔加工称为深孔加工，熟悉火炮的朋友们可能都知道,现代榴弹炮、坦克炮、反坦克炮的身管长度一般为30-55倍口径(即长径比为30:1-55:1),而小口径高射炮的身管长度更是在倍口径左右,都属于加工难度很的“深孔”。深孔加工的精度和困难之处于“探”。
▲线膛炮内部
在深孔加工过程中,操作者无法直接观察切削等过程,同时还需保证加工要达到很高的精确度,而且细长的管件在加上过程中也易发生弯曲变形,故加工难度极大。由于身管的内膛加工质量与整门火炮的射击精度、寿命安全等密切相关,因此对加工后的尺寸公差、弯曲度、粗糙度等方面要求极高。可以说深孔加工是火炮制造工艺方面有别于普通机械制造的突出特点。引人注意的是,执行深孔加工任务的机床无一例外都是体形庞大的专用机床,加工炮管膛孔能达到很高的精度,是火炮加工的“专才”。但是如果遇到工厂没有火炮生产任务的时候,这些昂贵的“大家伙”就只能长时间休息,或者干些牛刀半鸡般的小活。
为提高炮管强度,同时降低火炮重量,高膛压火炮大多采用自紧身管,自紧工艺是在镗孔直径基本达到要求,即在内膛半精加工的过程中进行。身管自紧是在普通单筒身管内通过特殊工艺使炮管由内向外产生一定的塑性变形,这样身管外层对内层产生压力,在射击时,这种压力就像在身管外又增加了无数层薄筒,使身管的承压能力增大,可以有效减小身管厚度,降低火炮重量。
▲俄罗斯mm坦克炮
20世纪60年代后,身管自紧技术成熟并真正受到重视,英国L7型毫米线膛炮率先采用了身管自紧技术。之后,德国“豹”I坦克、美国M60坦克的主炮都普遍开始采用身管自紧加工工艺。现在的坦克炮、反坦克炮等制造过程中均采用该技术。中国从20世纪70年代中期开始在火炮生产中应用身管自紧技术,83式毫米坦克炮、89式毫米反坦克炮和毫米坦克炮等均采用自紧身管。
▲滑膛炮内膛
自紧工艺完成后,接下来要对内膛进行抛光等精加工工艺。如果是线膛炮,还要拉制膛线。拉制膛线就是要在身管膛壁上拉出符合设计要求的曲线沟槽。拉制时拉刀顺着与身管轴线平行的方向前进,而炮管则绕轴线作旋转运动,这样拉出的膛线就是旋转膛线。对于现代火炮，内膛的加工成型并不是加工过程的终结,为了提高火炮的耐磨性和抗腐蚀,火炮身管内膛还要进行镀铬工艺处理,这样可以有效增加身管的使用寿命。由于身管未来还要加装热护套、炮口装置,尾部要连接炮尾等,在加工过程中要加工相应的连接螺纹和排气孔等。
在火炮的各零部件生产完成以后,都要集中到总装车间进行生产装配。火炮是一个大型的复杂系统,零部件中除了火炮机械零件外,还有火控系统的光学、电子产品,自行火炮还有底盘系统。不同类型的分系统一般不在同一个厂家生产,而是由多个厂家各负责一些分系统的生产,彼此为协作关系。比如火炮厂一般只生产火炮机械战斗部分,火控系统等光电设备由有相应生产能力的厂家负责,底盘由专门生产军用车辆的厂家生产。系统的总装一般由其中的一个厂家负责(一般是火炮生产厂或底盘生产厂),协作的生产厂家将其生产的部件运送到总装厂完成总装。
▲生产完毕，打靶试验
▲威力满意
生产并装配完成后,火炮还要进行各种发射试验，如果一切符合标准就将交付部队，走上他们的战火生涯。
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