在巅峰坦克里如何免费获得M1A1

在1942年10月爆发的阿拉曼战役前夕,正在北非作战的英军第八军团收到了一份来自大洋彼岸的礼物——90多辆全新的M7自行火炮,在此后的阿拉曼战役中该炮也不负所望的成功压制住了位于战壕中的德军88炮,由于M7自行火炮的环形机枪塔特别像一个讲道坛,所以英国人就送给了M7自行火炮一个“牧师”的称号。而其实在二战期间,美军在战术上更加侧重于各种火力配置齐全的一线平推,在美军将领的心中如何在减少己方伤亡的前提下取得战事的胜利才是重中之重,于是在这种思想下美国基于已有的坦克平台研制出了各式各样的自行火炮,其种类之繁多堪称二战一绝,今天我们就来讲讲二战美军中小口径自行火炮的进化史。

▲美军在霍尔蒂拖拉机的基础上改造而来的105毫米自行火炮,此外在克里斯蒂轮履两用坦克的基础上美国人也研制了一款自行火炮,不过最终并没有被美军所采纳

其实美军关于自行火炮的尝试最早可以追溯到一战末期,当时在万能的霍尔特拖拉机底盘上,美国人为其装备了M1916型75毫米野战炮和M1920型105毫米野战炮,虽然这些效率极低的自行火炮最终未能进入美军服役,不过却为美军以后发展更加先进的自行火炮积累了大量的技术储备。进入30年代以后美军开始掀起了炮兵机械化的改革,为了满足部队的需求,美军于1939年3月在M1战斗装甲车的基础上研制出了T3型75毫米自行火炮,该车在车体偏右的位置安装了一门M1A1型75毫米野战炮,车体上方安装有一个炮塔,内置一挺7.62毫米机枪和一具火炮用测距仪和瞄准仪。

▲基于M1战斗装甲车设计的T3型75毫米自行火炮,该车整体的作战效率极低,只配备有1名装填手,在极其狭小的车体空间内完全不够用,这就导致了其射速远远不如同口径的牵引式火炮,此外在M1战斗装甲车的基础上美军还计划发展一款名为T17的75毫米自行火炮,但M1战斗装甲车过于狭小的内部空间并没有多大的改造价值

在二战前期德军的作战中,各种由二线轻型坦克改造而来的自行火炮大获成功,这些能够快速支援步兵作战的武器自然也受到了美国的高度重视,1941年秋美军开始组建装甲炮兵,随后便开始了各种自行火炮的研制工作,伯德温火车头工厂在当年10月拿出了一款名为T32的设计方案,该方案由M3中型坦克的底盘改造而来,但是由于其装备的M2A1型105毫米榴弹炮炮座过低,最大仰角只有可怜的35度,所以在很多作战情况下驾驶员只能将战车开到斜坡上来增加最大仰角,以提高战场使用性。不过随后军方就对T32提出了修改意见,其中最重要的一条就是提高自行火炮的防空能力,最终改进后的T32被正式命名为M7自行火炮。

▲T32自行火炮的原型车,该战车右侧还没有安装标志性的环形机枪塔

1942年4月量产型正式下线,M7自行火炮的动力部分完全取自M3中型坦克,整体为敞篷箱式结构,在天气恶劣时能用帆布将顶棚遮起来,最早的一批M7自行火炮是装备给北非英军的,在突尼斯战役中美军才逐渐装备M7自行火炮。到了1943年,美军针对M7在实战中暴露的大量问题展开了改进工作,首先就是将M3格兰特的三体式变速箱换为M4谢尔曼的一体式变速箱,车体内部加装了火炮的行军固定装置,这就是M7B1自行火炮。前文也提到早期M7自行火炮炮座较低,导致其火炮仰角不够,而这个问题直到M7B2上面才彻底解决,该车最大的特点就是抬高了炮架,使火炮的仰角达到了65度,提高了战场适用性。

▲从上往下依次为M7、M7B1和M7B2,M7车体侧面垂直放置的弹药是直接裸露在外面的,而M7B1加装了一层可折叠的钢板,至于M7B2可以看到火炮的位置明显被抬高,环形机枪塔也被相对应的抬高,但是M7B2诞生的时间太晚,只制造了很少,由于此时美军已经有更加先进的155毫米自行火炮,所以这些M7B2就全部装备给了他国军队

由于1941年美军成立了装甲炮兵,所以自行火炮的设计方案可谓是层出不穷。同年10月美军设计部门拿出了一款T18型75毫米自行火炮设计方案,该方案的底盘部分取自M3轻坦克,整车采用全封闭箱式结构,在车体右侧安装有一门M1A1型75毫米榴弹炮,车体两侧各安装有一挺7.62毫米车体机枪,不过T18取消了顶部的炮塔,将所有的火炮观瞄装置移到了车体,军方对T18也十分的满意,然而就在T18即将获得一个正式编号并服役之际意外杀出了一个M8,美军在对比两车的性能后果断的选择放弃前者。

▲T18自行火炮,从图片中的红框部分可以看出该车并没有安装两侧的航向机枪

1941年12月太平洋战争爆发,美军陆续研制的自行火炮短时间内不可能服役,为了满足部队庞大的需求,美国军械局一方面用半履带自行火炮车辆来填补空白,另一方面则加速利用更加先进的M5轻型坦克底盘改造新一代自行火炮,为了尽快形成战斗力,设计人员起初采用了敞篷式的设计,但是在随后的会议中这款名为T41的设计方案被否决,原因是防护能力不足,随后工程师设计出了一款防护更强,且能快速形成战斗力的改造方案,即在M5轻型坦克的基础上保留炮塔部分,将正副驾驶员顶部的舱门换成了前部的大尺度窗户,为了将巨大的M3型75毫米榴弹炮安装到炮塔内,炮塔采用了敞篷的设计,座圈也被稍微的放大,而且还大幅修改了炮闩结构。该炮除了能发射常规的高爆弹外,后期也装备了破甲弹,不过此时更多的是将M8当成是轻型突击炮来使用,用来替代装备105毫米坦克炮的谢尔曼坦克,此外在炮塔后部的环形枪座上安装有一挺12.7毫米高射机枪(备弹400发)。

▲M8自行火炮,该战车一共生产了1778辆,有趣的是这些战车全部都在美军中服役,并没有通过租借法案流向其他国家,此外在M8的基础上还衍生出了一款名为M8A1的坦克歼击车,就是简单的将M3型75毫米榴弹炮换成了谢尔曼坦克使用的M3型坦克炮,不过随着M18地狱猫的服役,M8A1也就没有了下文

除了将75毫米榴弹炮搬到轻型坦克的底盘上外,美军还尝试将更大的105毫米甚至是155毫米榴弹炮搬到轻型坦克底盘上,1941年末美军正式将M5轻型坦克选定为改造用车辆,计划在该底盘上搭载一门陆军轻量化的M1型4.5英寸加农炮(口径为114.3厘米)。但是以M5的车体结构能难将这门巨炮扛起来,于是设计人员将M5轻型坦克的车体增长增宽,而且增加了一组悬挂装置,并将发动机搬到了车体的前部,为了减少后坐力对车体的冲击,后部还安装了支撑用的助锄,火炮仰角为60度,这款方案被称为T16自行火炮。之后军方认为4.5英寸加农炮威力不如105毫米榴弹炮,射程不如155毫米榴弹炮,没有开发的价值,于是设计人员又将4.5英寸加农炮换成了155毫米榴弹炮,并将改进后的自行火炮称之为T64。

▲由M5轻型坦克改造而来的T16自行火炮和由M24轻型坦克改造而来的T64E1自行火炮(也就是后来的M41自行火炮,不过最大仰角提升到了50度)

然而在随后的测试中T64自行火炮的底盘悬挂系统还是有些单薄,到了1943年6月美军M24轻型坦克的原型车诞生后,设计师就立马开始张罗着换底盘,换装M24轻型坦克底盘的自行火炮就被称之为T64E1,在随后的测试中T64E1良好的机动能力和威力巨大的155毫米榴弹炮给测试人员留下了深刻的印象,随后军械局将该车正式更名为M41自行火炮,不过起初该战车只能携带24发弹药,为了提高战车持续作战的能力设计人员还为其研制了一款弹药运载车(同样由M24霞飞坦克底盘改造而来),不过当M41正式交付部队测试时二战已经进入了尾声,M41更多的是使用在朝鲜战场上。

▲基于M24轻型坦克底盘改造的M37自行火炮

在用M3中型坦克底盘改造的105毫米自行火炮取得成功后,美军计划将105毫米榴弹炮搬到轻型坦克底盘上面,但是鉴于没有合适的轻型坦克底盘,该计划一直都没有实质性的进展。同样在1943年6月M24轻型坦克的原型车诞生后,美军就开始将轻量化的M4型105毫米榴弹炮搬到了该原型车底盘上,整车采用开放式结构,动力装置前置的设计,车体偏右的位置安装有一门105毫米榴弹炮,火炮最大仰角为45度,最右侧是一座装备12.7毫米重机枪的环形机枪塔,1945年1月该车正式被名为M37自行火炮,量产型为了增加弹药的携带量,删除了原先装备的车体电台,整车一共能够携带127发弹药。由于M7自行火炮实在是太成功了,所以M37身上有很多M7的影子,只不过该车同样出现的较晚,并没有在二战的战场上大规模使用,更多的是活跃在此后的朝鲜战场上。

然而美军对更大口径自行火炮的追求并没有停止,直到二战末期制造出了巅峰之作——T92、T93系列自行火炮,下一期我们就以大口径火炮为视角来一探这些二战美军的陆战重锤。

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  监制:光明网科普事业部

  第二次世界大战结束后,世界迎来了和平。但是这种和平并不是“佛性的”,而是一种制衡的和平,以美苏为首的东西方两大阵营把武器装备的较量从战场上硬碰硬的对抗搬到了战场下你追我赶的技术研发上。特别是苏联紧随美国研制出核武器后,美苏两国将对抗的焦点聚集到了陆战之王——坦克的发展上。从T-55、M60到T-72/T-80、M1/M1A1,美苏两国不断刷新着自己主战坦克的性能参数,其中又以围绕着坦克的攻防(即“弹”与“甲”)的研发竞赛最为激烈。

  图注:美M1坦克(左)与苏T-72坦克(右)

  (一)破甲弹的出现湮灭了重型坦克

  二战时期,面对着已经在陆地战场称霸的坦克,各国一方面不断研发提升坦克性能,另一方面积极寻找对付坦克的有效办法。曾经饱享装甲部队“闪电战”福利的纳粹德国在年西班牙内战时期发现了一种对付坦克的新式弹药——破甲弹。

  在破甲弹之前,反坦克弹药要想提升毁伤坦克装甲的能力主要依靠提升弹丸初速。但是提升弹丸速度的技术远要比增加坦克装甲厚度的技术复杂,所以二战后期才会出现像虎式、鼠式这样舍弃一部分机动力,更专注于防护力的重型坦克。但是基于门罗效应设计的破甲弹,是利用弹丸内部炸药爆炸产生的冲击波,作用于自身的锥形金属药形罩结构,使其产生初速高达8000米/秒的金属射流。这种金属射流,可以对均质装甲造成极大伤害。所以破甲弹毁伤坦克装甲不再依赖弹丸初速,而只与药形罩直径有关(一般破甲厚度是药形罩直径的五倍)。

  图注:笨重的鼠式坦克

  图注:破甲弹结构原理图

  二战后期,坦克炮口径已经设计到100mm以上,所以发射弹丸内药形罩的直径可以很轻松达到80mm。也就是说,当时能够抵抗破甲弹的坦克装甲需要在400mm以上,并且只要在弹丸飞行距离之内,毁伤能力不受距离影响,这简直是重型坦克的噩梦。所以到了冷战时期,各国研发坦克彻底摒弃了“战场移动堡垒”式的思路,重防护、重火力、轻机动力的重型坦克被淘汰,新型的主战坦克越来越追求火力、防护力与机动力的平衡。

  (二)复合装甲的兴起拯救了“陆战之王”

  破甲弹的出现曾一度危机坦克“陆战之王”的桂冠,因为不用受限于初速的弹丸破甲能力,使得单兵反坦克武器也对坦克有着致命的伤害。在二战中,面对滚滚而来的坦克洪流曾经手足无措的小小步兵,拥有了发射导弹或者火箭弹摧毁坦克的能力。

  图注;单兵反坦克火箭与配用的破甲弹

  所幸的是,20世界60年代苏联在T-64坦克上试验了一种新式装甲——复合装甲。T-64的装甲厚度达204毫米,由三层组成,其中最外层是80毫米钢质装甲,最内层是20毫米钢质装甲,中间是104毫米的玻璃纤维板。这种类似三合板似的复合装甲对抵抗反坦克弹有着意想不到的效果。因为当射流或者弹丸穿透不同防护层时,由于防护层物理属性不同会改变弹丸或者射流的方向,甚至折断穿甲弹的弹丸。实验表明,T-64坦克204毫米的复合装甲抵挡穿甲弹的能力等同于300毫米钢质装甲,抵挡破甲弹的能力等同于600毫米钢质装甲。

  图注:T-80坦克复合装甲结构图

  图注:复合装甲防护原理图

  同一时期,其他国家也紧随苏联其后研制复合装甲。由于所选取的“夹心”材料不同,出现了英国以复合陶瓷材料为主的乔巴姆装甲和美国以复合贫铀合金为主的贫铀装甲。这些装甲是破甲弹的克星,让坦克再一次在“陆战之王”宝座上坐稳。海湾战争中,美国曾经有1辆M1A1坦克身陷泥沼,原本因为无法移动需要就地摧毁。在承受同伴M1A1坦克120MM坦克炮连续三发命中后,坦克的复合装甲才勉强被击穿。后来这辆M1A1坦克又被装甲抢救车拖出泥潭,人们发现坦克只有瞄准器损坏,其他功能还能继续使用,由此看出贫铀装甲的防护能力实在太强。

  图注:装有贫铀装甲的M1A1坦克

  (三)滑膛炮配脱壳尾翼稳定穿甲弹才是王道

  随着复合装甲在世人面前展示了自身对破甲弹惊人的防护,人们研制反坦克炮弹的思路又回归到了穿甲弹。为了提高弹丸初速,苏联T-62坦克首次尝试使用滑膛炮。

  图注:苏联的T-62坦克

  很多人都知道,膛线的发明在武器发展史上是一次巨大的进步。弹丸从刻有膛线的枪管或者炮管中发出会产生旋转,这种旋转可以使弹丸在飞行时克服空气阻力,保持方向,避免翻转。但是弹丸在坦克炮膛内依着膛线旋转势必会因为摩擦而降低初始动能,而且初速越高的弹丸保持稳定的转速就要越大。想使弹丸达到这样的转速就需要增加炮管长度,可惜的是坦克炮管不能像地炮炮管那样设计的很长,所以坦克线膛炮的初速一般只能达到1000米/秒。

  图注:线膛炮的膛线

  反观滑膛炮,光滑的炮管内壁可以减少弹丸动能的摩擦损耗,所需要解决的问题就是如何让弹丸在飞行中保持稳定,于是脱壳尾翼稳定穿甲弹应运而生。这种弹丸装有尾翼,可以保持飞行平衡。但是带有尾翼的弹丸因为形状不规则难以在炮管内形成密闭空间,所以设计师又在弹丸上安装了弹带。这种弹带在出膛前包裹在弹体外面,紧贴着炮管内壁,形成密闭空间。一旦火药爆炸在这个密闭空间内产生膨胀气体,就可以推动弹丸前进,赋予弹丸动能。当弹丸出膛后,弹带完成自己的任务,自动脱落。所以这种炮弹被叫做脱壳尾翼稳定穿甲弹。目前,坦克炮的炮口初速可以达到1700米/秒,使用常见的钨合金材质的脱壳尾翼稳定穿甲弹,在2000米距离上的穿甲(均质装甲)厚度为850mm。如果使用美国的贫铀材质的脱壳尾翼稳定穿甲弹,在2000米距离上的穿甲(均质装甲)厚度为960mm。

  图注:脱壳尾翼稳定穿甲弹

  图注:脱壳尾翼稳定穿甲弹弹带脱落图

  此外滑膛炮还有一个优势,那就是同时可以用来发射炮射导弹。所以在脱壳尾翼稳定穿甲弹出现后,坦克滑膛炮又渐渐取代线膛炮。

  当然,冷战时期美苏两大阵营在坦克研发上的创新并不仅仅局限于装甲和坦克炮。苏联方面,T-55安装的悬挂装置、T-80首次安装的燃气轮机都大大提升了坦克的机动性能;而美国方面则是更加注重改进坦克的火控观瞄系统。弹道解算计算机的应用让M1系列坦克射击速度更快、命中精度更高,热成像装置则让M1系列坦克在夜暗或者恶劣气象条件下更早发现敌情,先敌开火。这些技术创新让冷战前后的坦克性能有了质的飞跃。

  图注:冷战时期苏联坦克巅峰之作——T-80坦克

  冷战时期,美苏两国均掌握核武器,军备竞赛的焦点开始放在了坦克上,其中以 “弹”与“甲”的竞赛最为激烈。

  ①破甲弹能对均质装甲有极大的杀伤。破甲弹出现后,追求加厚装甲来防护自身的重型坦克被淘汰。

  ②复合装甲是由两层以上不同材质组成的装甲。复合装甲出现后,破甲弹被淘汰,故而穿甲弹又重新应用在坦克炮上。

  ③脱壳尾翼稳定穿甲弹能使弹丸在飞行中保持稳定,脱壳尾翼稳定穿甲弹出现后,坦克滑膛炮开始取代线膛炮。

  ④冷战时期苏联坦克更加注重坦克的机动能力,而美国坦克则更加注重坦克的火控观瞄系统。

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