重舰巨炮——近代海军炮弹的发展历程（三）

一些题外话

兄弟们大家好，我是北斗舰队安和，作为对二战海军充满好奇的军迷之一，我对海军相关的技术略有涉猎。这篇文章是我近代海军炮弹发展的的一个部分，主要介绍炮弹火药的变迁，希望大家多多支持

（三） 炮弹结构形式的发展变迁

1.近代各国海军所采用的弹丸

（见下表）

通常而言，弹丸重量越大，其体积也就越大，即是说，重量与弹体直径的立方成正比。单凭经验判断，典型的弹丸重量约为其直径（英寸）立方的一半(磅)，因此，1枚较典型的10英寸弹丸，其重量约为500磅。一战及二战期间，各国海军所使用的大口径弹丸的基本种类以及重量，可由上表得知。

在弹丸的外形方面，各国炮弹基本都采用流线型的锥体，但也经过研究发现发现弹头鼻部弯曲的部分越长，弹丸的空气动力学性能越好。而且其重量占整个弹丸的重量比例很小。其鼻部曲率（就是一个数据而已）典型地可能弹体直径表示，表达为crh,即弹头蛋形部曲率半径，此值越大，弹丸所受空气阻力越小。

英国皇家海军在一战前所使用的各型舰炮弹丸的crh普遍在2~4之间，1908年时统一采用4crh的弹丸，以减少阻力，从而提升射程。

1. 2.炮弹的重量与速度之争

为使射出的弹丸输出特定能量，设计师们往往需要在火炮的初速及发射弹丸的重量之问进行平衡。一门火炮，要实现其穿透装甲的目标，最为关键的就是弹丸命中目标时所保有的速度。根据物理定律，速度同时也决定着弹丸飞行过程中弹道的低伸程度（也就是炮弹抛物线轨迹的弯曲程度），即是说，在给定的射程内，速度越快的弹丸，其飞行时间越短同时弹道越为平直低伸，这也越有利于预测其落点（也就是越便于火控计算)。

（这具体的咱就跳过吧）

同时，越重的弹丸由于惯性也更大，也越易保持其速度，但其在空中飞行速度越久，也更易受到空气阻力和重力影响而导致在飞行末端弹道变形，当然，在发射时利用更长的身管，给较重弹丸更大的速度，也会使其更久地保持较高的速度。然而，速度也并非越高越好，因为对于同样重量的弹丸，发射速度越高，意味着使用更大份量的发射药，火炮炮膛和身管的磨损也越厉害，大量发射也会极大地缩短火炮寿命。

但由于弹丸惯性，炮弹整体形状等等方面的因素，对于近似口径的火炮，略重但速度较慢的与略轻但速度较快的弹丸在实际射击后的飞行过程中，存在某个特定的距离，当弹丸飞行超过这一距离后，略重但初速慢的弹丸可能会比另一种弹丸具有更高的飞行速度。

比如在1906年，一名英国皇家海军军官比较了法国海军的7.6英寸舰炮与英国海军7.5英寸舰炮的性能差异，他发现，法国火炮所发射的弹丸略轻，相应的初速也比英国弹丸快约215英尺/秒，但两种弹丸在发射后超过2000码距离后，较重的英国弹丸却拥有比法国弹丸更高的速度。在经过大量试验后，英国人又发现对于更重的弹丸，这一速度逆转的距离也越近，比如对于12英寸舰炮，这一距离大约在1000码处。

因此，根据这种特性，一旦火控系统能够进一步发展，对于更远距离发弹道进行控制，某一口径的舰炮以较低速度（相对）发射较重的弹丸，至少在对中远距离的目标上，这可能是更好的选择。而新的发射药在生产、储运以及运用等方面相继成熟，并开始在海军中广泛使用后，各国海军就开始让其战舰向搭载更长、更大舰炮的方向进化，因而在炮术革命初期，或者说无畏级战列舰出现之时，各国海军战列舰的主炮口径普遍以12英寸为起点，但凡事也有例外，比如德国海军最初就更喜欢使用11英寸的主炮。

大约在1890年时，各国海军战列舰的典型主炮都是12英寸/40倍径，配合当时发射药及火炮技术的发展，约在1900年左右时，上述火炮开始让位于其有更大倍径的同口径主炮(12英寸/45倍径)。同时，较轻的弹丸以及新一代的后膛发射及火炮技术，也令人惊讶的地提升了火炮的射速。比如，大约在1895年时，典型的12英寸海军舰炮其射速仅为每4~5分钟发射1次，到1902年时，同口径火炮的射速已提升至每分钟1发（根据当时英国海军官方的推演，其最新配备的MkIX型舰炮已能达到这样的射速，虽然如（1）所述，现在来看还是有点慢)。

（12英寸MkX型）

几乎同时，据称当时英国为日本帝国海军建造的新式战列舰“三笠”号，其主炮能以每40秒1发的速度进行射击；但这还不是当时舰炮射速的最高水准，因此据当年英国维克斯公司的资料记载，其最新的12英寸火炮在短时间内的射速甚至可达到每分钟2发。作为比较，同时期最大口径的16.25英寸海军舰炮，据称其射速仅为每4~5分钟1发，这一差距是显而易见的。同时期的德国海军更喜欢使用口径略小的舰炮(9.5和11英寸)，其实是为获得更高的射速，与类似口径的英国舰炮相比，其射速普遍可达到每分钟2发。

（今天的三笠号主炮）

高速弹丸意味着更平直低伸的弹道以及更易预测的弹着位置。根据1902年英国皇家海军的兵棋推演规则，在当时1000码左右的舰炮交战距离上，12英寸/45倍径的主炮就对目标的命中而言，可每分钟向目标倾泄约420磅重的弹丸；而同等距离上，当时最大口径的16.25英寸主炮，其弹丸重量虽两倍于前一种火炮射出弹丸，但由于发射速率较低，只能向目标投掷约200磅重。这意味着在一定距离上，海军舰炮并非口径越大越好，而且这种投掷重量上约2：1的比例，在更远的距离上也是如此。

因此，各国海军先后意识到，口径略小的舰炮可以更快的发射（同时这类主炮的尺寸也略小，可通过设置更多的火炮来弥补威力上的不足)。之后，随着新型被帽穿甲弹（见下文）的出现，在一定时期内10英寸主炮似乎比12英寸主炮是更好的。1904年时，皇家海军曾准备为其一艘新建的战列舰配备这种口径缩小了的主炮，而当时巴西海军也倾向于向英国订购配备着类似主炮的战列舰，（大概是阿金库尔，没找到相关资料）但最后这些都未实现，皇家海军及巴西海军仍采用了配备12英寸主炮的战列舰。而造成此决策的原因，很可能是由于英国根据当时日俄战争的经验（参见（二）或后文）得出了新的结论，即单枚大口径弹丸可能比多枚小口径弹丸的命中，对目标造成更大的伤害。

（13.5英寸MkV型）

1. 3.高爆弹简介，穿甲弹的出现及理论基础

在近代的海战中，，战舰主要面临着采用两种杀伤模式的弹丸，穿甲弹(AP)和高爆杀伤弹(HE)，本文从最普通最古老的弹种高爆弹说起，对于高爆弹，顾名思义，内部装填有高爆炸药，其杀伤方式是通过命中敌方目标或者周遭地面后完成爆炸药的引爆，炸裂的外壳变成高温高速的弹片四射飞散。其最大的问题是无法破甲，即便较薄的装甲也可抵御住，但高爆弹却对战舰甲板、舰桥等未采取防护措施的部位造成严重的杀伤。即便以目前的技术而言，也没有任何战舰既能利用更多重量的装甲以对战舰构成全面防护，又不会其他性能造成过多影响，即便全部使用较薄装甲只对高爆弹防护也不行。

到了无畏舰时代，战列舰厚重的装甲所带来的穿甲弹的出现是炮弹领域的一大革命，在各国海军拥有巨大吨位的厚甲战列舰出现后，穿甲弹最早被用于海战，并持续了很久。

简单地说，为了实现对目标表面装甲的穿透，弹丸必须以足够的能量撞击目标表面，彻底破坏装甲的结构。因此从根本上看，弹丸要实现穿透的关键在于其命中目标时的能量，而能量则与弹丸的重量（即其质量）及其命中时速度的平方成正比；另一个与弹丸命中时拥有能量有关的因素是弹丸与装甲互相作用的时间。根据物理定律，这一作用时间越短，装甲在遭遇撞击后，在过短的时间里，通过形变以吸收、分散弹丸传递的能量也越困难（即在能量一定的前提下，作用力时间越短，作用力越大)。

因此，如果装甲在被命中后不立刻发生变形，那么也将立即被击碎。因此弹甲作用时间越短，装甲板的抵抗能力也会越小。那么，便需要一种能以足够短时间，足够质量和速度几串装甲的炮弹——这就是穿甲弹。可以看出，要增强弹丸的穿透能力，至少可从三个方面着手，要么提高弹丸命中时的速度（或者初速），要么发射更大重量的弹丸，抑或设计全新的弹丸外形。

但在当时，由于缺乏相关理论和试验条件，提高弹丸威力的方式主要在弹丸的速度和重量上。通过大量试验发现，当时典型的装甲战列舰，由于其配备的舷侧装甲带和甲板装甲强度，以及来袭弹丸末端的弹道特征，对于某种穿甲弹来说，其舰体存在着某种不会被命中的区域。此区域的一端由此穿甲弹可对其侧舷装甲实现穿透的最远距离决定，而另一端则由同样穿甲弹可对其甲板装甲实现穿透的最近距离决定，简单的说就是一个“最小极限装甲厚度”，任何炮弹面对100米厚的铁块都是无能为力的，而将100米缩减到50米，仍然无法击破，以此类推直到可以装在战舰上，而任何炮弹都无法击破坏的厚度。

（无畏号线图可见装甲带）

在第一次世界大战前，各国海军战列舰的装甲带配置都基于这样一个假设，即对战列舰的命中更大地集中于侧舷而非甲板，这种思想一直影响到了二战时期的木质甲板上，也导致燃烧成为许多弃舰行为的理由。所以战舰配备甲板装甲的主要日的在于保护命中侧舷的炮弹碎片对甲板造成损坏，而并不是提升战舰甲板对直接命中的防御力。以当时海战交战的模式这种理论明显是正确的，直到19世纪90年代末之前，海军战舰弹甲之争的优势仍在装甲一方，但几年内，一种新的被帽穿甲弹(APC)的出现，又重新将甲弹之争拉回平衡。

3.近代海军对于被帽穿甲弹和高爆弹的思考

这种被帽穿甲弹弹丸的头部采用软质金属帽，弹丸在命中目标装甲后，其头部金属帽可吸收撞击时的能量，保护后部弹体不会破坏或碎裂。金属帽在命中后碎裂，但弹体留存下来以便继续冲击装甲表面。因此，尽管口径更小，其采用金属被帽穿甲弹后仍可取得与更大口径普通穿甲弹同样的穿甲效果。最初，英国皇家海军仍对此表示怀疑，但在其高层军官目睹了由英国为智利海军建造的两艘较小的战列舰所进行的被帽穿甲弹射击试验后，也转变了对此新型穿甲弹的态度。因此在智利允许向英国出口被帽穿甲弹后，皇家海军立即就于1903年订购了一批，并为其两艘战列舰配备。

当时，在皇家海军看来，与智利达成采购关系并签订相关合同，至少能防止皇家海军潜在的对手，当时是沙俄的海军获得此种炮弹。而对被帽穿甲弹的青睐，也解释了为何在1904年时，英国曾严肃地考虑为其新建造的战列舰部署10英寸舰炮的决策，但正如上文所提及的，他们最终仍采用了12英寸主炮。当时出现和应用的被帽穿甲弹也极具戏剧性效果。在此弹种未出现时，战列舰的侧舷装甲在各国海军所期待的交战距离上仍相当有效，在1903年时，这一距离约在3000~6000码左右，而在更远的距离上，正如日俄战争中所造成的那样，使用穿甲弹对目标直接命中则较为困难。事实上，当时在更远距离上，各国海军的预期则是利用半穿甲弹或高爆弹攻击战舰防护较弱的上层结构。然而，在被帽穿甲弹出现后，它能够在相同的距离上有效击穿战舰侧舫装甲带，并直接造成穿甲效果。

因此当时，就有不少国家海军认为，也许为战舰配备更为全面的防高爆薄型装甲，而非追求对穿甲弹的绝对防护是更好的选择。对这一阶段甲弹之争的思考，也有助解释为何英国的著名海军司令约翰·费舍尔会对防护较弱、但更快速同时又具备战列舰强大火力的战列巡洋舰更感兴趣。

对此，我们继续以日俄战争为例，在日俄战争期间的海上交战中，交战双方都未配备被帽穿甲弹，而令人惊讶的是，单就弹丸技术来说，交战中日舰射出的弹丸几乎从未穿透过俄国现代化主力舰的装甲，此外，日舰弹丸上的引信过于敏感，所以几乎没有日舰炮弹能穿透俄舰装甲后在其内部爆炸。至于交战中俄海军被击沉的多艘大型战舰，几乎都是由于其侧舷完全未进行装甲防护所致；另一些被击沉的俄舰则是由于其本身适航性较差，日舰少量命中的炮弹导致舰体一侧进水，进而引起倾覆，很多俄舰在战前甚至从未进行充分的准备。简而言之，俄国人的大意让他们输掉了这场装备占优的战斗。

根据日俄战争的经验，英国海军对现代海战有了更深刻的认识，其中之一就是，正如之前南非的布尔战争一样，现代高爆炸药除了对无防护目标具有极大的杀伤力外，它还会对爆炸附近的人员造成严重的生理影响。比如爆点附近未被杀伤的人员，仍会出现眼花、头痛，甚至当场昏迷。二战期间日军大和号的防空人员，就是因为460毫米主炮发射时发射药产生的冲击而昏迷，导致许多防空火力无人操作。就舰炮弹丸杀伤力来说，最理想的状态莫过于穿甲弹在穿透舰只装甲后继续深入其内部爆炸，通常装填了炸药的穿甲弹能够实现这种效果，而这种炮弹有一个新的名名字——碎甲弹。

（大和号的炮弹）

4.碎甲弹的进步和延时引信技术的发展

碎甲弹为实现在内部引爆，弹丸虽采用延时引信，引信由弹丸撞击装甲时产生的巨大震动触发，同时，这种震动还不能引爆弹丸内的炸药。因此，由于穿甲弹的使用距离对于既可延时引爆弹丸，又不会在穿甲过程中过早引爆较为重要。

英国曾规定，不同类型战舰及不同口径舰炮使用不同的延时引信，且延时引信的选用主要取决于弹丸的使用距离。在第一次世界大战期间，德国海军规定对不同距离的目标使用不同弹种，比如对中近距离则以穿甲弹为主，而远距离上则以高爆弹为主，但实际在交战过程上，德舰上的穿甲弹在远距离上也发挥了惊人的杀伤力，这给其他国家海军以深刻的印象，比如法国。一战时期，美国海军完全拒绝高爆弹丸的应用，其战舰配备弹种仅限于穿甲弹，但其配用的穿甲弹中，明显有一些弹种内部也装填了用于生成大量气体的物质，用于代替高爆弹摧毁战舰的上层建筑。后来，为了应对除敌方水面舰只外的多种目标，美舰上也开始配备主要用于对岸上目标轰击的高爆弹丸。二战太平洋战场上，美军的登陆作战均有舰炮辅助，而其战例也说明这种战术确实行之有效。

（各种炮弹的穿甲原理）

一战结束后。日本海军在1928年和1931年，也分别设计并配备了其自已的延时引信（分别用于配备88式和91式舰炮炮弹)，日式延时引信的延时长度比英、美等国更长。但二战结束后，美国和英国技术人员和分析家认为，日本延时炮弹的设计存在着明显的缺陷，因为配备着这种长延时引信的穿甲弹，在对舰体无防护部分或轻装甲防护舰只命中后，很可能完全击穿舰体而不会留在其内部爆炸，即所谓的“过穿”问题——尽管大型战舰的大口径主炮均有此类问题，只是日军的更为明显。而其穿甲弹的这一特征，也解释了在1944年10月，萨马岛海战中，一些美国驱逐舰及护航驱逐舰被日本战列舰的炮火击中，但仍仅仅舰体产生了过穿痕迹，而未因大爆炸而沉没的事实。

以上是近代海军舰炮炮弹结构形式的全部内容，而本期三节文章也全部结束了，在文章中，比较简要的从炮弹发射药，舰炮本身以及炮弹具体结构，对近代海军的舰炮发展做了说明，其中借鉴了各类资料，在此向其作者表示感谢。

希望这篇文章给各位兄弟们带来了对海军发展史更为深入的了解。而接下来，我将会开启另外的近代海军史篇章，也希望兄弟们多多支持。