“英军二战中使用的17磅反坦克炮的穿甲能力分析”
首发于文学城博客“萤火虫17pdr”Feb 19,2012
二战中英军的17磅反坦克炮（76.2mm，55倍身管）穿甲能力非常出色，在同口径反坦克炮中遥遥领先。本文通过与德军75mm PAK40 L/46对比，分析为何17磅炮拥有如此出色的穿甲能力。
下面这个表与德军75MMPAK40 L/46反坦克炮进行穿甲能力对比。
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| 30度倾角均质装甲板穿甲深度MM | ||||
| 17 POUNDER(MK1) | 75MM PAK 40 | ||||
| 距离 | APCBC | APDS | APCBC | APCR | |
| 2000YARD | 1828M | 111 | 161 | - | - |
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| 2000M | - | - | 64 | - |
| 1000YARD | 914M | 131 | 192 | - | - |
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| 1000M | - | - | 85 | 97 |
| 500YARD | 457M | 140 | 209 | - | - |
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| 500M | - | - | 96 | 120 |
| 炮口初速 M/S | 884 | 1204 | 792 | 990 | |
对比中注意几点：
1．17磅炮口径为3英寸=76.2mm，所以选择几乎同口径的75mm PAK40进行对比。
2．APCBC：ARMOUR PIERCING CAPPED BALLISTIC CAP被帽穿甲弹。全口径硬质钢芯配内层软金属被帽（避免硬质弹芯与装甲直接碰撞造成碎裂）和外面的整型被帽（降低空气阻力）。
3．APDS：ARMOUR PIERCING DISGARDING SABOT脱壳穿甲弹。此弹种为英军所有。碳化钨次口径弹芯和尼龙/软金属弹托。击发后弹托可以封闭炮膛使火药气体不泄漏，从而使弹头获取最大能量/初速。弹托受在炮膛内的挤压和出膛后弹体旋转的离心力的双重作用被抛掉，次口径的弹芯高速飞向目标。
4．APCR: ARMOUR PIERCING COMPOSITE RIGID 中文不详。此弹种为德军所有。碳化钨次口径弹芯外包裹全口径轻金属外壳，弹头出膛后不分解。
5．APDS vs. APCR：APDS由于只有高密度小截面的碳化钨弹芯飞向目标，所以风阻小，存速能力强，在射程内穿甲能力随距离衰减慢。而APCR由于有整型全口径外壳，平均密度低，风阻大，存速能力不强，穿甲能力随距离增加衰减快。由于这是两个不同弹种，不宜进行比较，所以下面只用APCBC比较两种火炮。APDS发展到现代增加了弹芯尾翼，称为APFSDS：ARMOUR PIERCING FIN STABLIZED DISGARDING SABOT尾翼稳定脱壳穿甲弹。还有另外一种碳化钨芯穿甲弹，称为APCNR：ARMOUR PIERCING COMPOSITE NON-RIGID 碳化钨弹芯外包裹全口径软金属，但炮膛从药室前端到炮口不象普通火炮的等口径，而是逐渐向炮口减小的变口径，弹头在炮膛运动过程中软金属外壳不断被挤压，弹头直径不断减小，从而获得极高的膛压/初速。德军的75mmPAK41反坦克炮就是这种锥型炮。（顺便说一说75mm PAK41，这种炮的炮管从药室末端开始的1/3长度和普通炮管一样是等截面和有膛线的，中间的1/3炮管是无膛线锥型的，从75mm缩小到55mm，而最后1/3炮管又变成等截面，也没有膛线。由于极高的膛压身管烧蚀严重，平均寿命只有500~600发。1000YARD穿深只有150mm，还不如使用APDS的17磅炮，远距离存速能力也差。这种炮只生产了150门就停产了，因为只能使用APCNR，而德国非常缺乏钨）
以上是穿甲能力的对比，下面将两种火炮的性能参数进行对比：
| | 17 POUNDER(MK1) | 75MM PAK40 |
| 口径 MM | 76．2 | 75 |
| 身管长度MM | 4202（55倍） | 3450（46倍） |
| 全长MM | 7353 | 6200 |
| 俯仰角 | +16.5，-6 | +22，-6 |
| 方向射界 | 60(L-30,R-30) | 65(L-32.5,R-32.5) |
| 射速 ROUND PER MINUTE | Up to 12 | 12-15 |
| 膛线 | 20 | 32 |
| 缠度（导程） | 30倍 | 24倍-18倍 |
| 炮口制退器 | 冲击式双室 | 冲击式双室 |
| 炮闩 | 立楔式 | 半自动横楔式 |
| 药室容量（L） | 4.92 | 3.7 |
| 瞄准镜（放大倍率） | 单倍（早期）,3X | 3X |
| 炮身重量 KG | 682（含炮闩） | NA |
| 战斗全重KG | 2968 | 1425 |
| 身管寿命 | 1300 | NA |
再对比两种炮弹的参数：
| | 17 POUNDER APCBC | 75MM PAK40 APCBC (Pzgr.39) |
| 全重（KG） | 17.03 | 13.35 |
| 弹头重（KG） | 7.72 | 6.8 |
| 全长（MM） | ~850 | 744 |
| 弹头长（MM） | 317 | 244 |
| 发射药种类 | 双基（硝化纤维/硝化甘油） | 双基（硝化纤维/硝化二乙二醇） |
| 火药力（KJ/g） | 1000 | ~1100 |
| 火焰温度（°K） | 3300 | ~3400 |
| 发射药装填量（g） | ~4000 | 2430 |
| 弹底装药种类 | NONE | 黑索今（环三亚甲基三硝胺） |
| 弹底装药量（g） | NONE | 16 |
| 炮口初速 M/S | 884 | 792 |
| 膛压（MPa） | 324 | NA |
| 炮口动能（KJ） | 3001 | 2122 |
两种炮的主要差别：
1． 身管长度：17磅炮身管长度达55倍口径，显著高于75mm PAK40的46倍口径。因为无法找到身管长度与17磅炮相同或相近的德军反坦克炮（未考虑坦克炮），所以只能用最接近的75mm PAK40进行比较。
2． 战斗全重：17磅炮的战斗全重两倍于75mmPAK40
两种炮弹的主要差别：
1． 重量：17磅炮APCBC炮弹全重要比Pzgr.39重约3.7KG。其中17磅炮弹头重量高出Pzgr.39 0.9KG，发射药重量高出1.5KG（约60%）。
2． 弹底装药：17磅炮弹头无弹底装药，而75mmPAK40弹头有弹底装药。所以准确地说Pzgr.39应称为APCBCHE (ARMOUR PIERCING CAPPED BALLISTIC CAP HIGH EXPLOSIVE)。
3． 炮口初速：17磅炮炮口初速比75mm PAK40高约10%。
4． 炮口动能：17磅炮炮口动能比75mm PAK40高约40%。
决定APCBC穿甲能力的两个主要因素是初速和弹头重量（当然还与弹头材料，形状等有关，但由于缺乏相关资料，且相比前两个主要因素其影响有限，所以在这里不计入），从前面的比对中可以发现17磅炮在这两项上均高于75mmPAK40。为使更重的弹头达到更高的初速，17磅炮简单的采用了加大发射药量和增加身管长度的办法。
两种炮弹的发射药的燃烧温度和能量密度（火药力）数据均是同时期两国炮兵通用双基发射药的数据，无法找到直接数据，但不同组分发射药之间的差距在这两项上并不大。当然，发射药形状直接影响燃烧速率进而影响膛压，我所掌握的资料只有德军Pzgr.39的，其发射药粒形状为空心管状。有资料称英军在1943年开始使用三基发射药，可以显著降低燃烧温度，减少炮口焰和冲击波，降低身管烧蚀从而延长寿命。
通常情况大的发射药装药量意味着大的药筒，我手头有较准确的Pzgr.39的药筒长度，为493mm。而17磅炮我只能找到火炮药室长度，是从药室底部到弹头底部，长度为544mm，这个长度应该非常接近药筒长度（估计为570mm）。Pzgr.39药筒底部直径为102mm，肩部直径96mm，口部直径80mm，所以药筒锥度大约在1/120，属于极小锥度的药筒，药室容量应在3.7L左右。而一般资料显示的17磅炮药室容量为4.9L左右，综合药筒长度570mm推算17磅炮炮弹药筒底部直径约为120mm，锥度约1/40，属于极大锥度的药筒。由于两种炮弹均为药筒定装式炮弹，所以通过药室尺寸推算药筒／弹药尺寸应该比较准确。
回到装药量的问题，如果17磅炮炮弹的药筒容积只比Pzgr.39的高30%左右，为何能比Pzgr.39多装了60%重量的发射药呢？我分析可能有以下两个原因：一是17磅炮弹筒可能装满发射药，没有空隙，而Pzgr.39不是全装药，药筒内还有空隙；二是由于两种发射药粒形状不同（德军的空心管状发射药粒密度低于实心的发射药粒）导致发射药的平均密度不同。双基发射药的密度约为1.6g/cm3，对于Pzgr.39的空心管状发射药粒，其长度/外径/内径分别为175mm/2mm/0.85mm，单个药粒平均密度降为约1.26g/cm3，再考虑松散药粒装填间隙，平均密度还要低很多。假定Pzgr.39为全装药，则发射药平均密度约为0.65g/cm3，如果用此数值反算17磅炮的发射药量，则药室容量须高达6L，所以只有上述两个原因可以解释。
如果要想将发射药的燃烧能量尽可能多的传递个弹头，就要求发射药燃烧速率高（选用燃烧速率高的发射药，并且改变发射药粒形状使其有更大的燃烧面积），同时延长弹头在身管内的运行时间。在发射药没有更多改进余地的情况下，这就是17磅炮在大幅增加装药量的同时选择55倍口径长身管原因。
两种炮在炮架和身管结构上还有以下两点不同：
1．17磅炮仰角显著小于75mmPAK40，这是一个不小的差距，意味着在1000米距离上17磅炮可以射击目标的最大高度要比75mmPAK40低了近100米，对于丘陵和山地作战影响很大。长身管导致炮尾过长应该是主因。
2．17磅炮的20条膛线显著少于75mm PAK40的32条，缠度也不同。32条膛线一般是用于高初速炮，可以降低膛线导转侧作用力（弹带在火药燃气压力作用下切入膛线旋转，这是旋转弹带对膛线导转侧的法线方向作用力），而20条膛线通常是用于低初速炮。为什么17磅炮要采用通常榴弹炮才用的20条膛线呢？这还要综合膛线缠度（导程）来分析。17磅炮的缠度为30倍，意味着弹头在身管内要运行30倍身管口径长的距离才旋转360度，由于17磅炮炮弹发射药药量很大，如果选用小缠度膛线则增加炮膛阻力，膛压会过高，而且膛线导转侧作用力过大，膛线磨损会很严重。同时为抵消膛线导转侧作用力对膛线阳线的作用而采用少膛线以增加膛线阳线强度，所以17磅采用30倍缠度和20条膛线都是为抵消高膛压带来的副作用。另外，注意75mm PAK40的缠度表述为“24倍-18倍”，这说明其采用的至少是渐速膛线，甚至可能是混合膛线，而17磅炮应该只是等齐膛线。等齐膛线在起始段（药室末端）会同时承受最高的膛压和最大的膛线导转侧作用力，对整个身管寿命非常不利。渐速膛线在起始段缠度很大然后逐渐向炮口减小，所以最大的膛线导转侧作用力的发生点不会和最高膛压发生点重合，能够显著降低膛线磨损和烧蚀，延长身管寿命。混合膛线是在膛线起始和中部使用渐速膛线，而在炮口段改为等齐膛线以消除渐速膛线会在薄弱的炮口处产生过大导转侧作用力的缺点。如果将炮膛展开，等齐膛线是一条直线，而渐速膛线为二次曲线，加工难度是大大不同的，这也说明当时德国的金属机加工水平是很高的。17磅炮的膛线深度约1mm，这属于低初速火炮用浅膛线，通常为加强高初速火炮膛线的强度而采用0.015~0.02倍口径深度的膛线，也就是1.14~1.52mm深。我猜测可能是因为弹带强度不足，深膛线切入弹带过深会降低弹带强度引起断裂，所以权衡二者而选择较浅的膛线。
我手头缺少75mmPAK40身管寿命的数据，估计其身管寿命应该和17磅炮不相上下。17磅炮身管寿命能达到1300发已经是相当不错了，用在虎王上的88mm Kwk43（反坦克炮型号88mm PAK43）拥有几乎同等穿甲能力，但身管寿命只有几百发（一说200发就要更换后段身管），而虎I上使用的88mm Kwk36在发射1000发炮弹后也要更换后段身管。我没有17磅身管加工的详细资料，如果1300发的寿命数据属实，那么英国人一定用了什么特别的手段来提高身管寿命。
这两种反坦克炮的弹药当然以穿甲弹为主，但同时都配备了高爆榴弹来对付软目标。17磅炮的高爆榴弹一直存在问题，首先弹头进行了重新设计，通过加厚弹壁减少装药强化弹头强度，以对抗高膛压。其次英军一开始试图维持发射药装药量不变，以期获得同APCBC相同的弹道来简化瞄准过程。但是战场使用一段时间后发现，有时过高的初速会使榴弹弹头击中目标时发生跳弹，如在射击棱线目标时，弹头击中土坡然后跳起跃过棱线，并没有爆炸。所以后来不得不降低发射药装药量。17磅炮高爆榴弹的弹头装药量最大为580g，炸药种类不详，而75mmPAK40的高爆榴弹Sprgr.弹头装药量达840g（硝铵三硝基甲苯），高出17磅炮近50%，所以其威力显然要高于17磅炮。其实17磅从诞生之初就是一种追求优异穿甲性能的专用反坦克炮，所以榴弹对它来说并不重要。
关于精确度，17磅炮的精确度是很不错的，用APCBC对1.80mX1.80m目标射击，在1000YARDS距离上达到90%，2000YARDS距离上达到80%，我没有75mm PAK40 的资料，所以无法比较。早期17磅炮使用1倍瞄准镜，1943年末换装3倍放大倍率的瞄准镜提高了射击精度，上面的精确度应该是使用新的瞄准镜取得的。德国的光学工业在二战时是最发达的，虎I坦克所配备的CARLZEISS瞄准镜可以使一名稍加训练的新手在1000M距离上首发命中2mX2.5m目标。关于瞄准镜还有一件趣事，英军早期使用2磅炮，炮兵操典要求瞄准手贴目瞄准，射击时眼睛也不能离开瞄准镜，后来换装6磅炮了，射击后坐力大增，炮兵操典依旧沿用，据说在靶场如果看见一名士兵有黑眼圈，就知道他是刚换了6磅炮的瞄准手。17磅炮在使用APDS射击时，精度在距离超过500m后急剧下降。这可能与其构造有关，次口径弹芯配合弹托在线膛炮身管内运动产生旋转，出膛后弹托分离，一点点的质心偏移都会导致长杆弹芯不能绕质心轴线旋转，这可能也是现代坦克炮都改用滑膛炮并为弹芯安装尾翼的原因之一，据资料称APDS供应数量在17磅炮全部弹药中只占6%。不过APDS有一个强项，其对表面硬化装甲具有极强的穿透力并且不易跳弹。德国在二战中期前热衷于表面硬化装甲，特别是豹式坦克经过表面硬化的大倾角车体前装甲曾经令盟军一筹莫展，APCBC经常产生跳弹。盟军作了大量研究发现弹丸速度是对表面硬化装甲穿透能力的决定因素，而非质量，所以转而使用高初速的APDS对付表面硬化装甲。德国人很快也发现了这点，所以二战后期德国放弃使用表面硬化装甲，只用均质装甲板。
最后说一说射速问题。我所掌握的资料称75mm PAK40的战斗射速为12~15发/分钟，同时期使用同样的半自动炮闩的其他种类炮可以达到20发/分钟，所以这个数据应该是指持续战斗射速。而17磅炮的炮闩是否是半自动的我无法确定，但从那个12发/分钟的数据出处来看，更像是指爆发射速而非持续射速。考虑到17磅炮的炮弹要比Pzgr.39重了3.7kg，我相信即便使用半自动炮闩其持续战斗射速也不会超过75mm PAK40的12~15发/分钟。试想一名装填手在战斗中每5秒装填一枚重17kg的炮弹，他能够坚持多久。所以17磅炮的5-7人炮班不只是为了移动炮，我想这其中应该有2-3人兼职装填手。顺便说一说这5-7人的分工，班长（炮长）负责发现和指定目标以及击发，瞄准手负责装定标尺和瞄准，装填手负责装填，另外2-4人协助射击，比如当目标超出方向射界时根据炮长指令移动火炮重新瞄准，或者转移发射阵地，还有就是当第一装填手累吐了血就顶上。
17磅炮的穿甲能力可以说是出类拔萃的，但是为达到这个目的所付出的代价也是很大的。近3吨的重量对于一门牵引式反坦克炮实在是太重了。相对于75MM PAK40的3~4人炮班，17磅炮需要5~7人，即便如此在阵地上转换炮位也不是很轻松。为追求高穿甲能力而提高装药量和弹头重量从而导致高膛压，不得不加强药室和身管强度，导致炮身重量增加（55倍身管也导致重量增加）。为平衡巨大的炮身和抵消强大的后坐力，17磅借用了25磅炮的炮架。如果重新设计炮架也许还能减少点儿重量。其次，大装药量导致炮口焰十分严重，即便55倍的长身管也不能使发射药充分燃烧减小火焰，据说夜间发射时极其醒目，在几公里外就可以看见，而且炮口焰会导致瞄准手短暂失明，影响快速二次瞄准。强大的炮口冲击波使得每次射击时炮位前尘土飞扬。后来改进的发射药配方加入氟化铝钾，虽然一定程度上抑制了炮口焰，但是却产生大量的烟，白天射击时容易暴露阵地，所以这项改进最终被放弃了。
