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什么造就了坦克的百年辉煌,百张图详解坦克发展中的关键节点

原创

虹摄库尔斯克

2016-12-27 01:19

[align=left]作者:虹摄库尔斯克 铸炮为钟
什么造就了坦克的百年辉煌,百张图详解坦克发展中的关键节点1
图1:坦克,是现代陆上作战的主要武器,有着"陆战之王"的美称。第一辆现代意义的坦克“小游民”,是在1915年的英国诞生的。而“坦克”这个词,则是1916年丘吉尔为了迷惑德军,将运往索姆河战场的这些大家伙,以海军专用名词TANK(水柜)来代号称呼。至此,坦克在一百年前,开始登上了陆战舞台。图为碾过战壕的英国马克XI型坦克。
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图2:简而言之,坦克是一种具有高度越野机动性、强大直射火力和厚重的装甲防护力的履带式装甲战斗车辆,完美地将“机动、火力和防护”三大指标合为一体,缺一不可。图为美国M4A4中型坦克结构图。
一、机动篇:
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图3:要介绍坦克,就首先要把机动性放在第一位。虽然在坦克设计中一直有重火力、重装甲、重机动性等不同流派,但坦克的发明初衷,是要突破第一次世界大战交战双方由堑壕、铁丝网、机枪火力点组成的防御阵地,打破阵地战的僵局。为此,机动性至关重要。图为冲锋的德国A7V坦克。
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图4、首先来聊聊发动机,近代内燃机技术突飞猛进,为坦克诞生提供了物质基础。想想也是,这么大一个铁坨,没有一颗强劲的心脏是无法行走于大地之上的。世界上第一辆实用型坦克英国的马克I型重型坦克,该坦克安装了一台戴姆勒Knight 6缸13升汽油发动机,输出功率为105马力,最大速度只有5.9公里/小时,不比步行快多少。图为英国马克V型坦克布局。
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图5、到了后期改进型马克V型坦克,英国人为她换了一台利卡多6缸直列汽油发动机,输出功率达到150马力,极大地提高了坦克的机动性。与此同时,德国人也研制出了A7V型重型坦克,采用2台台戴姆勒直列4缸、水冷汽油机发动机,每台100马力,2台就是200马力,要高于英国人,最大速度也达到了10公里/小时。图为德国A7V坦克布局。
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图6、当时的发动机没有安装减震减音装置,发动机和乘员处于一室,因此工作环境非常恶劣。车体内部充斥着来自发动机的一氧化碳废气、汽油和机油味,而武器开火后的硝烟味亦直接冲击车箱内的空气质素,再加上车箱内温度高达摄氏50度,极端恶劣的环境导致不少乘员在车上晕倒。图为英国马克IV型坦克布局。
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图7、自从坦克登场之后,在很长一段时间里,除了某些变态的蒸汽机试验坦克外,各国的坦克都是采用汽油发动机,主要原因是在同等条件下,当时的汽油发动机比柴油发动机功率更加高,更加紧凑,能够满足狭小的坦克空间中的布局。另一方面,德国等国以汽油为主导的煤化产业工业现状也决定了其在很长时间中以汽油发动机研制为主。图为德国虎式坦克吊装汽油发动机。
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图8、但是,汽油这玩意儿容易起火,一打就爆,加上低温性差,在零下10几度时无防冻剂就得冻僵无法使用。所以处于极北苦寒地带的苏联最先想到换用柴油发动机。柴油遇明火也不会燃烧,低温性也更加好,冬天不易结冻,柴油发动机功率上也没太大问题,关键就是解决尺寸问题,以装上坦克。图为使用汽油发动机的德国IV号坦克和苏联T-28坦克都被打着。
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图9、早在上世纪30年代初,苏联、日本和波兰等国便先后开始研制坦克用柴油机,而苏联著名的V2柴油发动机,成为了世界上第一台实用的坦克柴油发动,开创了坦克动力装置“柴油机”化的先河,在世界坦克动力发展历史上占有举足轻重的地位,是超越时代的产物,直接影响了战后世界坦克动力发展的方向。图为V2柴油发动机。
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图10、V2系列发动机成就了T-34中型坦克的呵呵威名,在二战电影和纪录片中,我们往往能够看到德国重型坦克缓慢爬动,而苏联T-34坦克则如狼群一般冲杀入敌军战阵,从侧面和后面,将一辆辆披挂重甲的德国重型坦克消灭。图为冲锋的T-34/85坦克。
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图11、战后,V2系列发动机继续发展,直到上世纪60年代末研制的T-72主战坦克,采用的V46发动机其本质上仍然是T-34坦克V2发动机的后代发展型,可见这款V型发动机的悠久技术寿命,也说明了其设计思想的超前性。图为T-72坦克剖视图,可见T-34和其发动机的影子。
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图12、到了上世纪80年代初,在坦克设计中一直不温不火的美国人终于爆发了,推出一款AGT-1500燃气轮机,这是第一种坦克用燃气轮机,装在M1“艾布拉姆斯”主战坦克上,瞬间使这种60吨级的大家伙提速到72公里/小时。坦克动力系统进入了燃气轮机与柴油机争雄的时代。图为奔驰的M1A2主战坦克。
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图13、燃气轮机是一种结构复杂,但原理简单的内燃机,由于其工作温度高,各机件只有旋转运动而没有往复运动,故工作涡轮可以达到极高的转速,输出功率相当高,同时可以使用多种燃料。但缺点是费油和费气,经济性差,空气滤芯体积大,海湾战争中美国大兵用女人丝袜罩在滤芯上防止风沙灌入。图为更换动力舱的M1坦克。
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图14、目前,世界上主流坦克发动机仍然是柴油发动机,除了美国外,只有前苏联曾经研制过装备GTD-1000TF燃气轮机的T-80系列主战坦克,但随着苏联的解体,俄罗斯坦克用燃气轮机并没有持续发展,目前又回到了柴油发动机的老路上来。图左为装燃气轮机的T-80U主战坦克,右为装柴油机的T-90主战坦克。
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图15、这里再谈一谈混合动力。德军于1937年开始招标新型重型坦克,进而促成了著名的“虎”式坦克的诞生。费迪南·保时捷博士认为机械式传动装置无法适用重型坦克,遂创新性地提出了运用电力驱动方案,据此设计了“虎”(P)重型坦克,通过两台发动机带动电动机发电来驱动坦克,后发展出“费迪南”坦克歼击车。图为“虎”P/VK4501(P)坦克。
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图16、说发动机,还有一个不得不说,那就是动力布局。早期坦克都采用发动机在后,变速箱在前,一条轴承横穿坦克底盘的布局。这样虽然驾驶员操作方便,但也导致了坦克外形高大,被弹面积也相应提高。到了T-34装备V2柴油发动机后,苏联人也将变速箱移到了后部,开创了整体动力包的先河,有效降低车体高度。图中虎式坦克前变速箱后发动机的布局,导致中间需要轴承传动,使整车抬高。
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图17、现在坦克基本上都采用发动机和变速箱一体,安装在坦克后部的设计。不过实战经验丰富的以色列人研制了“梅卡瓦”主战坦克,却采用了动力舱前置的设计,这样使坦克前部平添了一堵厚厚的钢铁屏障,有效保护车体内的乘员。而空下来的后部空间除了可以携带备用弹药外甚至还能搭载步兵作战。图中“梅卡瓦”坦克车体后部堆满弹药,发动机位于车体右前部。
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图18、说完动力舱,再来说说行动机构。顾名思义,坦克行动机构主要指悬挂系统、负重轮和履带板。现在看来,早期的坦克行动装置后很奇葩。作为鼻祖的英国马克Ⅰ型坦克外廓呈菱形,采用刚性悬挂,车体两侧履带架在车体外侧,两条履带从顶上绕过车体,车后还伸出一对转向轮。图为早期的马克系列坦克采用过顶履带加转向轮的设计。
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图19、同时期的德国A7V坦克的行动装置也很有特色。它采用平衡式螺旋弹簧悬挂装置,每侧有15个小直径负重轮,每5个为一组,分三组,通过平衡轮轴架,再通过8个螺旋弹簧与车体相连。由于有了螺旋弹簧,有一定的减振性,就比英国坦克强得多。图为A7V坦克剖视模型。
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图20、再比如早期的T-28多炮塔中型坦克,采用了烛式悬挂,这种悬挂就是使用一根套筒,套筒中安置弹簧,压杆向上压缩套筒中的弹簧引起弹性形变来支撑车体。每组悬挂固定有两个小直径负重轮,负重轮摆臂中轴安装在悬挂下方。优点是结构比较简单,缺点是车辆行驶中产生的所有侧向力都作用在这根压杆上,容易造成压杆和套筒的磨损。图为T-28坦克。
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图21、英国的“丘吉尔”重型坦克采用了独立螺旋弹簧悬挂,是以摆臂压缩垂直弹簧以获得支撑车体的弹性力。在每一侧安装数量较多的这种小型悬挂来支撑车体。优点是结构简单,弹性也不错,个别悬挂即使被击毁也不影响全车机动性,缺点是行程过短,弹簧容易压缩到底而产生刚性的碰撞。图为“丘吉尔”坦克,可见缺少几个负重轮也不影响。
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图22、而最著名的还是早期苏联BT快速坦克和T-34坦克上采用的克里斯蒂悬挂系统。这种美国人发明的悬挂系统在苏联大放异彩。这是一种独立悬挂系统,将负重轮的垂直运动转化成弹簧的伸缩,由此产生的弹性形变提供给车体的支撑力。这是一种结构简单,可靠性好,弹性充足的悬挂系统。车辆的地形通过性非常好。图中的BT-7快速坦克采用克里斯蒂悬挂,甚至能够直接用负重轮在路上跑。
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图23、战后,扭杆悬挂和大中型负重轮成为了主流,诸如“丘吉尔”坦克那样的小直径负重轮已经淘汰。此时,苏联和西方都采用扭杆悬挂,但在负重轮布局上却迥然不同。比如苏联T-54/55/62中型坦克,继承了T-34的风格,每侧有5个双轮缘挂胶大直径负重轮、1个前置诱导轮、1个后置主动轮,没有托带轮。图为T-55坦克布局。
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图24、而美国M48,则采用每侧6个铝制双轮缘挂胶负重轮。最初的M48A1每侧有5个托带轮并有1个履带张紧轮,而到了M48A2及以后各车型,则改装了3个托带轮,并取消履带张紧轮。图为M48A1坦克。
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图25、中国在坦克动力系统的发展中也曾经积极创新。上世纪70年代初,在苏联坦克大军的重压下开始了新一代主战坦克的研制,根据求新求高的要求,第一轮122坦克样车采用了当时世界最先进的液力传动装置、液压操纵装置和液气悬挂装置,简称“三液”样车。图为122坦克样车,注意液气悬挂可以让整个坦克蹲下,可以适应多种地形,并减小被发现的概率。
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图26、为了适应日本的多山地形,在日本最新型的10式主战坦克上,也采用了液压悬挂系统。同理,在多山多林的瑞典,其著名的无炮塔S型主战坦克,更是将液压悬挂发展到了极致。图为日本10式主战坦克低头动作。
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图27、说完悬挂,最后来讲讲坦克的“铁脚板”——履带。最初的坦克沿用的是农用拖拉机的履带。比如英国“小游民”坦克用的是美国的“布劳克”拖拉机的履带,法国“施耐德”和“圣沙蒙”坦克用的是美国“霍尔特”拖拉机的履带。其实履带行走装置早在1830年代就被发明出来,可以在轮胎无法行走的无路、沼泽、深雪、软泥中行驶。图为英国马克V型坦克履带板。
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图28、从结构上分,履带板一般可以分双销式和单销式两种,简而言之就是一块履带板是由一整块金属板构成的,只需要一个销子就能链接的,或者是由两个部分组成一组履带板,由两个销子链接的。图为T-55坦克的单销式全金属履带。
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图29、从材质上分,履带板又可以分为全金属履带、挂橡胶金属履带和全橡胶履带。其中全橡胶履带仅应用于轻型装甲车辆或无人履带车辆,在主战坦克上仍然使用更加结实的全金属履带或挂橡胶金属履带,而挂胶履带也逐渐成为主流,以避免对道路的损伤。图中是美国M1A2坦克的挂胶履带,多边形的是橡胶块。
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图30、说完正常行驶,那么碰上障碍了怎么走呢?除了依托装甲架桥车等工程装备外,坦克还有自己的2个法宝。一个是自救圆木。一般苏联人喜欢在坦克尾部挂一根圆木,遇到障碍后,一个部队的圆木收集起来堆在坑中就能够填出一条道路,使部队通行。在遇到坦克淤陷时,也能够通过这根圆木垫在履带下使坦克爬出。图为自救圆木的一种使用方法。
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图31、坦克的另一个法宝是通气管,遇到水障碍时,如果是浅水,一般坦克可以直接涉水而过,而遇到1米以上,5米以下的水障碍时,在做好一定准备时,安装上通气管,大多数坦克还是能够通过潜水的方式到达对岸。这主要得以于现代坦克的三防装置,可以防核辐射、核沾染,自然需要在坦克内部形成密封空间。而二战时,德国还研制过III 号潜水坦克呢。图为竖起通气管准备潜水的豹2主战坦克。
二、火力篇
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图32:最早成型的英国坦克只有口径57毫米的6磅霍奇基斯速射海军炮可用,“陆地舰船”可谓名副其实。出于降低重心的考虑,车体两侧炮廓布局也颇有军舰侧舷神韵。不论是对付野战工事还是巷战屋墙,在海上只能算小炮的6磅炮在陆战中威力充足。图为1917年4月11日德军缴获的Mark II雄性799号车。
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图33:在一战后的窘迫时期,英国坦克的新武器仍然以海军炮作为起始,为提高穿甲能力而采用身管较修长,初速较高的3磅霍奇基斯速射海军炮,成为所有维克斯中型坦克和“多炮塔鼻祖”A1E1“独立号”的主要武器。图为现存于皇家澳大利亚装甲兵坦克博物馆的维克斯Mk.II中型坦克。
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图34:与海军“一哥”英国不同,欧陆列强的坦克炮首选要塞炮,毕竟坦克是“活动堡垒”嘛!法军第一种坦克施耐德CA 1的主要武器施耐德75毫米要塞炮仅有9.5倍径长,胜在紧凑轻便,在2千米范围内的野战和巷战中,只要不是对抗野战炮或永备工事那就够用。图为现存于西班牙埃尔郭洛索的该炮。
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图35:施耐德CA 1还是现今能够开动的最老坦克。图中这辆在一战结束时由法国赠予美国,1985年美国将其送还法国,法国索缪尔战车博物馆发挥工匠精神,原样修复该车,主要部件都是原品,可谓举世罕见,弥足珍贵。
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图36:第一款德国坦克A7V姗姗来迟,专门的坦克炮根本没顾得上,现成选用源于英国设计,由德军从比利时和沙俄大量缴获的马克沁-诺登飞57毫米要塞炮。由于生产困难和战场需求明朗,德国没像英法那样把坦克分成“雌雄”,这样就不怕“邂逅”敌军坦克。图为现存于英国帝国战争博物馆的该炮。
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图37:A7V现存唯一真身是澳大利亚战争纪念馆中的“梅菲斯托”号,战时车号506,于1918年4月24日维莱布勒托讷战斗中被击伤抛弃,7月被英澳军缴获,而后“永久居留”澳大利亚。该车曾在洪灾中受损,为配合一战百年纪念展示而整修一新,不过无法开动。
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图38:作为内部争权夺利的产物,圣沙蒙坦克须优于其竞争对象施耐德CA 1,结果开创了将野战炮改为坦克炮的先例,并一举成为一战量产车型中的火力冠军。在一战战场上,能直接毁伤坦克的最有效武器,就是各国普遍装备的75-77毫米野战炮。遗憾的是,圣沙蒙没有二战突击炮那样征服敌坦克的机会。
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图39:较早生产的210辆圣沙蒙坦克安装的是75毫米1915式圣沙蒙速射炮。该炮源于应墨西哥要求设计生产的出口产品“圣沙蒙-蒙德拉贡”野战炮,设计师为了销售增收而将其“运作”到坦克上。有趣的是,1948年以色列从墨西哥购买了该野炮以应急需。图中就是现存于以色列国防军历史博物馆的该炮。
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图40:后期生产的圣沙蒙坦克都装赫赫有名的法军1897式75毫米野战炮,增强了射程,也简化了维修复杂度。在1918年夏的开阔地带战斗中,改进了的圣沙蒙充分发挥射程优势,有效压制德军靠前布署用以反坦克的近战炮连。图为法国索缪尔战车博物馆保存的唯一一辆圣沙蒙,“长鼻子”特征显著。
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图41:在两次大战之间,有能力研发量产坦克的国家大多致力于将步兵反坦克炮与坦克炮的身管统一,以便量产、维修和后勤供应等。最早开始的可能是在魏玛德国时期秘密研究的莱茵金属公司,而最早开花结果的无疑是苏联45毫米反坦克炮和坦克炮,量产数量之多,装车范围之广,都无与伦比。
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图42:不过在较大口径的车载支援火炮方面,“地炮上车”的便利性一时难被取代。第一坦克大国苏联的第一种76.2毫米坦克炮是短管的1927/32式,来自1927式团属步兵榴弹炮。更有意思的是,安装该炮的炮塔不仅配备T-35和T-28多炮塔坦克,也催生了BT快速坦克的炮火支援变型车。图为被德军击毁的BT-7A。
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图43:一战常见的“地炮上车”在二战中后期较为罕见,日本针对“谢尔曼危机”而紧急凑合的三式中型坦克是个不成功的代表。日军75毫米火炮的最强者,参考施耐德设计的九〇式38.4倍径野炮在改进炮闩后便成为三式战车炮。该车设计匆忙,车高头重缺陷明显,现今土浦陆自武器学校尚存一辆。
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图44:由于Mark I/II菱形坦克的6磅海军炮身管较长,坦克爬过弹坑壕沟时出现炮管“撞地吸土”,还和障碍物“纠缠不清”,于是英国研制出第一种专门的坦克炮——6磅6英担Mk I速射炮。该炮身管较短,但在中近距离交战时威力不减,从Mark IV菱形坦克成为统一的“雄性特征”。图为使用该炮的Mark V雄性。
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图45:作为廉价轻型坦克,法国的雷诺FT开创了小口径坦克炮的先河。源于37毫米1916式步兵平射炮但进行了专门装车设计的皮托SA 18炮简单可靠,别看身管仅21倍径,发射穿甲弹在500米内也有效,而且还以后座自动开闩退壳的特征,引领坦克炮半自动模式几十年。图为现存于索缪尔的展品。
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图46:在两次大战之间积极开发专用坦克炮的国家其实不多,日本为第一种成功的自研坦克八九式配备了专门的57毫米九〇式战车炮,这在30年代初颇为独特,此后又发展出同口径增强威力的九七式战车炮。土浦陆自武器学校保存了一辆八九式乙型并使其能够开动,颇有缅怀日本军备里程碑的意味。
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图47:二战凶名最盛的“虎”式坦克,或许也是被误解最多的,包括其KwK 36坦克炮。虽然该炮和Flak 36高射炮的弹道性能完全一致并通用弹药,但在结构上确实是专为安装在坦克上研制的,除了口径和长径比之外都完全不同。图为现存于加拿大伯顿基地军事博物馆中“一枝独秀”的KwK 36。
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图48:源于舰炮但专为坦克设计的D-10T系列苏制100毫米坦克炮,是二战后风靡半个多世纪的成功产品,也为中国第一种坦克炮提供了蓝本。到冷战后期,为增强该炮威力,苏联还解决了线膛炮如何搭配炮射导弹的技术难题。图为加拿大伯顿基地军事博物馆收藏的T-55坦克剖视教具,来自东德装备。
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图49:为应对红色阵营强大的坦克火力,英国50年代末研制出的105毫米L7“一炮打响”,逐渐成为绝大多数西方和亲西方国家共同的坦克炮。该炮设计之初就考虑到既有坦克火力升级的便捷,因此顺利淘汰源于二战的英制20磅84毫米和美制90毫米口径。图为德国蒙斯特坦克博物馆展示的L7身管剖视品。
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图50:为取得针对西方坦克的压倒性火力优势,苏联继开创性的115毫米2A20滑膛坦克炮后,研发出125毫米2A46滑膛坦克炮,并为其配套设计了自动装弹机,随着T-72坦克的大量出口享誉全球。该系列坦克炮到近年仍不断改进,以延长身管寿命和提高弹道性能。图为别尔姆冶金兵工厂博物馆展示的2A46M1坦克炮。
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