AA82276761 2014-11-5 07:53
火神機砲
概述
通用動力研發的M61A1 “火神”機載航炮是一種20 毫米口徑加特林6 管炮。每分鐘可以發射6,000 發標準的M50 彈藥（射速可選）。廣泛裝備於美軍現役戰鬥機，射速高、可靠性好。
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未裝置到機身上的M61火神式機炮。
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維護中的F-16 戰鬥機，彈鼓已被拆除，可以看到M61A1 的砲身
歷史
1947年，新組建的美國空軍開始尋求一種新的航炮以替代12.7毫米機槍。二戰的經驗表明，德國、日本、意大利軸心國的戰鬥機在航炮方面佔有戰術優勢，美軍P-51、P-47廣泛裝備的白郎寧12.7毫米機槍射程近、威力小，而P-38裝備的20毫米"西班牙人"航炮威力不錯，但射速又太低。在隨後韓戰爭中，F-86戰鬥機更暴露了機槍威力不足的缺陷，明顯弱於MiG-15的大口徑航炮。
美國海軍曾經為小型魚雷艇、砲艇發展了一種電驅動加特林轉管炮，把19 世紀出現的這種轉管炮改頭換面，由人力驅動改成電力驅動，基本原理保持不變。該炮射速很高，但是由於當時材料技術的限制，砲管在高射速下磨損很快，壽命極短，並未投入使用。之後隨著冶金技術和新材料的發展，現代版的加特林轉管炮終於可以浮出水面。
1950 年，通用電氣開始為美國空軍的“火神”計劃研製一種機載航炮，該炮基於理查德.J.加特林在19 世紀發明的轉管炮技術。1953 年，預生產型的“火神”炮進行了第一次試射，隨後被安裝在一架洛克希德F-104 戰鬥機上進行了第一次空中試射。在最初的機載試驗中暴露了火藥廢體無法順利排出，四處蔓延的問題，並一度導致測試暫時終止。後來在為F-104 炮艙設計了更好的排煙孔後才解決了問題。
在經歷了要導彈不要飛機的偏見後，M61 成為了美國戰鬥機的製式武器，更為F-22 專門設計了輕量化的“火神炮”（由於JSF 對重量極為敏感，所以M61 與JSF 無緣） 。由於GE 的軍械部已經被馬丁.瑪麗埃塔收購，所以M61A1 現在的正式名稱是洛克希德-馬丁M61A1。
M61火神式機炮（M61 Vulcan，中文通常簡稱成M61機炮、火神炮[1]）是一種由美軍開發的六管連發機關砲，經常被裝載在戰鬥機、直昇機上作為高射速近距離火砲系統。通用代號GAU-4（GAU是「航空用火炮」，Gun, Aircraft Unit的縮寫），口徑為20mm，其航空用版本被賦予M61的代號，與M39同為美國軍機上常見的固定武裝。美國海軍航空隊使用包括M61A1與M61A2在內，兩種規格稍有不同的版本，而美國空軍的F-16和中華民國空軍的經國號戰機則搭載了輕量化的M61A1機炮版本。
結構
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加特林轉管炮在射速和身管壽命上佔有先天的優勢。在砲管旋轉的同時，每根砲管都處於不同的發射階段。當砲管旋轉到最高點時，膛內彈藥被擊發，旋轉過最高點後再拋殼——裝彈——在下次旋轉到最高點時又被擊發——如此循環。所以整門砲的射速是六個砲管射速的總和，如同六門20 毫米單管炮在並型射擊。由於有六個砲管分擔整個射擊循環，所以在相同射擊次數下，“火神”炮的身管壽命是單管炮的六倍。該炮的主要缺點（也許不該稱之為缺點）是射速極高，短時間內要耗費大量的彈藥，為了維持一定的持續射擊時間，需要大容量彈藥箱。在使用單管炮的俄羅斯、歐洲戰鬥機上，彈藥量都少於美國戰鬥機，一是戰術理念的不同，二是航炮射速的不同。
原先的加特林原理的機砲一般使用彈鏈供彈，包括某些型號的“火神”炮。雖然加特林原理經過長時間的發展後極為可靠，但是在“火神”6,000 發/分的高射速下，彈鏈成為了最脆弱的一環。彈鏈在該高速拉扯下，連接處很容易變形、彎折甚至斷裂，造成機砲卡殼。此外，彈鏈還佔用了彈藥箱寶貴的空間，減少了彈藥數量。為此需要發展新型供彈裝置。
F-16 戰鬥機在機身中部安裝了一個巨大的圓形彈鼓，內部安裝有一個阿基米德螺旋桿，彈藥就順螺旋桿排列。當阿基米德螺旋桿旋轉時，彈藥就被“擠”到向航炮供彈的傳送帶中，可以想像一下絞肉機的原理。這樣等於有了一個自動化的彈藥傳輸導軌，取消了彈鏈，避免了因彈鏈引起的可靠性問題。在F-16 和一些其他飛機上（M61A1 為了配合不同機種的內部空間，都要都特別訂製），空彈殼通過第二道導軌送回彈鼓，省略了拋殼機構，並且環保…… 。F-16 的兩個傳送帶被包裹在結實柔韌的管道中，由砲管動力驅動，位於炮尾的液力馬達還通過一根驅動軟管來驅動彈鼓內的螺旋桿。
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M61A1 航炮，非F-16 所用的型號
M61A1 家族中大多數都是飛機本身的液壓系統來驅動（液力馬達），少數使用飛機的供電系統（電動機）。在全射速時，整門砲需要35 馬力來驅動，從射擊方向看去，彈鼓呈反時針方向旋轉。6 個砲管由數片夾具固定，這些夾具可以更換成其它直徑的，藉以微調砲彈的散佈模式。砲管內部都有膛線。
F-16 上的“火神”
F-16 早期型安裝的M61 航炮曾出現問題，並導致1979 年9 月開始禁止F-16A/B 使用航炮。因為在這之前發生了兩次事故：F-16 在飛行中進行射擊時，飛機出現無法控制的偏航。事後查明是因為M61A1 射擊時的震動影響了電傳飛控系統中的加速度計。加速計於是向飛行計算機提供了錯誤的數據，導致飛機偏航。在給加速度計增加減振措施後解決了此問題。隨後先前出廠的106 架未安裝減振器的F-16 在1980 年間都接受了加速度計減振改造。
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比利時空軍的一架F-16B 正在進行機砲維護，所有的口蓋都被打開
F-16 上彈鼓就安裝在飛行員座艙後，裝彈口在右邊條下方，航炮砲身則安裝在機身左側，砲口設置在左邊條上方。整個彈鼓備彈511 發。F-16 的“火神”炮的擊發由一個叫做航炮控制器的電子裝置控制。發射時，控制器發出一個電壓脈衝來擊發每枚砲彈。在每次持續射擊結束後（“火神”炮不能進行單發射擊），M61A1 會進行一次自清潔。在清潔操作中，5～9 枚未擊發的彈藥旋轉通過砲膛後再回到彈鼓。過程與平常射擊一樣，只是控制器不會發出電脈衝，其目的是清除砲膛內的火藥殘渣。這些彈藥不可再用。M61A1 還有SMS 裝置（彈藥存儲管理系統），該裝置內部有個計數器，通過計算電脈衝的次數，再對照彈藥總數，就可以顯示剩於的彈藥數。但是在清潔操作中控制器沒有發出脈衝，所以SMS 無法計算出用於清潔的彈藥准確數量，SMS 缺省設置為7。但是這樣就可能造成了SMS 顯示的數量與實際數量不符，清膛砲彈的數量增加時誤差也隨之加大。
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M61A1 機砲通常會污染機體表面。上圖荷蘭空軍F-16 的砲口被火藥氣體熏黑，下圖挪威空軍的F-16 砲口留下了保護砲管和彈藥的油脂
戰術操作
F-16 的“火神”炮在啟動到全速射擊耗時0.3 秒，再停止射擊耗時0.5秒。一些批評家（特別是防務分析家皮埃爾.斯普瑞在一篇叫做First Rounds Count 文章中指出）飛行員在按下射擊按鈕時處於最好的射擊時機，0.3 秒的延遲將時將使飛行員失去這個良機。但這種觀點被事實所推翻。以歐洲旋風（Tornado）攻擊機所裝備的德國毛瑟BK27 27 毫米航炮為例，BK27 是轉膛砲結構，不存在加速問題，一觸即發始、始終處於最高射速。在M61A1 射擊的第一秒鐘內大約能發射70 發砲彈（全速時6,000 發/分=100 發/秒，但是在第一秒鐘的加速中浪費掉了30% 的時間，所以為70 發） 。BK27的射速是1,700 發/分，第一秒中發射28 發，這樣三支BK27 在第一秒鐘內並聯射擊出的砲彈總和才能達到一門M61A1 所發出的，M61A1 的高射速抵消了這個缺點。
6,000 發/分的射速意味著每枚砲彈將以0.01 秒的間隔發射。一架MiG-29 長17.20 米，如果一架MiG-29 以1,000 公里/小時的速度在F-16 面前橫向飛過，它在在0.01 秒內將移動2.78 米。所以如果F-16 開始射擊並擊中MiG-29 前部的話，那麼MiG-29 將至少挨上5-6 顆20 毫米砲彈。
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聲音
由於“火神”炮的高射速，在射擊時你無法分辨出兩次擊發中的間隔。它的聲音聽起來像重型混凝土鑽孔機，比二戰美軍士兵形容德軍MG 機槍聽起來“像撕裂亞麻布”還要密集，在遊戲Falcon4.0 中你可以聽到這種恐怖的聲音。
彈藥
一枚完整的M61 砲彈由黃銅彈殼、電擊發底火、推進藥劑和彈丸組成。當電脈衝擊發底火後，推進藥劑被點燃，彈丸被射出。M61 五中不同種類的彈藥之間的差別都在彈丸上，但是在所有彈丸底部都有一段軟金屬，其作用是彈丸在通過砲管時收膛線擠壓，軟金屬變形後在膛線的作用下產生強烈的旋轉，增加飛行穩定性。軟金屬另一個作用是防止火藥氣體通過膛線洩漏。
M61 的五種武器：
空包彈，色彩編碼是褐色，彈殼由塑料或鋼鐵製成，主要用於測試火砲。
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M55A1/A2 教練彈，非空包彈，只是彈丸內部未填充炸藥。
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M53 穿甲燃燒彈，彈體為鋼製，頭部是鋁材料，頭部填充燃燒劑。
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M56 高爆燃燒彈，用於打擊飛機與輕型目標，在碰撞目標後爆炸。
PGU-28，F-16 Block50 批次開始研製的遠程彈藥，射程比M53 系列提高三倍，填補了響尾蛇與M53 之間的火力空白。
M61A1 規格
長: 1,875mm
重量: 120kg
砲口初速: 1,036m/s
射速:最大6,600 rps (通常設置在4,000或6,000)