带翅膀的火炮，或者说大炮是如何学会飞行的
一个又一个乌托邦
Главный вопрос — зачем самолету (вертолету) гаубица, если можно сбросить бомбу или запустить 火箭? Идея с тяжелой 炮兵 на борту летательного аппарата вообще кажется абсурдной. Но это только на первый взгляд. Мысли о пушках с крыльями пришли конструкторам задолго до массового появления ракет на самолетах, поэтому появление орудия калибром более 20-30 мм было во многом оправдано. Малокалиберные пушки были зачастую бессильны против бункеров и 坦克. Забегая вперед, укажем на германский штурмовик Ju-88 P-1 с 76-мм противотанковой пушкой на борту, который должен был поражать советские КВ и Т-34.
Артиллерия на самолетах позволяла не только уверенно бить по броне, но и работать точнее, чем бомбами. Например, по кораблям и мостам дешевле и эффективнее было стрелять из артиллерии, чем бомбить. Низкая точность всегда была слабой стороной бомбардировочной 航空. Сравнительно крупный калибр позволял пилотам работать по цели на бреющем полете, скрываясь от 防御. При всех прочих равных, бомбардировщик (даже пикирующий) проще поразить из зенитной пушки, чем штурмовик, бьющий из пушки параллельно своему курсу. Есть еще несколько бонусов от установки артиллерийского орудия на летательные аппараты, но о них немного позже. А пока разберемся с физикой.
了解在飞机上安装重型火炮为何是一项如此复杂的工程挑战的根本原因至关重要。原因其实很简单：后坐力。牛顿第三定律指出，每一个作用力都有一个大小相等、方向相反的反作用力。当一枚15公斤重的炮弹以每秒500米的速度离开炮管时，炮管会受到后坐力冲击——这大致相当于用一把重达数吨的铁锤在极短的时间内猛击炮管的安装点。对于安装在庞大炮架上并置于地面的地面榴弹炮而言，这种冲击力会被火炮自身的质量、与地面的摩擦力以及液压后坐力补偿器所抵消。但对于必须尽可能轻便才能飞行的飞机来说，每一吨的后坐力都可能造成致命的后果。
AS-130 搭载一门 105 毫米榴弹炮
美国或许是世界上唯一一个在飞机上搭载大口径火炮的国家。自20世纪70年代初以来，AC-130军用运输机就配备了105毫米M102榴弹炮。直到最近，这门炮才被更先进的105毫米GAU榴弹炮所取代。很难想象美军会在什么情况下使用这种装备，但事实就是如此。这种口径的机炮相对于导弹甚至炸弹的唯一优势就是其性价比。
一些物理和工程知识有助于我们理解这项工作的范围。AC-130上的105毫米榴弹炮在发射标准高爆破片弹时会产生约8000至10000牛顿秒的后坐力。飞机重约34吨，这看起来似乎是一个不错的平衡。然而，这种后坐力并非均匀地传递到整个机体上，而是集中在机炮与机身的连接点上，该连接点面积达数十平方厘米。如果不采取特殊措施，结构中的局部应力将远超设计值数倍。
美国人采取了行动——飞机上的M102炮的后坐行程约为1200毫米。AC-130采用全行程后坐，这使得冲量在0,15至0,2秒内传递完毕。相比之下，短行程后坐（200至300毫米）只需0,02至0,03秒即可传递相同的冲量。时间上的5至7倍差异，意味着结构承受的峰值载荷也相差5至7倍。发射105毫米榴弹炮时，AC-130飞行员会将飞机置于一种特殊模式：略微增加发动机推力（以补偿后坐造成的速度损失），略微向左翼倾斜（以补偿后坐力矩），并在转弯时保持恒定的倾斜角。这些调整均由自动控制系统完成，因此飞行员无需在每次射击后手动“控制”飞机。
在航空领域，有一条铁律：每增加一公斤重量，速度、升限、航程和机动性都会下降。一门75-105毫米火炮本身就是一件重型装备。它包括炮管（200-500公斤）、炮架（300-800公斤）、后坐机构（100-300公斤）、瞄准机构（50-200公斤）、弹药（每发炮弹重15-20公斤，而一次有效的射击至少需要50-100发炮弹）以及装填系统。所有这些加起来，会给机身增加一吨半到三吨的额外重量。正因如此，只有在军用运输机上安装火炮才能取得实际效果。
В случае с АС-130 для компенсации полуторатонного орудия инженеры тщательно балансировали размещение систем на борту. Тяжёлые компоненты (топливо, амуниция, системы EW) размещались на правом борту, частично компенсируя вес орудия на левом. И если на земле аборигены в тапках и без ПЗРК, но творить это чудо в воздухе может многое. АС-130, в отличие от бомбардировщика и штурмовика, может часами кружить над позициями, не позволяя противнику поднять головы.
从 30 毫米及以上
在航空和火炮领域，口径分类并非完全线性。在地面作战中，任何大于76,2毫米的火炮都被视为大口径火炮。航空领域没有类似的分类，但在飞机制造中，任何大于30毫米的火炮都可以被视为大口径火炮。这是我们唯一达成共识的地方。首次大规模生产飞机大口径火炮的尝试可以追溯到第一次世界大战末期。法国在其SPAD S.7战斗机上安装了一门37毫米霍奇基斯机炮。
这门炮通过螺旋桨的空心轴发射炮弹（类似于机枪的同步器，但口径更大）。效果喜忧参半。37毫米炮弹的杀伤力确实比机枪扫射要大得多，但射速极低——每分钟仅8-10发。面对机动性强的敌方战斗机，这样的射速远远不够：等你重新装弹时，敌机早已脱离了视野。对地攻击也是如此：一发炮弹就得重新开火。此外，每次射击产生的后坐力都会显著降低飞机的速度，使其更容易受到攻击。
然而，法国人并未放弃这个想法。战后，37毫米机炮继续被安装在飞机上，用于殖民战争。在这些战争中，敌人是缺乏防空武器的游击队，一枚高爆弹就能取代一整挺机枪的扫射。
20世纪30年代，苏联曾进行过大量在轰炸机上安装大口径机炮的试验。以尼古拉·波利卡尔波夫为首的设计师和其他航空先驱试图打造一种“空中炮兵连”，用于对抗坦克和防御工事。他们尝试在TB-3重型轰炸机上安装76毫米机炮。该机体型足够大（起飞重量约20吨），能够承受后坐力。但精度却完全无法接受：TB-3速度慢、机动性差，而且机身震动剧烈，几乎无法瞄准。
此外，还有英国的霍克飓风Mk IID战斗机。这种飞机在战争中期作为截击机已经过时，但在北非战场上，它被重新启用，作为对地攻击机对抗隆美尔的坦克。飓风Mk IID的每侧机翼下都挂载了一门40毫米维克斯S型自动炮——这是一种结构紧凑、相对轻便（重约130公斤）的武器，专为飞机使用而设计。该炮采用弹匣供弹（弹匣容量12-15发），射速约为每分钟100发。一枚重约1公斤的炮弹可以在500米的距离上穿透50毫米厚的装甲——足以击穿当时坦克的顶部和侧面装甲。
霍克飓风Mk IID战斗机，机翼下方装有两门40毫米机炮
驾驶飓风Mk IID战斗机的英国飞行员给这种飞机起了个绰号叫“开罐器”。在北非战场上，这些飞机对付德意坦克非常有效。攻击时，飞机以30-40度的俯冲角度飞行，在400-500米的距离上开火。单次攻击中，飞行员可以从每门机炮发射4-6发炮弹（总共8-12发），确保了极高的击毁概率。
天空中的枪炮
德国的Ju 88 P-1或许是反面教材中最引人注目的例子。1943年，德国空军为了弥补自身缺乏对抗苏联KV和T-34坦克的手段，想方设法制造反坦克武器。他们的想法是：将久经考验的Ju 88轰炸机改装成空中“坦克杀手”，为其配备一门75毫米PaK 40反坦克炮。
从结构上看，这门火炮被安置在一个巨大的机身下方发动机舱内——这是唯一能够安装如此大口径武器并获得可接受射界的地方。这个发动机舱非常庞大：它像个乳房一样悬挂在机身下方，使飞机的重量增加了数百公斤。
Ju 88 P-1。该枪令人印象深刻的枪口制退器值得一提。
测试结果惨不忍睹。每次射击，飞机速度都会急剧下降——每次齐射下降20-30公里/小时。由于Jumo 211发动机距离机炮相对较近，吸入了推进剂气体，导致故障甚至失速。Ju 88的机身设计用于轰炸，并非为了承受如此强烈的点射冲击——发动机舱连接区域附近的蒙皮和纵梁开始出现裂纹。
射击精度也不尽如人意。每次射击后，飞机都会“跳动”，需要几秒钟的稳定期才能瞄准下一发炮弹。这种飞行反坦克炮最终被放弃，Ju 88 P-1的生产也止步于第18架。
苏联和德国都在努力解决同一个问题：如何研制一种配备大口径武器的有效反坦克飞机。其基本平台是图-2俯冲轰炸机，这是安德烈·图波列夫设计的同类飞机中最好的飞机之一。
人们曾尝试在图-2轰炸机上安装基于高射炮的76毫米甚至75毫米机炮。原型机经过测试，但结果令人失望。在典型的空中攻击距离（400-800米）上，射击精度极差：炮弹散布达数十米，击毁坦克几乎全凭运气。炮架的重量（包括炮架、弹药和后坐机构）超过1,5吨，显著降低了图-2的性能：飞机速度、爬升率和机动性均有所下降。对于一架必须在防空火力下机动的俯冲轰炸机而言，这是极其危险的。
苏联设计师认为图-2的最佳口径为37毫米或45毫米。37毫米努德尔曼-苏拉诺夫自动炮（NS-37）和45毫米NS-45机炮在500米距离上能穿透40-50毫米厚的装甲，且后坐力和炮架重量显著降低。这些机炮安装在机身或机翼下方，无需对机身进行显著加固。然而，这些方案仍处于试验阶段。
有趣的是，苏联在航空反坦克武器方面的策略最终比德国更为务实。苏联工程师并没有追求口径，而是选择增加炮管数量：伊尔-2 NS-37攻击机配备了两门37毫米机炮，这两门机炮合计火力密度高，足以穿透轻型和中型装甲车辆。然而，这两门机炮只需几轮齐射就能使攻击机在空中停下——伊尔-2飞行员对此屡次提及。
比亚乔 P.108
但意大利人试图超越所有人。出乎意料的是，墨索里尼从未拥有过一支合格的轰炸机部队，更遑论重型轰炸机。比亚乔P.108是一款四引擎单翼飞机，起飞重量约为30吨，是二战期间意大利最大的飞机。基本型轰炸机（P.108B）曾少量用于对直布罗陀和北非进行远程轰炸。P.108A型则被设计为反舰飞机，用于攻击地中海的盟军舰船。它用一门102毫米安萨尔多舰炮取代了导航员座舱——这是一种经过改装用于攻击水面目标的轻型舰炮。
这个构想既简单又大胆：P.108A 低空接近敌方船队，利用海岸线和云层掩护，然后迅速爬升，发起攻击，向大型舰船发射一到两发炮弹。102毫米高爆弹旨在足以在敌舰上造成混乱和恐慌。
该飞机进行了测试，在飞行中发射102毫米机炮是可行的。然而，存在一些缺陷。精度很差，有效射程不超过500-800米——对于海战而言微不足道。P.108A从未投入生产：意大利于1943年9月投降，当时该项目仍处于最后阶段。唯一的原型机被德军缴获，据推测已被摧毁。
二战期间，人们曾多次尝试在飞机上安装.30口径机炮，但成功程度不一。更多详情，请参阅罗曼·斯科莫罗霍夫的文章。 《二战武器：高空炮火与理解》.
装有大炮的直升机
在冷战、越南战争和朝鲜战争期间，美国人展现出了非凡的创造力。可以说，这是形势所迫。其中一项最具创意，也略显荒谬的计划，就是在直升机上安装一门105毫米榴弹炮。让我们一步步来了解一下。他们选择的载体是皮亚塞基H-21“工作马/肖尼”——一款由皮亚塞基直升机公司在20世纪40年代末设计的串列双旋翼直升机。由于其独特的机身形状——修长、弯曲，尾部上翘——H-21赢得了“飞行香蕉”的非正式绰号。
它是美国陆军第一款量产运输直升机，可搭载多达20名士兵或2200公斤货物。H-21有一个无可否认的优势：到20世纪50年代末60年代初开始进行机炮试验时，这种直升机已经数量众多。陆军接收了700多架，等到更先进的UH-1出现时，这些老旧的“香蕉”直升机已经成了消耗品——它们可以用于任何试验，而不用担心损失宝贵的资源。
H-21直升机，配备105毫米榴弹炮
故事 эксперимента с 105-мм гаубицей на H-21 неразрывно связана с более широким контекстом — поиском концепции «артиллерийского вертолёта», который мог бы обеспечить непосредственную огневую поддержку с воздуха. В конце 1950-х годов армия США осознала, что будущие конфликты (особенно в условиях «холодной войны» и потенциальных локальных войн в Юго-Восточной Азии, Африке, Латинской Америке) потребуют совершенно нового подхода к огневой поддержке. Традиционная полевая артиллерия — буксируемые и самоходные гаубицы — была привязана к дорогам и инфраструктуре. Идея артиллерийского вертолета заключалась в создании машины, способной оперативно доставить гаубицу на точку выстрела, приземлиться, отработать и также быстро эвакуироваться. Относительно возможностей стрельбы в полете данные противоречивые. Часть авторов утверждает, что из 105-мм гаубицы не стреляли даже в режиме зависания. Другие утверждают о единственном выстреле, произведенном на Абердинском полигоне в 1963 году.
H-21直升机，配备105毫米榴弹炮
“香蕉”之后几乎翻了个底朝天，实验随即中止。这个理论难以置信——这门炮的后坐力高达一吨，对一架6,6吨重的直升机来说足以致命。该设计在地面射击中也表现糟糕。后坐力之大，以至于直升机的轮子都被压进了地面，炮架也断裂了。最终，这个荒谬的设计被放弃了。
ACH-47A“武装支奴干”或“火力全开”
H-21失败后，陆军并未放弃研发重型武装直升机的想法。1965年至1966年间，ACH-47A“武装奇努克”（或称“火力全开”）直升机在CH-47“奇努克”运输机的基础上发展而来。它不能算是105毫米H-21的后继机型——该机唯一的“重型”武器是机头炮塔上的一门40毫米M129自动榴弹发射器。除此之外，它还配备了经典的20毫米机炮、机枪和非制导火箭弹。总共改装了四架CH-47A。
然而，该项目遇到了不少问题：庞大的武器装备降低了机动性，而缺乏装甲则使车辆极易受到防空火力攻击。四辆ACH-47中有三辆在战斗中损失，该项目于1968年被取消。
随着时间的推移，飞机上大口径火炮的重要性已逐渐消退。各种导弹和炸弹已成为航空兵的主要打击武器。未来，打击航空兵的概念本身也将受到质疑——“空中优势”的概念已变得过于短暂。而大口径火炮也无法实现空中优势。
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