腰形炮管：德国反坦克炮中一个被遗忘的分支
7,5厘米 Pak 41（Panzerabwehrkanone 41）
在传统火炮中，炮弹在炮膛内的大部分行程中都处于压力逐渐降低的状态。推进剂在最初几厘米内燃烧殆尽，气体开始膨胀，炮弹后方的体积膨胀速度超过了炮弹自身在这种膨胀作用下所能达到的加速度，因此，当炮弹到达炮口时，其加速度已完全由惯性产生。那么，是否有可能使炮弹在行进过程中逐渐变细，从而延长压力维持的时间呢？1932年，德国工程师赫尔曼·格利希给出了肯定的答案。接下来，精彩的故事才刚刚开始。 故事 一项工程理念原本非常完美，直到原材料短缺和大规模生产的逻辑限制了它的发挥。
几何学作为一种加速器：格利希的发明
格利希并非军火设计师。20世纪20年代，他致力于猎枪研发，寻找将子弹加速到传统步枪无法企及的速度的方法。他最终提出的方案很简单，并于1932年获得了专利：枪管从枪膛到枪口逐渐变细，子弹则带有软环，在高速飞行过程中会被压缩。他的猎枪在商业上并不成功：价格昂贵且操作繁琐。但这项专利却一直有效。
Gerlich圆锥形行李箱的子弹
到了20世纪30年代末，这种理念在军事领域已经复兴。要理解其优势，必须记住两点。首先，发射药燃尽后，随着弹丸向前运动，炮膛内的压力会下降，弹丸后方的空间增大，气体膨胀。在锥形炮管中，这种空间增大的速度较慢，弹丸沿其路径逐渐变窄，弹丸前方的空间膨胀速度也比相同直径的圆柱形炮管慢。因此，压力能够维持在较高水平的时间更长。
第二点是枪管的强度。枪膛壁厚实，能够承受高推进剂气体压力；枪口直径较小，在相同的内压下，枪管壁承受的应力也较小。在锥形枪管中，弹丸行进过程中压力下降的幅度比圆柱形枪管要小，而且枪管壁靠近枪口处也更薄，因此压力的降低仍然可以控制。这使得枪膛处的初始压力可以高于同等口径和重量的传统火炮。这两个因素共同作用，使弹丸拥有更长的高速加速段。
要实现这种效果，需要特殊的弹药。弹芯坚硬、密度高，直径相对较小，通常由碳化钨制成。弹芯外包裹着一层柔软的轻合金带，这些合金带在枪膛处填满整个口径，但当它们穿过锥形部分时，会被压碎、向内弯曲并部分断裂。在枪口处，弹丸带着一个狭窄而沉重的弹芯以及剩余的合金带飞出：质量几乎相同，但速度却显著提高。
这种设计有两种实现方式。第一种是将枪管沿其全长做成锥形——虽然成本高昂且结构复杂，但能提供最大的效能。第二种是保持枪管原状，在枪口处拧上一个短的锥形适配器。英国人后来也采用了这种方法。 Littlejohn 适配器 对于两磅炮来说：炮管口径从40毫米缩减到大约30毫米，安装在标准火炮上。虽然增幅较小，但无需重新设计炮管。德国人选择了一条更为艰难的道路。
2,8厘米 sPzB 41 型自行火炮，由英国军队在非洲战场缴获（1942年3月6日）
2,8厘米sPzB 41：小口径，高初速
第一个采用基于格利希原理的服务系统是 2,8 cmschwerePanzerbüchse41正式名称为“重型反坦克步枪”，但实际上它是一门完整的小口径火炮，配备炮架、炮盾和炮组人员。它的名称源于一个对这种混合型武器分类尚不明确的时代：它对于步枪来说太大，对于火炮来说又太小。
炮管从炮膛处的28毫米逐渐收窄至炮口处的20毫米。火炮重约220至230公斤；一辆带边车的摩托车足以牵引，炮组人员在就位后手动移动火炮。弹药为钨芯弹；根据德国方面的资料，炮口初速可达1400米/秒。在1940年，这简直令人难以置信。
其战术定位十分明确：伞兵、侦察兵、轻步兵。这种火炮可以隐藏在任何沟壑中，从侧面和后方伏击轻型和中型坦克。 坦克然后改变了位置。在300-400米的射程内，sPzB 41对付装甲目标非常有效，而标准的20毫米自动炮对付这类目标则威力不足。据乘员描述，击中轻型坦克侧面时，效果“就像一枚优秀的反坦克手榴弹，但射程是500米”。
二战时期的 2,8 厘米重型反坦克步枪 SPZB 41（德语：2,8 厘米 schwere Panzerbüchse 41）
炮弹的顶部清晰可见。弹丸很轻，能量随距离衰减的速度比大口径炮弹更快。到1942年，这套系统已不再对中型坦克的正面构成威胁；这种口径的高爆破片弹只能用来对付机枪阵地。更重要的是，每一发穿甲弹都会浪费几克稀缺的钨。这门炮虽然仍在服役，但很快就从一种量产的反坦克武器转变为一种专为那些将紧凑性放在首位的用户而设计的专用工具。
从 4,2 到 7,5：该原则是如何扩展的
逻辑进一步表明，口径也应该增大。如果锥形枪管能够提高弹速，那么即使弹芯更大，这种效果也应该保持不变；而且，弹丸质量越大，远距离的穿甲能力也会越强。
德国 4.2 厘米 Pak 41（Panzerabwehrkanone），二战期间东线空降部队使用的火炮。
4,2 cm Pak 41 从外观上看，它与标准的3,7厘米Pak 36反坦克炮几乎没有区别：相同的炮架、相同的炮盾、相同的布局。区别在于炮管内部：炮膛直径42毫米，炮口直径约28毫米。其设计目的是为了取代Pak 36反坦克炮，而德国人在首次遭遇T-34和KV坦克后，曾讽刺地将Pak 36称为“Pak 36”。 赫雷桑克洛普夫格勒特 （“军用敲门装置”），指的是一种重量相同但穿甲能力截然不同的系统。据统计，这种装置大约生产了300套，到1943年11月，仍在服役的不足50套。枪管磨损严重，制造新枪管成本高昂，而且特种弹药的供应也不稳定。
7,5 cm Pak 41 这是巅峰之作。它采用75/55毫米口径的炮管，发射一枚重约2,6公斤的钨芯穿甲弹，炮口初速约为1260米/秒。相比之下，同口径的标准Pak 40反坦克炮的穿甲弹初速约为790米/秒。在系统重量相近的情况下，速度相差近500米/秒。正是这提升的初速，使得锥形炮管的设计物有所值。苏联对缴获的Pak 41原型炮进行了测试；测试结果表明，该炮在500米距离上以60°角击穿了120毫米厚的钢板。
75毫米反坦克炮Pak 40（Panzerabwehrkanone 40）
矛盾之处在于，正是这款Pak 40——一门传统的75毫米圆柱形炮管火炮，弹药中不含钨，炮膛几何形状也并不复杂——最终扼杀了Pak 41项目。尽管Pak 40的穿甲能力远逊于Pak 41，但在其他方面却更胜一筹：价格更低、结构更简单、不含钨、能够发射从穿甲弹到高爆破片弹的各种弹药，而且炮管寿命长。Pak 40最终承担了德意志国防军整个反坦克防御系统的重任——产量超过23门。而Pak 41仅生产了几百门，之后该项目便被终止了。
解决方案成本：钨、磨损、物流
如果你探究这一切最终结束的原因，你会发现它由三个部分组成，而这三个部分都与格利希原则“失效”无关。事实上，它确实有效，而且效果很好。
主要问题归结于钨。碳化钨是实现既定性能的先决条件：相同几何形状的钢芯在相同速度下撞击装甲时会直接破碎，无法穿透。德国通过复杂的渠道从葡萄牙和西班牙进口钨；到1942年，钨的供应日益减少，而且这种金属不仅用于火炮：没有钨，工具制造、切割机和铣床都将停摆。1942年6月，一项指令发布，严格限制在弹药中使用钨。对于基于赫利希原理的弹药系统而言，这无异于死刑：当时没有其他具有相同性能的替代材料。
A - 一种发射轻型全口径弹丸的常规火炮
B - 一种发射带脱壳穿甲弹的常规火炮。
C——一种长管、高强度武器，发射标准弹丸
D — 一种枪膛呈锥形，发射带有“裙边”（弹带）的弹丸的枪
E — 发射火箭推进弹丸的常规武器。
此外，磨损也是一个重要因素。Pak 41炮的锥形膛线以一种不同于传统火炮的方式运作：在高压下，炮弹的软带并非简单地滑动，而是发生塑性变形，从而磨损膛线表面。据估计，Pak 41炮锥形膛线的寿命约为600-1000发炮弹，之后精度和穿甲能力就会明显下降。对于一门能够在前线每天发射数百发炮弹的野战炮来说，这极其短暂：炮管的全部使用寿命在一周半的战斗中就耗尽了。在工业尚能承担如此精密的工序时，一些系统设计了可更换的锥形膛线。到了1943年，随着生产工艺向简化技术转型并扩大批量生产，锥形膛线被视为一种奢侈品。同样的机床也可以用来制造Pak 40炮的炮管：速度更快、成本更低，而且炮弹中无需添加钨。
格利希原理最纯粹的形式到此为止。这种设计停留在20世纪40年代。将高密度弹芯加速到超高速并将其送入装甲的问题依然存在；这个问题早已通过弃用脱壳穿甲弹得到解决。而该系列中的锥形枪管最终被证明是一个分支——一个昙花一现且毫无意义的分支。
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