顶置火炮式坦克方案论证

　　坦克依靠强大的火力、高度的越野机动性和坚强的装甲防护力,一经出现就将人类带入了机械化战争的新时代. 然而,坦克的火力、机动性和防护能力三大性能之间,以及三大性能与战斗全重、寿命周期、费用之间都是互相矛盾的. 按照传统的坦克设计思想,为防御敌人的反坦克武器攻击,不得不逐渐加厚坦克的装甲;为击穿敌坦克的装甲,不得不逐渐加大坦克的火炮口径. 这种设计思想导致的直接结果是,虽然坦克的性能提高了,但坦克的战斗全重变得越来越重,严重妨碍着坦克的发展. 由于坦克体积的膨胀和重量的增加,仅仅依靠提高发动机功率来解决坦克机动性问题,名义上的单位功率就会被重量增加吃掉一部分,不仅影响了战术机动性的改善幅度,并且还会给坦克的战略机动性带来更大的问题,使坦克的设计陷入难以摆脱困境的恶性循环之中.
由于目前坦克设计中整体结构的局限,各个系统的发展似乎已接近极限. 现在,车内空间已非常紧凑,不允许再扩大其外廓尺寸,而重量已达到50～60 t 的极限,火力、机动性和防护性几乎已经没有进一步提高的空间. 在某种程度上,目前的坦克设计可以说进入了一个怪圈:为增强火力就要增大火炮外廓尺寸,导致被弹面积增大,防护性降低;同时,为弥补防护性的不足,不得不加厚装甲,从而增加了车重,降低了机动性.
主战坦克的火力、机动性和防护力需要在一个更高的水平上达到平衡. 随着坦克装甲车辆性能的不断改进,作战使命对坦克作用要求的发展和改变,往往要求坦克装甲车辆的研制能突破传统模式,设计出具有创新概念的坦克装甲车辆.
1 　顶置火炮式坦克
　　顶置火炮式坦克是在坦克设计中取消炮塔,将火炮部分外置,直接安装在坦克顶部的新结构形式的坦克。坦克炮顶置是对传统坦克设计思想的丰富和发展. 坦克炮顶置将是未来坦克设计的一个方向,它将更加适应未来战争对坦克装甲车辆的战术要求,其优点有:
1) 火炮顶置后,其后座不再受座圈和炮塔的限制,后座长度可以增加,降低了后坐力,从而可以在不增加坦克全重的情况下,配置较大口径火炮,有利于提高火力性能.
2) 取消炮塔,减轻了全车的重量,便于机动.
3) 取消炮塔,降低了车的总高度,炮塔正面投影面积进一步缩小,坦克被发现和击中的概率降低.
4) 乘员降到车体内,实现了无人炮塔化,车内需要着重防护的空间很小,可得到集中加强.
5) 由于乘员位置低,可能前置的动力传动装置、顶置的火炮、两侧叶子板上的装置等,都有可以构成除装甲外对乘员的额外补充防护体,乘员生存能力可以显著提高.
6) 可以实现弹药仓与乘员仓的隔仓化,降低了坦克在被击中时乘员的伤亡概率.
坦克炮顶置技术的应用对我军装甲装备的发展具有积极的现实意义. 目前,我军装甲装备的发展,一方面是第4 代主战坦克将在第3 代主战坦克基础上装载更合适的大威力火炮,另一方面是为了提高快速反应和应急机动作战能力,研制超轻型轮式装甲战车、二代轻型坦克和大威力轻量化自行火炮,它们将成为未来装甲装备发展的重点.
这些都反映出装备在追求轻量化的同时都力求保持相当强的火力.
2 　总体方案
　　坦克炮顶置有很多种方案. 从世界各国的研究情况看,主要集中在车体中顶置、升降式顶置和完全外置式顶置3 个方案上,其他方案都是对这3 种方案的局部修改. 经过对比论证,认为完全外置式顶置的方案合理可行.
2. 1 　完全外置式顶置
火炮被完全外置于车体上方,可以回转360°,俯仰角为-10°～+20°,如图1 所示. 车长位于火炮下方车体内的右侧,一名乘员兼驾驶员位于火炮下方车体内的左侧,车长和乘员在各自的指挥仓中,且都安装有稳定的光学仪器和成套的控制、操纵装置,若情况需要,车长和乘员都可射击. 弹药贮放在车尾箱体的2 个单独的弹仓内. 火炮在装弹时不必回到零位. 由于弹药贮放在车尾,发动机与传动装置前置.

　该方案的优点:在遮蔽发射阵地上被弹面积小;火炮装填、发射机构简单、可靠;隔仓化作业;乘员在车体内,安全性高;整车战斗全重较低,便于机动.
该方案的缺点: 缺乏辅助火力,比如高机枪、并列机枪、榴弹发器等;火炮和装填机构没有装甲保护;车长失去了最高点观察能力.
但随着顶置武器站技术、防护技术,以及观瞄技术的发展,这些缺点都是能够克服的.
2. 2 　方案的确定
我国现有大量的某型坦克面临退役,对它们进行改造是我国装备改造的一项重要任务,并且该坦克底盘体积小、重量轻、技术成熟,所以选用该坦克底盘为顶置火炮式坦克底盘.
我国的大口径坦克炮技术已经基本成熟,在现有轻型或中型坦克的底盘上顶置某型坦克大口径炮,不仅能满足军事斗争和边境快速反应作战时火力猛烈、机动迅速、防护性好、保障可靠等要求,而且可以大大节省经费和缩短生产周期,同时,它可以弥补坦克装备更新换代过程中造成的装备水平暂时落后的情况,形成坦克发展的完整序列. 而且这种设计思想在其他军事应用中也有一定的价值.
通过分析顶置坦克炮与底盘之间匹配性和未来作战样式、战场环境对坦克装甲车辆的要求,立足现有装备,决定选用某型坦克底盘顶置某型大口径滑膛坦克炮为顶置火炮式坦克的总体方案. 方案需要对该底盘做适当的改进:
1) 取消右前侧柴油箱.
2) 在驾驶员右侧设一名车炮长,履行原车长、炮长的职责,相应的在车体右前侧新开车炮长门.
3) 增加炮塔吊篮和自动装弹机.
4) 其他细节调整,包括炮弹存放位置等.
建立的顶置火炮式坦克整体方案三维模型如图2 所示.
3 　顶置炮式坦克综合性能评价
　　顶置火炮式坦克和我国某新型主战坦克在评价体系中最顶层的5 项指标的数据比较如表1 所示.
　结果分析:
表1 　顶置炮式坦克与某新型坦克的评价数据比较

             火力性能 机动性能 防护性能  电子信息   使用维修综合性能评价
顶置火炮式坦克0. 812 2 0. 629 3 0. 541 4 0. 735 0 0. 706 0 0. 703 6
某新型主战坦克0. 676 0 0. 755 9 0. 630 8 0. 605 0 0. 732 7 0. 675 7

1) 顶置炮式坦克在火力性能方面要明显地占优. 因为顶置炮式坦克的武器系统就是该新型坦克的武器系统,所以两者在武器系统性能方面差不多. 但是,顶置炮式坦克采用了更先进的自动跟踪火控系统,这使得顶置炮式坦克在射击反应时间、命中概率等指标中较为领先.
2) 机动性能方面,顶置炮式坦克落后,因为它采用的是老式坦克底盘,和某新型坦克比在发动机功率、加速性能、最大速度上都有较大差距. 但顶置炮式坦克在全重量较轻,外廓尺寸小,在可部署性上较高,所以在机动性能方面的差距不至于太大.
3) 在防护性能方面,顶置炮式坦克也略低,这也是因为采用老式坦克底盘,在装甲防护性上有所不及,而且火炮上的防护也很弱,只能防住12. 7 mm的机枪弹. 但顶置炮式坦克的被弹面积差不多是该新型坦克的一半,使得2 类坦克在防护性能方面相差不大.

4) 在电子信息方面,由于顶置炮式坦克采用了更先进的火控系统,在指挥性能和情报获取方面略高,故在电子信息方面,顶置炮式坦克略高.
5) 在使用维修方面,顶置炮式坦克得分较低,因为它的武器系统顶置在底盘的上面,与乘员实现了隔仓化,乘员对武器系统的操作完全是遥控式的,一旦某个部件出现问题,系统无法自行修复的情况下,乘员必须在外部进行检修,非常危险.
从综合性能评价值和上面的分析可以得出:虽然顶置炮式坦克在机动性能、防护性能等方面得分略低,但是从整体看来,与某新型主战坦克不相上下. 这就证明了在某型坦克底盘上顶置某大口径坦克炮的方案是可行的,具有较强的作战能力.
4 　结束语
　　顶置火炮式坦克的研究是适应我军加强武器装备信息化、现代化建设战略要求的一个崭新课题. 它是实现未来无人坦克的基础研究和关键技术. 随着理论研究的逐步深入,顶置坦克炮将向应用研究转移,分阶段逐步有所发展:第1 阶段,把顶置坦克炮技术与未来战争对坦克等装甲车辆的战术要求结合起来,进一步丰富和完善顶置坦克炮技术的内容;第2 阶段,在顶置坦克炮技术理论的指导下,对顶置坦克炮相关系统进行相对独立的具体研究,比如,火控系统、自动装弹系统、观瞄系统、电子系统等;第3 阶段,在对各系统进行仿真综合研究的基础上,对各系统的相关性进行研究,完成一个完整的顶置坦克炮系统,并配以不同口径和战术要求,形成一个顶置坦克炮系列,满足不同性能要求装甲装备的需要.

　　坦克依靠强大的火力、高度的越野机动性和坚强的装甲防护力,一经出现就将人类带入了机械化战争的新时代. 然而,坦克的火力、机动性和防护能力三大性能之间,以及三大性能与战斗全重、寿命周期、费用之间都是互相矛盾的. 按照传统的坦克设计思想,为防御敌人的反坦克武器攻击,不得不逐渐加厚坦克的装甲;为击穿敌坦克的装甲,不得不逐渐加大坦克的火炮口径. 这种设计思想导致的直接结果是,虽然坦克的性能提高了,但坦克的战斗全重变得越来越重,严重妨碍着坦克的发展. 由于坦克体积的膨胀和重量的增加,仅仅依靠提高发动机功率来解决坦克机动性问题,名义上的单位功率就会被重量增加吃掉一部分,不仅影响了战术机动性的改善幅度,并且还会给坦克的战略机动性带来更大的问题,使坦克的设计陷入难以摆脱困境的恶性循环之中.
由于目前坦克设计中整体结构的局限,各个系统的发展似乎已接近极限. 现在,车内空间已非常紧凑,不允许再扩大其外廓尺寸,而重量已达到50～60 t 的极限,火力、机动性和防护性几乎已经没有进一步提高的空间. 在某种程度上,目前的坦克设计可以说进入了一个怪圈:为增强火力就要增大火炮外廓尺寸,导致被弹面积增大,防护性降低;同时,为弥补防护性的不足,不得不加厚装甲,从而增加了车重,降低了机动性.
主战坦克的火力、机动性和防护力需要在一个更高的水平上达到平衡. 随着坦克装甲车辆性能的不断改进,作战使命对坦克作用要求的发展和改变,往往要求坦克装甲车辆的研制能突破传统模式,设计出具有创新概念的坦克装甲车辆.
1 　顶置火炮式坦克
　　顶置火炮式坦克是在坦克设计中取消炮塔,将火炮部分外置,直接安装在坦克顶部的新结构形式的坦克。坦克炮顶置是对传统坦克设计思想的丰富和发展. 坦克炮顶置将是未来坦克设计的一个方向,它将更加适应未来战争对坦克装甲车辆的战术要求,其优点有:
1) 火炮顶置后,其后座不再受座圈和炮塔的限制,后座长度可以增加,降低了后坐力,从而可以在不增加坦克全重的情况下,配置较大口径火炮,有利于提高火力性能.
2) 取消炮塔,减轻了全车的重量,便于机动.
3) 取消炮塔,降低了车的总高度,炮塔正面投影面积进一步缩小,坦克被发现和击中的概率降低.
4) 乘员降到车体内,实现了无人炮塔化,车内需要着重防护的空间很小,可得到集中加强.
5) 由于乘员位置低,可能前置的动力传动装置、顶置的火炮、两侧叶子板上的装置等,都有可以构成除装甲外对乘员的额外补充防护体,乘员生存能力可以显著提高.
6) 可以实现弹药仓与乘员仓的隔仓化,降低了坦克在被击中时乘员的伤亡概率.
坦克炮顶置技术的应用对我军装甲装备的发展具有积极的现实意义. 目前,我军装甲装备的发展,一方面是第4 代主战坦克将在第3 代主战坦克基础上装载更合适的大威力火炮,另一方面是为了提高快速反应和应急机动作战能力,研制超轻型轮式装甲战车、二代轻型坦克和大威力轻量化自行火炮,它们将成为未来装甲装备发展的重点.
这些都反映出装备在追求轻量化的同时都力求保持相当强的火力.
2 　总体方案
　　坦克炮顶置有很多种方案. 从世界各国的研究情况看,主要集中在车体中顶置、升降式顶置和完全外置式顶置3 个方案上,其他方案都是对这3 种方案的局部修改. 经过对比论证,认为完全外置式顶置的方案合理可行.
2. 1 　完全外置式顶置
火炮被完全外置于车体上方,可以回转360°,俯仰角为-10°～+20°,如图1 所示. 车长位于火炮下方车体内的右侧,一名乘员兼驾驶员位于火炮下方车体内的左侧,车长和乘员在各自的指挥仓中,且都安装有稳定的光学仪器和成套的控制、操纵装置,若情况需要,车长和乘员都可射击. 弹药贮放在车尾箱体的2 个单独的弹仓内. 火炮在装弹时不必回到零位. 由于弹药贮放在车尾,发动机与传动装置前置.

　该方案的优点:在遮蔽发射阵地上被弹面积小;火炮装填、发射机构简单、可靠;隔仓化作业;乘员在车体内,安全性高;整车战斗全重较低,便于机动.
该方案的缺点: 缺乏辅助火力,比如高机枪、并列机枪、榴弹发器等;火炮和装填机构没有装甲保护;车长失去了最高点观察能力.
但随着顶置武器站技术、防护技术,以及观瞄技术的发展,这些缺点都是能够克服的.
2. 2 　方案的确定
我国现有大量的某型坦克面临退役,对它们进行改造是我国装备改造的一项重要任务,并且该坦克底盘体积小、重量轻、技术成熟,所以选用该坦克底盘为顶置火炮式坦克底盘.
我国的大口径坦克炮技术已经基本成熟,在现有轻型或中型坦克的底盘上顶置某型坦克大口径炮,不仅能满足军事斗争和边境快速反应作战时火力猛烈、机动迅速、防护性好、保障可靠等要求,而且可以大大节省经费和缩短生产周期,同时,它可以弥补坦克装备更新换代过程中造成的装备水平暂时落后的情况,形成坦克发展的完整序列. 而且这种设计思想在其他军事应用中也有一定的价值.
通过分析顶置坦克炮与底盘之间匹配性和未来作战样式、战场环境对坦克装甲车辆的要求,立足现有装备,决定选用某型坦克底盘顶置某型大口径滑膛坦克炮为顶置火炮式坦克的总体方案. 方案需要对该底盘做适当的改进:
1) 取消右前侧柴油箱.
2) 在驾驶员右侧设一名车炮长,履行原车长、炮长的职责,相应的在车体右前侧新开车炮长门.
3) 增加炮塔吊篮和自动装弹机.
4) 其他细节调整,包括炮弹存放位置等.
建立的顶置火炮式坦克整体方案三维模型如图2 所示.
3 　顶置炮式坦克综合性能评价
　　顶置火炮式坦克和我国某新型主战坦克在评价体系中最顶层的5 项指标的数据比较如表1 所示.
　结果分析:
表1 　顶置炮式坦克与某新型坦克的评价数据比较

             火力性能 机动性能 防护性能  电子信息   使用维修综合性能评价
顶置火炮式坦克0. 812 2 0. 629 3 0. 541 4 0. 735 0 0. 706 0 0. 703 6
某新型主战坦克0. 676 0 0. 755 9 0. 630 8 0. 605 0 0. 732 7 0. 675 7

1) 顶置炮式坦克在火力性能方面要明显地占优. 因为顶置炮式坦克的武器系统就是该新型坦克的武器系统,所以两者在武器系统性能方面差不多. 但是,顶置炮式坦克采用了更先进的自动跟踪火控系统,这使得顶置炮式坦克在射击反应时间、命中概率等指标中较为领先.
2) 机动性能方面,顶置炮式坦克落后,因为它采用的是老式坦克底盘,和某新型坦克比在发动机功率、加速性能、最大速度上都有较大差距. 但顶置炮式坦克在全重量较轻,外廓尺寸小,在可部署性上较高,所以在机动性能方面的差距不至于太大.
3) 在防护性能方面,顶置炮式坦克也略低,这也是因为采用老式坦克底盘,在装甲防护性上有所不及,而且火炮上的防护也很弱,只能防住12. 7 mm的机枪弹. 但顶置炮式坦克的被弹面积差不多是该新型坦克的一半,使得2 类坦克在防护性能方面相差不大.

4) 在电子信息方面,由于顶置炮式坦克采用了更先进的火控系统,在指挥性能和情报获取方面略高,故在电子信息方面,顶置炮式坦克略高.
5) 在使用维修方面,顶置炮式坦克得分较低,因为它的武器系统顶置在底盘的上面,与乘员实现了隔仓化,乘员对武器系统的操作完全是遥控式的,一旦某个部件出现问题,系统无法自行修复的情况下,乘员必须在外部进行检修,非常危险.
从综合性能评价值和上面的分析可以得出:虽然顶置炮式坦克在机动性能、防护性能等方面得分略低,但是从整体看来,与某新型主战坦克不相上下. 这就证明了在某型坦克底盘上顶置某大口径坦克炮的方案是可行的,具有较强的作战能力.
4 　结束语
　　顶置火炮式坦克的研究是适应我军加强武器装备信息化、现代化建设战略要求的一个崭新课题. 它是实现未来无人坦克的基础研究和关键技术. 随着理论研究的逐步深入,顶置坦克炮将向应用研究转移,分阶段逐步有所发展:第1 阶段,把顶置坦克炮技术与未来战争对坦克等装甲车辆的战术要求结合起来,进一步丰富和完善顶置坦克炮技术的内容;第2 阶段,在顶置坦克炮技术理论的指导下,对顶置坦克炮相关系统进行相对独立的具体研究,比如,火控系统、自动装弹系统、观瞄系统、电子系统等;第3 阶段,在对各系统进行仿真综合研究的基础上,对各系统的相关性进行研究,完成一个完整的顶置坦克炮系统,并配以不同口径和战术要求,形成一个顶置坦克炮系列,满足不同性能要求装甲装备的需要.