0 引　言

中大口径舰炮一般担任水面舰艇的主炮，是舰艇上不可缺失的武器，广泛装备于海军各型驱逐舰、护卫舰，在对岸火力支援、海上对抗、防空反导作战中发挥着重要作用^[1]。随着作战模式变革、作战需求的增加，中大口径舰炮被赋予兼容发射多弹种、提高精度和射速、减轻重量、增加隐身性等多种功能和性能要求。舰炮的总体设计正是在给定约束条件下，为满足使用需求采取的顶层技术措施的集合，是产品研制过程的关键环节，决定着产品最终的主要特性。

1 总体设计的任务、原则、思路 1.1 总体设计的任务

舰炮的总体设计是对舰炮全局问题进行顶层规划、处理的过程，涉及舰炮的功能、性能、通用质量特性等多个方面，其主要任务是在战技指标、装舰需求、技术基础、制造能力、研制进度、经费条件等约束条件下，确定舰炮的功能、结构组成、动作原理、驱动与控制方式、内外接口等诸多顶层要素，并进行综合集成优选，形成综合性能优越，主要特性突出、内外匹配协调的最优方案。

1.2 总体设计的原则

总体设计的原则分为普遍原则和特定原则，前者是一般中大口径舰炮研制均需遵循的原则，后者针对某个具体型号产品（一般是包含军方对某型产品的特殊要求）。普遍原则一般有：

1）重要特性优先原则

高可靠性、高射速、多种弹药兼容发射、轻量化、低后坐力、高隐身性是舰炮总体设计追求的一般目标，但这些特性相互矛盾、相互影响。应对所有性能和功能特性分出不同层次，根据作战需求和军方使用要求，选择重要特性（如可靠性、射速指标等）重点关注，总体设计时主要围绕这些特性进行技术措施、技术途径构建并综合集成，形成总体方案，然后再根据其他特征对方案进行优选、完善。

2）降低风险原则

关注全寿命期的使用和保障，实现完全自主可控，平衡先进性和可实现性的关系，适度运用创新性技术，大量利用经过工程试验验证的技术和技术成熟度高的预研技术，降低产品研制风险。

3）协调匹配原则

注意舰炮与弹药的协调匹配、舰炮内部各组成部分之间的协调匹配、舰炮与武器系统设备之间的协调匹配、舰炮与舰艇之间的协调匹配。这些匹配关系从能量传递、空间尺寸、信息交互、逻辑关系等方面在舰炮总体方案中体现。

1.3 总体设计思路

总体设计思路是指在设计过程中形成的依据设计原则为完成设计任务所需采取的技术措施、技术途径的脉络、框架和初步图像，一般是总体构架、炮膛闭锁方式、发射系统布局、供弹方式、储弹方式、驱动控制方式等方案要素的综合集成。一般可参考国内外相似装备，融合以往产品研制经验、预研课题成果，听取使用方及行业专家意见、建议等形成。

思路的形成一般遵循从核心到外围的线路：炮膛结构→炮膛闭锁方式→开关闩及击发装置→反后坐装置→发射系统布局→弹药装填→供弹、储弹→架体、瞄准机、防护装置→动力与控制→随动系统 →全炮。

2 总体基本结构

舰炮一般由发射系统、供弹系统、炮架 、瞄准机、控制系统、液压系统、防护装置以及弹药储运系统等组成，还可能有冷却装置、吹除装置、通风装置等。对于传统中大口径舰炮而言，发射系统含炮身、炮尾（开关闩、抽壳等机构）、反后坐装置等，基本构架固定，较多采用管退式自动方式、楔闩式闭锁、气液复进机、节制杆式驻退机，空间排布方式大致相似。舰炮的供弹系统较为复杂，承担把弹药从炮位储弹位或弹药库内输送到发射系统的任务，供弹线路变化多样，机构配置也较为繁杂，是舰炮区别于陆炮的主要特征。

3 总体设计的主要技术问题 3.1 确定弹药传送路径

当代中大口径舰炮一般采用双轴瞄准方式，射击时炮身作俯仰运动和回转运动，相应的舰炮有固定部分、回转部分和俯仰部分。舰上的弹药存放于弹药库内，相当于舰炮的固定部分。舰炮要正常发射必须解决弹药从固定部分→回转部分和回转部分→俯仰部分2个主要的交接。

固定部分→回转部分：

1）在舰炮回转部分设置储弹装置，停射后舰炮方位转到固定位置，从弹库向储弹装置上装弹。

2）利用回转轴线，单通道扬弹，扬弹轴线与回转轴线重合，射击时实时把弹药从固定部分传送到回转部分。

3）采用专用回转协调装置，双通道扬弹，射击时协调装置从扬弹机中接收弹药再把弹药转到回转部分。

回转部分→俯仰部分：

1）采用往复式摆弹机构，利用中心摆弹机或侧面摆弹机，把弹药输送至俯仰部分；

2）采用弹药过耳轴轴线的弯道式机构，把弹药输送至俯仰部分。

3.2 选择供弹系统构架

供弹系统在舰炮中占据重要地位，也是舰炮与陆炮的一个明显区别。围绕舰炮供弹线路形成的构架是舰炮总体方案的基本内容，决定着舰炮性能、功能属性，这里就中大口径舰炮供弹系统的典型构架进行讨论。

1）炮上储弹、两侧摆弹构架

炮位储弹装置直接挂在炮上，随炮一起回转。弹药通过两侧的扬弹机、摆弹机到达舰炮俯仰部分，俄AK176舰炮采用这种构架，如图1所示。

优点：射击时，弹药无从固定部分转运到回转部分的问题，有效减少了供弹接口，舰炮可达到较高的发射率，可靠性相对较高

缺点：舰炮持续作战能力弱，回转部分转动惯量大，方位快速性受影响。

2）炮下储弹、两侧摆弹构架

炮位储弹装置置于舰炮的固定部分，弹药通过处于回转中心附近的扬弹机到达舰炮回转部分，再向两侧分开，通过两侧的摆弹机到达舰炮俯仰部分。意大利OTO127紧凑型、轻型舰炮均采用这种构架，如图2所示。

优点：舰炮可达到较高的发射率。

缺点：总体结构相对复杂。

3）炮下储弹、中心摆弹弹构架

炮位储弹装置置于舰炮的固定部分，如图3所示。弹药通过处于回转中心线的扬弹机、摆弹机到达舰炮的俯仰部分，美国MK45 型127 mm系列舰炮采用这种构架，如图4所示。

优点：总体结构简单，可靠性高、重量轻。

缺点：发射率相对较低。

4）炮下储弹、弯道式上弹构架

炮位储弹装置置于舰炮的固定部分，如图5所示。弹药通过处于回转中心线的扬弹机到达舰炮回转部分，再沿着经过耳轴的弯道运动到达舰炮的俯仰部分。法国紧凑型100 mm舰炮采用这种构架，如图6所示。

优点：发射率高，持续作战能力强

缺点：结构复杂，可靠性相对低。

5）炮下储弹、垂直装填^[2-3]式构架

如图7所示，弹药从弹库中直接提升，由位于舰炮回中心线处的扬弹机和输弹机直接在炮管处于垂直状态时输弹入炮膛，美AGS155毫米舰炮采用这种构架，如图8所示。

优点：总体结构简单，可靠性高、适应于远程制导炮弹的发射。

缺点：发射率相对较低，只适合高射角发射。

在新型大口径舰炮研制时可根据口径、弹种、发射率、连续射击发数、瞄准速度等战技指标的要求，在借鉴以上的典型供弹系统构架基础上统筹协调、改进完善，确定适合于该型舰炮的供弹系统构架。

3.3 规划排壳方式

当代在役中大口径舰炮一般采用金属药筒装药^[4]。舰炮射击完成后如何排出空药筒是总体设计中需解决的技术问题。这里将空药筒的排出简称为“排壳”，排壳的主要技术途径一般有3个。

1）全惯性排壳

依靠抽壳机构的动力把壳（空药筒）从炮膛内抽出，壳完全靠惯性运动，从炮的后方或炮的前下方排出。向后方排出线路简单适应于炮塔非密封式舰炮。前下方排出方式需壳在从炮膛抽出后延弯道拐弯向前运动。前者典型的舰炮有76式双130 mm舰炮，后者典型舰炮是AK176舰炮^[5]，如图9所示。

2）惯性加外力辅助式排壳

在全惯性排壳的基础上，在排壳通道的某个位置增设外力辅助机构，把壳推出炮塔。典型的有AK130舰炮，其在排壳槽的下方设置了链条机构，当壳转弯后进入排壳槽中，即被链条上的推壳器带动向前运动推出炮塔。

3）强制排壳

壳从炮膛内抽出后，由专用机构完成壳的接收、传递、排出，排壳的方向一般是向前。美国MK45 127系列舰炮、意大利OTO127系列舰炮、美国AGS 155 舰炮均是采用这种排壳形式（见图8）。

排壳方式的比较：

全惯性排壳结构最为简单，只需设置固定的排壳通道。但需较大的抽壳速度，还需总体结构的适配，一般适应于两侧向俯仰部分上弹的舰炮，同时壳的尺寸还要较小方便排壳过程中的转弯。直接向后排壳只适应于发射率较低的定射角排壳。因不适应于炮塔密闭，任意射角后排方式已淘汰。

惯性加外力辅助式排壳方式也较为简单，其适应的供弹系统构架与全惯性排壳类似，壳的尺寸可稍大于全惯性排壳，辅助机构的增设增加了排壳的可靠性。

强制排壳因设置了类似弹药输送的机构，具备了强制约束的功能，避免了惯性环节的不可靠因素，适应的总体结构较为灵活，可满足总体紧凑化的需要。但这种排壳方式结构较为复杂，需设置多个外部动力。

3.4 制定循环图

对于陆炮而言，循环图一般指把火炮自动机不同构件运动位移与时间的关系曲线放到一张图中而形成的图，从图中可直观看出不同构件运动的位置、时间以及速度关系。在中大口径舰炮中，由于总体结构复杂、运动零部件过多，在总体设计阶段一般只把不同机构的运动时间关系绘制成图，进行机构动作逻辑关系规划，这种图也称为循环图。

循环图中包含某一机构的动作时间和不同机构动作相对时间关系。循环图应按发射率指标排定，尽量详细，循环时间要预留10%~20%的裕量。动作时间根据以往经验、类比同类舰炮、预研试验成果等初步确定，在技术设计和样机试验中不断调整、修正，总的循环时间应能满足发射率指标要求。循环图一般以舰炮接收火控指令开始射击为起点，从发射系统到供弹系统，再到弹药储运系统依次排布，不同机构动作的关联关系在图中尽量示出，典型动作周期内不同动作时间尽量排顺序排布^[6]，不同的动作周期最好上下隔开，这样在进行方案研究、逻辑控制设计时比较明晰。

3.5 选择动力源

舰炮机构的动力源有内能、外能^[6]之分。内能指来源于火药气体的能量，外能指除了火药气体之外、由舰炮外部输入的能量（如电、压缩气体、液压等）。内能的使用可降低全炮的外部功率需求，有利于适装性的提高，但同时需在炮上增设储能装置，把火药气体能量或由其产生的后坐能量储存起来，供机构动作使用。一般可利用内能的机构均靠近发射部位，开、关闩和抽壳机构是利用内能的理想机构。利用内能小口径舰炮较多，随着口径增加内能利用逐步减少。使用内能也与每个国家的舰炮总体设计风格、工业基础有关，俄罗斯的AK176舰炮、AK130舰炮均注重内能利用，AK176舰炮除了开关闩、抽壳外把输弹、压弹也用上了内能，AK130舰炮的输弹机、转弹机、摆弹机均使用了内能。而欧美舰炮则偏重于应用外能，利用电机、电动缸、液压缸、液压马达等作为驱动器件，如美MK45型127 mm舰炮、意大利OTO127输弹、摆弹均采用外能，美AGS155舰炮甚至把开关闩、抽壳机构也用电机驱动。

内能利用较多的中大口径舰炮需配置机械式储能装置、卡锁装置、解脱装置，机械机构较为复杂，对研发人员的机械设计水平要求较高，对电、液控制元器件要求较低。外能利用较多中大口径舰炮多采用分散式驱动、控制模式，机、电、液一体化设计，技术难点较为分散，但对电、液元器件性能、可靠性要求较高。

3.6 实现动力统一

动力统一指一个动力源通过动力分配装置带动多个机构按一定顺序动作的驱动方式，俄罗斯的中大口径舰炮常常采用。AK176舰炮的供弹系统即为典型的动力统一方式，其由一个电机作为动力源，通过动力分配箱带动左右弹链间歇运动、左右推弹器往复平动、左右扬弹机循环运动、左右摆弹机往复摆动，不同的运动按一定时序进行，实现弹药从炮上储弹位到舰炮俯仰部分的左右通道交替输送，把动力统一发挥到了极致。AK130舰炮的供弹系统中也部分采用了动力统一技术，实现了上扬弹与水平运弹的单动力输入。

动力统一的优点在于减少了外部动力源，减化了电气逻辑控制，用机械控制方式实现不同机构动作的协调，有利于提高舰炮可靠性。但其缺点是舰炮机械部分复杂程度较高，技术设计难度与装配调试困难较大，且不利于舰炮向模块化方向发展。AK176舰炮、AK130舰炮均是20世纪70年代的产品，动力统一是在当时电气驱动、控制技术较为落后条件下的产物，欧美的相应口径舰炮并未采用。

3.7 设置安全联锁

在中大口径舰炮的供弹、装填线路上，为了避免在非正常工况下出现设备损坏或安全事故，除了进行电气逻辑控制外，一般均要在关键部位设置机械安全联锁装置，安全联锁装置在不同型号的舰炮上会有所不同，但通常都应该有以下3种：

1）关闩状态下不能输弹的联锁

闩体处于关闭位置，如果电气控制系统出现逻辑控制故障，输弹机启动输弹，则会使弹尖碰撞闩体造成弹药损坏，并带来安全事故。为了最大程度提高输弹安全性，应设置安全联锁装置。其原理是：处于关闭的闩体将把安全联锁装置首端零件推到闭锁位，该零件通过机械机构带动末端零件强行阻止输弹机的传动机构或输弹杆的运动；当闩体不在关闭位时，联锁装置在弹簧作用下处于解脱状态，输弹机可自由运动。

2）扬弹过程中防顶弹的联锁

中大口径舰炮的扬弹机一般采用单发提升方式，如果出于某种原因扬弹机上部的弹药未被取走，而下部的弹药却开始向上提升，会造成上下弹药的撞击、挤压，可能点燃底火造成安全事故。因此该环节必须设置防顶弹联锁。一般原理是：处于扬弹机上部的弹药从侧方挤压锁装置的首端零件，该零件通过连杆传递动力带动扬弹机下部的末端零件，末端零件断开扬弹动力或阻止扬弹弹托运动。当上部弹药被移走后，首端零件在弹簧作用下复位，末端零件解锁扬弹动力或不阻止弹弹托运动。

3）扬弹接弹位的安全联锁

扬弹机的上方均有接弹装置，这些接弹装置可以是摆弹机、转弹机或另一个扬弹机，当其未能按规定时序回到扬弹机上方的接弹位置时，扬弹机不应扬弹，如果电控系统出现逻辑错误仍继续扬弹，弹药就会从扬弹机口部窜出，造成事故。该环节必须设置扬弹接弹位联锁。一般原理是：若接弹装置不回位，联锁装置的首端零件在弹簧作用下伸出，通过连杆带动弹机下部的末端零件，末端零件断开扬弹动力或阻止扬弹弹托运动。如果接弹装置按设定时序回位，则其压下联锁装置的首端零件，使末端零件解脱扬弹机动力或放开扬弹机弹托。

防顶弹联锁与扬弹接弹位联锁也可合并设置，通过机械逻辑机构控制扬弹。

3.8 兼容多弹种发射

随着舰炮制导弹药的发展^[7-8]，中大口径舰炮兼容发射多种弹药弹药成为舰炮技术的一个重要发展方向，要实现信息化弹药与常规弹药的兼容发射，必须解决好以下4个方面的问题：

1）刚强度兼容

信息化弹药特别是制导炮弹一般都要求较大的炮口动能，相应的后坐力和冲击振动也较大，舰炮的零部件特别是摇架、托架等承力构件，其刚度、强度必须满足不同炮口动能弹药的发射需要。同时信息化弹药的刚强度也要满足供弹、装填过程中机构作用的撞击以及冲击上膛、发射过载等约束条件。

2）自动循环兼容

后坐、复进循环是舰炮最基本的发射循环，在该循环中舰炮发射系统的多个机构需完成相关的动作，内能开关闩、抽壳机构都会有最小后坐长度的限制，其他内能装置也有后坐或复进行程的限制。这就要求优化反后坐装置的设计，保证不同炮口动能的弹种在不同环境温度发射时均满足相应的约束条件，完成发射自动循环。

3）供弹、装填机构兼容

中大口径舰炮有着供弹、装填线路长、机构复杂的特点，信息化弹药也有弹种多，外形、重量、重心位置差距大的特点，舰炮供弹、装填线路上的每一个环节、每一个机构均必须适应信息化弹药的这些特点，对弹药的定位、夹持、推进、缓冲等动作必须具有广泛的适应性。

供弹、装填机构兼容一般有2种方法。一种是直接兼容，各种弹药不做任何处理，所有的供弹、装填机构必须实现对弹药的兼容；另一种是选择某种弹药（如常规弹）作为基本型，其他弹药外部加装适配器使其外形与基本型一致，弹药输送通道上的机构自然大部分兼容这些弹药，只要在通道末端（炮膛内、或输弹线上）脱掉适配器并排出炮塔。

4）信息与控制兼容

信息化弹药一般都需在发射前装定各种控制信息，这些信息有时敏信息和非时敏信息之分，时敏信息应尽量在弹药运动到靠近炮膛的位置装定。信息由舰炮控制系统发出，发送内容根据弹种有所差异，编码形式、发送时机等由弹、炮协调确定。除了信息装定外，舰炮控制系统还要对信息化弹药的识别、选择、更换、尾弹处理等过程进行控制，舰炮要兼容发射信息化弹药，控制系统必须具备这方面的功能。

4 结　语

中大口径舰炮总体设计是一个复杂的过程，技术方案需从多方面研究、论证，综合优化、合理取舍，并且不断修改迭代，通过多轮样机试验验证，才能逐步走向成熟。