在颠簸是海况中，军舰的舰炮如何才能保证稳定射击?(军舰的炮弹)

淘金客说：这个问题要分开来看，小口径的防空炮和大口径对舰对地火炮的处理方式并不一样。

舰上的小口径防空炮重量比较轻、后座力也比较小，一般会采用稳定炮座让射击变得稳定，原理和上图的坦克炮的稳定系统一样，以陀螺仪给出的信号为基准，通过快速改变火炮的方位角和俯仰角，全自动补偿海上颠簸引起的偏差。早在二战时期英、美就率先推出了这种稳定炮座用于40毫米高射炮的稳定射击，甚至还集成了雷达，如下图。

舰载的大口径舰炮，特别是重巡洋舰、战列舰上那些重达上百吨的重炮，整体质量实在太大了，调动火炮的速度又很慢，慢到只有每秒几度，当然就不可能通过稳定系统来修正海浪引起的颠簸，因此这类火炮采用了另外一种办法，通俗地说就是：火炮调整到合适的角度后发出开炮命令，火炮并不立刻开火，而是等！舰上的火控系统监视到舰身恰好摇到合适的角度时，火炮立刻发火射击！

这个等待的时间可以长到好几秒钟，对射速有一定的影响，不过大口径火炮本来射速就低，影响不太大。

军舰生活在海上，战斗在海上，面对茫茫大海，波涛汹涌的海浪，颠簸中的军舰上的舰炮是如何准确命中目标的呢？这确实是一个让人感兴趣的话题，下面我们就一同探讨一下这个问题。
军舰在海上是一个动态存在的，海浪、海风使军舰时刻都在晃动，军舰的晃动是随着海浪的晃动而摇摆的，海浪的运动形式是以运动的波峰浪谷的形式存在的，因此，对军舰的影响就有左右摇摆，也就是横摇，还有前后摇摆就是纵摇，还有舰艏左右摆动叫艏摇。军舰左右移位（窜动）叫横荡，前后移位（窜动）叫纵荡，上下叫垂荡。但军舰是一个整体，因此，不论怎样摇摆都是有一个周期的，所以，人们就利用这个周期并适合它，用人工、机械、现代的技术来处理军舰的摇摆。早期风帆时代，火炮都安装在舰体的侧面，横摇会使火炮炮口上下移动，那个时候射程近，纵摇可以忽略不计，因此，只需要解决横摇就可以了，例如，人工控制火炮根据船的横摇上下调整炮口指向，船舶进入波谷时最稳定，此时开炮射击。

军舰进入机械动力时代，交火距离逐渐变远，而且不依靠风帆也使火炮射向变得扇面更大，火炮横向90度射击时可以克服横摇，纵向射击时可以克服纵摇，只需要上下提前预定炮口射角即可，也就是炮口上下不断调整仰俯角。但军舰火炮都是由炮耳轴固定在炮座上的，而且军舰是摇摆是三轴向的，军舰即便是纵向射击时，军舰也是有横摇的，怎么办呢？这就必须解决炮轴倾斜问题，但火炮是和整个舰体连在一起的，这个重量太重了，即便是现在军舰火炮依然不能通过调整炮轴倾斜来实现三轴稳定，通常是一轴或者是两轴稳定。此时的舰炮简单讲就是利用陀螺仪瞄准目标，利用陀螺仪测定炮口轴向稳定（上下仰俯角），利用陀螺仪测量出炮耳轴倾斜角，根据炮弹的弹着点，综合修正舰炮射击角度实现准确射击。此时，舰炮射击时需要校射，并且不断的测算炮口仰俯角和炮耳轴倾斜角的变化，做不到一击即中，射速也受影响。简单说就是利用陀螺仪通过火炮伺服机构解决炮口仰俯角，至于炮耳轴倾斜角变化对火炮的影响，不做任何调整，只测量炮耳轴倾斜角，由炮耳轴倾斜传感器给出修正数据，通过计算机结算出射击诸元。

现在的舰炮除了拥有纵、横双轴稳定，还有控制炮耳倾斜稳定的垂直稳定系统，这个系统并非是让火炮身管可以脱离炮耳轴做平衡转动，也非整个炮塔脱离舰体转动调平，而是舰体，火炮综合联动。例如，减摇鳍，这是克服舰体摇晃最有效的一个设计，现在的减摇鳍已经智能化，使船舶受海浪影响的摇晃减少到最低，也有利于通过火炮控制系统进行稳定调整舰炮射击数据，而现在的火控计算机和火炮伺服机构更加快速有效，能够给出火炮射击最佳时间，最佳弹道，保证命中率。

海水配平稳定系统，智能化重力平衡系统等等也是船舶本身克服颠婆晃动的重要设备，舰炮垂稳系统是一个综合稳定系统，在军舰采取上述稳定系统后，舰炮射击时受海浪颠簸影响就更加具有规律性，这样一来，在雷达、计算机、电液伺服机构的配合下，舰炮射击精度大幅提高。军舰火炮稳定系统各国都有所不同，但原理都是大同小异，不过先进性如何没人会说出来的，凡是说出来的都是不重要的。总之，现在军舰火炮射击已经实现自动化，克服颠婆晃动实现智能化，保证命中精准。
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在颠簸的海况下舰炮同样可以保证稳定射击，但是精度无法保证的，需要靠射速来弥补。欢迎关注兵器知识谱，今天我们来学习关于军舰舰炮射击的知识，虽然这个题目只问到舰炮的射击稳定性，而非射击精度，但是出于知识分享的考虑，作者将在解答过程中加入“射击精度”的相关知识。

海洋是地球上最广阔的水体的总称，而海况则指的是海面状况、海情，是指在海洋水文观测中，由风浪和涌浪引起的海面外貌特征，根据视野内海面状况、波峰的形状及其破裂程度和浪花泡沫出现的多少等，人们把海况共分为10级，海况等级越高，海况越复杂。

鉴于海况的存在，航行在海洋上的军舰在使用舰炮对目标实施射击时射击精度无可避免地受到影响，海况等级越高，舰炮受到的影响就越大，射击精度就越低。

海况对舰炮的射击精度的影响究竟有多大呢？我们先来看一组数据：海况通常以浪高来划分等级，0级海况无浪；1级海况浪高0.1米；2级海况浪高0.1～0.5米；3级海况0.5～1.25米；4级海况1.25米～2.5米；5级海况2.5～4米；6级海况4～6米；7级海况6.9米；8级海况7～14米；9级海况＞14米。

可见当海况在2级以上时就能产生明显高海浪，军舰将无可避免地发生摇晃现象，很显然这样的摇晃是会对舰炮射击精度产生严重影响的，所以为了保持对目标的精确射击，舰炮需要克服海况造成的影响。

那么舰炮究竟是如何实现在不断摇曳的情况下保持保持射击稳定性的呢？我们从以下几点来进行分析。

▼下图为6级海况中航行的我国海军054A型导弹护卫舰，在这样恶劣的海况中舰炮是无法做到稳定射击的，甚至可以这么说：军舰上的大部分武器装备都无法在这样的海况下发挥正常功能。

通常所说的海浪是指海洋中由风产生的波浪，是包括军舰在内的航海器发生“颠簸”的主要原因，同时也是引起船员出现“晕船”的主要原因，它包括风浪、涌浪和近岸波。无风的海面也会出现涌浪和近岸波，这大概就是人们所说“无风三尺浪”的证据，但实际上它们是由别处的风引起的海浪传播来的。

广义上的海浪，还包括天体引力、海底地震、火山爆发、塌陷滑坡、大气压力变化和海水密度分布不均等外力和内力作用下，形成的海啸、风暴潮和海洋内波等，它们都会引起海水的巨大波动，这是真正意义上的“海上无风三尺浪”。

海浪是海面起伏形状的传播，是水质点离开平衡位置，作周期性振动，并向一定方向传播而形成的一种波动，水质点的振动能形成动能，海浪起伏能产生势能，这两种能的累计数量是惊人的。

在全球海洋中，仅风浪和涌浪的总能量相当于到达地球外侧太阳能量的一半，海浪的能量沿着海浪传播的方向滚滚向前，因而，海浪实际上又是能量的波形传播，海浪波动周期从零点几秒到数小时以上（6级以下海况海浪周期为0．5至25秒），波高从几毫米到几十米，波长从几毫米到数千千米。

海浪由无限多个振幅不同、频率不同、方向不同、相位杂乱的组成波组成，这些组成波便构成海浪谱此谱描述海浪能量相对于个组成波的分布，故又名“能量谱”。

它用于描述海浪内部能量相对于频率和方向的分布。为研究海浪的重要概念，通常假定海浪由许多随机的正弧波叠加而成。

不同频率的组成波具有不同的振幅，从而具有不同的能量。设有圆频率ω的函数S（ω），在ω至(ω+ω)的间隔内，海浪各组成波的能量与S(ω)ω成比例,则S(ω)表示这些组成波的能量大小，它代表能量对频率的分布，故称为海浪的频谱或能谱。

同样,设有一个包含组成波的圆频率ω和波向θ的函数S(ω，θ)，且在ω至(ω+ω)和θ至(θ+ω)的间隔内，各组成波的能量和S(ω,θ)ωθ成比例，则S(ω，θ)代表能量对ω和θ的分布，称为海浪的方向谱。

将组成波的圆频率换为波数，可得到波数谱；将ω换为2π（频率为周期的倒），得到以表示的频谱S()数，以上各种谱统称为海浪谱。

求得海浪谱的主要方法有两种：第一、利用观测得到的波高、周期的推导，得出半理论、半经验形式的海浪谱；第二、利用某一固定点测得的波面随时间变化的这段记录，来推算相关函数，然后求谱。

当然了，也有通过建立能量平衡方程式来求谱，目前得到的海浪谱主要是建立在观测数据的基础上求出的，但由于目前尚缺乏精确的风和海浪的观测资料，故已提出的一些谱，彼此相差较大。

海浪谱的分析研究是很重要的，根据海浪谱，可以较合理地设计防坡堤及海面对雷达的反射部分，利用海浪谱，可以算出波高、周期等海浪要素，在研发舰载武器时可根据海浪谱设计出自动控制系统，以达到校正包括舰炮在内的舰载武器发射偏差的目的。

▼下图为国家海洋预报台公布的海洋风暴预报，海洋预报台之所以能准确预报海况的原因除了气象卫星、气象雷达等高科技装备预测以外，还有我国科技工作者常年列月搜集的领海海况数据制作的“海浪谱”，“海浪谱”不但可以为海洋气象预报提供参考，而且还能为军事服务。

在第二次世界大战以前，军舰的火炮主要依靠经验丰富丰富士兵通过手动方式操作来实现稳定，从而达到对目标的准确射击，而实现舰炮稳定的方法就是利用海水有规律的波动现象。

比如说在2级海况下，军舰的摇曳会导致舰炮瞄准器在对准目标时产生5～10mm的上下晃动，当炮长指挥舰炮瞄准目标后，会在第一时间记住目标在瞄准器里的刻度位置；当舰体在摇摆时瞄准器刻度套住目标一瞬间，炮长下令开火或者直接踩动击发踏板击发舰炮。

这就是舰炮专业术语中所说的“人工射击校正”，相当于以人工操作火炮方向角和俯仰角的形式来达到稳定炮身的目的。

随着科技的进步，舰炮开始使用陀螺仪原理来对炮身进行稳定控制，即陀螺仪闭环校射系统，也称“舰载火控系统”。

该系统最初由纳粹德国发明并应用到128mm防空炮上（即40型128毫米双联防空炮），它利用陀螺仪的回转效应来实现对火炮的炮身进行稳定控制。

它的稳定原理是这样的：当高射炮的瞄准仪套住（锁定）目标以后为陀螺仪设定指向角度，打开稳定器液压站电源，液压系统根据陀螺仪的指向随时调整炮身俯仰角，始终保持炮身指向目标或者设定的射击角。

比如说当目标爬升时，液压系统会驱动炮身上调仰角；当目标俯冲时，液压系统驱动炮身下降仰角。

陀螺仪闭环校射系统应用到舰炮以后，其控制原理与防空炮基本相同，区别在于军舰受到海浪影响，舰炮是处于一个摇曳的环境中工作的，好在海水的波动是有周期性的、规律性的，所以只要为炮身稳定系统多安装几个陀螺仪就能实现像陆地上的防空炮一样稳定炮身。

这就是现代军舰的舰炮稳定系统中的陀螺仪组，海浪谱对军舰的影响主要体现在振幅、频率和方向这三个因素，所以陀螺仪组至少需要4个陀螺仪组成。

其中3个陀螺仪分别用来感知海浪的振幅、频率和方向对军舰造成的摇曳，另一个用来控制炮身的指向稳定，在舰炮对目标进行瞄准射击时，陀螺仪组将会根据军舰摇曳的程度来对炮身实施稳定控制，从而达到“精确射击”的效果。

▼下图为海军三级军士长正在操作舰炮对目标进行瞄准射击，由于该舰炮属于小口径传统舰炮，并无炮身稳定装置，因此军士长只能通过瞄准器刻度盘来操作舰炮射击角，以此来达到稳定炮身的效果。

想要在摇曳的军舰上使用舰炮对目标进行精确射击，那就得解决舰炮的炮身指向稳定性，这种能够达到炮身指向稳定性的装置叫做“火炮稳定器”，即上述中提到的使用陀螺仪原理制成的“闭环校射系统”。

现代军舰已经普遍采用先进的计算机进行控制，火炮稳定器在计算机的控制下对炮身的稳定效果远远超过机械控制的“闭环校射系统”，因为计算机不但能通过传感器更好地感知陀螺仪动作，而且还能在军舰行进过程中不断搜集所在海域的海况，制成“海浪谱”，当舰炮系统激活以后，火炮稳定器除了在陀螺仪的稳定下对目标进行瞄准以外，计算机系统还能根据“海浪谱”对炮身进行辅助稳定。

当舰炮锁定目标以后，不论军舰航速、航向以及海况如何变化，火炮稳定器在计算机的控制下通过驱动液压系统和电机系统使炮塔始终旋转面朝目标，并且保持炮身始终指向目标或者在计算机所设计的弹道角度上，以此达到舰炮稳定射击的效果。

需要特别指出的是，不论是多精准的陀螺仪组、不论是多么敏感的伺服电机组、不论是多么先进的计算机系统，在进行舰炮稳定瞄准和弹道设计时以及匹配海浪谱时都难免出现误差，所以为了提高命中率（即射击精度），舰炮需要较高的射速来提高单位时间内的火力输出，用火力密度来弥补射击偏差。

比如说俄罗斯956型“现代”级驱逐舰所使用AK-130型双联130mm舰炮，它的射速高达每分钟70发，是中口径火炮中射速最高的一款，相当于每秒钟可向目标投送1.16发130mm炮弹。

如果计算机对目标机设定的射击诸元为5.2秒连续射击，那么该型舰炮将会在这个时间段内向目标投送6发炮弹，以确保至少有一发炮弹命中目标；假设目标为一艘4000吨的大型护卫舰，那么AK-130舰炮只需要连续5次实施5.2秒的连续射击就足以让这艘护卫舰失去战斗力。

舰炮计算机控制的火炮稳定器技术还被应用到岸基火炮上，最典型的代表是主战坦克的火炮，这也是现代主战坦克具备行进间射击的原因所在，而且坦克是一种在陆地上机动的装备，并不受海洋上复杂的“海浪谱”影响，所以坦克炮在火炮稳定器的控制下常常能够做到“首发命中”，不需要舰炮那样通过高射速来弥补射击偏差。

▼下图为舰炮“炮身稳定器”中所使用的陀螺仪组，它在计算机的控制下能够实现对舰炮炮身的稳定控制，使炮身在对目标进行瞄准时保持始终指向目标或者按照计算机设计的导弹射击角，以达到稳定射击的效果。

综上所述我们可以得出这样的结论：第一、舰炮是一种舰载武器系统，受复杂的海况影响，所以舰炮需要在一个不断摇曳的环境中工作，为了提高命中率舰炮需要一种能够在摇曳的环境中保持炮身稳定的措施，以确保在对目标进行瞄准射击时炮身稳定，使炮身在摇曳的环境中始终保持指向目标。

第二、在计算机发明之前，舰炮的稳定性是通过使用陀螺仪组成的机械式火炮稳定器来实现炮身稳定射击的。在计算机发明以后，火炮稳定器开始实现自动化控制，舰炮系统不但能够实现陀螺仪炮身稳定控制，而且还能通过计算机搜集和分析“海浪谱”来辅助炮身稳定，提高了舰炮射击精度。

舰炮虽然是传统的火炮，但是现代先进舰炮技术是一种不亚于导弹的高科技，所以世界上能够独立研发先进舰炮系统的国家屈指可数，舰炮技术除了上述中提到陀螺仪+计算机控制的炮身稳定器以外，还涉及到雷达系统、光电观瞄系统、供弹系统等等技术，因此有人认为舰炮技术是海军装备领域上“皇冠”。

▼下图为美国2014年度“环太平洋军演”中的我军054A型导弹护卫舰“岳阳”号正在参加舰炮射击科目，由于往年这个科目美、英、日、澳等国的舰炮需要进行3轮以上的射击才能命中目标，但是该年度我军在实施炮击时居然做到了首发命中，造成参演的美、英、日、澳等国军舰无靶标可射击的尴尬局面，可见我国舰炮稳定技术已经超越西方国家。