火炮身管自紧技术是怎么发展起来的？

在火炮各大零件中，炮管（身管）无疑是最重要的。它工作环境极其恶劣，要耐受3000多度的高温，对抗几百兆帕压强，快速射击时身管内表面温度700多度，外表面100多度，温差很大。

就算一根精工细作，堆满高科技的炮管，在高压、高温、烧蚀、裂纹面前也撑不了多久。一旦金属疲劳，裂纹扩大，就有可能炸膛，像花一样开放。

想提高炮管承压能力，增加厚度是方法之一。但厚度增加了，重量也必然增加，对重视机动性的陆炮来说无法接受。

所以现在的火炮制造中，普遍采用电渣重熔和身管自紧技术，既能减轻重量，还能提高强度。

电渣重熔就是冶炼中对高电阻熔渣通电，产生大量热能将金属熔化，让碳、硫、磷等杂质析出，最后得到组织致密、成分均匀、各相异性小的优质炮钢。

身管自紧，就是用机械、液压等方法对身管内壁施压，使其塑性变形，而外层保留弹性。这样会产生残余压应力，能抵消火药燃气的拉应力，从而增强炮管承压能力。还能延缓裂纹扩大，提高身管抗疲劳性能。

▲机械式自紧

身管自紧技术很早就产生了，从19世纪早期至今已经一百多年了，自紧方法也有多种。

19世纪20年代，英国人使用缠丝身管技术。把方形截面钢丝紧密缠绕到炮管上，通过钢丝张力抵抗炮管射击应力，增强性能。缠丝技术简单，钢丝易控制，在很多战舰舰炮上使用。缺点是纵向强度不足，加工工艺复杂。

▲身管缠丝

50年代，美国发明型芯水冷自紧工艺，用于制造罗德曼—达尔格伦前装滑膛炮。

它将内模做成空心，里面装冷却水，钢水灌入模具从内向外冷却。这样制成的炮管，内层钢材更致密，外层紧紧箍在内层上，承压能力大大提高。

同一时期，英国的阿姆斯特朗火炮则采用筒紧工艺，将两个或两个以上的圆管套在一起。外管先加热再套到内管上，外管冷却后收缩，内外管就紧紧套在一起了。阿姆斯特朗炮是后膛炮，使用方便技术先进，所以很快流行开来。

▲阿姆斯特朗炮复制品

与此同时，欧洲另一个火炮强国——法国，也在M1925/27式85毫米榴弹野炮上使用身管自紧工艺，这种自紧是单层炮管，与今天的制造工艺很像了。后来这技术被日本鬼子学去，用在二战野炮和舰炮上。

二战后，飞机导弹快速发展，火炮技术一度沉寂。直到冷战60年代，美英等国才重新意识到火炮价值，又重新拾了起来。

▲装备105毫米L7的百夫长坦克

1959年，英国在L7型105毫米坦克炮上率先采用单肉身管（单层炮管）自紧技术，美、法、德等国纷纷跟进，成为现代火炮的标准工艺之一。

德国火炮的材料、工艺一贯优秀，豹II坦克的120毫米滑膛炮（RH120 L44）极限膛压达710 MPa！相比之下，苏联炮钢、工艺略显不足，T-80/72坦克的2A46系列125毫米滑膛炮，虽然口径、药室容积、长度、厚度更大，但穿深和威力却不及它。

70年代，我国自行研发身管自紧工艺成功，从此火炮水平迅速提升，性能迈入世界强国之列。

现在，电渣重熔和身管自紧技术已成基本工艺，不算什么高科技了。炮钢材料、发射药性能成为关键因素，不过要想有质的飞跃，恐怕要从原理上颠覆，等待电磁炮成熟了。

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身管自紧技术起源于反坦克用途的高膛压加农炮。二战后随着坦克装甲技术的进步，火炮需要进一步提高穿深，而提高穿深一个最直接的方法就是提高初速，等同于要提高膛压。但是炮管也是钢铁做的，这个东西耐膛压能力也是有个限度的，现代的120、125滑膛炮动不动就500MPa以上的工作膛压，极限膛压甚至要打到600多甚至700MPa（注：1MPa≈10个大气压），一般的炮管怎么遭得住啊？

德国莱茵金属的Rh-120滑膛炮内壁

身管自紧就是再这样的背景下发展起来的。身管自紧，其实就是在火炮完成镗孔后，在内层施加一个远远超出火炮正常发射时产生的压强（通常使用液体来传递压力，比如油），这个压强足以使火炮内壁产生塑性形变，炮管壁厚度变薄，口径变大，同时一些不易发现的微小的裂缝也会被挤压掉。其中形变的部分集中在炮管内壁表面附近，沿着径向迅速衰减。所以加工的时候火炮的口径要比成品的口径略小一点，这样产生塑性形变的口径才能达到设计水平。

身管自紧的过程，在炮管内壁用施加压力，使炮管预压紧，外壁预张紧。红到绿代表了压力从大到小

炮管壁在自紧时采用的压力要比火炮发射时的压力还要大得多

这样处理的结果就是，在撤除压力后，炮管内壁产生了一个趋向于恢复到原状的残余压力，炮管外壁产生一个残余的拉力。在火炮发射时，膛压要比自紧时的压力小得多，而炮管壁的残余应力足以对抗发射时产生的膛压，从而提高了火炮的寿命。

其实这个技术的指导思想和“台上一分钟，台下十年功”是很像的，为了在台上表现的好，就要在平时加压训练，到了台上后表演反而会轻松得多。在《七龙珠》里，孙悟空在前往那美克星的途中，在飞船上进行了100倍重力训练，结果战斗力一路增长到了9万，达到了在地球上1倍重力条件下永远都不可能达到的水平，这其实和火炮身管自紧是一个的道理。

提高火炮耐膛压能力的另一个思路是电渣重熔。简单的说就是利用电流将粗制的钢锭重新熔铸一遍，这样可以获得较高纯度的结晶，减少杂质。

火炮身管自紧技术是伴随着火炮膛压不断提高而发展出来的技术！在18世纪之前，由于大部分火炮采用的都是黑火药发射，因此膛压较低，那时候的火炮多采用青铜、铸铁材质打造而成。
（早期青铜身管火炮）

随着后来火炮口径的不断增大，火炮发射药也不断的改进，硝化棉发射药的发明开启了一个新的时代，使得火炮膛压有了大幅提升，现有的火炮材料已经承受不住如此高的膛压，于是人们又通过转炉炼钢法发明了强度更大的铸钢火炮身管。到了一战前叶，由于各国军备竞赛愈演愈烈，战列舰、巡洋舰舰炮口径越来越离谱，没有两三百毫米都不好意思出来见人，现有合金钢身管也越发难以承受，于是英国人又发明了缠丝技术（身管外面缠铁丝）和多层身管技术，最终在1913年，法国人结合这二者的优点，最终进化出了熟知的身管自紧加工工艺。

（缠丝工艺）

身管自紧，其主要流程就是使用增压器材在身管内表面制造出超过身管材料屈服强度的压力，这会导致内管材料部分截面发生永久性的塑性变形而无法恢复，由于身管内外的塑性变形程度不同，身管内层会产生压缩预应力，外部受到拉伸预应力，一个向外扩张趋势，一个向内压缩趋势。简单来说就是用一根身管制造出了类似于多层身管的结构，层层相扣，不仅耐压强度和抗疲劳强度能得到大幅度提升，而且身管重量也可以有效减少，使得大口径火炮的机动能力也飞速提升。
（身管自紧使内部结构材料密度更加密实）

目前的身管自紧技术主要有水压（液压自紧）、气压（爆炸自紧）、棒压（机械自紧）三种方法。机械自紧多使用高强度硬质合金自紧装置对身管内壁进行增压扩张，这种自紧方式容易对炮管内壁造成不可修复的损伤，因而应用的不多。（机械自紧）

目前使用最为广泛的是液压自紧技术，即往火炮内部注入高压液体进行不断增压，这种技术最大的难点就是如何对身管开口进行密封，一旦发生泄露，效果就将大打折扣。目前大口径坦克炮和榴弹炮多使用超高压水压机施压，能够制造出耐受一万个标准大气压强，寿命达到一万发以上的超高压长寿命火炮身管。
（液压自紧）

在身管自紧技术上，以美国和德国的技术最为先进，早在上世纪八十年代，美国HARWOOD公司就已经制造出了压力达到14000Kg/㎝²的超高压增压机，德国的同类产品也有13500KG0g㎝²，配合电渣重融技术的运用，也使得美德一举成为了当时火炮技术最为先进的两个国家。德国的豹2坦克和美国的M1A1坦克所使用的皆是德国莱茵金属公司制造的Rh120毫米44倍径滑膛炮，这款炮就是使用了当时最为先进的身管自紧技术，因此也被誉为当时世界上性能最为优良的坦克火炮。
（豹2坦克装备的RH120毫米坦克滑膛炮）

由于苏联在身管自紧技术上落后于西方，因此我国在建国初期也没有得到身管自紧技术，在在上世纪70年代中期我们自行开展了身管自紧技术的研究，在80年代的中西方蜜月期，我国于1986年从德国引进了莱茵金属公司的液压自紧技术，最终消化吸收，形成了自己一整套的身管自紧加工技术。目前我国的96式、99式坦克炮以及PLZ05式自行火炮等一系列新式自行火炮都采用了自行开发的身管自紧技术，我国也一跃成为了目前世界上火炮技术最为先进的国家之一！
（PLZ05式自行榴弹炮）

身管自紧技术是让管型火器身管材料产生径向向内的预应力，使内膛材料更致密，在发射药燃烧产生膛压的情况下身管外层材料也能参与到平衡膛压的作用中，从而提高可用膛压，避免身管炸裂，避免内膛产生裂纹剥落，影响身管寿命，在膛压一定的身管材料相似的情况下则能减轻身管重量。

身管自紧技术应用源远流长了，如果上溯，可以追溯到早期的铁箍炮(竹节炮)，皮革炮等等。都有身管自紧技术的原理在其中起作用。

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之后铸造滑膛炮一统江湖，黑火药威力一般，工业革命冶金技术大发展，一度只要改进炮膛的铁或钢的材质就能满足减重和延寿的需求。期间有一个另类是铁心铜炮，因为铸造用了不同材质，会产生身管自紧预应力。

但以上这些都不算真正的身管自紧技术，只是获得了身管自紧的部分效果，并不是知道原理，有意为之，只是巧合。

随着工业革命的发展，新的大口径的火炮不断被开发，黑火药的工艺也日渐成熟，火炮的膛压越来越高，单纯改进身管材质，加厚身管已经不能满足需求，加厚身管已经没用，因为高压下金属会形变内膛材质已经形变破裂，而外层的身管材质尚未受到膛压作用，发射几次之后。身管外观尚好，但内膛已经破裂，再次发射，难免炸膛。

于是新的技术应运而生，就是多层身管技术，最早应用在舰炮和大口径岸防炮上。清末我国进口的各种克虏伯钢箍炮就是这种，还有当时大名鼎鼎的阿姆斯特朗钢炮等。类似技术的核心是把身管分为几层制造，用热胀冷缩原理或者干脆蛮力把他们套在一起。外层内径小于内层外径，一直对内层保持压力，这样内层在发射药作用下有形变倾向时外层都会起到作用，而且内膛耐受发射药腐蚀的珍贵钢材也不用浪费在身管外层了。期间给内膛加压的技术实现方式也有多种，有套钢箍的，还有用钢筋一圈圈紧绕内膛身管的。类似的技术一直用到今天。

还有比较特殊的是达尔格伦大炮，它应用的是铸造+热处理身管自紧技术，铸造火炮时候在内膛注水，加速内膛冷却，从而形成向内的预应力，这种铸造方法叫罗德曼铸炮法，在美国南北战争期间被发明和应用。

当今的身管自紧技术，开始于二战时期----技术核心是对身管内膛施以高压，使身管由内向外产生塑性形变，从而产生由外向内的预应力，提升身管强度。方法包括:液压挤压，机械挤压，爆炸挤压等。

关于应力可以有多强大家可能没概念，可以搜索了解一下鲁珀特之泪，看看普通的玻璃有了预应力的加持可以坚硬到什么程度＠(￣-￣)＠

火炮身管自紧是国外早在二次世界大战时期就曾采用过的工艺。

它是在火炮身管进行最后精加工之前,对身管內膛施加超高液压,使在管壁中产生预先计算的残余应力。

理论和实践证明,经过自紧处理,能够确保弹丸发射时身管横截面的应力分布均勻一致,因而这种工艺开始得到四处的推广。

早期是用钢丝缠在内炮膛上，再在外面加热套个外炮膛，比如日本战列舰上的大炮就是这样。