M61火神式机炮(通用电气研发的六管连发机炮)

M61火神式机炮（英语：M61 Vulcan；通用代号：GAU-4），是美国通用电气（GE公司）在二十世纪五十年代研制的一款六管连发机炮，衍生型号包括M61A1、M61A2等，常被装载在战斗机、直升机上作为高射速近距离火炮系统。

第二次世界大战末期，为提高机炮对这些目标的毁伤几率，进一步提高射速，加大单位时间内向目标投射的弹药量，成为改进机炮作战效果的关键所在。通用电气(GeneralElectric)的工程师M·约翰逊在理查德加特林博士发明的加特林机枪基础上，把手摇机构改为电动机皮带驱动，大大提高了枪械的射速。1946年6月，军方给予通用电气公司（GE公司）研制新机炮的合同，代号"火神"项目。经过测试后，美国军方选定了6根枪管20mm口径的设计方案。1954年正式投产装备，1955年正式命名为M61"火神"，1959年入役。此后加特林枪炮的发展非常顺利，形成了口径从5.56-35毫米，管数从2-7管、用户从北美到东亚的庞大家族，多个国家都仿制了M61火神式机炮。至今其改型还运用在F-14战斗机、F/A-18黄蜂式战斗攻击机等军事装备上。

M61火神式机炮长827毫米，重137.4-138.3千克，采用外能源驱动、电发火、气冷，20毫米口径，子弹射速达4000 ～ 6600发/分，可使用M220、M246和M50系列20毫米×102电发火炮弹等多种类型的子弹。机炮主要由炮管部分、驱动击发部分和供弹部分组成。

发展沿革

研制背景

第二次世界大战末期，军用飞机的速度、机动性不断提高。为提高机炮对这些目标的毁伤几率，各国科研人员均着力改善机炮弹道性能、弹药威力，但这两方面潜力已不大。因此，进一步提高射速，加大单位时间内向目标投射的弹药量，成为改进机炮作战效果的关键所在。但当时的机炮射速已超过1000发/分(如前苏联AM-23机炮)，更高的射速会令炮管、零件不堪负荷。为此当时流行并列安装多门枪炮，从而倍增射速。但多联机炮在体积、重量、后坐和维护等方面存在种种问题。第二次世界大战末期，美军开始向各军火商咨询全新的高射速机炮方案。通用电气(GeneralElectric)的工程师M·约翰逊得知消息后，想到了1862年理查德加特林博士发明的加特林机枪。加特林机枪又称转管机枪，其核心是呈圆简状并列安装的6-10根单管枪械。射手通过手柄摇动圆筒旋转，各枪管在旋转中依次完成装弹、射击、退壳。各枪管工作循环重叠，射击间隔大为缩短，射速达400发/分，绝对是19世纪末步兵的噩梦。1893年加特林机枪改用电动机驱动时，射速达到4000发/分。但随着马克沁式机枪等枪管后坐自动武器的出现，加特林机枪射速优势荡然无存，笨重的缺点暴露无遗，于1911年退出美军服役装备。约翰逊敏锐的认识到，古老的加特林原理可以满足眼下军方射速要求。他从博物馆"磨"回了一挺1886式加特林机枪，把手摇机构改为电动机皮带驱动。试射中，古董机枪竟达到了5500发/分的射速。

研制历程

1946年6月，军方给予通用电气（GE公司）研制新机炮的合同，代号"火神"项目。研究小组在加特林机枪的原有设计上增加一个电动机，结果初期试验时就已经把射速提高到约4000发/分。经过进一步的研制和改进，GE公司研制出这种高射速航炮的第一个原型是在1949年开始内部测试的T45型，也被称为“火神A型”（Model A Vulcan），这个原型虽然是发射.60英寸口径弹药，但6根枪管这个基本设计就已经确定下来，T45在最初的测试中理论射速达到2500发/分，GE公司先后造了10具T45，在每次的改进和完善中，最后的T45原型的射速可达到6000发/分。通用电气在1950年把这10具T45原型都交付给军方进行评估，其中一些原型被安装到F-94战斗机上进行飞行中的射击试验。

第二个原型是1952年研制的C型（Model C Vulcan）的T171E1，第一具T171E1型为20mm口径，同样是6根枪管，理论射速达到4000发/分，而且重量只有365磅（约165公斤），相比之下，60口径的T45的重量却有426磅（约193公斤）。从1953年至1955年间，GE公司一共做了33支T171E1进行测试，这些原型各有不同，口径有60、20mm和27mm等多种，而枪管数量也不相同，这些测试原型共发射了超过70万发炮弹，其中射速最高的更是达到9000发/分。

经过测试后，美国军方选定了6根枪管20mm口径的设计方案。在确定这个方案后，最后一个原型是被称为D型（Model D Vulcan）的T171E2，重量已经降低到262磅（约119公斤），而枪的部件也从T171E1型的576个减少至448个，理论射速已经被确定6000发/分。从1954年12月至1955年10月，一共在92支T171E2原型上进行了16项测试内容，共发射超过20万发炮弹。

正式装备

1954年T171正式投产装备，1955年正式命名为M61"火神"。一年后通用电气还成功研制了T212型30毫米加特林炮，即A-10攻击机的GAU-8。同年12月，T171E3的设计也完成，到1957年8月共50支原型，经过试验后，在1957年12月，美国陆军和美国空军一起把T171E3正式定型为M61。在1964年，GE公司又改进出采用无链供弹系统的M61A1，在F-105D上试射成功后开始扩大生产。到1974年4月时，GE公司向军方交付了约1万具20mm“火神”航空机炮，到1981年12月，这个数字增至1万5千具。

经过多次收购兼并，M61"火神"的发展工作由洛克西德枪械分部负责。此后无论在哪个公司手里，加特林枪炮的发展都非常顺利，形成了口径从5.56-35毫米，管数从2-7管、用户从北美到东亚的庞大家族。多个国家仿制了"火神"。当然最为人所熟知的，仍是其鼻祖M61火神式机炮。

基本设计

结构组成

M61火神式机炮的各个型号根据供弹和驱动系统的不同，全重约在137.4-138.3千克之间，全长约827毫米，炮口夹具直径139毫米，炮尾直径约243毫米。主要由炮管部分、驱动击发部分和供弹部分组成。炮管根部、炮尾各有两个固定点，用于与机身结构连接。

炮管设计

M61火神式机炮每个炮管都有独立的弹膛、身管，这是加特林炮与多个弹膛共用一个炮管的"转膛炮"的主要区别。单管重8.16千克，长1524毫米，9条右旋膛线，后坐复进行程约6.4毫米。身管内侧采用坚固的耐磨材料，耐高温腐蚀，冷却快。射击时，从炮口方向看，6个炮管围绕共同轴心顺时针旋转。每根炮管与传统机炮一样，工作时反复装填、射击、退壳、再装填。上述步骤在不停顿的旋转中进行，多个炮管依次循环跟进，因此一管射击时，另一管在装填或退壳。这样各个炮管的射击周期重叠，缩小了射弹的时间间隔。单个炮管的射速远低于总射速，不需要过多提高部件强度。M61火神式机炮射速高，射击声响不像其他机炮是间断的轰鸣，而是连续稳定的撕裂声和低鸣。炮管部分有若干个可调节的夹具，可控制炮管发射时的振动范围，进而在2~5mil(密位)内控制火炮的射弹散布。如攻击面目标时，可适当调大射弹散布。

外能源驱动

M61火神式机炮吊舱可由迎面气流驱动的空气涡轮提供动力。电动方式可直接利用机载电源，简单易行，但启动加速较慢，工作时对机载电子设备有影响。气动方式加速快，但不太可靠。液压马达要求机上液压系统增设管路输出液压驱动，但工作启动快,对机载电源要求低。总的来说，液压马达较适合高射速加特林炮的需要。"外能源"可方便的调节射速，理论上射速在0到最高速之间可自由变化。但M61火神式机炮无法单发射击，最少也要连发10发以上。以对地任务为主时，采用M7型电动驱动系统，射速为4000发/分。对空用M12液压驱动系统，射速6000发/分。M61火神式机炮驱动系统以液压马达为核心，辅以射击控制设备、流量/阀门控制设备及相关管路。准备射击时，射击控制设备与机上电源接通，进入待击状态。因此单有一门M61火神式机炮在手，是无法开火的。飞行员按下射击按钮时，电磁阀门开启，从机上液压系统引入的高压油涌入液压马达，马达转动驱使火炮旋转。

击发与退壳

M61火神式机炮的一根身管转到特定位置时会进行相应的操作，靠的是炮管转子、刻槽、炮管机芯凸轮配合工作。转动时，转子带动凸轮沿着刻槽转动，推动机芯往复运动。炮弹装入炮尾后，机芯凸轮触发闭锁凸轮将炮尾的闭锁滑块(类似炮阀)推到闭锁位置，成闭锁待发状态。然后机芯凸轮推动连接着击发电路的撞针，接触炮弹底火，330V击发电流引发弹药的电底火实现击发。炮管内弹药被击发后，开锁凸轮在炮管转子旋转的作用下提起闭锁滑块，滑块后退开锁，弹壳被抽出，通过输弹带送回弹鼓。炮管再次进入装弹状态。当飞行员松开射击按钮时，射击控制设备指令停止进弹，同时将未击发弹药送回弹鼓。然后切断高压油路，马达停转后断开与机上电源的连接。加特林炮的工作与"旋转"密不可分。飞行员按下发射按钮，M61火神式机炮从静止到额定转速，大约需要0.3-0.5秒。因此机炮达到额定射速有时间延迟，但它的高射速弥补了这一缺点。开火第一秒内机炮可发射出70发炮弹，比理论射速略少。而德发554、"毛瑟"BK27和俄罗斯GSh-301等机炮，第一秒只能射出25-30发炮弹。这证明M61火神式机炮占尽先机。在对地攻击时，当飞机以同等速度掠过目标上空时，装备M61火神式机炮的飞机投射到目标上的弹药更多更密集。同样，在松开发射按钮后机炮要0.5秒才可停止转动，少量弹壳和未击发弹药送回弹鼓。之所以有弹药未击发，是因为它有自动执行的清洁炮膛程序，清除炮膛、炮尾等部件的火药残渣，这时装填了的炮弹并不击发，送回弹鼓中，当然该程序浪费的弹药数量很少。

供弹设计

M61火神式机炮供弹系统包括驱动装置、弹鼓和柔性输弹带。古董加特林机枪使用漏斗式无链供弹，通用电气也为机炮选择了无链供弹。这是因为传统弹链虽然方便连续供弹，但在加特林炮的高射速下，弹链很容易被扯断。不过M61火神式机炮也有弹链供弹的改型。供弹系统的驱动装置，可以是电动机等，也可用传动轴将液压马达的部分动力引到弹鼓处。同时借助机上冷气系统或发动机导出的高压气体，冷却弹鼓、弹带，并吹除弹壳带来的火药气体。桶状弹鼓是它的特征之一，由外壳、内鼓、前后盖和驱动系统组成。炮弹呈螺旋状排列在内鼓之内，弹头指向弹鼓中轴。这种布局占用空间较多，但确保了高速输弹工作可靠。供弹时，炮管在液压马达驱动下加速到所需转速，射击控制设备命令供弹部分开始送弹。弹鼓的驱动装置驱使炮弹盘旋前进，到弹鼓前盖的出口处时滚入柔性输弹带。输弹带看上去像大量金属环连接而成的"隧道"，炮弹在弹带内只能单向运动，拆装时必需注意标示。虽然复杂而较重，但可令供弹順畅快速，布局更趋灵活。炮弹从弹带进人炮尾后，被旋转中往复运动的装弹装置推进弹膛，闭锁击发。发射后的弹壳、哑火弹或未击发炮弹送人另一条输弹带，从弹鼓的后盖人口重新装人弹鼓内，形成"闭合供弹系统"。所以大多数M61火神式机炮炮是不抛壳的，射击后飞机的重心变化不大，无抛壳故障，但也有开放供弹式(即向外界抛壳)的改型。

枪械弹药

M61火神式机炮可采用美国M220、M246和M50系列20毫米×102电发火炮弹，外形为无突缘瓶颈形。最早启用的是ATK公司M50系列，包括对付地面硬目标的M53穿甲燃烧弹，该弹头部装有铝和纵火剂，中部为金属穿甲杆体。对付飞机和弱防护装备可用装延时引信的M56高爆弹和M56HEI高爆燃烧弹，后者内含高能RDX炸药和铝热剂，爆炸后具有较好的纵火后效。M50系列还包括M51、M51E6、M55TP、M220TPT等训练弹，TPT型带曳光，此外还有M55AI实心弹。在杂志上常看到涂有蓝色的M50系列弹药，均为训练弹。M61火神式机炮后来还采用M221HEIT曳光高爆弾和M242HEI-T-SD可自毁曳光高爆弹，均重260克。更新的弹药包括通用动力弹药分部的PGU系列，包括PGU-27/B训练弹、PGU-28/BSAPHEI穿甲高爆弹和PGU-30/B曳光训练弹。PGU系列在当前各国机炮炮弹中较为先进，弹道性能好，威力大，后效强。"密集阵"的机炮可用贫铀穿甲弹。M61火神式机炮现有弹药足以满足任务需要，但因体积较小，在威力上继续挖潜的余度已经不大。此外ATK、厄利孔等世界知名厂商都在不断开发机炮的新弹药。如厄利孔的新型脱壳穿甲弹等，值得注意的是脱壳穿甲弹只有"密集阵"可用，作战飞机无法使用。

动作原理

M61火神式机炮的自动原理沿用了加特林自动原理，即左轮枪式转膛发射原理，它利用一套传动机构使数支枪管绕一个公共轴转动，从而完成连续射击。加特林机枪是机械式的，最初枪管转动需要由人力转动摇把，60年代后的加特林机枪和机炮，旋转的动力来源由手动改为电动或者用导出发射药燃气的动力来驱动枪管旋转。前者称为外能源（美国使用的加特林机炮习惯使用），后者称为内能源（苏联习惯用），M61火神式机炮便是最著名的例子之一。

性能参数

衍生型号

M61A1

火神式机炮的基型是M61，但真正大量装备的是M61A1，可以选择液压或冲压方式驱动，采用电子控制搭配无连结填弹系统，极限射速可达每分钟7200发，但实际运作时可选择4000spm(Shootperminute，每分钟击发次数)与6000spm两种不同的射速，运用在F-14战斗机与F/A-18黄蜂式战斗斗攻击机上。

M61A2

M61A2是A1的轻量化改进型，炮管加长483毫米，射速更高。A2通过改进材料和加工工艺，寿命更长，可靠性更高，搭载在F/A-18型战机之上。

其他型号

M61火神式机炮的其他改型还包括1992年出现的双管"火神"II，活动部件减少了2/3。1993年又开发了三管"火神"III。还有7.62毫米的MINIGUN"迷你冈"机枪、A-10攻击机30毫米GAU-8/A复仇者机炮七管加特林炮等不同口径的改型。又如AH-1"眼镜蛇"武装直升机的M197三管20毫米炮，AV-8B的GPU-5/A五管25毫米炮。还有GAU-4/A内能源加特林炮。这些改型可满足对空、对地、反导弹等各种任务的需求。

服役情况

美国

M61火神式机炮在1959年入役，后来在越南战争中被广泛使用。它因在战斗中击落39架米格战机而闻名。服役五十多年后，M61机炮仍装备在部分美国战机上，它也被列入海军的密集阵近防系统（Phalanx CIWS）。

以色列

自1975年以来，M61火神式机炮也一直在以色列空军服役并进行了改装。以色列国防军将该武器部署在北部边境的M113装甲运兵车上，直到2006年才退役。

挪威

挪威空军的F-16战斗机也装配了M61火神式机炮。

参考资料

现代加特林——“火神”、“迷你炮”及其衍生型.《枪炮世界》.2024-06-02

这些是在美军中服役最久的10种武器.界面新闻.2024-06-02

每秒可射167颗子弹，加特林机枪瞬间能把目标打稀烂.齐鲁壹点.2024-06-02

美媒：以军拟用“火神”机炮对抗无人机.参考消息.2024-06-02

挪威战机训练中误射自己人怎么又瞄错了？.新华网.2024-06-02

M61火神式机炮