¿Por qué los aviones de combate modernos usan cañones de 20 mm?

¿Por qué los aviones de combate modernos usan cañones de 20 mm? ¿El blindaje de un jet moderno es tan grueso? Por ejemplo, ¿la munición de .50 (12,7 mm) carece de velocidad para ser efectiva?

Tengo curiosidad por saber por qué los 20 mm se usan tanto en las armas aire-aire.

¡Bienvenido a SX! Intente esforzarse un poco más en investigar y formatear las preguntas. Son persistentes y preferiblemente deberían ser aplicables a un público más amplio. Mantenga el título simple y coloque su investigación en el cuerpo de la publicación. Desafortunadamente, no pude entender tu tercera pregunta en absoluto.
Recuerde que los cañones de 20 mm eran casi necesarios incluso pronto en la Segunda Guerra Mundial. Solo una minoría de combatientes mantuvo solo ametralladoras .5 y solo ametralladoras .3 Spitfire I era demasiado débil desde el principio. Hasta cierto punto, eso se debe a que la armadura ya no se puede usar, pero solo una bala sin una carga explosiva simplemente no hace suficiente daño al golpear un avión.
FWIW para no comparar manzanas con naranjas aquí, un cañón calibre .5 tiene un diámetro interior de 12,7 mm y un cañón de 20 mm se traduciría en calibre .78. Calibre es sinónimo de pulgada en este contexto.
La última vez que volé en un jet, no había cañones en absoluto. ¿Ese 737 estaba defectuoso o la aerolínea simplemente abarató las opciones?

Respuestas (3)

20 mm es el calibre más pequeño que es práctico para cargar con una carga explosiva. Algunos aviones de combate usan cañones de 23 mm, 27 mm o 30 mm.

La razón por la que 20 mm se ha convertido en uno de los calibres de armas de aviación más comunes es que produce el arma más liviana que cumple con los requisitos mínimos para ser útil en el combate aéreo: suficiente cadencia de fuego para golpear un avión en maniobra, balística lo suficientemente buena para un alcance significativo, suficiente Capacidad de carga explosiva para daños significativos.

La mayoría de los jets de combate modernos no llevan blindaje, pero están construidos con considerable redundancia y subdivisión interna. Se necesita una carga explosiva (carga útil explosiva) para causar un daño significativo a un avión de combate moderno.

Los calibres más pequeños pueden causar algunos daños que requerirán reparaciones, pero no lo suficiente como para confiar en ellos para derribar un avión en combate. Con los misiles como prioridad, la mayoría de las fuerzas aéreas quieren el arma más liviana que aún sea efectiva.

Los calibres más grandes tienen un costo en el diseño. Un arma de fuego rápido de gran calibre será mucho más pesada, sus gases propulsores (escape de la boca) pueden provocar que el motor se apague y disparar desviará el objetivo de la aeronave. Uno de disparo más lento puede ser adecuadamente ligero, pero aún tiene la misma fuerza de retroceso. Otro problema con los calibres grandes es el daño colateral: las rondas de más de 30 mm envían fragmentos a un par de cientos de metros, lo suficientemente lejos como para dañar aviones amigos en maniobras de combate aéreo.

De todos modos, las rondas de 20 mm utilizadas por los aviones de combate tienen una capacidad limitada de perforación de armaduras (comparable a .50 BMG). Los aviones blindados son raros y algunas excepciones incluyen aviones CAS como el A10 y, en menor medida, el Su-25 y el Su-34. Esta armadura está diseñada principalmente para protegerlos contra el fuego terrestre, no contra los combatientes enemigos.

De hecho, hay blindaje en múltiples jets modernos; un ejemplo fácil es el A-10. Supongo que tu intención era limitar esa declaración a los luchadores, pero creo que la respuesta se puede mejorar en esa dirección.
También se podría decir que el Vulcan de 20 mm alcanza un punto óptimo para muchas áreas a la vez; la velocidad de disparo y, por lo tanto, la probabilidad de impacto, la carga de munición y, por lo tanto, la duración de disparo disponible, etc., todo maximizado mediante el uso del calibre más pequeño con una letalidad decente. Compáralo con el cañón de un solo cañón de 37 mm utilizado en los aviones soviéticos, donde la probabilidad de impacto era tan baja debido a la baja cadencia de fuego que anulaba la mayoría de sus beneficios. La velocidad de disparo lo es todo en aire-aire. El Mk108 alemán de 30 mm fue tan efectivo porque tiene una velocidad de disparo inusualmente alta (600 rpm IIRC) para un arma de un solo cañón tan grande.
@AEhere Cierto, me refería al escenario más estereotipado del combate aéreo. Editado para ampliar.
Therac: ¿Pensé que tanto +1'd @JohnK no era el 37 mm usado junto con el 20 mm, como era habitual en la Segunda Guerra Mundial y los primeros jets? Hoy en día, el Su-27 usa munición de 30 mm con más de 1500 rpm, aún lento en comparación con las 6000 rpm del Vulcan.
¿Cuándo se convirtió en la corriente principal?
@JohnK, su punto es correcto, pero ¿está comparando pistolas de 37 mm de la era de la Segunda Guerra Mundial con Vulcan? 37 mm realmente no se ha utilizado desde los primeros aviones de combate (finales de los años 40); uso de aeronaves contemporáneas(d) 20, 23 o 30 mm.
No, en realidad estaba comparando el vulcan con los rivales en el momento en que salió el vulcan, como el cañón pesado de un solo cañón usado en el aire acondicionado soviético de la posguerra. Los pilotos estadounidenses en Vietnam estaban preocupados por los Mig de 37 mm, pero se dieron cuenta rápidamente de que su velocidad de disparo era tan lenta que la probabilidad de impacto era mínima.
¿Podría agregar algo sobre el empuje hacia atrás de las rondas de mayor calibre? Por ejemplo, el GAU-8 del A-10 tiene suficiente empuje como para que dos empujen el avión hacia atrás . Una ronda más grande significa más retroceso empujando hacia atrás.
@Anoplexian Recoil es un factor, pero empujar el avión hacia atrás no es una preocupación seria en el diseño de aviones. Descargar toda la carga útil del GAU-8 de una sola vez solo hará que el A-10 pierda entre 50 y 70 nudos de velocidad: una desaceleración, pero no de holgazanería a pérdida, y mucho menos a marcha atrás. Descargarlo en 3-4 ráfagas muy largas reducirá la pérdida de velocidad a solo 20 nudos.
@Therac Por el contrario, el avión se diseñó específicamente en torno al arma , y ​​el empuje es un gran problema con esta arma y específicamente con el A-10. No se limita solo al jabalí, la fuerza de retroceso del GSh-6-30 de MiG-27 es aún mayor a 60 kN en comparación con los 45 kN del GAU-8 donde los motores del A-10 producen 40 kN. Además, el humo de cañón de las tomas de aire del motor también es un problema para el A-10.
@Anoplexian La fuerza y ​​la vibración del retroceso, así como el efecto descentrado de inclinar la aeronave que arroja el objetivo del arma y la ingestión de gas propulsor, son simplemente preocupaciones de diseño mucho mayores que la pérdida directa de empuje por retroceso. Si, digamos, el A-10 tuviera motores de 10 kN o 100 kN, no afectaría directamente el tamaño utilizable de su arma. Ser un avión más grande, más resistente o más pequeño y más liviano lo haría. De todos modos, he elaborado esto en la respuesta.

Si quieres saber por qué pones un calibre generalmente entre 20 y 30 mm en un avión de combate (si es que lo haces), debes considerar algunas cosas.

  1. Los aviones de combate modernos pueden alcanzar velocidades de más de 600 m/s. Incluso en el combate de maniobras, que hoy en día es bastante inexistente, todavía se mueven a 200 m/s.
  2. Las distancias de compromiso son por lo tanto (círculos de giro, etc. incluidos) de al menos 500 ma 1000 mo mucho más.
  3. El peso de un avión está muy limitado debido a los componentes estructurales, el combustible y la carga útil de la misión (que incluye bombas y misiles guiados).

Con eso en mente, piense en lo que puede lograr un arma:

El peso típico para un sistema de armas de calibres de 30 mm y superiores está en el rango de varias toneladas. El GAU-8/A Avenger (el cañón A-10) tiene un peso (en seco) de 1800 kg. Eso es sin municiones, lo que también agrega un peso considerable. Por lo tanto, limita la carga útil de otras municiones disponibles. Cualquier cosa más grande es bastante poco práctico debido a consideraciones de peso.

Estás luchando a altas velocidades y a largas distancias. Necesitas un arma que tenga un alto rango de fuego y una alta velocidad de proyectil. Por lo tanto, cualquier cosa por debajo de un arma de calibre .50 tiene problemas considerando los rangos involucrados (los proyectiles se ralentizan considerablemente si se disparan a distancias más largas y deben dispararse en un arco más alto).

Incluso con una cadencia de tiro alta (digamos 6000 disparos por minuto) terminas con un espacio de 10 metros entre cada disparo a las respectivas velocidades de salida (~ 1100 m/s). Tu objetivo también se mueve a una velocidad considerable, por lo que incluso si disparas una ráfaga larga a un avión que pasa, es poco probable que acierte con más de un puñado de rondas, si es que aciertas.

Por lo tanto, desea maximizar el efecto que tiene, lo que significa que necesita un proyectil con una carga explosiva. De lo contrario, podría atravesar el avión enemigo sin causar daños reales. Las superficies de control, los tanques, etc. no son un gran problema con solo un pequeño agujero. Esto significa que necesita una carga explosiva, que necesita un proyectil más grande, por lo que cualquier cosa por debajo de 20 mm es casi poco práctica, porque la carga sería demasiado pequeña.

Esto nos deja con armas en (generalmente) el rango de 20 mm a 30 mm.

Casi todos los cañones de aviones de combate y bombarderos están en ese rango. Algunos ejemplos:

  • M61A1 Vulcan (EE. UU.): cañón giratorio de 20 mm a 6000 disparos por minuto (la alta velocidad de disparo garantiza más impactos)
  • Mauser BK-27 (DE): cañón revólver de 27 mm a 1700 disparos por minuto (proyectil más grande, por lo tanto, mayor carga explosiva)
  • GSh-30-1 (RU) - Cañón de 30 mm @ 1500-1800 rondas por minuto (de nuevo proyectil más grande pero menos rondas)
  • GIAT30 (FR) - Cañón revólver de 30 mm @ 2500 disparos por minuto
  • GAU-8/A (EE. UU.): cañón giratorio de 30 mm a 3900 disparos por minuto (peso realmente alto para el sistema de armas y municiones, pero de todos modos no está diseñado para el combate aire-aire)
Corrección técnica: El GSh-30-1 es un cañón automático operado por retroceso de una sola cámara de disparo rápido, no un revólver. El diseño GSh es excepcional porque tiene una velocidad de disparo de cañones del doble de su peso, pero vale la pena porque tiene un límite de calor. Además, un factor importante con Gatlings es que la velocidad de disparo indicada es máxima, no promedio, mucho más baja durante el tiempo de giro. El GAU-8 se destaca por ser un arma real para disparos repetidos y prolongados, en lugar de un arma de combate destinada a disparar solo unas pocas ráfagas.
Probablemente estabas pensando en GSh-6-30 (que siempre vale la pena mencionar; como GAU-8, es un arma de pico en muchos aspectos). Ese es un revólver de 6 cañones (¡con más de 5000 rpm!) Pero luego, vea el comentario de @Therac. Su vida total es inferior al MTBF (atascos) del Vulcan.
@Zeus Ambos tienen algo de razón. Confundí las armas de alguna manera, ya que GSh lamentablemente ha construido muchos más cañones de 30 mm.

También se debe recordar la "caída balística" porque eso complica enormemente disparar a un objetivo en movimiento a distancia. Y los aviones de combate ya se están moviendo rápido. Reducir el "3D-ness" de dónde debería terminar la ronda hace que sea más fácil ser mucho más preciso, uno imagina, y da más tiempo para otras consideraciones que un piloto pueda tener...

Simplemente suponiendo que una ronda tiene la misma longitud, ya sea de 20 mm o 30 mm, lo que no parece ser así, lo que da como resultado SOLO el aumento del diámetro de materiales quizás con un peso similar que sea importante, lo que no parece ser así (pero ambos "no tan" parecen ser conservadores), una ronda de 30 mm pesaría 2,25 veces lo que pesa una ronda de 20 mm. Eso significaría, si las energías al disparar pudieran ser iguales, a menos que se opte por hacerlas diferentes, que el término "velocidad al cuadrado" sería 2,25 veces mayor, o en otras palabras, que la velocidad sería 1,5 veces mayor. Luego, ignorando que una ronda más pequeña debería enfrentar menos resistencia al viento y, por lo tanto, mantener su velocidad por más tiempo (en el tiempo) que una ronda más grande,

Recordando a Galileo, ambas caen debido a la gravedad a la misma velocidad, cuanto más corto sea el tiempo de vuelo, menor será la caída, acentuado por el hecho de que la caída se acelera a medida que aumenta el tiempo. De hecho, una pequeña (pequeña) cantidad de investigación indica que podría ser alrededor de 4/7, llámelo 55% de la caída de la ronda más grande.

Dado el conservadurismo e ignorando cómo las elecciones independientes pueden hacer que algo sea discutible de todos modos, me siento cómodo con la idea de que la caída sea 1/2. Entonces, su ronda podría caer, digamos, 200 pies por debajo del otro avión en lugar de 400 pies. Se pueden planificar ambos y se puede montar un arma para que parezca un disparo láser para un piloto (en un solo rango elegido), pero parece que apuntar a un objetivo podría ser MUCHO más fácil de precisar cuando se permite el caída mucho más pequeña. Además, cuanto mayor sea la caída, más alto se debe apuntar por encima del objetivo y, por lo tanto, más larga será la trayectoria parabólica que debe tomar el proyectil, aumentando la pérdida de velocidad frente al proyectil más pequeño, y así sucesivamente...

Más fácil de usar con cualquier precisión dada significa más rápido, menos tiempo dedicado a su mecánica y, por lo tanto, un segundo adicional aquí y allá. Parece que esos segundos podrían importar mucho por sí solos.

El poder de penetración dependería en gran medida del contenido de energía en el momento del impacto para cualquier material/geometría dada. La ronda que tarda aproximadamente 2/3 del tiempo en "llegar allí" parece, según la misma pequeña (pequeña) cantidad de investigación, tener 4/3 de la energía en el impacto, lo que hace más probable que penetre para que el estallido sea interno donde tendría un efecto mucho mayor: más desgarrar la carne, la electrónica, la carne, el combustible, la carne, la hidráulica, la carne, el perfil del radar, la carne... y menos arruinar la pintura.

Usando el ejemplo rápido en otra respuesta, obtengo una separación de 36 pies entre rondas. Me parece que rastrear al enemigo para impactarlo con más de una ronda sería más fácil teniendo en cuenta una caída radicalmente menor. Pero diré que parece poco probable que los diseñadores planearon que más de una ronda golpeara con tanta seguridad. Dos o tres pistolas disparando en el mismo instante, a un pie o dos de distancia, tal vez sería maravilloso si pensaran que más de una ronda valió la pena y que no es así como se construyen los luchadores, así que... Aún así, faltan algunos y siguen atacar al enemigo también parecería más fácil con el sobre de caída más pequeño.

Finalmente, el tiempo más corto desde el disparo hasta el impacto tendría algunos efectos menores, como dejar menos tiempo para que el enemigo maniobre fuera del tiro ("esquivar") (siendo realistas, más tiempo para que cualquier cosa instantánea que hizo funcione, si es que alguna vez funciona). podría... menos de esos segundos adicionales que mencioné anteriormente), como ser capaz de tomar una foto significativa en menos tiempo en el cuadro (así que tomar una foto versus "Maldita sea, demasiado tarde para siquiera tomar una foto"), como poder disparar en ayuda de un miembro del equipo en lugar de preocuparse de que pueda golpearlo, y otras cosas que son aún menos cuantificables.

Todos sus cálculos parecen basarse en la idea de que una ronda de 20 mm y una ronda de 30 mm tendrían la misma energía cinética en el lanzamiento. Pero, ¿es esa una suposición razonable? Una ronda más grande seguramente estaría equipada con una carga más grande, lo que generaría más KE en el lanzamiento. Presumiblemente, en principio, se podría hacer arreglos para que la velocidad inicial de las dos rondas sea igual, momento en el cual todos sus cálculos desaparecen, ya que la única diferencia sería que la ronda más grande tenga más resistencia al aire, que menciona pero no incluye en tus cálculos.
@DavidRicherby Fuerza ejercida sobre un proyectil a través de un barril aumentada con el cuadrado del diámetro, masa con el cubo. Por lo tanto, para lograr la misma velocidad inicial, la presión debe ser mayor en el proyectil más grande o en el cañón más largo. Una presión más alta significa un cañón más grueso con más masa. Un cañón más largo también significa más masa. Ambas cosas son perjudiciales en términos de capacidad de montaje en una plataforma ya atada para la masa total. Pero sí, aumentar la carga propulsora y la longitud del cañón puede conducir a una mayor velocidad de salida. Compare una carcasa de tanque de 120 mm a 1700 m/s+ en los modelos más nuevos.
@Adwaenyth Excepto que esta respuesta no considera nada de eso. Además, hace la suposición simplificada de que la ronda de 30 mm tiene la misma longitud que la de 20 mm, lo que significa que la masa también solo aumenta con el cuadrado del diámetro, por lo que, bajo esa suposición, parece que la ronda de 30 mm tendría exactamente el mismo velocidad de salida como la ronda de 20 mm. Así que los cálculos aquí no parecen realistas en absoluto.
Si bien esta respuesta establece sus hipótesis antes de calcular, las encuentro demasiado simplificadas y, para ser honesto, sin sentido ... la velocidad de salida y la geometría del proyectil de las rondas de armas de aire acondicionado de 20 mm y 30 mm más comunes están disponibles públicamente o son fáciles de aproximar , sin necesidad de recurrir a vacas esféricas en planos infinitos.
¿Por qué los aviones de combate modernos usan cañones de 20 mm?
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