航炮基本概念 与毛瑟MG213系列 航炮按照连发射击的原理，可分为自动武器和采用外部能源的机械化武器。航空自动武器是依靠产生的火药气体实现自动射击的，按结构原理，又分为滑动机心式和转膛式，而滑动机心式又分为管退式和气退式两种。至于采用外部能源的机械化武器，分为加特林式多管旋转机炮和链式单管航空机炮两类。
航空机炮的主要性能指标有口径、射速、弹丸初速、重量和后坐力。它们往往是相互矛盾、相互制约的。一般来说，武器口径增大会导致射速降低、重量增加和后坐力变大，因此设计时必须全面考虑，选择较好的折衷方案，过分强调其中任何一方面都会导致武器综合威力降低。
对空中目标来说，航炮的攻击对象主要是人员、燃料箱、发动机等敌机薄弱之处，通常有爆破、穿甲和燃烧等破坏方式。而航炮对付的地面目标则种类繁多，如人员等有生力量，也有坦克装甲车辆等“硬目标”，有必要根据弹药破坏方式和目标种类，精心选择航炮口径。例如，对付有生力量和普通车辆，12.7毫米机枪已能胜任；对付坦克等装甲目标，甚至30毫米机炮也威力不足。
一战期间主流空对空武器是7.62~8毫米机枪，当时飞机大都是木材、织物混合结构，很少有防护装甲，中口径机枪子弹的杀伤威力已能满足需要。随着防弹油箱的普及和飞机结构强度加强，特别是安装4台发动机的重型轰炸机出现后，航空机枪的威力渐显不足，而飞机有效载荷不断提高，也为装备重量较大的大威力武器成为可能。
二战表明，20毫米弹药是能够有效引燃新型战机燃料箱的最小口径。与此同时，随着飞机性能提升，携带燃料占飞机总重量的比例、油箱占用的飞机内部空间的比例都越来越大，成为飞机毁伤的重要因素。因此，现代航空机炮普遍使用了穿甲燃烧弹、爆破燃烧弹、杀伤燃烧曳光弹和杀伤爆破燃烧弹等具备有燃烧效应的弹药，燃烧效应主要是令飞机起火甚至爆炸，爆破效应则主要用于破坏飞机结构设备和杀伤人员。
1951年美国《航空时代》杂志认为，击落一架战机所需要的12.7毫米机枪弹药已经可以把后勤压垮，根据飞机装甲和蒙皮受力结构分析，甚至20毫米机炮也将威力不足。1952年，长期将12.7毫米机枪作为战机制式装备的美国终于承认“20毫米以下的武器弹药对机身结构的破坏效果很小”。
在机炮面前，轰炸机的生存力强于战斗机，也就是说，攻击轰炸机需要使用口径更大的航炮。二战末期德国空军经验表明，击落一架四发重型轰炸机至少需命中4发30毫米炮弹。二战初期，德国空军机载武器主要是7.92毫米MG15、MG17机枪和13毫米MG131机枪，以及20毫米厄利空MG-FF机炮，但很快1942年规定20毫米是空战武器的最小口径，为了攻击重型轰炸机，除了为战机加装火控雷达，还先后研制了16种20毫米以上的大口径航空机炮。例如，二战末期装备的世界首款实用化喷气式战斗机Me262就在机头安装有4门30毫米MK108机炮，对空火力不可小觑。但德国空军还是继续研制更大口径的航炮，如曾为Me262-1a/U4、Me410A-2/U4和Me410B-2/U4战斗机安装了50毫米航炮，并制成了55毫米航炮样炮。
二战期间德国战斗机装备的航炮主要有20毫米MG-FF、MG151/20以及30毫米MK108，均为传统的滑动机心式，对付机动能力和防护能力日益增强的盟军战机逐渐“力不从心”，尤其需要提高射速，以实现“快速猎杀”。喷气式战斗机的速度大幅提升，空战用于跟踪瞄准的时间短暂，故提高射速和增大口径变得同等重要。1942~1943年冬季，德国毛瑟公司在世界上率先研制成功单管转膛炮，即20毫米MG213A航炮，理论射速几乎是20毫米MG151航炮的两倍，1944年又制造出30毫米MG213C单管转膛炮，由此MG213系列成为当时世界同口径航炮的“射速冠军”。
20毫米口径的MG213A长管型身管长1930毫米，短管型1600毫米，射速1200~1400发/分，初速1050米/秒，炮弹制式为20×146毫米。30毫米口径的MG213C长管型身管长1630毫米，短管型1300毫米，射速1000~1200发/分，初速530米/秒，炮弹制式为30×146毫米。
与外观比较简洁的滑动机心式单管航炮相比，MG213系列单管转膛炮已经不再是一根炮管附加简单的进弹装置，而是在炮尾部分变得比较复杂，明显特征是一个圆柱状的可旋转鼓轮，弹膛就设置在里面。这也是单管转膛炮与其他类型机炮的最显著区别。MG213系列的鼓轮内有5条弹膛，但只有处于12点位置的弹膛方能顺利击发炮弹。
与加特林转管炮不同：单管转膛炮射击时炮管不动，由鼓轮旋转；加特林机炮射击时炮尾不动，由并列在一起的两根以上炮管快速旋转。
MG213系列未能大量投入使用，主要装机对象包括Me262B、Ta152C-2、Hs129D-2等喷气式战机。此外，当时德国正在研制的Me300喷气式战斗机、Hs132双发喷气式轰炸机、Ju288四发重型轰炸机乃至P.215双发喷气式战斗机、 P.252全天候战斗机方案均计划安装MG213系列。
单管转膛炮的工作原理
及技战术优势
单管转膛炮在炮尾有一个可以旋转的鼓轮，其结构与转轮手枪相似，射击时火药气体带动鼓轮旋转，使弹膛依次对准炮管射击。MG213系列单管转膛炮的工作原理及步骤如下：
1、炮弹上膛，准备射击。载机提供的压缩空气或燃气弹作用于炮尾的转轮和拨弹链轮，使之快速旋转，同时拖动弹带供弹，上膛的炮弹对准炮管时，准备发射。在发射前的瞬间，整个机构处于安全闭锁状态，如果炮弹没有处于发射位置，或者带撞针的控制滑块不在前面位置，安全装置能使炮弹不被击发。此时，第一发炮弹处于最上面的弹膛内（即12点钟位置），与炮管处在同一条直线上，炮弹底火与电打火的发火销接通。第二发炮弹已经完全被推入邻近弹膛内，而第三发炮弹已被部分推入第三条弹膛内。滑动导板（简称“滑板”）处于最前方，与燃气作动筒活塞接触，而托架接点则闭合。
2、滑板后退。当第一发炮弹被击发后，部分火药气体进入燃气作动筒，推动活塞作用于滑动机构，使其上的滑板在箱形机匣内向后滑动，同时压缩复进弹簧。滑板一动，托架接点就被切断了，射击电路被断开。当滑板运动到后方时，凸轮杆作用于鼓轮滚柱，使其转动36度。而在滑板向后滑动时，带动炮尾的转轮和拨弹链轮旋转，拖动弹带，直到第四发炮弹位于装弹平台边缘的适当位置为止。
3、滑板前冲。当第一发炮弹射出后，炮管内的压力减小，滑板在复进弹簧作用下，开始向前运动。滑板前端的转向器凸轮与鼓轮滚柱接触，使鼓轮再度旋转36度。滚柱还能迫使凸轮杆横穿过滑板。同时供弹机构把第五发炮弹抽出，通过装弹平台放在推弹器前。这时由后推弹器把第四发炮弹从弹带中退出，并推入下一条弹膛，即部分上膛。而第三发炮弹则由前推弹器引导，完全上膛。接近前冲的终点时，鼓轮滚柱进入前滑板的导槽，防止鼓轮进一步转动。这时凸轮杆返回到初始位置。第一发炮弹引起的鼓轮旋转带动了位于鼓轮侧面的抛壳机构，随着滑板向前运动，抛壳机构由斜面带动，把第一发炮弹弹壳从弹膛内抽出。在前冲程的终点，第二发炮弹到位，与撞针接通。滑板完全到达前位时，与燃气作动筒的活塞接触，而托架开关触点被闭合。此时若继续按动射击按钮，则射击电路再次接通，第二发炮弹被击发，重复上述循环。
如果是连续射击状态，当一条弹膛对准炮管时，其前一条弹膛处于抛壳状态，同时其后两条弹膛处于装弹位置，而第五条弹膛则空着，与射击无关。由此可见，单管转膛炮最少必须拥有4条弹膛，方能实现快速射击目的。
最早出现的航空机炮为单管滑动机心式，在二战末期之前也是惟一可用的中口径航空机炮。为了对比两种类型航空机炮的技术优劣，我们不妨简单看看单管滑动机心式航空机炮的工作流程。
单管滑动机心式航空机炮的主要组成部分有炮管组、机心匣、机心组（相当于“枪栓”）、进弹机构、扣击等。通过机心组在机心匣中往复运动，自动完成炮弹上膛、锁膛、击发、开膛、抽壳、进弹等一系列动作，实现连发射击。炮弹被击发后，火药气体一方面推动弹丸向前运动，一方面带动自动机构工作。按其自动机构获取能量的方式，分为管退式和气退式两类，其中管退式又称身管后坐式，是利用膛底压力使炮管组连同机心组一起后退，压缩各自的复进弹簧，弹丸飞出炮口后，膛底压力消失，炮管在复进弹簧的作用下前冲，但机心组仍在继续后退，两者构成相对运动，使锁膛机开始工作，完成开膛和抛壳工作。前冲的炮管则带动进弹机构，拉动弹带，完成进弹工作。当机心组退到最后位置时，扣击使其短暂停顿，此时一发炮弹正好进入机心头的抓弹钩中。扣击释放后，机心组在复进弹簧作用下前冲，将炮弹送入弹膛，等机心组的机心座到达最前位时，炮管已经处于静止状态，机心组的机心头继续向前运动，锁膛机旋转锁膛，开始下一发炮弹的射击循环。
从以上的对比中不难看出，单管转膛炮在依次完成三四发炮弹上膛、射击、抛壳的过程中，滑动机心式单管航空机炮可能还没有完成一个射击循环。单管转膛炮正是由于保证了连续射击的动作同时进行，实现成倍提高射速。一般考虑滑动机心式单管航炮的最大射速，20毫米机炮为750~850发/分，23毫米为850~1200发/分，30毫米为900发/分（以苏联20世纪四五十年代研制的几种滑动机心式单管航空机炮为例，米格-15使用的NS-23机炮射速只有550发/分，米格-15比斯和米格-17装备的NR-23机炮射速也不过850发/分）。
MG213系列的影响
现代固定翼战机和武装直升机的航炮多为20~30毫米口径，以空战为主的型号多装备20/23毫米机炮，以对地攻击为主的型号多装备30毫米机炮。可以说，现代单管航空机炮大多与30毫米毛瑟MG213C机炮有关。
作为二战中一项很不起眼的“技术遗产”，MG213C无法与德国的导弹、后掠翼技术、喷气式战斗机技术对后世的影响相提并论，但其对航炮设计的影响却是深远的，一直影响到“阵风”、“台风”和“鹰狮”三种欧洲三代半战斗机的航空机炮选择，而MG213C的直接仿制型号更分布在德、英、法、美和瑞士五国，这些国家都在缴获的德国MG213C基础上开始了新型航空机炮的发展，只不过欧美选择了不同的发展方式――美国更喜欢高射速小口径机炮，西欧诸国更重视单发炮弹的毁伤效果，这也跟各方航空力量的实力、作战态势等息息相关。
1946年春，美国陆军军械部把缴获的MG213C交给伊利诺伊州理工学院装甲基金会进行分析，先后制造出A、B、C、D四种型号样炮。朝鲜战争促进了其研制工作，1950年底，陆军军械部选定M39机炮并进行改进。1952年底，8架F-86F战斗机换装这种机炮，在爱德华兹空军基地完成飞行试验，随后便运往朝鲜战场，进行作战适应性试验，效果良好，随即签订大批量生产合同。
英国皇家军械部开发研究院和皇家轻武器工厂（英文缩写ADEN，音译阿登，现为英国皇家宇航军械部）1946年开始在MG213C基础上联合研制阿登机炮。第一种型号射速为1200发/分，取名为阿登Mk1，1953年进入现役，很快取代老式20毫米瑞士伊斯班诺机炮。20世纪40年代末，法国军械研制局（英文缩写DEFA，音译德发，现为法国武器工业集团）在MG213C基础上开始研制新型航炮，有趣的是，研制工作由曾参与研发MG213C转膛炮的德国工程师安东•波利策尔领导。德发541型是其第一个型号，预生产型在1951年进入现役。几乎与英法两国研制30毫米转膛炮同时，久负盛名的瑞士厄利空公司也研制成30毫米厄利空302RK转膛炮。
1971年，德国毛瑟公司开始为“狂风”战斗轰炸机研制新一代单管转膛炮，其设计要求是“四高”――高初速、高射速、高精度、高可靠性，还要求各型弹药的外弹道特性相同，引信在极小弹着角时仍能正常工作等。以MG213C为基础，同时吸取德发机炮的成功经验，口径选定27毫米，空对空射速指标1700发/分，空对地射速指标1000发/分。1976年正式开始研制，1979年进入德国空军服役，正式定名为毛瑟BK27。
上述衍生机炮的初始型号与MG213C相比，变化最大的当属M39，不仅缩小了口径，还修改了结构，将旋转鼓轮的轴线置于炮管轴线上方，当弹膛旋转到6点钟位置时发射炮弹（瑞士厄利空公司改进时也采用了类似方式），同时用主轭架代替原本的鞍形架以扩展弹膛，使飞机安装得以简化。除了美国后来将制式航炮改为20毫米加特林机炮外，其他借鉴MG213C的国家仍继续改进单管转膛炮。
英国阿登机炮共有Mk1~Mk5等改型，继Mk1之后，其他分别于1954年、1958年、1960年和70年代末投入使用，实现了最高射速1700发/分（Mk5），并成功向十余个国家出口。20世纪80年代初，鉴于30毫米阿登机炮缺乏继续发展的潜力，英国皇家宇航军械部自筹资金研制新一代航空机炮，经过30毫米与25毫米口径的对比试验，决定发展后者，1986年开始鉴定试验，1988年服役，据称25毫米阿登机炮实现最大射速1650~1850发/分。
法国军械研制局改进的德发552型于1954年投入生产，性能与英国30毫米阿登Mk4相当。1968年法国开始研制德发553型机炮，主要改进包括：采用镀铬炮管，使寿命提高到5000发以上；用锻造金属板代替了原来焊接的转轮挡板；在炮口加装了燃气减压器和偏流装置，改进了供弹系统，支持左右双向供弹。德发553型1971年进入现役，同年还用镀铬炮管和锻制转轮挡板改进了德发552型，即德发552A型。1975年法国开始研制德发554型，1980年前后服役，其活动部件的最大运动速度仍为13米/秒，但原来空着的第五条弹膛也被改进成参与装弹过程，即由两级装弹变成三级装弹，提高了射速（从德发541型到德发554型，射速从1200发/分提高到1800发/分），炮管寿命也提高到10000发。
为配合“阵风”项目，法国武器工业集团1988年研制了30毫米基亚特30M791单管转膛航炮（又称德发791B型），改用7条弹膛和新型电子控制装置，创造了2500发/分的单管炮射速世界纪录。
20世纪50年代中期，瑞士厄利空302RK升级为厄利空304RK，弹膛由5条减至4条。50年代末期又改进出厄利孔KCA机炮，口径与弹膛数没变，但活动机件更轻，新型发射药与弹丸重量之比大于2（大多数同口径航炮弹药的此项比值为1.5），加之新型弹丸比大多数同口径航空机炮的弹丸重，因此厄利空KCA具有了1350发/分射速和1030米/秒初速，成为兼顾对空作战和对地攻击的优秀武器。
单管转膛炮的再次装弹方式分为两大类：M39、BK27采用预先装在弹带上的燃气弹提供动力，燃气弹的弹膛转换和发火由电动控制，无需手动操纵；阿登机炮则通过载机提供压缩空气，使转轮和拨弹链轮相应旋转，完成装弹；德发机炮不仅为飞行中再次装弹留有1~2发燃气弹，而且在起飞后还能进行待发装弹，如果发生停射，一发燃气弹就能使机炮自动恢复正常；厄利空304RK备有12发燃气弹，后续改进的厄利空KCA最初也采用电发火的燃气弹，后改为由飞机提供压缩空气。
前景广阔
从20世纪50年代以来，M39先后装备了美国F-86、F-100、F-101、F-5、F-8E战斗机和B-57轰炸机，另出口到瑞典J-21战斗机。30毫米阿登机炮曾装备于英国“褐雨燕”、“蚊蚋”、“标枪”、“猎人”、“闪电”、“鹞”系列战斗机和“美洲虎”攻击机、“鹰”高级教练/攻击机，传统客户瑞典也引进装备了J-32、J-35、J-37战斗机和萨伯105（Sk60）B/C高级教练机/攻击机，就连印度也为国产HF-24“风神”选装此炮。更胜一筹的25毫米阿登机炮主要供英国的“鹞”GR.Mk5使用。BK27目前装备欧洲“狂风”、“台风”以及瑞典“鹰狮”使用。瑞士厄利空KCA恐怕是影响力最小的，主要装备于瑞典J-37战斗机。
德发系列单管转膛机炮可谓备受追捧――在法国用于MD450、“神秘”、“超神秘”、“幻影”Ⅲ、“幻影”5/50、“幻影”F.1、“幻影”2000等战斗机，也装备了“秃鹰”轻型轰炸机、“超军旗”舰载机、法国型“美洲虎”攻击机、“阿尔法喷气”高级教练机/攻击机等；出口客户包括以色列“幼狮”战斗机及其A-4攻击机、意大利三款攻击机（G.91、MB326K、MB339K）、阿根廷“普卡拉”攻击机和IA-63教练机、西班牙C.101高级教练机、南非“猎豹”战斗机、巴西AMX攻击机等，体现了坚持独立自主的法国国防工业成就。
此外，上述机炮很多都开发了相应的机炮吊舱――意大利马基30毫米机炮吊舱专门为MB339研制，内装一门德发552A/553型；法国研制CC420、CC630两种机炮吊舱，分别装一门德发552A/553型和两门德发554型机炮；英国30毫米阿登机炮吊舱主要供“鹞”/“海鹞”、“鹰”使用；BK27机炮吊舱主要装备德国“阿尔法喷气”高级教练机/攻击机。
目前武装直升机对航炮射速的要求不高，除少数装备三管加特林式机炮，多用单管滑动机心式航炮或链式机炮。尽管美国研发过双管转膛航炮，但在生产800多门后就已停产。总体而言，当前固定翼军用飞机装备的仍是单管转膛航炮、双管滑动机心式航炮、加特林式多管旋转航炮三者择一，而单管转膛航炮必然将继续发展。