A doutrina alemã pré-guerra para o armamento de aviões monomotores refletia a dos franceses. Essa doutrina favorecia um autocanhão poderoso montado entre os blocos de cilindros de um motor V e disparando através do cubo da hélice, conhecido como moteur-canon em francês (desde seu primeiro uso com o motor Hispano-Suiza HS.8C na Primeira Guerra Mundial, em o SPAD S.XII) e pelo cognate Motorkanone em alemão nos anos 1930. A arma preferida pelos franceses nesse papel foi a mais poderosa Oerlikon de 20mm da época, o modelo FFS, mas isso se mostrou muito grande para os motores alemães. Mauser foi encarregado de desenvolver uma arma que se encaixaria, com um sacrifício mínimo no desempenho. (Como uma medida paliativa, o canhão MG FF foi desenvolvido e usado amplamente, mas seu desempenho foi medíocre.)
A produção do MG 151 em seu formato original de 15 mm começou em 1940. Após a avaliação de combate do cartucho de 15 mm como principal armamento dos primeiros caças Messerschmitt Bf 109F-2, o canhão foi reprojetado como o MG 151/20 de 20 mm. 1941 para disparar um cartucho de 20 mm. A experiência de combate mostrou que uma concha explosiva mais potente era preferível a uma velocidade maior de projétil. O cartucho MG 151/20 foi criado expandindo o gargalo do cartucho para conter o invólucro explosivo maior usado no canhão MG FF, e encurtando o comprimento do cartucho com a concha mais longa de 20 mm para corresponder ao comprimento total do cartucho original. Cartucho de 15 mm. Estas medidas simplificaram a conversão do 15 mm para o MG 151/20 de 20 mm simplesmente mudando o barril e fazendo outras pequenas modificações. Uma desvantagem da conversão simplificada foi a redução da velocidade do projétil do projétil de 850 metros por segundo (2.800 pés / s) para a carcaça de 15 mm para 700 metros por segundo (2.300 pés / s) para a carcaça maior e mais pesada de 20 mm. Com um projétil AP, o novo cartucho de 20mm poderia penetrar apenas cerca de 10-12mm de blindagem a 300m e a 60 graus, em comparação com a penetração de 18mm para seu predecessor de 15mm nas mesmas condições, mas isso não era visto como uma limitação significativa. A versão de 20 mm tornou-se assim o canhão interno padrão para a série Bf 109F-4 em diante. O MG 151/20 de 20 mm ofereceu uma trajetória mais previsível, maior alcance e maior velocidade de impacto do que o cartucho de 580 metros por segundo (1,900 pés / s) do canhão MG FF anterior. O MG FF foi retido para disparos flexíveis de asa e ascensão que a Schräge Musik monta até o final da guerra.
A preferência alemã pela explosão em vez da penetração de blindagem foi levada adiante com o desenvolvimento da munição Minengeschoß, introduzida pela primeira vez para o MG FF (no Bf 109 E-4), e posteriormente introduzida também para o MG 151/20. Mesmo essa melhora no poder explosivo acabou sendo insatisfatória contra os bombardeiros de quatro motores que os caças alemães enfrentavam na segunda parte da guerra. Pelos cálculos alemães, foram necessários cerca de 15-20 acertos com a munição MG 151/20 para derrubar um bombardeiro pesado, mas isso foi reduzido para apenas 3-4 impactos para uma carcaça de 30 mm, a partir dos efeitos devastadores do explosivo hexágono no conchas usadas tanto para o MK 103 de cano longo como para o canhão de cano curto MK 108. (Apenas 4-5 hits com munições de 20 mm foram necessários para ataques frontais, mesmo em B-17, mas tais ataques foram difíceis de serem realizados.
Oitocentos MG 151/20 exportados para o Japão a bordo do submarino italiano Cappellini em agosto de 1943 foram usados para equipar 388 caças japoneses Ki-61-I Hei. O MG 151/20 de 20 mm também foi montado no Macchi C.205, no Fiat G.55 e no Reggiane Re.2005 da Regia Aeronautica e no IAR 81C da Real Força Aérea Romena.
O cartucho original de 15 mm é semelhante a um cartucho de 14,5 mm desenvolvido na Segunda Guerra Mundial para os rifles antitanque PTRD e PTRS soviéticos e usado em metralhadoras pesadas do pós-guerra.
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