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  德國空軍(LW)直至使用13mm的MG 131重機槍時,機槍火力與美國空軍(USAF)大量使用的12.7mm的勃朗寧M2重機槍效能難分仲伯。隨戰事發展,美國採取加裝更多的0.5寸重機槍提高火力,從2門增至4門至6門,甚至有安裝8門M2的P-47戰鬥機版本。德國因金屬原材料資源短缺,則在繼續增加機槍口徑的同時,走上了以“高爆彈”提升火力,而主機槍(炮)基本數量維持3門(德國直列引擎螺旋槳戰機一直在發動機空心主軸內加裝1門主炮)不變的道路;戰爭末期的噴氣式Me 262甚至以4至6門MG 151/20為主武器,或改用2至4門30毫米MK 108為主武器,或2門30毫米高膛壓的MK 103為主武器。  最初MG 151/15機槍作為主要武器安裝在BF-109F-2上,因槍彈大型化,得以出現15mm高爆彈,但此時高爆彈先採用鋼坯鍛制,後車削加工而成,因彈體容積有限,加工又過於複雜,較15mm動能彈威力提升有限,且不能大量裝備。  隨戰機和轟炸機愈發大型化,英國皇家空軍(RAF)在經過仔細考察後,決定跳過12.7mm/13mm/15mm口徑,率先在其“颶風”和“噴火”戰鬥機上批量安裝由瑞士厄利孔FF S發展而來的西斯潘諾20mm機炮。MG 151/15即便是有2.8克裝藥的15毫米高爆彈藥也漸顯力不從心,毛瑟公司遂在自家MG 151/15的基礎上,將火炮與彈藥一併全面改良,發展出MG 151/20機炮,很快就成為Bf-109F-4戰鬥機的標準配置。直至MG 151/20機炮的位置被“萊茵金屬公司”的30mmMK-108航空機炮取代,而萊茵金屬公司仍沿用了毛瑟高爆彈的基礎設計。  因MG 151/15機槍已大量裝備德國空軍,毛瑟對火力的升級煞費苦心。MG 151/20機炮以低成本,將提升火力併兼顧大批量生產的“高爆彈”在德國空軍迅速普及,儘管彈頭中的高爆裝填導致了炮口初速下降,但事實證明以初速換高爆裝藥是划算的。  在設計MG 151/20彈體的幾何尺寸時,毛瑟採用了相對簡便的工藝,僅將MG 151/15的藥筒頸部增大至20mm彈頭的直徑(與MG-FF機炮可通用彈頭),並將藥筒長度縮短使這兩種口徑彈藥達到相同長度。此舉簡化了將MG 151/15改裝成MG 151/20的工序(僅需更換槍管後做略微調整),但此舉也導致槍口初速從900m/s降低到800m/s,不過如果和MG FF相比,MG 151的槍口初速也算得到顯著提高,從而使MG 151的彈道特性更好、命中率更高、射程更遠。  毛瑟對20mm彈藥的生產工藝也進行了優化,並沒用沿用MG-FF的彈頭設計。製造方面MG 151/20的20X82mm毛瑟彈使用與後來Mk 108的30X91mm毛瑟彈相同的高爆彈頭製造工藝;彈頭不再是金屬切削而成,而是使用高強鋼深衝壓成薄壁試管型,裝藥後再在管口壓入與炮管同口徑的,整合了前彈帶的引信;因此彈頭是錐帽管身圓底,而非通常的流線型活塞底。這種工藝使得高爆彈頭金屬用量減少為75克僅為130克MG FF動能彈頭的約一半,卻可容下18.6克高爆裝藥或燃燒劑為英國版西斯潘諾20mm高爆彈6克裝藥的3倍,並且大幅降低了製造成本,提高了生產效率。  新的20mm高爆/燃燒彈藥在作戰中表現良好,據統計:除了類似B-17空中堡壘和蘭開斯特之類的重型轟炸機以外,平均一般只需要命中18至20發MG 151/20mm彈藥就可以擊落一架4引擎飛機,對於單引擎戰鬥機只需要4發命中,而對於B-17則需要命中25發才可擊落。隨著新的MG 151/20mm版本逐漸服役,在1942年時MG 151/15mm版本全部被升級為20mm版本。但隨著盟軍轟炸機的大型化,20mm毛瑟彈也漸顯疲態,後德國空軍在眾多新式機載武器中選中了中壓速射的MK 108,能以650發/分鐘的高射速潑灑被稱為“飛雷/Minengeschoss”的30mm高爆彈頭(330克,其中裝藥85克,相當於半枚在中國廣泛使用和仿製的M24木柄手榴彈),兼顧空戰和攔截轟炸機,並大量換裝直至戰爭結束。  因德國空軍將毛瑟式高爆彈作為其主要彈種(英美主要使用動能彈),並且將機炮集中靠近機身軸線配置,包括發動機同軸的一門、翼根的兩門(有時還加上機鼻的兩門)通過協調器穿過螺旋槳扇面發射(英美將機槍、炮配置在螺旋槳扇面外的翼中),強大且集中的火力成為一批擊墜數上百的王牌飛行員手中的利器。  1943年8月,800門MG 151/20機炮由潛艇運入日本,後被安裝在388架日本陸軍航空隊的Ki-61式戰鬥機上。  MG 151/20機炮也被安裝在義大利空軍的馬基MC-205、菲亞特G.55戰鬥機和雷賈尼Re.2005戰鬥機上。

  二戰後,大量繳獲的和拆解的MG 151/20機炮被許多國家獲得並安裝在本國的戰鬥機上。法國空軍和法國陸軍航空隊對MG 151/20機炮進行了改裝並安裝在H-21C型攻擊/運輸直升機和HSS-1直升機上作為艙門機槍使用。法國制MG 151/20機炮也出口到葡萄牙、羅德西亞和南非並安裝在雲雀III型直升機上。

  MG 151/20機炮共有兩個版本,一種為傳統的擊錘擊發,另一種為電擊發。MG 151/20使用的20mm彈藥中有部分帶有定時自毀和(或)曳光功能。MG 151/20可使用多種高爆彈藥,其中包括填充有季戊四醇四硝酸酯的標準高爆彈、填充黑索金和鋁粉的HA41高爆彈和高壓裝藥的XM高爆彈。
MG 151 (MG151/15)機炮是一種由毛瑟兵工廠在1940研製的15mm口徑機炮。該型機炮的1941年改型 MG 151/20 20mm機炮作為主要武器被廣泛應用於二戰時納粹德國空軍的多種戰鬥機、戰鬥轟炸機、夜間戰鬥機、攻擊機以及轟炸機上。二戰時義大利空軍也在“5系列”戰鬥機上安裝了MG 151/20機炮。