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弹头越尖穿甲能力就越强?浅谈穿甲弹的侵彻...

2014年印度磨破嘴皮终于同俄方签订了协议,俄罗斯授权印度在本国生产3VBM17型穿甲弹,并派遣人员进行相关的指导。虽然这已经离3VBM17型穿甲弹诞生过去了快二十几年,但是对于印度来说终于有了一个稳定的大口径穿甲弹来源。

▲印方生产的3VBM17型穿甲弹,这款穿甲弹1986正式列装苏军,苏联解体后俄罗斯开始出口这种穿甲弹,这种钢套钨弹芯的穿甲弹可以在2000米的距离上击穿450毫米厚的均质钢装甲,俄军自用型的弹芯为3BM42型,出口型则为3BM44型。从俄军的报道来看,印度方面也仅仅是能够组装这种炮弹而已,至于真正解决大口径穿甲弹国产化问题,恐怕还要打一个大大的问号

那么穿甲弹到底是一种什么样的弹种,让号称“世界第三”的印度都如此的可望而不可即呢?随着火器技术的进步,与之相对应的防护技术也是突飞猛进,在面对这些装甲防护时一般的炮弹很难对付,于是就出现了一种用于穿透敌方装甲的专用穿甲弹,这种弹药完全依靠动能来完成侵彻,并用灼热的金属碎片杀伤人员和破坏设备。由于其独特的作用机制,穿甲弹不容易受到屏蔽装甲的影响,不像破甲弹和碎甲弹那样拥有致命的缺陷,所以这种能撞击击穿各种硬、半硬装甲目标的动能弹越来越受到各国的重视,而在各种复合装甲、反应装甲横行的今天,不容易受到影响的穿甲弹几乎成为了各国主战坦克的标配。

▲现如今最先进的尾翼稳定脱壳穿甲弹穿甲过程,该弹也被称之为杆式穿甲弹,其常见的形态如下图

弹与甲的发展从来都是螺旋上升的,发展至今,已经出现了4代穿甲弹,从最早的普通穿甲弹到次口径超速穿甲弹到旋转稳定脱壳穿甲弹,最后到如今的尾翼稳定脱壳穿甲弹,弹芯也从最早的钢铁逐渐演变成为了钨、贫铀等高密度合金材料,这种新型材料不仅穿甲威力巨大,后效作用也十分可观,下面我们就溯本求源,回到穿甲弹最初的样子,来一探穿甲弹的穿甲机制。

威力考核靶

▲被穿甲弹击穿的威力考核靶,因为如今主战坦克的正面装甲一般都达到了700毫米左右,直接使用700毫米厚的垂直威力靶在成本和便利性上都很差,所以各国一般都会通过改变法向角来模拟不同厚度的装甲

在讲穿甲机制之前我们先来看看一个最基础的东西——威力考核靶,在穿甲弹的研制过程中,为了直观的考核其威力,都会将目标装甲转换为等厚度的靶板,但是直接将坦克的装甲板拿过来似乎又不太现实,虽然这种方法最能真实的模拟穿甲弹的战场环境,但是这种装甲板的造价非常的高昂,而且一般的装甲板都特别不经打,不利于重复试靶,最重要的还是特别难以获得稳定的穿甲数据,于是具备相同抗弹能力和厚度的均质钢装甲威力考核靶应用而生,这种考核靶一般具备造价低廉、耐重复打击、易于数据获取等特点,可是到了新世纪,随着坦克装甲防护技术的进步,一些坦克正面的装甲防护能力已经达到了700多毫米均质钢装甲的等效效果,将一块0.7米的装甲用于测试还是会带来诸多不便,所以现代的威力考核靶厚度一般不会超过450毫米,而是选取不同的法向角来得到不同厚度的威力考核靶。

穿甲弹的破坏形态

一般的穿甲弹都是侵彻目标后,依靠弹体残留的大量破片杀伤人员和毁坏设备,此外还有一些内部装有炸药的半穿甲弹,这种半穿甲弹多用于对付敌军海面舰艇目标,一般的穿甲弹装甲的破坏形态可以分为4类:

▲韧性穿甲,这种破坏形态多出现于尖头弹,当高强度尖头弹击中一些强度不高的韧性装甲时,装甲金属向表面流动,同时随着穿甲弹的继续侵彻,装甲金属沿着弹孔轴线向前后被挤出,形成出现开裂的凸缘,最终随着破碎的弹片一起飞出,有时候还会出现穿甲弹尾部断裂的情况

▲活塞穿甲,这种破坏形态多出现于钝头弹或者是被帽穿甲弹,这种弹药最大的特点就是弹头会受到一个转正力矩,所以不容易跳弹(如下图),首先弹体在装甲表面造成一个弹坑,同时产生剪切效应,目标装甲后部出现塞块,从而杀伤内部有生人员和设备,这种钝头弹的穿甲能力一般是强于尖头弹的

▲钝头弹和尖头弹在以一定入射角击中目标装甲时产生的不同力矩

▲破碎穿甲,这种破坏形态主要出现在一些高强度装甲中,弹体击中装甲表面后会发生形变并产生大量的破片,同时高强度装甲也会崩落产生大量的碎片,所以装甲钢除了要具备一定的强度外,韧性也是很重要的一点,二战后期德国缺少足够的金属钼,导致了其装甲强度足够,但是延展性极差(也就是韧性),而恰恰钼是提高延展性的主要材料,这直接使得虎王的装甲质量大幅下降,遭受打击后容易破裂,抗非击穿能力极差,会造成大量的二次伤害,具体参考下图苏军在战争末期对德国坦克装甲的打靶测试

除了上面这三种破坏效果外,在面对一些薄装甲时,穿甲弹的破坏效果呈现一种花瓣状,就是弹头快速击穿装甲目标,装甲材料随着弹体表面一起扩张,同时产生大量的裂纹并向装甲背面弯曲,这样就会在装甲背面产生花瓣形状的破口。虽然在文章中能清楚的描述出各种破坏效果,但是真实的穿甲过程中一般是一种综合性的破坏效果,首先弹体会在装甲表面造成一个浅坑,然后弹体一边破碎一边穿甲,最后发生活塞式穿甲,使得装甲被侵彻并产生大量的碎片。

影响穿甲弹性能的因素

一般衡量穿甲弹性能最直观的性能要求就是靶板穿透率、密集度、直射距离和武器的机动性:严格来说穿透率是一个随机事件,因为在着靶时间段内存在着太多的不确定因素,所以穿甲弹击穿装甲服从正态分布,比较常见的有50%穿透率和90%穿透率这两种概念,与之相对应的着靶速度越小,则说明穿甲能力强,该着靶速度的方差越小,则说明穿甲能力很稳定。此外还有一种说法就是每一种穿甲弹都有自己的最小穿透速度(也被称之为极限速度),当速度小于该值时就不能有效的穿透威力考核靶,极限速度越小,就说明穿甲能力越强。

▲在央视的节目中演示过穿甲弹的威力,200米的距离上直射230毫米厚的靶板(倾斜角大概为60度,等效装甲厚度大约为500毫米),为了达到科普效果,两边圆形头部和截锥头部的尾翼稳定脱壳穿甲弹轻松击穿了目标靶,只有尖型头部的发生了跳弹

由于穿甲弹毁坏目标主要依靠的是炙热的破片,所以必须直接命中目标并击穿才能有效毁伤目标,但是现代的装甲目标一般机动性高,而且有些目标为了减少被击中的几率还会主动降低横截面积,这就要求武器必须具备很高的精度,对于穿甲弹来说其密集度必须要很高,如今的穿甲弹在1000米的距离上高低中间误差和方向中间误差都不会超过0.3米。此外穿甲弹必须具备极高的初速和低伸的弹道,这一点则和穿甲弹的直射距离有着直接的影响(当弹道的顶点高度等于目标高度时的射程),直射距离越大,弹体的弹道性能就越好,弹道系数就越小。

▲杆式穿甲弹的穿甲全过程

此外作为机动作战武器平台,武器炮口动能决定着穿甲能力(弹丸的着靶比动能影响着穿孔的大小,穿甲的厚度以及产生的二次破片质量),但是提高炮口动能就会提高武器的质量,降低机动性。所以如何平衡穿甲弹的质量和初速的关系就尤为重要,如今最常用的尾翼稳定脱壳穿甲弹就完美的解决了这个问题,炮口初速(也就是炮口动能)极高,威力也不俗,但是其弹丸的质量却不是很大。由于穿透装甲消耗的能量是随着弹体穿孔的容积大小而改变的,所以弹体的直径越细越好。

▲当着靶速度矢量和弹体轴线的角度过大时,没有装备被帽的尖头穿甲弹很难击穿目标,而是在装甲表面开一个大坑

杆式穿甲弹会尽量增大长径比,同时提高弹体的密度,良好的气动外形布局也能减少外弹道上的速度减少量,从而大幅的提高弹体动能,增加穿甲效率。但是普通的等口径穿甲弹则不同,这种靠旋转稳定的炮弹必须提高质量,但是考虑到外弹道的飞行稳定性和速度减少量,其长径比一般不会超过5.5倍。此外弹丸的着靶姿态以及靶着角都影响着穿甲厚度,靶着角增大时侵彻行程也会被增大,导致极限击穿速度上升。而当着靶速度矢量和弹体轴线的角度增大时,弹体在装甲表面的开坑就更大,从而导致了穿甲深度的减少。

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