最爱中国空军 发表于 2009-6-10 22:01:42

普及下 穿甲弹 破甲弹 碎甲弹 这3钟弹药的区别

破甲弹是空心装药破甲弹的简称。弹丸前端为空腔,后部装填高猛度大威力炸药。炸药呈空心漏斗形,装有韧性较好,比重较大的紫铜或其他材料药形罩,爆炸时形成高速的聚能金属流,有极高的比动能。侵彻装甲深度一般为3一4倍弹径。侵彻钢甲后的破甲流、钢甲金属碎片等,以高动能杀伤坦克内乘员,是反坦克弹药的重要弹种。但由于弹丸高速旋转破坏了破甲流的稳定性,六十年代以后,则改用微旋和不旋转弹丸。

碎甲弹是一种反坦克弹药,靠弹丸装药爆炸产生的应力波(用锤猛击墙体被击处完好无埙,墙背面却有墙体脱落,这就是应力波),使装甲内表面崩落,从内部毁伤装甲车辆,也可用于攻击混凝土筑城。 其弹丸在外观上像个氧气瓶,弹体用易于变形的低碳钢制成,头部短粗且外壁较薄,里面装大量塑性炸药。这种弹命中装甲时,弹体变形后破裂,在高温高压下,塑性炸药像牛皮糖紧贴在装甲表面,随后由弹底延期引信引爆炸药,一瞬间产生几十吉帕到100多吉帕的强冲击波作用于装甲,在装甲内部形成强应力波,使装甲背面崩落出大小不等的碎块,达到破坏装甲和杀伤人员的目的。 因新型坦克使用了屏蔽装甲或复合装甲碎甲弹威力大大削弱,所以现代坦克已不再装备碎甲弹,普遍用留弹代替。

穿甲弹 (armor-piercing projectile) 主要依靠弹丸的动能穿透装甲摧 毁目标的炮弹。其特点为初速高,直射距离大,射击精度高,是坦克炮和反坦 克炮的主要弹种。也配用于舰炮、海岸炮、高射炮和航空机关炮。用于毁伤坦 克、自行火炮、装甲车辆、舰艇、飞机等装甲目标。也可用于破坏坚固防御工 事。分类按弹体直径与火炮口径的配合,分为适口径穿甲弹与次口径穿甲弹。按结构性能分为普通穿甲弹、次口径超速穿甲弹和次口径超速脱壳穿甲弹。 普通穿甲弹 弹体直径与火炮口径相同。根据头部结构的不同,普通穿甲弹又 分为尖头穿甲弹、钝头穿甲弹和被帽穿甲弹。

一,碎甲弹
碎甲弹(High Explosive Squash Head) 本来是2战时的反工事弹药,用来破坏坚固的钢筋混凝土工事。由于它具有一定的反装甲作用,而又可以有效的杀伤人员,后来被作为一种多用途弹装备坦克。今天,装备线膛坦克炮的一些国家仍然在使用和发展碎甲弹,但它们的能力已不足以作为对坦克的主攻弹药。碎甲 弹的作用原理很简单。它的弹头让爆破物贴近装甲爆破,产生震荡波。震荡波沿垂直于装甲表面的方向传递。如果震荡波能传递到装甲另一面,由于遇到界面,被反射回来并与仍然向界面传递的波形产生重叠。这种重叠在接近装甲背面的地方特别严重。当波形重叠后,分子 的震荡幅度急剧增加,物质结构遭到破坏。碎甲弹对匀压制板块的作用最好。例如匀压制钢板,其中的杂质在制造过程中被压成平行于装甲板块表面的碟片混杂在钢材中,这些碟片受震荡波推动产生大幅度位移,板块因此碎裂。
碎甲弹的弹头罩由较软的金属构成,里面是层叠压合的A3(91%RDX+9%蜡) 或C4(91%RDX+9%塑料纤维) 。当撞击装甲时,弹头罩被压扁,爆破物与装甲表层良好地大面积接触,继而在压力作用下产生爆破。当装甲角度在65度以下时,碎甲弹的作用受装甲倾斜度数的影响不大。弹头罩可以根据装甲的斜面产生变形,这样爆破的震荡波仍然沿垂直于装甲表面的方向传递。碎甲 弹可以令匀压制钢甲的内层大约1.5-1.8倍弹径的厚度碎裂。碎片以50-250米/秒的速度向坦克内部喷射,对人员、器械造成伤害。英国的L35 105毫米碎甲弹可以震碎150毫米的匀压制钢板。又例如南斯拉夫的105毫米M61碎甲弹,足够震碎T-55的炮塔正面装甲,说明它的破坏能力也在150毫米以上。
但碎甲弹基本只能对匀制装甲作用。当遇到不同材料层叠混合的装甲时,震荡波在各材料接触的边缘被混乱地折射、反射,无法有效重叠,作用也就不明显。间隙装甲则能更有效地抵御碎甲弹。由于震荡波不能在空气中传递,间隙装甲的空隙让碎甲弹无法对主装甲层造成破 坏。

由于碎甲弹的弹头外壳由软金属(无碳钢、铜) 构成。弹的飞行速度不能太快。否则外壳在飞行过程中会因为受到气流形成的大阻力变形,造成爆炸物提前爆破。同时,由于结构软,在炮管中的加速运动也受到限制。通常碎甲弹的飞行速度在650-750米/秒上下。这样的飞行速度,外弹道飞行时间长,如果采用尾翼的稳定方式,横向风会令弹体产生较大的偏差,严重影响其精度。

所以碎甲弹通常利用弹体的旋转来取得精度(旋转中的弹体的惯性令弹头总是指向原来的飞行方向) 。由于滑膛炮给予弹体足够的旋转比较困难,碎甲弹基本只为线膛炮设计。

今天,碎甲弹已不足以摧毁中、重型坦克甚至一些有特殊结构的装甲车、轻坦,但仍然能有效地摧毁装甲目标的观摩系统,使它们丧失战斗力。碎甲弹的外壳由于爆破形成碎片,有一定的作用面积,这对人员也有一定杀伤力。同时,碎甲弹仍能有效地摧毁钢筋混凝土的工事 和一些轻装甲目标。今天,它仍然很多国家的坦克中被作为附用弹使用。

二,破甲弹

破甲弹(High Explosive Anti Tank)与碎甲弹同属化学能弹药(CE) 。实际上这一定义并不规范。破甲弹的打击方法实际上是动能打击,只是聚集动能的方法是化学方式。
破甲弹的攻击部外壳包裹的是压成圆柱形的高爆物质。这个圆柱的顶端挖了一个圆锥形的坑,坑壁上压上铜一类金属制造的一张衬层。打击时,爆破来自于圆锥后方,冲击波以8000米/秒的速度冲击金属衬层,集中在圆锥顶点上。整个衬层于是向圆锥的底部压缩,压强被集中在圆锥的中线上。受到压缩的金属衬层堆集到一起,继而由圆锥底部的中心被向外推出。由于爆破冲击波产生的压强非常庞大,金属是以8000米/秒-9000米/秒的速度向外喷直线喷出的。虽然仍然是固态的金属,但强大的动能使它的运动方式近似于液态(温度并不高) 。当衬层在压力的作用下堆集时,由于冲击波需要推动的质量逐渐增加,单位质量得到的动能也逐渐减少。其直接结果是,最初射出的金属速度在8000米/秒以上,而后面射出的逐渐减少至2000米/秒上下。速度的区别令射出的金属形成柱状,被称为金属射流。金属射流撞击装甲时,它强大的动能逼迫构成装甲板块的物质向四周液态流动,让出一条隧道。但同时,射流的首部也不断向四周扩散,射流也就不断被耗费。如果射流完全被耗费时仍无法穿通装甲,装甲胜利 。但如果在射流在完全被消耗掉前贯通装甲,它将携带着撞击和穿透过程中形成的碎片高速喷射入车辆内部,杀伤人员、破坏器械。转自铁血 http://www.tiexue.net/
射流首部的速度在25马赫左右,远远高出撞击装甲后震荡波的传递速度,所以不受震荡波形成的张合压强的影响,不会折断或者碎裂。但金属射流的密度并不高,一些高硬度的板块可以有效地抵御它的侵袭,令射流在表层大量消耗,例如陶瓷装甲模块。另外金属与非金属 材料层次重叠的一些装甲结构可以有效地以碎片袭入射流穿透的途径,扰乱它,减少其穿击能力。总地来说,破甲弹对匀压制钢仍十分有效,通常可以穿透弹径5倍以上厚度的匀压制钢板。

以上是计算破甲弹穿透能力的基本公式。P是穿深,L是金属射流的长度。ρj和ρt分别是金属射流和被打击的装甲的密度。另外λ是一个复合系数,包括多方面的影响。从这一公式可以看到,金属射流的长度越大,穿深越大。前面提到,射流的首尾的速度有区别,在前进过程中,首尾的间隔也不断增大。最理想的情况下首尾要分离到不断裂的最大程度,这样射流的长度最大,穿深也最大。但当首尾间距加大到一定程度时,射流会断裂成许 多小截,失去穿透能力。所以设计破甲弹时要求将其起爆距离设置得正好可以在撞击装甲前形成连贯而长度又大的金属射流,通常在弹头前端装置探杆来达到这一目的。探杆的长度根据弹体的不同构造通常要求在弹头(也就是圆锥体底部)直径的4到7倍,探杆撞击装甲时引爆弹头的炸药,这样射流在弹头接触装甲表面前开始形成,提前达到理想的长度和密度。但大口径的破甲弹,探杆也必须很长。长探杆构造受到弹药的设计与使用的制约,所以很多时候小口径的破甲弹效果反而比大口径的好,主要因为小口径的设计容易满 足起爆距离的要求。

破甲弹的金属衬层通常是铜制的。铜的密度比较大,同时流动比较容易,能够形成比较均匀的射流。从破甲弹威力的公式看,能够流动的衬层密度越大,穿透能力越强。金虽然是一种非常昂贵的金属,但它柔软而比重又高,实际上是非常好的衬层材料(现在弹药的价格来看 ,即使黄金真的被用上也不足为奇)。其它很多重金属虽然密度足够,却难以压迫成射流。随着制造工艺的进步,近年来贫铀也开始被作为衬层材料。对匀压制钢,贫铀衬层的破甲弹从理论上看应该相对铜制衬层的同构造破甲弹的穿透能力提高40%,但由于高密度的物质 受压迫形时成射流相对缓慢,实际上贫铀衬层只相对铜制衬层的威力提高20%左右。但更重要的是,高密度衬层对陶瓷一类的高硬度低密度装甲板块的作用良好。衬层的厚度通常在弹头直径的2%上下。

金属衬层在爆破的冲击波压迫下堆集并形成射流,堆集的方式直接影响着射流的均匀状态与速度。圆锥形的衬层由顶点向底面凹入,堆集的金属质量逐渐增加,射出的速度也不断减少。高速的射流射出以后,很大一部分堆集成块的金属会被留在后头,以300-800米/秒的较低的速度抛出。衬层圆锥的造型关系着射流和堆集块的速度。锥头的角度越小(圆锥越尖),射流越细长,穿透能力也就越强。锥头的角度增大,射流变得粗短,虽然穿透的深度降低,但破坏面积增大,穿透后携带的碎片也更多,造成的穿透后效益更严重。另外射流 后的金属堆集物的速度随锥头的角度增大而增加。


锥体的造型必须合适,这样既具有足够的穿透能力(射流长度足够) ,又具有良好的穿透后作用(射流直径足够、剩余堆集物速度快) 。为达到最好的效果,一些先进的破甲弹采用了喇叭形或者双角度(锥体壁中段改变角度,顶头尖,边缘阔) 。但锥体必须有良好的对称性,否则衬层在挤压下凹入不均匀,也就无法形成均匀的射流,所以这些特殊造型的衬层对制造工艺的要求也比较高。

除了锥体角度外,冲击波峰与衬层接触的角度也至关重要。冲击波程弧形,弧面与椎体壁形成夹角。如果冲击波来自椎体的顶端,波峰与衬层成几乎90度的夹角,形成的射流不均匀,且大量的金属在没有被推出去前形成堆集,阻塞路线。波峰与椎体壁的夹角实际上越小越 好,这样把椎体壁由四周向中间压迫进去,射流细长均匀,且堆集物减少。所以最好的情况下爆破来自椎体四周而不是顶端。让爆破物由椎体四周的间距的点上开始燃爆可以达到这一目的,但这样的设计难度也相对较大。较简便的方法是在椎体下方中间放置惰性物质冲击波 无法从惰性物质中穿过,只好由其四周前进。
另外,旋转对破甲弹穿深的负面影响非常大。金属衬层的旋转会令产生的射流携带角加速度。在角加速度作用下,射流会由于离心力分散,密度减少,均匀性下降,穿透能力当然也降低。衬层是圆椎形的,椎底相对椎头的直径更大,所以旋转时椎底的角速度也更大。射流形 成时由椎头到椎底,所以旋转下射流的后端相对前端更为分散。另外起爆距离越大,旋转产生的分散作用的作用时间越长,影响也越强。下图中可以基本看到旋转对于破甲弹穿透能力的负面影响,说明破甲战斗部是不适于用在旋转稳定的弹头上的。

最爱中国空军 发表于 2009-6-10 22:03:08

三,穿甲弹

介绍一个穿透公式P:穿透的深度(毫米)
V:穿杆的速度(千米/秒)
L:穿杆的长度(毫米)
D:穿杆的直径(毫米)
S:直径比例系数,将穿杆的直径与6.4毫米进行比较
M:穿杆的材料系数,是一个比例值
这是现代撞击学的权威安德森和一些其它一些科学家共同总结出的估算穿甲弹穿击效能的公式。以上的只是初步公式,是在完全的理解环境下,具体的实际情况稍后详细介绍。

穿透深度是相对匀压制钢(RHA)的半无限目标板块来比较的。当穿杆植入到接近板块背面的深度时,板块的物质结构强度会下降,这样穿杆的最后一部分穿透相对早期的容易。当板块厚度达到了一个程度,穿杆不可能植入到能影响板块接近背部材料的强度的深度时,被 称为半无限厚度板块。半无限厚度目标的厚度是针对试验的对象的。试验穿深100毫米的穿杆,几百毫米厚的板块就可以被看作半无限厚度了。而针对穿深1000毫米的穿杆,半无限厚度目标则必须有数米的厚度。

安德森公式明确地指出了影响穿甲弹穿深的几个最重要因素。设计成功的穿杆良好地融合这些要素,全方位地提高穿甲能力。

穿杆穿透的过程主要分为三个阶段。第一阶段,初期量变阶段(initial tran-sient phase)。穿杆撞击板块,形成弹坑,植入杆头。第二阶段,稳变阶段(quasi steady-state phase)。穿道形成,穿干在穿道中前进。这一阶段中,板块竭尽全力地抵御穿杆,降低穿杆头部的速度。穿杆尾部的速度于是高于头部,两个速度的差别令穿杆的首部不断融化,杆身长度不断减短。第三阶段,当穿杆融化到只有少量残余剩下时,它首尾的速度也就差 不多了,这时的穿透过程被称为末端量变阶段(terminal transient phase) 。

第一和第三个阶段的作用非常复杂,但这两个阶段占整个穿深过程的比例很小。比如长径比在20比1以上的1.5公里/秒的穿杆,90%以上的穿透过程都在第二阶段。当长径比增加到30比1时,第一和第三阶段只占整个穿透过程的5%以下了。所以对第一和第三阶段稳变以外的影响因素通常以附加量进行调整,暂按下不提。

穿击过程中,穿杆与装甲板块进行着不屈不挠的斗争。杆首与装甲的接触面不断融化。装甲的融化让穿杆形成穿道,而杆首的融化令穿杆的长度减少。当杆身被完全融化掉后穿击作用也就结束了。如果穿杆在没有被完全融化掉前穿透装甲,他赢。反过来,如果装甲在被完全 穿透前融化掉穿杆的全部杆身,装甲胜。

1。穿杆的速度

穿杆的速度越高,撞击装甲受到抵御后杆首剩下的速度也越高。这样杆首和杆尾速度区别越小,杆身的融化也就越慢,穿深越大。
但必须注意,不同长径比的穿杆,速度的作用是不同的。长径比越大的穿杆,受到的减速越快,速度增加对穿深的提高没有小长径比的穿杆那么显著。但很明显,速度是重要的影响穿深的因素。对于现有的穿杆和火炮可以达到的速度,速度对穿深影响的比例为:速度*1. 044
2。穿杆长度

同样的杆首耗损率下,杆身越长,维持穿透作用的时间也当然更长,穿深也就越大。但同时,穿杆的长度越大,穿透过程中受到摩擦的表面积也越大,穿透速度的减少也更急剧,对穿透有负面影响。
3。穿杆直径
压强相同的情况下,穿杆直径越大,作用面上的总体作用力越强。对装甲的破坏能力也越强。这是一个直线比例关系。安德森公式以6.4毫米直径为比较参照物,所以把穿杆直径被换算成比例系数S。

S = 1+5%*(穿杆直径/6.4毫米)

穿透深度与这个直径的比例系数成正比。
但同时,穿杆的直径越大,穿透过程中受到的抵御面也就越大,速减越严重,消耗也越严重。安德森公式的意义就在于把增加直径的这一负面影响与增加穿杆长度的负面影响结合了起来,以长径比的方式进行表现

另外,直径与板块厚度的关系决定了真实情况(实际装甲板块的厚度非常有限)与理论数据(建立与半无限厚度目标的基础上) 的区别。这一情况由变正增加量的方式表示,后面再提。
4。穿杆长径比

安德森公式的意义在于把直径与长度对穿深的负面影响结合到了一起。增加穿杆的长度和减少穿杆的直径对提高穿深都有积极的正面作用,但长径比的增加又负面影响到穿透速度。

5。穿杆的材料。

穿杆的材料决定了穿杆的密度、强度、韧性等方面情况。材料密度不高,穿杆不能够聚集足够的动能。强度不足,穿杆不能有效地破坏装甲结够。韧性不强,穿杆容易被粉碎或折断,穿透能力当然也会大打折扣。另外,一些材料有独特的性质,对穿透效果也有影响。

先进的钨穿杆是液态混合制造的(liquid phase sintering) ,一般含钨90%-97%,另外含有镍、铁一类的物质。制造这种钨穿杆,首先把各物质磨成细末按比例混合起来,压制成杆状。然后加热。由于铁、镍一类物质的融点低于钨,加热后它们会比钨的颗粒先融化掉。这些融化的液态金属流动、充实钨颗粒间的空隙,使得混合更加均匀。尔后, 钨达到半融化或者融
化,但不能流动,与液态的铁、镍等形成金属矩阵。另外由于软化和重新凝结,钨颗粒的自身结构更紧密,密度也有所提高。凝固了的矩阵钨合金杆再被轧制,压得更细更长,这样结构更加紧密,强度和韧性也就更大。这种矩阵钨杆的材料比例系数在1左右。

美国152毫米的XM578、105毫米的M735和德国的DM-13是比较早期的采用液凝方式钨穿杆的穿甲弹。但当时的加工技术有限,不能够令钨杆达到需要的强度和韧性。这些性质达不到要求,穿杆撞击装甲就容易碎裂,而且在发射过程中承受五万多G的加速度,也可能出现碎裂。特别是长穿杆,构成物质的强度、硬度、韧性必 须都达到要求。于是这些穿杆的钨杆外又加上了一层钢制的夹克。钢容易加工,可以达到要求,钢的夹克可以帮助降低夹克内相对脆弱的钨杆碎裂的机会。俄国的第一种钨杆穿弹,BM-42,也使用了这种夹克方式。 由于钢的加入令整体的平均密度下降,另外钢夹克下的钨杆仍然不能达到理想的硬度和韧性,钢夹克钨杆的材料系数只能达到0.9上下。

贫釉是制造穿杆的另一良好材料。贫釉加工容易,可以比较方便地达到强度、硬度等要求。它的密度与钨相似,更重要的是它的特殊分解方式。贫釉晶体的结构是层次性的,与石墨相似。受到压力后也按层次平面地分解。贫釉穿杆在撞击过程中杆头层次性地由外向内脱落, 这样保持杆首尖细。相比下,钨合金杆头在穿击过程中向后卷曲,堆击成蘑菇状,穿透效果也就相对较低。贫釉穿杆的材料系数通常为1.2。

另一种钨杆制造方法是固态混合(solid phase sintering) 。这种钨杆使用纯钨的粉末,压制成杆状后加温。然后通上强大的电流。粉末升温后会凝结在一起,变成钨杆。但这种方式加工出的钨杆非常脆,只能做成钢穿杆头部的内芯。俄国早期的BM-12采用了这种钢+钨的穿杆,并不是真正的钨穿甲弹。固态混合的钨杆的头部在穿击过程分解成粉末,这样加大穿道壁的厚度,对之后的杆身穿入造成不利影响。所以这种钢+钨的穿杆的杆尾都必须比头部细很多。以BM-12为例,杆首直径是杆尾的两倍。由于质量不均匀,穿杆飞行过程中难以稳定,尾翼必须设计得比较大。这样又降低速度,对穿深形成另一不利影响。

现代的穿杆已不使用纯钢才。用安德森公式估计老式钢穿弹时很多数据必须改变。更好的办法是使用一条由安德森公式改进来的简易钢穿杆公式: *S*M*L

安德森公式是针对半无限厚度目标的。在实际应用中,由于目标厚度有限,必须加入由背板作用令穿弹穿深的提高值(关于背板作用在后面的装甲部分再具体介绍)。这个增值与穿杆的直径密切关系,对于现代的长穿杆,垂直穿透(0度)的情况下是1.3D。增加值与1 /COS(撞击角度) 成正比。例如,60度撞击时,1/COS = 2,背板作用增加穿透能力的增值就是2.6D。
另外,杆首的造型影响到斜面产生的弹坑和穿透过程中造成的通道的形状和表面形态,也就影响着杆身的植入。下表列出几种穿杆采用椎体杆头相对采用圆杆头穿击能力的比例。但杆首造型的影响在整个穿透深度中占的比例不大。更详细地论述杆头造型的影响必须结合装甲 的斜面,此为后话。

弹种 AP APDS 一代APFSDS 二代APFSDS 三代APFSDS
长径比装甲厚度 3:1 4.5:1 10:1 20:1 30:1
薄装甲 1.03 1.02 1.00 1.00 1.0
间隙装甲 1.33 1.19 1.09 1.04 1.025
中厚度装甲 1.4 1.22 1.11 1.05 1.03
半无限装甲 1.46 1.26 1.13 1.06 1.04   
穿深 = *(穿杆长度)*(穿杆直径比例系数)*(穿杆材料系数) + 1.3*(穿杆直径)*

最爱中国空军 发表于 2009-6-10 22:05:18

老实说我自己都没看懂.......

Evolution 发表于 2009-6-10 22:07:38

我也没看懂!

最爱中国空军 发表于 2009-6-10 22:09:34

专业的有点过头.........

F16CJ 发表于 2009-6-10 22:18:19

线膛炮打破甲弹可以,不过结构要复杂一点,必须要加上滑动弹带
另外,线膛炮的穿甲能力不如同口径的滑膛炮,LZ其实还漏了个参数,貌似是滑膛炮穿甲弹的某些能力是线膛炮穿甲弹的4-5倍。
另外对于复合装甲来说,碎甲弹基本没戏,而且碎甲弹只能用线膛炮打。
现在最强的弹炮组合是德国120MM L55+DM63,2500米上穿甲距离810毫米,弹道直到5000米还是平直的。英国的挑战者1曾经在实战中5200米距离1炮击毁一辆T72。

菜鸟 发表于 2009-6-10 22:34:25

基本上看懂了
谢谢科普

ckdrster 发表于 2009-6-10 23:00:39

传说中,中国现在的坦克炮以及弹,水平在世界上都是领先的,90年代以后装甲会战可能性大幅度降低给了我们赶超的时间

jerry 发表于 2009-6-11 01:20:30

挑战者不是用线堂炮么 。。 那不是只能打碎甲弹

fevaoctwh 发表于 2009-6-11 08:59:59

页: [1]
查看完整版本: 普及下 穿甲弹 破甲弹 碎甲弹 这3钟弹药的区别