尾翼稳定脱壳穿甲弹因何而兴起
新浪军事2018-12-25 01:06
新浪军事
关注
温馨提醒
解锁屏幕旋转，横屏看大图，效果更佳！伴着音乐，一起欣赏本期《出鞘》吧！
文末偶有彩蛋来袭！
美国陆军军歌：三等人自己向前滚（雾）
在之前的 《出鞘》中，我们简单梳理了坦克不同种类的复合装甲的防弹原理以及不同国家坦克采用的复合装甲背后的设计思路。作为甲弹对抗的另一个实体“弹药”我们则未过多涉及。那么本期《出鞘》我们就来补齐这个遗憾，来谈一谈反坦克弹药的发展。不过由于这一话题可述之处颇多，我们将把这个话题分成若干个独立的篇章。在本期《出鞘》中，我们将首先讲述现今最主要的反坦克弹药——尾翼稳定脱壳穿甲弹的诞生。
从人类首次将火炮用于战争以来，甲弹对抗已经有了数百年的历史。从球弹对抗木质护甲的平衡点，到铸铁装甲取代硬质木时的甲胜于弹，再到线膛炮发射的近代穿甲弹与铸铁装甲的再度平衡。这其中的技术演进非一篇文章可以面面俱到。且这些历史久远的甲弹对抗与我们本期“反坦克”弹药的主旨关联并不大。所以本期我们还是从坦克开始飞速发展的二战时期开始讲起。
至二战时期，反坦克弹药的发展已经颇具规模，今天我们见到的所有种类的反坦克弹药都可以在二战时期找到雏形。比如今天我们使用的尾翼稳定多功能破甲弹就是当时破甲弹的深度发展；如一些国家至今还在使用的碎甲弹，则是榴弹这一弹种的深度演化。而我们今天的主角尾翼稳定脱壳穿甲弹则可以说是继承了从“铁坨”穿甲弹，到硬芯穿甲弹再到脱壳穿甲弹的大部分穿甲原理。
不管是在第二次世界大战中还是在今天，动能穿甲弹都是反坦克炮的主力弹种。这种弹药的主要特点是以硬度较高的弹丸利用动能直接破坏装甲。虽然听起来很简单，但是其背后也涉及了多项甲弹对抗的基本原理。比如：在其他条件相同的前提下，弹丸动能越高穿甲能力越强；弹丸越细穿甲能力越强；弹体构型越合理穿甲能力越强；弹丸材料越合适穿甲能力越强等等。
前两项相信大家不难理解。因为类似的原理在日常生活中的实际例子比比皆是。但是我们也知道，一个均质的穿甲弹，往往直径越大动能越大。这导致上面的两项原理实际上是相悖的。对此，反坦克炮的设计者们提出的第一个解决方案是：非均质炮弹。也就是我们现在熟知的“金币弹”——硬芯穿甲弹（Armour-piercing composite rigid,APCR直译为复合硬度穿甲弹）。
所谓硬芯穿甲弹，是以较软、较轻的材料制造炮弹的外壳；而以较硬、较重的材料制造外壳包裹的弹芯。由于动能=质量×速度的平方，所以炮弹的大部分动能集中在中间的硬质弹芯中。在着靶过程中，炮弹的（通常为铝合金）外壳并不参与穿甲过程。炮弹中心的（通常为碳化钨）弹芯凭借自身的动能挤出外壳，独自穿甲。这既有效的利用了大口径火炮的动能优势，又摒弃了过大的口径在穿甲时带来的不利影响。
但这种炮弹也有其劣势所在：虽然降低了穿甲时口径过大带来的不利影响，却并没有减小空气阻力对炮弹的不利影响。这一影响因素在炮弹速度较低时尚不明显，但为了提升穿甲能力，各国硬芯穿甲弹的速度都越来越高，空气阻力对炮弹穿甲能力的影响也就越来越明显。这时，脱壳穿甲弹（Armor-piercing discarding-sabot,APDS）应运而生。在基本原理上，脱壳穿甲弹与硬芯穿甲弹殊无二致。区别仅仅是脱壳穿甲弹的轻质外壳不再包裹弹芯，并在炮弹出膛后直接在空气阻力和离心力的作用下被甩飞。这可以显著的降低弹芯运动时受到的空气阻力。
而第三项则主要取决于弹丸侵彻装甲时的几项受力关系。如：装甲板与弹丸相接触时，会向弹丸施加一个指向接触点法向的力。即“不对称力”。受到“不对称力”的作用，直接受力的接触点部分会产生在其方向上的加速度，这会使弹丸失稳，造成炮弹的“转偏”或跳弹。往往靶板的倾斜角度越大，“不对称力”对炮弹的影响也就越大，于是炮弹就更加容易跳弹。
与之相对的，由于弹丸与装甲的接触点往往并非位于炮弹的轴线上。学过高中物理的读者都知道，研究物体的运动可以将其重心看成一个质点，并用这个质点模拟整个物体的运动和受力情况。此时，以炮弹的重心向炮弹运动方向的直线即可以理解为炮弹惯性力的方向。而炮弹与装甲的接触点并不在这一方向上，于是炮弹必定会沿惯性力的方向绕接触点偏转。这也就是所谓的“转正现象”。
炮弹最终会“转正”还是“转偏”实际上要看这两种作用哪一个对炮弹的影响更大。其中前者作用于炮弹与装甲接触点附近，方向仅与炮弹相对装甲的入射角有关系，能够通过炮弹本身的设计进行优化的空间较小。所以要提升炮弹对倾斜装甲的侵彻能力，我们往往需要从后者入手。其方法主要有以下两点：
第一是将炮弹在侵彻时与装甲的接触点做的离穿甲弹的轴线尽可能的远。这样做的好处是：可以增加炮弹的惯性力在炮弹重心与炮弹和装甲接触点连线的法线方向上的分力（下文称分力）。后者直接驱动炮弹的“转正”，这个分力增加将直接增加炮弹的转正能力。达到这样效果的手段也主要有两点：首先是增加炮弹的直径——直径增加了接触点也会相应的更加远离轴线，这也是传统经验公式强调靶板厚度与炮弹直径比值（T/D比）的原因。
其次是在炮弹的弹头构型入手，将炮弹的弹头做的尽量的“钝”，这可以在不增加炮弹直径的前提下让炮弹与靶板的接触点外移。当然，由于过于“钝”的弹头不利于炮弹在靶板上开坑。人们又想出了用较软的钝型外壳包裹较锋锐的弹头的炮弹构型。这也就是被帽穿甲弹（armour-piercing capped,APC）的由来。后来，为了继续优化被帽穿甲弹的空气动力学特性，减少其飞行过程中的动能损失。人们又在炮弹外部安装了一个整流罩，称为风帽（ballistic cap,直译为弹道学帽），两者相结合就成了被风帽穿甲弹（APCBC）。
第二则是增大炮弹的长径比，这会使炮弹的重心尽可能的后移。这会尽可能的增加分力驱动炮弹转正的力臂。根据杠杆原理我们可以知道，力臂越长，其所需的力矩也就越小（给我一个支点，我能撬动地球）。即使这样做的分力力矩较小，也可以起到不错的转正效果。说到这里，上文我们所说的三项甲弹对抗的基本原理就达成了“某种共识” 。在这些思想的指导下，一种改进型的脱壳穿甲弹跃然纸上：弹芯要尽可能的硬、尽可能的重、尽可能的长、尽可能的细、弹壳要尽可能的轻、弹速要尽可能的快、弹头要尽可能的钝。这也就是我们的主角“尾翼稳定脱壳穿甲弹”的雏形。
既然这种新型的炮弹的弹芯“尽可能的长、尽可能的细”，那么作为结果，弹长比弹径的长径比就会变大。这又不可避免的造成了下面的问题：在此之前，炮弹飞行过程中的稳定问题一直靠在炮管内壁刻画膛线，使射出的炮弹自旋解决。但当炮弹飞行体的长径比超过6-7以后，这种方法就已经失效了。为此，我们还不得不在弹芯的尾部加装用以稳定炮弹的尾翼。于是这种新概念炮弹就变成了尾翼稳定脱壳穿甲弹（Armor-piercing fin-stabilized discarding sabot,APFSDS）。
同时，虽然在理论模型中，尾翼稳定脱壳穿甲弹的穿甲体长径比越大越好，但在现实中我们还必须考虑穿甲体强度的问题——越细越长的物体越容易被折断，这同样是基于杠杆原理。而一旦穿甲体在穿甲的过程中被折断，那么其将损失大量的动能。这反而得不偿失。所以我们可以看到，尾翼稳定脱壳穿甲弹的穿杆长度是随着材料水平和制造工艺一步步增加的，有些看起来非常长的炮弹，实际上也远没有很多人吹嘘的那样恐怖。这一点，在下期的《出鞘》中我们会详细解读。
1961年，苏联划时代的T-62坦克问世，其搭载的3VBM-1穿甲弹让上面的种种构想都变成了现实。3VMB-1炮弹的3BM-3弹头宣告了尾翼稳定脱壳穿甲弹时代的到来。但与此同时，苏联的假想敌北约却陷入了迷茫：北约大规模列装由英国17磅炮、20磅炮一路发展而来的105毫米L7线膛炮。而对于尾翼稳定脱壳穿甲弹来说，膛线不仅起不到任何作用，反而会拖累炮弹的稳定，并带来不必要的阻力。如何使用线膛炮发射这种新型弹药成了西方国家首先要解决的问题。
上世纪70年代末期，滑动弹带的技术终于使线膛炮发射尾翼稳定脱壳穿甲弹成为了可能。1978年，西方世界第一款尾翼稳定脱壳穿甲弹，美国M735尾翼稳定穿甲弹问世。同年，以色列人引进的美国的技术，研制出了名动天下的M111穿甲弹，不久之后德国又引进了M111并设计出了自己的105毫米DM23穿甲弹。这结束了北约只能依靠“究极进化”的脱壳穿甲弹与破甲弹，乃至导弹对抗苏联坦克的历史——虽然这已经比苏联人晚了16年。受篇幅所限，我们今天就此搁笔。在本系列的下一期中，我们将为您讲述自问世至今世界各国尾翼稳定脱壳穿甲弹的改进和演变。那么本期《出鞘》就到这里，我们下期再见。
《出鞘》可以投稿了！
E-mail: mil@vip.sina.com
邮件主题烦请标明:《出鞘》投稿，期待中……
电影《狂怒》精彩片段：
谢尔曼坦克绕后击穿虎式坦克装甲
06:28
今日彩蛋
新浪军事
举报/反馈
0
0
收藏
分享
