不仅是击穿10层钢板

希弦

近日，央视节目《加油向未来》第3季开播。在第一期节目中，栏目组走进中国兵器西北工业集团的试验场，带领观众目睹了国产105mm穿甲弹的威力。这种炮弹击穿10层钢板，通过高速摄影、慢镜头回放，场面十分震撼。然而，为什么穿甲弹可以穿透这样多的钢板，画面中又有那些穿甲弹技术的细节值得军迷仔细品读。请看本文。

矛与盾对抗中的发展历程

从理论上说，对装甲目标的杀伤手段分为动能杀伤的“穿甲弹”与“化学能”聚能装药战斗部的“破甲弹”。而前者在矛与盾的对抗中是最悠久的。它靠“弹”的巨大的动能来撞击目标造成穿透、毁伤。穿甲弹的发展历程，大概经历了从最初的尖头穿甲弹到“被帽穿甲弹”，历经结构革新的“次口径化”的“高速穿甲弹”或称“硬芯穿甲弹”，之后在此基础上的次口径“脱壳化”的“旋转稳定脱壳穿甲弹”，以及今日最主流的“尾翼稳定脱壳穿甲弹”几个阶段。

上世纪60年代初，苏联在T-62坦克的115mm滑膛炮上率先配用了尾翼稳定脱壳穿甲弹。随后西方国家通过设计双层塑料密封弹带，有效减少了飞行弹体的转速，进而让北约大量列装的线膛炮上也可以使用尾翼稳定脱壳穿甲弹。而同时代的马鞍型弹托、小尾翼的设计，也使尾翼稳定脱壳穿甲弹飞行阻力更小、射击精度更高。

尾翼稳定脱壳穿甲弹由弹丸和装药部分组成。弹丸由飞行部分和脱落部分组成。飞行部分一般由风帽、穿甲头部、弹体、尾翼、曳光管等组成。脱落部分一般由弹托、弹带、密封件、紧固件等组成。装药部分一般由发射药、药筒、点传火管、尾翼药包（筒）、缓蚀衬里、紧塞具等组成。

尾翼稳定脱壳穿甲弹，弹头不是尖的？

节目提出了一个选择题：“哪种形状不适用于穿甲弹的弹头设计”？节目中给出的选项A为“半球形”；B为“截锥形”；C，尖头形。大家的讨论颇多。我们从照片上看到的穿甲弹，其弹体最前端都是尖尖的。然而节目给出的答案却与“常识”相反——最不适合做穿甲弹的弹头设计就是尖头形。

那么为何尾翼稳定脱壳穿甲弹最前部都是尖的？这是因为尾翼稳定脱壳穿甲弹与其它类型穿甲弹一样，都少不了锥形的风帽来优化弹体最前部的气动外形，减小飞行阻力。所以，节目上展示的穿甲弹在去掉了风帽后，下面的“弹体”（亦通称为“弹芯”、“侵彻体”）头部形状可能就不是尖头形了。

尾翼稳定穿甲弹风帽的下面其实是钝头的弹体。弹体的前端还有多个“穿甲塊”，像一个一个小台阶。这样的结构是早期穿甲弹在设计上的惯例。将“穿甲块“作为弹体的头部，更利于对付间隙装甲、复合装甲。节目中所展示的半球形头部，即弹体的前端车制成了半球形，对穿透均质装甲板是有利的。而截锥形的弹体头部在着靶时，会产生一个转正力矩，不容易发生跳弹，有利于侵彻斜置的均质装甲。

对比截锥形、圆形，尖头形的弹体在面对有一定倾斜角度的装甲时，更可能发生跳弹现象。但这不是否定穿甲弹的“尖头外观造型”，而且其它形状的弹体对斜置装甲的侵彻也不是“稳稳”的。

穿甲弹在着靶时，弹体会受到靶板一个不通过弹体质心且不对称的阻力，它对弹体质心产生了一个翻转力矩。这正是产生“跳弹”现象的根本原因。决定这个翻转力矩的因素，既与穿甲弹的弹头结构/形状有关系，也与命中角/着靶姿态、入射速度/着靶比动能、被侵彻介质的性质及其摩擦力等多方面因素息息相关。

不论是靶场试验，还是结合有限软件的仿真模拟都能得出：穿甲弹的弹体，不论是何种形状，如果着靶角度大于一定值都会发生“跳弹”。只是当小于这个阈值时，尖形弹丸跳弹的可能性才比圆形头部弹丸与截锥形头部弹丸大。当着靶角度小于某个阈值时（极端情况就是0°的垂直入射），不论穿甲弹头部是何种形状都不会发生跳弹，都能完成对装甲的侵彻。

节目中提出的3种形状穿甲弹头部中，截锥形更不容易发生跳弹。节目中解释：截锥型弹在着靶瞬间弹体尾部会上翘（着靶角度减小了），也就产生了“转正力矩”来“对抗”弹丸的翻转力矩。这是因为截锥形头部结构的穿甲弹产生的转正力矩是最大的，而尖头形的几乎没有转正力矩，这就有更大可能发生跳弹现象。

每种弹体头部形状（结构）对于不同靶板都有着不同的穿甲效果。在《杆式穿甲弹头部形状对威力的影响》文献中指出，穿甲效果的体现是“弹道极限”。这个专业术语通俗理解就是击穿靶标的最小速度。它的数值越小，性能越好。由此可见节目中的截头式在性能表现上兼有半球形和穿甲块式的特点，而外观造型看着却是尖尖的。

10层钢板的门道

节目中另一亮点，是105毫米尾翼稳定脱壳穿甲弹击穿了10层钢板。虽然主持人声称，装甲板共有10厘米厚。但从多角度来看，笔者是无法赞同的。因为钢板有着固定用的框架，真实厚度远远小于这个数值。而此次演示尤为值得细观之处在于难得一见的穿甲弹的穿甲后效、对钢板侵彻破坏过程的直观展示。

尾翼稳定脱壳穿甲弹对装甲的破坏，一般认为属于“破碎穿甲”。这个过程中，弹体一方面破碎，另一方面在穿过装甲。演示中，弹体在与第一层钢板接触时，着靶速度是非常高的，撞击所产生的压力铁定达到了10MPa。因此观众能看到，第一层钢板两面都是无凸起、无翻边，穿孔边缘可见完整的弹体尾翼形成的弹痕。这是标准的剪切破坏。

在后续的穿透多层钢板的过程中，弹孔周围开始出现了熔痕、翻边（花瓣型破坏），孔径变大、弹孔周围出现浅坑、多个小弹孔等现象。这是在穿甲的过程中，侵彻钢板后的挤压、变形弯曲，以及破裂、抛出，弹孔的孔径被扩大了。钢板的碎屑与变形、破碎的弹体向着侧面、后面的钢板上飞溅，从而在钢板上留下浅坑、孔洞等痕迹。弹体穿过装甲造成的“后效”的飞溅物在坦克车体内飞溅，对人员和车载设备带来致命的“二次毁伤”。另外，通过演示也可以看出，多层装甲、间隙装甲，对动能穿甲弹是多么的“无能为力”。

穿甲能力由何而来

根据冲击理论，弹丸对靶板的侵彻深度L可近似写为：L= αθ mvc2/ d2。式中m是弹丸质量；vc是弹丸着靶速度；d是弹丸直径；αθ是系數。

由上式可见，欲提高穿甲的侵彻深度，必须增加mvc2/d2项的数值，也就是弹体单位横截面积上的动能，在物理上这被称为“比动能”。为了提高穿甲弹的比动能、提高穿甲弹的着靶速度，可采用的措施包括：加长火炮身管长度（提高口径比），提高火药能量，进而提高膛压。在火药能量的提升上，尤为值得一提的是“低温感发射药”（涂覆火药）。节目中受访的王泽山院士就与此相关。

2018年荣获国家最高科学技术奖的王泽山院士是我国火炸药领域的领军人物。1996年他就凭借低温感含能技术，摘得了国家技术发明一等奖。这项成果也有过公开报道，在某125毫米坦克炮上的应用非常成功。另外，在1993年和2017年王泽山院士还有科技成果获得了国家技术发明奖一等奖。他因此也是国内为数不多摘得国家级科技大奖桂冠的“三冠王”。

传统的穿甲弹发射药，在常温15℃情况下发射，其膛压与初速是标准状态。在高温50℃情况下，发射药的燃烧速度会变快，膛压会升高。这个增量至少在15%左右。在低温的情况下，其燃速又会降低，膛压就变低了。由此穿甲弹的初速就因为温度的变化而上下浮动。危险的是，坦克炮允许的最大膛压是限定条件。如果因为外界温度升高，造成坦克炮的膛压高于安全值，就可能出现故障，严重时将会炸膛。

因此，为了使高温下的火炮膛压不超过最大膛压，势必要把常温膛压降低。这也就降低了常温下的穿甲弹的炮口初速。而低温感发射药对穿甲性能的意义便不言自明。只要能使高温下膛压增量不大于5%或者更低，则相应的常温膛压可提高10%或者更高，这将大幅度地提高常温和低温下穿甲弹的炮口初速。