美军选择聚合物弹壳枪弹之探析

韩江涛

长期以来，在轻武器弹药领域，世界发达国家一直在不断探索，诸如无壳弹、埋头弹等，但终因存在难以克服的技术难题而未进入装备序列。如今，美国MAC公司研制出新型12.7mm聚合物弹壳枪弹，并于2020年开始向美国海军陆战队交付。

新型12.7mm聚合物弹壳枪弹由传统黄铜弹头和聚合物弹壳组成，质量有效减轻，弹道特性则与传统标准12.7mm枪弹相同，符合美军要求，其适用于各种12.7mm机枪和步枪，包括全球广泛使用的M2重机枪。

美国开发聚合物弹壳枪弹原因何在？聚合物弹壳枪弹发展前景如何？请看——

军事专家对轻武器在战争中地位作用形成的共识是，当今世界虽然高技术兵器层出不穷，但战争中手持式或车载型步兵轻武器装备仍然是战场上的基本力量，是构成战斗力的重要因素，无论是在应对低烈度冲突，还是实施大规模攻防作战中，步兵轻武器装备依然发挥着重武器不可替代的作用。

就目前而言，世界各国军队装备使用的步兵轻武器，面临的最大困境是如何减轻武器及弹药系统的整体质量，以满足在战场攻防节奏日益加快情况下，士兵的携行和机动能力。

美国开发聚合物弹壳枪弹原因分析

自1970年代以来，随着橡胶、尼龙、凯夫拉等新型材料的出现，各国开始探索轻武器/弹药系统的“以塑代木”、“以塑代钢”之路。在早些时候，美国人首先尝试性地将M16步枪的木质枪托换成塑料纤维材料。通过雨淋浸泡试验表明：采用木质枪托的M16步枪在半年后即被蛀虫侵入，1年后枪托腐烂;而采用塑料纤维枪托的M16步枪在同样环境下，5年后仍然可以正常使用。于是，以聚合物为材料的现代工程塑料技术逐步在枪械制造领域得到推广。如今，不仅在枪械的枪托上使用聚合物材料，握把、护手、弹匣等诸多部件也以聚合物材料替代传统的钢及木质结构。比较有代表性的武器，如1980年代奥地利推出的AUG 5.56mm步枪，除枪管、枪机等少量机件外，整枪有85%的零部件使用了聚合物材料，武器的整体质量得到大幅度减轻。

人类同样没有放弃将聚合物材料应用在弹药领域。早在1969年，德国率先推出“无壳弹/枪系统”的研制计划，经过20年锲而不舍的努力，终于在1990年代初推出焕然一新的G115.56mm无壳弹步枪。其实不仅德国，其他世界军事强国，如美国、英国、意大利、比利时等也先后提出塑料埋头弹、聚合物脱壳穿燃弹、聚合物空心装药弹等以聚合物材料为融入的轻量化弹药规划。

那么，在轻武器弹药领域，世界发达国家为何耗费巨大财力去研制无壳弹、埋头弹及聚合物弹壳枪弹等弹种呢？

简单地说，相比传统轻武器弹药，以聚合物为材料制成的弹药质量轻，耐腐蚀能力强，工艺简单，造价低廉，具有较好的军事效益和经济效益，代表着弹药轻量化的发展方向。

质量轻，提高了士兵弹药携行量和机动能力 以美国MAC公司最新推出的12.7mm聚合物弹壳枪弹为例，其质量要比勃朗宁12.7mm金属弹壳枪弹减轻30%。如果按分队一次作战携带500发弹计算，携带勃朗宁12.7mm金属弹壳枪弹的总质量为58kg（该弹质量为116g），而携带同口径、同类型和同性能的新型12.7mm聚合物弹壳枪弹的总质量仅为40.6kg。显然，在作战中，如果弹药手配备同等弹药负荷，使用新型12.7mm聚合物弹壳枪弹，就可在原有500发基础上再多携带214发枪弹，大幅度提高了武器火力持续能力。从另外一个角度讲，即便使用新型12.7mm聚合物弹壳枪弹的士兵不需要多携带214发弹，也会有效降低弹药手的单兵负荷量，进而有效增强战场机动能力。

造价低廉，可变性强 众所周知，步兵轻武器是世界各国军队装备数量最多、使用范围最广的装备，弹药使用及消耗量极大。传统轻武器弹药弹壳材料以钢、铜为主，造成金属材料的巨大消耗，尤其是铜质弹壳弹药，造价更高。相比之下，以聚合物为代表的现代工程塑料材料，虽然在硬度、密度、抗冲击强度等方面有所欠缺，但聚合物材料在抗腐蚀性、柔韧性等方面又具有优势，尤其是聚合物材料品级多，可以通过材料的改性、增强、发泡以及填充不同材料比例，制备出诸多品级的聚合物，比如仅尼龙材料，就可制备成尼龙4、5、6、7、8、9、11、12、13、46、66、610、612、613、1010、1313等诸多品种。可见，聚合物工程塑料材料具有相当大的可变性。

取材方便，工艺简单 以钢、铜、硬铝合金等金属制作的弹壳虽然具有硬度大、抗冲击能力强、密封效果好等优点，但这些优点是以增加材料的质量和造价高昂为代价换取的，况且相比聚合物材料，其制作过程和成型工艺也相对复杂得多。据相关资料，制作一枚12.7mm口径弹壳，以黄铜为材料所花费的费用要比使用聚合物材料高出30～50%，而以聚合物材料来制备物件，取材相当方便，不需要像制备金属材料那样进行锻造、碾压、淬火等复杂的深加工，仅需要根据配比进行不同材质的填充，并且能够一次加工成型，制备工艺简单。

材料成本低，有良好的经济效益与钢、铜等金属材料相比，聚合物的原材料价格在国际上按体积单位计算要便宜许多，1升不锈钢板材料的价格为15美元，1升铜板材料的价格为26美元，而1升尼龙聚合物材料的价格仅为6美元。其他聚合物材料，如酚醛树脂、聚酰亚胺、聚碳酸酯、聚甲醛等均不超过10美元。这就意味着在制造同体积的物件时，采用聚合物材料价格会便宜得多。如果再将加工制造成本考虑进去，就更能显示出聚合物材料制品的经济优越性。在自动化轻武器大量装备各国军队情况下，轻武器作战时的弹药消耗量会成倍增加，努力降低弹药成本价格显得尤为重要。

聚合物弹壳材料特性要求

彈壳的主要作用是容纳火药、固定底火和弹头，所以在弹药发射过程中，弹壳需承受非常高的药温和膛温，并要求其必须具有较强的耐磨性、耐久性等性能。这种对弹壳性能的综合要求，无论在性能指标上，还是在可靠性上，不是普通聚合物材料就能达到的。此外，弹壳与枪械所用聚合物材料，在性能指标上也有所不同。比如枪械上的工程塑料枪托、握把等，是一种“以塑代木”构件，只要选取和配用耐久性好、防腐能力强的聚合物就可以了;枪械上的聚合物弹匣、机匣、护手等受力构件，只要选配耐冲击性强、韧性好和耐磨指数高的聚合物材料即可。而聚合物弹壳材料的选材，不仅要具有良好的强度、韧性、耐磨性，同时还要满足耐高温、抗高压、抗疲劳等多种性能要求。可见，以聚合物材料制作弹壳的技术，不是哪个国家轻易就能具备的，需要以国家的科技水平、工艺水平、材料加工水平等综合能力为基础以及应用上的积淀才能做到。

下面以聚合物弹壳耐高温性和耐磨性两项指标说明这个问题。

弹壳耐高温性指标要求 我们知道，在枪弹发射过程中，弹壳要能承受300℃以上高温。而普通的聚合物材料，如聚苯醚、聚酰亚胺、液晶等，其耐高温强度只能在150～300℃之间，即使耐高温强度极大的改进型聚苯酯，也超不过400℃。然而，枪械连续发射过程中，弹壳承受的枪管膛温会高达500℃。显然，制备能承受500℃以上温度的聚合物材料技术难度非常之大。有资料披露说，美国聚合物弹药弹壳的制作是通过在塑料中嵌入陶瓷的方法来解决弹壳承受高温这一难题的。

耐磨性指标要求 枪械射击时，枪机先将枪弹推至坡膛口，转而送弹入膛，然后，枪机实施闭锁。击发后，枪机开锁，再将空弹壳从弹膛中抽出，进而完成抛壳。在完成送弹、入膛、抛壳的循环过程中，要求弹壳必须有较好的耐磨性。我们知道，材料的耐磨性与其自身的润滑性有关。通常润滑性好的材料，耐磨性也好。某些聚合物材料，本身就具有很好的润滑性，比如聚四氟乙烯塑料，其耐磨性极為显著，人们常将聚四氟乙烯塑料作润滑剂或增磨剂使用。但是，聚四氟乙烯聚合物材料若与金属（铜、铁）相比，其热度变形的温度，要比金属材料低得多。许多聚合物材料在高温、高热能的作用下就会软化，甚至会出现熔融情况。枪弹发射过程中，弹壳承受热量很高。为了确保聚合物弹壳在高温情况下不变形，工业强国大都运用增强、掺混、改性等方法提高聚合物熔点;还有一些国家则采用以热塑性聚合物材料取代热固性聚合物材料的方法

通过对耐高温性和耐磨性两项指标简单分析不难看出，聚合物材料必须充分满足枪弹发射过程中对弹壳的高强度、高韧性、耐高温、耐磨性、耐久性等各项指标要求，才能替代传统钢、铜质弹壳。聚合物弹壳对材料、工艺、制造等技术要求非常高，不是任何国家都能做到。

聚合物弹壳弹药发展前景预测

世界各国一直在探索追求性能更加先进的轻武器弹药，从传统钢、铜质弹药，到无壳弹药、埋头弹药，再到如今的聚合物弹壳弹药，可谓五花八门。

这期间，声势最为浩大的当属德国人在1970～1990年代搞的无壳弹/枪系统。当时德国著名的诺贝尔公司花费巨资进行了长达20年探索，并几经改进，最终定型生产了发射无壳弹的G11 5.56mm步枪，但终因系统造价太高，且存在诸多问题而被迫放弃。正如美国弹药专家拉比特所评价的那样，虽然G11无壳弹步枪在弹药领域代表了一定程度的优越性，但同时也暴露出诸多难以解决的难题，比如，整个武器系统造价太高，枪弹易碎以及其他使用和维护保养方面的缺陷，一旦投入战场，实用价值甚微。其后，不死心的德国诺贝尔公司又搞出了将弹头完全嵌入发射药块里的埋头弹，但仍然没有解决好弹药与枪械有效匹配的问题，究其主要原因，是埋头弹中的发射药块即为发射药，同时又充当弹壳角色。发射药块燃烧的能量全部用于推送弹头沿着枪管膛线向前运动，它不像有壳弹那样在发射后弹壳可以带走相当一部分热量，进而降低膛压和膛温。埋头弹的发射过程与无壳弹基本一致。在发射过程中，弹药燃烧使枪膛温度越来越高，导致膛压不稳定，进而引发弹头轨迹的弹道一致性差，不仅影响武器射击精度，更有甚者还会出现弹药自燃情况。

近些年来，随着人类科技水平不断提高，埋头弹发展又迎来一个暖春，许多在上世纪受困扰的问题今天得到了很好地解决。近期，美国、德国、比利时等西方强国的一些军工商，已经将埋头弹成功运用于枪械领域。

事实上，美国新型12.7mm聚合物弹壳枪弹是对传统金属（钢、铜）弹壳枪弹改进过程中的一次另辟蹊径，改良难度并没有当年开发无壳弹、埋头弹那样大，其实质并没有从根本上改变传统枪弹基本结构和动能原理。可喜的是，美国12.7mm聚合物弹壳枪弹的研制成功，充分体现了现代高技术在枪械/弹药领域的成功运用。任何弹药的改良都涉及到新材料新技术、冶金化工、光电机械、枪械弹药匹配等诸多关键技术点，学科密集，交叉运用。所以，一种新颖弹药系统的开发研制及成功运用，在一定程度上反映出一个国家的科技发展水平和工业制造能力，也能从中看到现阶段一个国家对弹药发展的新追求。

那么，到底聚合物弹壳弹药在轻武器弹药领域的发展前景如何呢？客观地说，很难给出一个准确而科学的结论。因为任何一种新型弹药的出现，本质上取决于技术上是否过硬;能否满足战术技术要求，进而达到预期作战效果;在设计上是否先进合理，具有实效性;在工业制造过程中，可否提供物美价廉产品。除上述条件外，还应考虑军事、经济，甚至政治方面的因素。以美国新型12.7mm聚合物弹壳枪弹公开的信息来看，项目是由美国防部办公室和美国海军陆战队联合牵头下达指标。可见，美军方观点明确，态度坚决，已经从行动上表明军方对传统金属弹壳弹药改良的决心，并向传统弹药提出有力挑战。