小口径穿甲弹防空反导技术现状与发展

焦延博,欧阳稠,罗文敏,王清清

(宜春先锋军工机械有限公司， 江西 宜春 336000)

1 引言

从海湾战争、科索沃战争和伊拉克战争的进程中发现，空袭与反空袭已成为现代战争的主要作战模式之一，防空反导将覆盖未来战争的整个过程，并会对战争的进程和结局产生重要影响。目前战争中防空反导体系主要面临四大类空中目标，即固定翼飞机、武装直升机、航空炸弹和制导弹药。根据目标所处空域，依靠对空导弹拦截高空和中空目标，将对空导弹和小口径速射火炮形成混合火力拦截中空和低空目标，而对于低空和超低空目标则以小口径速射火炮系统防御为主。防空反导体系中，各类武器系统的防御空域范围有一定重叠，但无法彼此代替，它们可以相互弥补对不同距离目标拦截能力上的劣势。小口径速射火炮系统通常是防空反导体系中最后一道火力屏障，担当“守门员”角色。穿甲弹作为小口径火力系统的主要弹药之一，其突出的特点是初速高、存速能力强、抗电子干扰能力强，凭借高射速和高精度在目标运动轨迹上形成拦截弹幕。

本文从脱壳方式、弹芯材料和结构以及毁伤效能三方面着手对国内外近年来防空反导用脱壳穿甲弹的研究现状和技术特点进行了总结，并对其未来发展趋势提出了看法。

2 脱壳方式

脱壳穿甲弹由飞行弹体、弹托和发射组件构成，弹托在膛内起定心和传递火药燃气推力作用，在弹丸出炮口后自行迅速脱落，这个过程称为弹托分离，简称脱壳。防空反导用穿甲弹在脱壳方式上经历了若干次发展。

1) 适口径普通穿甲弹

最早装备部队的是适口径的普通穿甲弹(AP)，这类穿甲弹的结构种类繁多，主要差异集中在弹头部，例如钝头穿甲弹、尖头穿甲弹和被帽穿甲弹。这类穿甲弹均带有风帽，绝大部分弹体都设有药室并装填少量炸药，使弹丸穿透装甲后爆炸，能够发挥二次效应；仅有一小部分弹体采用实心结构，纯粹依靠动能进行毁伤。我国双管37 mm高炮和瑞典40 mm高炮曾装备该类穿甲弹。

2) 次口径旋转稳定脱壳穿甲弹

随后出现了具有次口径弹芯的旋转稳定脱壳穿甲弹(APDS)，该类穿甲弹一般由高密度的钨合金飞行弹体和低密度的铝合金底托及增强尼龙弹托组成。这类脱壳穿甲弹的质量约为同口径普通穿甲弹的1/3，所以能够获得更高的初速，并且出炮口后，脱壳穿甲弹的次口径飞行弹体空气阻力小、速度衰减慢，在弹道终点具有更高的比动能。因此，其穿甲能力较适口径穿甲弹得到极大提升。旋转稳定穿甲弹飞离炮口后，在离心力的主导作用下，尼龙弹托沿预制槽断裂，飞行弹体与底托在空气阻力差的作用下分离而解脱。受陀螺稳定原理的限制，飞行弹体的长细比一般在5～6，其穿甲能力受到局限。我国7管30 mm舰炮脱壳穿甲弹和德国“猎豹”双管35 mm高炮易碎脱壳穿甲弹采用了该结构。

3) 次口径尾翼稳定脱壳穿甲弹

继而问世的是次口径尾翼稳定脱壳穿甲弹(APFSDS)，该类穿甲弹主要由飞行弹体、铝合金弹托卡瓣、铝合金尾翼、紧固环、闭气件和增强尼龙弹带组成。它不受陀螺稳定原理限制，飞行弹体的长细比可以增加到20∶1，其比动能远大于旋转稳定脱壳穿甲弹，因此同一门火炮发射的尾翼稳定脱壳穿甲弹的穿深远大于旋转稳定脱壳穿甲弹。在尾翼稳定脱壳穿甲弹脱壳过程中起主导作用的是作用于卡瓣后部环形槽上的火药气体压力和卡瓣前方环形槽上的空气动力，在它们的合力作用下，弹托卡瓣挣断紧固环和弹带，卡瓣与飞行弹体迅速分离，完成脱壳过程。我国11管30 mm舰炮、瑞典L/70式40 mm高炮和瑞士厄利空35 mm高炮装备了该类穿甲弹。

4) 整体脱壳穿甲弹

近年来，随着阿海德防空弹药技术的出现，部分小口径火炮的炮口前加装了测速和装定线圈。由于线圈的防护较为薄弱，很容易被旋转稳定脱壳穿甲弹尼龙弹托的残片或是尾翼稳定脱壳穿甲弹的弹托卡瓣损伤，使得整体脱壳穿甲弹随之产生[1]。整体脱壳穿甲弹主要由飞行弹体和弹托组件组成，当弹药整体长度不符合供输弹系统要求时，可在弹丸上增加薄壁塑料延长帽。该类穿甲弹的特点是，依靠弹托组件的机括动作，辅以曳光剂燃气的助推作用和空气阻力差完成脱壳过程；脱壳后弹托组件不产生任何残片，弹托组件以完整形态保持一段直线飞行，从而达到不损伤炮口装置的目的。薄壁塑料延长帽虽然在出炮口后会立即解体，但由于它的残片既薄且轻，因此亦不会对炮口装置造成损伤。我国近年装备部队的35 mm高炮脱壳穿甲弹采用了整体脱壳技术。

3 弹芯材料和结构

脱壳穿甲弹芯主要分为钨合金弹芯和贫铀合金弹芯，这2种弹芯材料均具有高密度、高强度特点，具有优秀的侵彻能力。我国和德国等国家在防务策略等综合因素的影响下，把主要研究力量集中在钨合金弹芯材料上；而美国和英国等较少考虑本土作战的国家选用了贫铀合金作为现代穿甲弹的弹芯材料。本文的研究对象是钨合金弹芯。

1) 普通穿甲钨合金

穿甲钨合金是一种以钨为基体，加入其它少量元素通过粉末冶金工艺制成的合金材料，材料体系主要为W-Ni-Fei和W-Ni-Cu。钨的含量直接影响合金的密度和硬度，在实际应用中，钨含量一般控制在85%～97%，其中93W的钨晶粒尺寸最佳，金相均匀分布，拉伸强度最大。合金中Ni/Fei比对合金的金相结构与力学性能有较大影响，合理的Ni/Fei比能够防止固相析出过程中各元素组分的不均称性。通常情况下认为Ni/Fei比为7:3时达到最佳性能[2]。研究发现，可以通过添加微量元素达到改善钨合金力学性能的效果，例如Co、Mo和Re等，它们起到固溶强化和细化晶粒的作用。钨合金穿甲弹芯代替了以往的钢制弹芯，使穿甲弹的侵彻能力大大提高；并且钨合金有更高的弹性模量，使之在飞行过程中发生的形变较小，从而具有更高的射击精度。

2) 含能穿甲钨合金

随着战斗部技术发展与功能拓展，对穿甲弹弹芯材料要求不再只限于力学性能的提升，近年来有学者将钨合金和含能材料相结合，形成含能穿甲钨合金。王璐瑶等[3-4]对锆基钨合金的侵彻和释能特性进行了研究，发现钨锆合金材料同时具备类似普通穿甲钨合金材料的动能侵彻能力和类似穿甲燃烧弹中燃烧剂的纵火能力，并且靶前化学能耗小,化学能量集中于靶后释放，并且释能反应主要阶段在激活后1.0 ms内完成。周杰、许华珍、杜红棉等[5-8]研究发现，利用氟聚物基含能钨合金材料制备的穿甲弹芯具有较高的强度，可以承受侵彻过载。含能钨合金除了对目标造成常规动能毁伤外，在侵彻模拟战斗部炸药装药或冲击有防护的燃柴油箱时，可以发生爆炸性化学反应释放大量能量，化学能和动能冲击共同作用引爆炸药装药或燃油，可有效降低对弹靶临界引爆、引燃冲击速度的要求。含能钨合金穿甲弹可以对目标实现侵彻、引燃、引爆的多功能毁伤效果，实现一弹多能，有利于简化武器系统的弹药种类配置。我国12.7 mm、14.5 mm高射机枪和瑞士M39式、M61式20 mm高射航炮配备了该类弹药。

3) 易碎穿甲钨合金

易碎脱壳穿甲弹作为一类新型小口径防空弹药，具有穿甲弹纵向侵彻和爆破弹横向破坏特征。易碎弹芯在穿过目标装甲后产生相当于自身质量30%～40%的碎块，在离心力作用下，形成锥形碎块束，对靶后造成大范围的横向破坏效应。华志敏等[9]研究发现，易碎穿甲弹芯在侵彻靶板的过程中主要发生剪切破坏，在穿透靶板瞬时，弹芯在远大于强度极限的拉应力作用下解体破碎，从而在靶后产生大量钨合金碎块。章程浩等[10]对易碎穿甲钨合金进行了研究，发现在一定范围内，随着弹芯材料密度的增大，弹体变形能越大，弹体的破碎效果越好；随着弹芯材料抗拉强度的减小，弹体材料穿透有限厚靶后越容易被拉伸破坏，弹体破碎效果越好；但是在对有限厚靶的斜侵彻过程中，弹芯材料密度和抗拉强度越小，弹芯越容易折断，将削弱弹芯的整体侵彻能力和抵抗发射过载能力。大量试验研究表明，对于小口径旋转稳定脱壳穿甲弹，易碎钨合金弹芯的抗拉强度在600～700 MPa之间为宜。我国6管25 mm高射炮曳光脱壳穿甲弹和瑞士厄利空PMC324式30 mm曳光脱壳穿甲弹的弹芯材料即为易碎穿甲钨合金。

4) PELE穿甲弹芯

PELE即横向效应增强型穿甲弹体，是近几年出现的一种基于新型毁伤机理的新概念弹药。PELE穿甲弹芯由钨合金外层壳体和装在壳体内部的低密度惰性材料组成，撞击目标时，弹芯内部装填物的压力急剧增加储存势能，壳体产生径向膨胀，弹芯穿透目标后势能释放，壳体碎裂产生大量破片[11-12]。PELE穿甲弹芯的毁伤效果类似于易碎钨合金穿甲弹，能够穿透一定厚度的防护装甲并在装甲后产生榴弹效果的二次杀伤效应。PELE弹芯的长径比对其横向破坏效应具有一定影响。当长径比较大时，导致比动能较大，击穿多层薄靶板后的剩余速度较大(但是当长径比增加到一定程度后，侵彻多层薄靶板后的余速增量愈加不明显)，充塞变形没有充分覆盖弹芯，横向效应仅发生在头部高压区；小长径比的PELE在侵彻有限厚度靶板时，弹芯发生横向破坏效应的范围更大，但由于比动能较小，其整体侵彻能力会有所下降。尹建平等[13]的研究结果表明，弹芯的长径比取4∶1～6∶1为宜，此时具有较强的穿甲能力和良好的横向作用效果。德国迪尔公司和GEKE公司在12.7～30 mm口径上研制了多种型号PELE。

5) 梯度性能钨合金

梯度性能钨合金是一种将易碎钨合金与普通穿甲钨合金结合使用的材料型式[14-15]。通常弹芯的前端部分具有易碎钨合金特性，而后端保留了普通穿甲钨合金的强度和韧性。通过调整坯料组分和烧结工艺，可将前端易碎段、后端普通段和中间过渡段钨合金烧结成一体。梯度性能钨合金既可用于旋转稳定脱壳穿甲弹，亦可用于尾翼稳定脱壳穿甲弹。对于大多数次口径旋转稳定脱壳穿甲弹，使弹芯发生旋转的力来自底托和尼龙弹托的摩擦力，并由弹芯整个圆柱段均匀承受；但是旋转稳定整体脱壳穿甲弹无法提供足够的摩擦力以满足弹芯稳定力矩的要求，同时为保证弹芯外形平整光滑，出现了以弹芯后端局部承受全部导转力的穿甲弹结构；易碎钨合金的韧性和强度不足，在该导转力加载瞬间发生崩裂，为适应这类穿甲弹结构而催生了梯度性能钨合金。另外，尾翼稳定穿甲弹芯的环形齿处在发射过程中承受强烈的拉伸载荷，同样会使易碎弹芯在膛内断裂；而杆式弹芯头部主要承受压应力，符合易碎弹芯抗压不抗拉的受力特点，该问题同样可通过使用梯度性能钨合金得以解决，使杆式弹芯具备二次毁伤效应。我国双管35 mm高炮脱壳穿甲弹即采用了梯度性能钨合金弹芯。

4 毁伤效能

用于防空反导的小口径速射炮主要对付空中的固定翼飞机、武装直升机、航空炸弹和制导弹药。某些高炮还兼有毁伤轻型装甲车辆和防御工事等作战使命。这些目标虽然多数具备易损性特征，但是它们作战空域大、运动速度高。因此需要依靠“弹幕”提高命中概率，并对穿甲弹提出了“命中即击毁”的毁伤效能要求。在穿甲弹毁伤效能考核时，根据目标特性将拦截目标分解为主要功能组件，对穿甲弹毁伤各类功能组件的效果逐一进行评估。

1)武装直升机和固定翼飞机驾驶舱、设备舱

美国AH-64A“阿帕奇”直升机防护装甲的等效装甲钢板厚度约为6～15 mm，俄罗斯“雌鹿”米-24D直升机防护装甲的等效装甲钢板厚度约为6～10 mm，A-10攻击机的等效装甲钢板厚度约为10～30 mm，Su-25攻击机的等效装甲钢板厚度约为10 mm[16]。防护装甲后的驾驶舱、发动机舱和设备舱可以等效为若干层2 mm、3 mm和5 mm的铝板[17]。武装直升机和固定翼飞机的等效靶标型式如图1所示。使用35 mm口径炮发射的旋转稳定脱壳穿甲弹，采用含能易碎钨合金弹芯，弹、靶撞击速度约为1 150 m/s。对军用飞机防护装甲后的的驾驶舱、发动机舱和设备舱模拟靶标的毁伤效果如图2所示，图中铝靶板的长宽约为1 200 mm×1 200 mm。

图1 武装直升机和固定翼飞机等效靶标实物图Fig.1 Equivalent figure of attack helicopter and fixed wing aircraft

图2 对有防护的飞机舱模拟靶的毁伤效果实物图Fig.2 Simulation of damage to a target in a protected cabin

将破坏系数Ph定义为多层铝板的穿孔总面积与弹芯圆柱部断面面积之比，近似表示为：

(1)

式中：M为铝板的层数，N为每一块铝板上破片穿孔的数量，KL为破片穿孔近似为矩形后的长度，KW为破片穿孔近似为矩形后的宽度，d为飞行弹体的直径。通常认为破坏系数Ph超过140即可对军用飞机造成中度毁伤，使其不能完成预定作战使命，而实际可达到的破坏系数Ph在300～500，一发弹芯命中目标后可对目标造成重度毁伤或摧毁的打击效果。

2) 有防护的燃油箱

轮式步兵车的装甲防护钢板厚度约为10～15 mm，履带式步兵车的装甲防护钢板厚度约为10～30 mm[18]。装甲车辆通常选用0#柴油作为燃料，军用飞机的燃料一般航空汽油或航空煤油，三者的临界引燃能量由大到小排列为：0#柴油>航空煤油>航空汽油。为检验小口径炮弹对有防护燃油箱的毁伤效果，国军标规定了等效靶标型式。本文采集素材使用的等效靶为20 mm装甲钢板后放置铁皮油箱，注入50%油箱容积的0#柴油，如图3所示。使用35 mm口径炮发射旋转稳定脱壳穿甲弹，采用含能易碎钨合金弹芯，弹、靶撞击速度约为1 150 m/s，毁伤效果场景如图4所示。

图3 有防护燃油箱等效靶标的毁伤效果实物图Fig.3 Equivalent target diagram for protecting the fuel tank

图4 穿甲弹对0#柴油箱的毁伤效果场景图Fig.4 Armor-piercing bullet damage effect of 0# diesel tank

穿甲弹对柴油箱的作用是一个强制点燃的过程。首先弹芯击穿防护装甲产生灼热的破片，破片击穿油箱壳体在自身高温的基础上叠加了含能组分的燃烧热能，共同作用于燃油蒸汽，使局部蒸汽发生燃烧反应；急剧升高的气压配合因破片冲击引发燃油对油箱壳体产生水锤效应，壳体发生爆裂引入大量空气，火焰迅速传播使燃烧反应持续进行[19]。在弹、靶撞击速度和靶标条件不变的情况下，弹芯材料极限穿透速度越低、穿透装甲后破碎的部分越多、含能组分的燃烧热越大同时反应速率越高，穿甲弹对油箱的引燃效果越好。

3) 杀伤爆破型航空炸弹、导弹战斗部

这类战斗部的壳体一般采用普通钢材或炮弹钢制作，装药通常采用TNT、B炸药和H6炸药。其特点是炸药装填系数大，战斗部壁厚与半径之比通常小于0.1，主要利用爆炸冲击波和破片达到摧毁目标或杀伤作用。使用35 mm口径炮发射旋转稳定脱壳穿甲弹，采用含能易碎钨合金弹芯对B炸药装药350 mm-100 kg级模拟靶弹(见图5)进行射击，实现了重度(K级)毁伤效果[20]，即战斗部发生爆炸导致结构解体，导弹被立即摧毁，如图6所示，左下角掩体后放置弹道炮，炮、靶距离约为80 m，弹、靶撞击速度约为1 150 m/s。

穿甲弹对装药战斗部的冲击引爆过程发生在弹芯直接侵彻炸药装药的阶段。炸药装药在弹芯残骸和战斗部壳体塞块的冲击下产生热点，同时弹芯材料中的锆元素发生氧化反应释放热值，在它们的共同作用下，炸药装药产生热点并发展成爆轰[21-22]。研究表明，在其他变量固定的情况下，穿甲弹对装药战斗部的引爆效果随弹芯入射角的加大近似呈正态分布变化，但在这个过程中引爆效果减弱的幅度小于增强的幅度。另外，弹芯对战斗部壳体极限穿透速度越小、含能组分反应速率越高、弹芯入射位置相对战斗部中轴线越近，战斗部越容易被引爆。

图5 杀爆型战斗部模拟靶弹(350 mm-100 kg级)实物图Fig.5 Explosion-killing warhead simulation (350 mm-100 kg class)

图6 穿甲弹引爆模拟靶弹爆炸场景图Fig.6 The armor-piercing projectile detonates a simulated target projectile

4) 半穿甲型导弹战斗部

半穿甲型战斗部的壳体前端盖厚度明显大于爆破型战斗部并且它配用的引信具有延迟功能，战斗部能够依靠动能穿透舰艇装甲进入舰艇内部引爆，是高效打击大面积厚装甲舰艇的战斗部类型。舰艇高炮拦截来袭导弹的工况主要为迎头拦截，穿甲弹弹芯在侵彻战斗部壳体之前还需穿过导弹前端的导引舱和仪器舱等舱段，因此对弹芯的侵彻能力提出了较高的要求，大长径比的尾翼稳定脱壳穿甲弹更适合对付此类目标[23]。在考核穿甲弹迎头毁伤反舰导弹能力时，可将这些舱段等效成若干层铝靶板，在铝靶板后倾斜放置战斗部模拟靶弹，靶标整体型式如图7所示,其中多层铝靶板等效厚度之和约为40 mm，战斗部模拟靶弹壳体前端盖等效厚度约为65 mm。使用30 mm口径炮发射尾翼稳定脱壳穿甲弹，钨合金弹芯中装填含能破片，弹、靶撞击速度约为1 200 m/s，对反舰导弹战斗部模拟靶标的毁伤效果如图8所示。

鉴于普通钨合金弹芯对半穿甲战斗部引爆效果不理想的现状，在新一代小口径尾翼稳定脱壳穿甲弹的弹芯中加入了含能破片，形成一种以动能侵彻冲击波作用为主、含能活性材料化学能作用为辅的综合毁伤模式。含能破片在弹芯侵彻战斗部壳体和炸药装药的过程中受到强烈的冲击和挤压载荷发生释能反应，释放的化学能和侵彻冲击波共同作用于炸药装药，增加了炸药装药单位面上的输入能量，降低炸药引爆临界条件对弹芯剩余动能的依赖程度[24]。研究结果表明，这种结构的弹芯对多层铝靶板在前、厚钢板壳体在后的战斗部模拟靶标的毁伤效果显著提升，弹芯命中有效区域时对炸药装药的引爆率接近100%，对拦截目标造成重度(K级)毁伤。

图7 半穿甲型反舰导弹战斗部模拟靶标结构示意图Fig.7 Schematic diagram of the simulated target structure of the semi-perforated type anti-ship missile warhead

图8 穿甲弹对模拟靶标的毁伤效果场景图Fig.8 The effect diagram of damage of armor-piercing bullet to target

5) 导弹仪器舱

随着兵器科学的快速进步，导弹的突防能力和雷达侦测难度不断提高，使得弹药精准命中战斗部的难度变大。另外，普通钨合金弹芯对导弹仪器舱、舵舱等舱段的毁伤效果有限，不足以造成中度(C级)或更高等级的毁伤效果[25]。为了满足日益复杂的低空防空反导要求，改善穿甲弹毁伤模式单一的现状，工程人员结合含能破片、易碎钨合金和普通穿甲钨合金优点，研制了一种兼顾较强穿甲能力、高效引爆战斗部能力、对非战斗部舱段造成失效性毁伤能力的防空弹药。仪器舱或舵舱的等效靶标如图9(a)(b)所示，在密封圆筒(尺寸以弹芯直径d为单位)内，使用铝板将筒内空间分隔成四个独立舱室，在入射方向上顺序编为Ⅰ号～Ⅳ号，在Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ舱室分别设置压力传感器，编为1号～3号。使用30 mm口径炮发射尾翼稳定脱壳穿甲弹，弹、靶撞击速度约为1 200 m/s，对该靶标的毁伤效果及靶标内压力变化情况分别如图9(c)、图9(d)和图10所示。

图9 导弹仪器舱模拟靶超压试验毁伤效果图Fig.9 Overpressure test of simulated target in missile instrument module

图10 传感器仪器舱内部压力曲线Fig.10 Pressure curve inside the sensor instrument compartment

含能破片在钨合金壳体的保护下穿过目标前端盖，弹芯前端的易碎段在侵彻的过程中不断破碎，同时含能破片释能反应被激活，钨芯主体击穿整个目标后，含能破片留在目标内部持续作用，反应产物使目标内部的压力和温度骤增。超压测试系统显示，靶标内部气压相对大气压增加了3～4倍，随后产生一个约为1倍大气压的负压差。位于Ⅲ号舱室的2号传感器读数略高于位于Ⅱ号舱室的1号传感器，但压力衰减相对更快。造成这种现象的原因是含能破片在Ⅲ号舱室的释能反应更加充分，但易碎钨合金对靶标隔层和端盖造成的穿孔面积也在不断增加，因此压力峰值和衰减速度均相对较大。压力急剧变化引发的强震、含能破片释能引发的烧蚀、易碎钨合金破片的大面积冲击，在这些效应的综合作用下，对舱内的电子元器件、各类机构和壳体蒙皮造成了较为理想的毁伤效果。

5 发展方向

随着现代兵器装备技术突飞猛进，对武器系统和弹药性能的要求与日俱增，各国均在防空反导技术领域开展了大量研究，以提高军事力量和技术储备上的竞争力。本文从弹药整体结构、弹体材料和目标特性3个方面进行分析，对防空反导用小口径穿甲弹的发展趋势提出看法：

1) 弹药整体结构向埋头弹发展

目前国内小口径炮弹的称谓形式以“口径+功能”为主，例如25 mm脱壳穿甲弹、30 mm可编程引信定距杀爆弹和35 mm多束定向预制破片弹等；而从近年来防务展上可以发现，法国、德国和瑞士等国家对弹药的称谓发展为“口径×整弹长度+功能”，例如40×255 mm APFSDS-T、35×228 mm FAPDS和30×165 mm FAPDS-T等，可见弹药整弹的长度已逐渐成为一个重要指标。究其原因，是由于现代战争对武器装备的灵活性、可靠性提出了更高的要求。嵌入式弹药(埋头弹)应运而生，它具有结构紧凑、整体质量小、发射装药空间和储弹仓空间利用率高等优点[26]。小口径穿甲弹整体结构向埋头弹发展是大势所趋，法国CTA国际公司研制了40 mm尾翼稳定穿甲埋头弹，美国正在积极发展45 mm口径埋头弹，在这方面我国已经开展起35 mm和40 mm埋头弹药及火炮的研制工作。

2) PELE内芯向含能材料发展

PELE的内芯材料通常为铝合金、尼龙或聚乙烯等低密度材料，内芯材料的泊松比或弹形模量越大越有利于增强靶后破片横向效应。增强尼龙的弹性模量约为2.8～3.8 GPa，聚乙烯的弹性模量约为0.84～0.95 GPa。根据文献[27-29]的研究结果，铝粉/聚四氟乙烯粉/钨粉按一定比例烧结成含能材料，密度约为3.0 g/cm3，其弹性模量约为0.7 GPa。含能材料以1 110 m/s的速度撞击目标时，释能反应在材料内部产生9.4 GPa的冲击压力。文献[30]研究表明，常见炸药的临界引爆能量和临界引爆压力如表1所示。可见含能材料的释能反应对穿甲弹引爆炸药装药的助力效果明显。以该类含能材料作为PELE的内芯，虽然对靶后破片增强的物理效果略逊于尼龙或聚乙烯，但其释能反应产生的冲击效果远远超过其他内芯材料。研制物理特性适合作为PELE内芯的含能材料，具有十分可观的应用前景。

表1 常见炸药的临界引爆能量和临界引爆压力(GPa)Table1 Critical detonation energy and critical detonation pressure of common explosives(GPa)

3) 钨合金弹芯材料增强自锐化

由于钨合金穿甲弹芯在撞击装甲时会钝化成蘑菇状，侵彻性能受到一定影响。而贫铀穿甲弹弹芯在撞击装甲时具有自锐性，穿甲性能优于钨合金弹芯10%～15%[31]。因此美、英等未将本土作战作为战略基础的国家对贫铀穿甲弹开展了大量研究，其中美国在20 mm、25 mm和30 mm口径炮上都配备的贫铀穿甲弹，最为著名的“密集阵”火炮系统。我国和德国等国家虽然在贫铀穿甲弹上开展了一些基础研究，但没有将其列为为重点，而是继续深挖穿甲钨合金材料潜能，缩小与贫铀穿甲弹芯的性能差距。其中，德国莱茵金属公司研发的WHA Ⅳ材料(钨重合金)弹芯，以及我国研究的钨纤维增强金属玻璃复合材料弹芯均具有接近贫铀合金弹芯的自锐化能力。刘金旭、陈小伟等[32-34]研究发现，这类钨合金弹芯在侵彻装甲的过程中，弹芯头部可发生绝热剪切破坏，形成很薄的边缘层，仅在这层中金属玻璃破碎、钨纤维断裂、质量消蚀，使其侵彻能力明显高于普通钨合金穿甲弹芯。

4) 拦截目标囊括中小型钻地弹

钻地弹是一种携带钻地弹头(或称侵彻战斗部)专门用于攻击机场跑道、地面加固目标尤其是地下设施的特种弹药，对地下设施和人员构成致命的威胁。钻地弹的战斗部采用镍钴合金钢、钛钨合金等高强度壳体，内装PBX钝感炸药。具有代表性的中小型钻地弹有130 kg级的GBU-39/B、225 kg级的BLU-111和450 kg级的BLU-110，通常采用攻击机、轰炸机或武装直升机投掷，也有部分导弹搭载钻地战斗部[35]。BLU-110的弹体壁厚约为30 mm，等效装甲钢板厚度达80～100 mm。对于现有穿甲弹来说，钻地弹装甲厚、炸药钝感、运动速度快(2～3Ma)，是拦截防御的难点。经过相关试验和论证，我国现有的35 mm口径炮发射的杆式穿甲弹很难对其造成有效威胁，根据国外公布的数据，配用于40 mm口径炮的尾翼稳定脱壳穿甲弹能够可靠击穿120 mm厚轧制均质钢板，但其剩余能量能否引爆PBX钝感炸药仍属未知，况且在炸药装药与战斗部壳体之间还有一层起缓冲作用的材料。研制适合拦截中小型钻地弹的穿甲弹，需要在整弹结构、发射装药技术、粉末冶金技术领域同时发展，提高弹药的综合性能。