1.8 戰(zhàn)斗部侵徹過程

1.8.1 穿甲過程

圖1-27為3種實心動能穿甲彈的結(jié)構(gòu)示意圖。實心穿甲彈彈頭結(jié)構(gòu)的改進(jìn)，主要是為了提高性能以防止傾斜著靶時跳彈（Ricochet）和提高彈體強(qiáng)度以避免著靶時碎裂。

實心穿甲彈著靶時的終點(diǎn)彈道要比槍彈復(fù)雜。圖1-28為其終點(diǎn)彈道的典型狀態(tài)。

20世紀(jì)50年代，100mm坦克炮發(fā)射的實心動能穿甲彈，當(dāng)彈丸重約15kg、著速在850m/s左右時，可以穿透100mm厚的標(biāo)準(zhǔn)均質(zhì)裝甲鋼板。實心穿甲彈的動能雖然相當(dāng)高，但往往由于彈徑較大，傳遞到裝甲鋼板上的單位面積能量較低，不易穿透裝甲。如坦克的裝甲結(jié)構(gòu)不良，不具備緩沖作用時，實心穿甲彈雖然不能穿透裝甲，但依然可以使乘員或車內(nèi)裝備遭受損害和失去戰(zhàn)斗能力。

20世紀(jì)70年代以來，次口徑動能彈出現(xiàn)，其穿甲性能顯著優(yōu)于實心穿甲彈，使實心穿甲彈被逐漸淘汰。

實心穿甲彈的著速不高，穿甲能力（穿甲深度）與彈的直徑相差不多。多年來計算實心穿甲彈穿甲性能的方法一直沿用法國人Jacob De Marre于1886年提出的經(jīng)典公式，按實際應(yīng)用條件進(jìn)行修正，求出穿甲系數(shù) K，作為檢驗彈與靶的性能指標(biāo)。

式中 K——穿甲系數(shù)；

vc——彈丸的穿甲極限穿透速度（m/s）；

m——彈重（kg）；

T0——裝甲厚度（dm）；

d——彈徑（dm）；

θ——傾角，即彈丸著靶時入射方向與靶板法線的夾角（°）。

穿甲系數(shù)K的范圍較寬，這同樣因裝甲材料力學(xué)性能、彈丸結(jié)構(gòu)和其他因素的不同而使其數(shù)值范圍擴(kuò)寬。K值實際上仍屬同一技術(shù)條件下穿甲性能的對比數(shù)值，不能用來對彈丸穿甲性能作單獨(dú)評價。鑄造裝甲鋼的 K值為1000～1500，標(biāo)準(zhǔn)均質(zhì)裝甲鋼板的K值為2000～2500。

1．硬芯穿甲彈

圖1-29為硬芯穿甲彈（Hard Core, Armour Piercing, AP）的結(jié)構(gòu)示意圖。

硬芯穿甲彈著靶時，在正常狀態(tài)下，穿甲彈的風(fēng)帽和彈體外殼，在擊中靶板的“開坑”（Cratering）過程中均已破壞，僅有合金鋼芯或重金屬芯因具有高硬度和高單位截面面積動能，可以繼續(xù)擊穿裝甲。

硬芯穿甲彈的基本原理是提高單位截面面積上的動能，也即初期的次口徑彈原理。由于彈的結(jié)構(gòu)所限，硬芯穿甲彈的穿甲性能提高幅度雖不如次口徑穿甲彈大，但仍然具有相當(dāng)可觀的穿甲能力，所以在中小口徑穿甲武器中仍然廣為采用。圖1-30為瑞士Oerlikon 30mm硬芯穿甲彈在40mm厚裝甲板（RHA）上造成的彈孔，射距1000m，著靶速度 vs為1268m/s，傾角 α為30 °。

2．次口徑脫殼穿甲彈

圖1-31為旋轉(zhuǎn)穩(wěn)定次口徑脫殼穿甲彈（Armor Piercing Discarding Sabot, APDS）的結(jié)構(gòu)示意圖及脫殼過程示意圖。鎢合金彈芯直徑較火炮內(nèi)膛直徑小很多，由與火炮口徑相同的輕合金彈托夾持。發(fā)射時，彈托攜帶彈芯高速飛離火炮（V0≈1500m/s）。彈丸出膛后，因彈丸旋轉(zhuǎn)時的離心力作用，彈托甩出，與彈芯脫開，只剩彈芯打擊在裝甲上。彈芯截面面積小，以重金屬制成，因而彈芯截面密度顯著增加，所以單位截面面積的動能也顯著增加，穿甲能力隨之相應(yīng)增強(qiáng)。

1942年，H. E. Wessman和W. A. Rose提出說明穿甲能力與截面密度和著靶速度關(guān)系的經(jīng)典公式如下：

式中 T——穿甲深度；

M——彈丸質(zhì)量；

A——彈丸截面面積；

vs——彈丸的著靶速度；

K1、K2——常數(shù)，與彈丸頭部形狀和靶密度等有關(guān)。

從式（1-4）得出，穿甲深度T與彈丸截面面積成反比，與質(zhì)量成正比，與著靶速度平方根的自然對數(shù)成正比。

式（1-4）也可寫成如下形式：

式（1-4）與式（1-5）中，M/A為穿甲彈的截面密度，ρ為彈體密度，L為彈的有效長度，均與穿甲深度 T成正比。式（1-4）與式（1-5）的物理概念醞釀著更高截面密度的尾翼穩(wěn)定重金屬長桿形次口徑穿甲彈的出現(xiàn)。

旋轉(zhuǎn)穩(wěn)定脫殼穿甲彈首先由英國前皇家兵工廠在20世紀(jì)50年代初期推出，并用于105mm坦克炮，美國等西方國家多有裝備。

20世紀(jì)60年代初，蘇聯(lián)在入侵我國珍寶島時首次使用了115mm滑膛坦克炮（T-62坦克）發(fā)射尾翼穩(wěn)定長桿形脫殼穿甲彈，穿甲性能優(yōu)于旋轉(zhuǎn)穩(wěn)定次口徑脫殼穿甲彈。此后，旋轉(zhuǎn)穩(wěn)定次口徑脫殼穿甲彈逐漸退出歷史舞臺。

3．長桿形尾翼穩(wěn)定脫殼穿甲彈

圖1-32為長桿形尾翼穩(wěn)定脫殼穿甲彈（APDSFS）結(jié)構(gòu)示意圖。長桿形次口徑穿甲彈的截面面積大幅度減小，所以外彈道上風(fēng)阻很小，初速在1500m/s時，彈丸每千米的飛行速度降可以低于50m/s。彈體細(xì)長的重金屬彈頭的長徑比可以達(dá)到30∶1。所以彈丸在擊中目標(biāo)時，可以在很小的投影面積上集中極大的能量，產(chǎn)生很高的動態(tài)壓力，其強(qiáng)度高出彈與靶材強(qiáng)度一個數(shù)量級以上。此時二者均呈現(xiàn)黏稠狀態(tài)的流動（圖1-33）。穿甲過程可用壓縮流體動力學(xué)模型表示，即

式中 T——穿甲深度；

L——彈的有效長度；

ρp——彈密度；

ρt——靶密度。

從式（1-6）可以看出，T 與 L 有一定關(guān)系。當(dāng)彈與靶呈垂直穿甲、著速≥3000m/s時，才能以上述純流體公式表示，否則應(yīng)通過試驗對公式予以修訂。

長桿形次口徑穿甲彈出現(xiàn)以后，英國、美國、德國、法國、以色列等國家競相研制該種彈。20世紀(jì)60年代初期蘇聯(lián)115mm彈的彈體以合金鋼及碳化鎢芯制成，長徑比為12∶1，初速約1600m/s，在600～700m距離上可擊穿150mm/60°RHA。20世紀(jì)70年代末期以色列研制的105mm變形鎢合金彈長徑比也為12∶1，初速1455m/s，在2400m距離上可擊穿約150mm/60°RHA。20世紀(jì)90年代中期瑞士研制120mm變形鎢合金彈，長徑比為20∶1，初速1700m/s，在3000m距離上可擊穿550mm厚RHA（約相當(dāng)于250mm/60°RHA）。

近代長桿形次口徑動能穿甲彈的發(fā)射膛壓已超過700MPa，加速度≥600000m/s2，初速為1700～1800m/s，穿甲深度已超過800mm RHA。目前長桿形次口徑動能穿甲彈的材料和結(jié)構(gòu)仍在不斷改進(jìn)之中，穿甲性能仍有提高的余地，成為裝甲防護(hù)技術(shù)的主要威脅。

圖1-34說明了動能穿甲彈穿甲性能的增長趨勢。20世紀(jì)70年代中，穿甲性能的迅速增長，為長桿形次口徑動能穿甲彈的出現(xiàn)所致。

1.8.2 破甲過程

炸藥爆炸后，所產(chǎn)生的能量很高（表1-8），可以利用此化學(xué)能轉(zhuǎn)變成具有穿甲能力的機(jī)械能。

圖1-35所示為聚能裝藥破甲彈戰(zhàn)斗部的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖1-35所示的聚能裝藥破甲彈戰(zhàn)斗部包括以下主要部件：彈頭頭部有一長度等于最佳炸高的鼻錐，前端部裝有壓電引信，薄壁銅制錐形藥型罩，炸藥裝藥（通常為B炸藥），尾部的起爆系統(tǒng)和尾翼。

為了提高破甲彈的破甲威力，在聚能裝藥中植入一異形，如半球形、截錐形的惰性材料（多采用聚苯乙烯）或低爆速炸藥制成的隔板（Separating Plate），以改變爆轟波傳播速度和波形，提高爆轟波施加在藥型罩表面上的壓力和提高射流的速度。圖1-35中示出隔板在破甲彈裝藥結(jié)構(gòu)中的位置。

當(dāng)彈頭撞擊靶時，壓電引信引爆起爆系統(tǒng)。在幾微秒內(nèi)，錐形銅藥型罩被加速，并轉(zhuǎn)變成一個細(xì)長的高溫、高壓、高速的金屬射流，其尖端速度可達(dá)8 km/s，如圖1-36所示。

聚能裝藥破甲彈戰(zhàn)斗部的破甲作用靠具有一定質(zhì)量和高速的金屬射流的動能擊穿裝甲，如圖1-37所示。

聚能裝藥戰(zhàn)斗部形成的射流尾部速度較低，如圖1-36所示，當(dāng)69μs時，速度降為約2000m/s。射流自前端至尾部的速度分布約呈線性遞減。由于射流的速度梯度，使射流被逐漸拉伸以致斷裂，產(chǎn)生大量的紡錘狀單體銅顆粒。斷開的顆粒傾向于脫離原射流的前進(jìn)方向。經(jīng)過一定時間后，即射流飛行一段距離后，失去破甲能力。聚能裝藥戰(zhàn)斗部的炸高對破甲能力有較大的影響。圖1-38的曲線說明了炸高與破甲深度的關(guān)系。

聚能裝藥的破甲機(jī)理與長桿形動能穿甲彈的穿甲機(jī)理相似，其破甲射流生成與破甲過程如圖1-39所示。

破甲過程的壓縮流體動力學(xué)模型同樣為

式中 T——破甲深度；

L——射流有效長度；

ρp——射流密度；

ρt——靶密度。

式（1-7）應(yīng)用在射流著速vs≥3000m/s的情況，如著速低于3000m/s，則T將低于計算值。式（1-7）在采用精密裝藥和固定靜破甲試驗條件進(jìn)行試驗修訂后，能達(dá)到一定的精度，但仍不能代替生產(chǎn)中品質(zhì)檢驗的射擊試驗。

聚能裝藥破甲彈在近代戰(zhàn)爭中使用頻率十分高，為反裝甲武器中的重要成員，也為裝甲車輛的主要防護(hù)對象。

聚能裝藥破甲彈的破甲性能逐年有所增長，參見圖1-38。

1.8.3 爆炸成型戰(zhàn)斗部侵徹過程

圖1-40所示為聚能裝藥自鍛成型彈的戰(zhàn)斗部結(jié)構(gòu)示意圖。自鍛成型彈的戰(zhàn)斗部與聚能裝藥破甲彈的錐形裝藥戰(zhàn)斗部不同，為一裝有炸藥的圓筒，其開口端上蓋一凹形金屬蓋板。炸藥裝藥被彈底引信引爆后，產(chǎn)生約30GPa的壓力。蓋板由于其中央部分為凹形，受到較高的沖量，使之在高應(yīng)變速率下具有良好塑性的金屬蓋板中央部分受到較高加速度的影響，首先變成凸出形狀。經(jīng)過數(shù)百微秒后，蓋板成為含有很高動能的彈頭，即自鍛成型彈頭（圖1-41），并以極高的速度（＞3000m/s）向外射出，可以穿透中等厚度的裝甲鋼板。

通常EFP裝有毫米波引信作為空降攻擊裝甲車輛頂裝甲的武器，裝有遙感電子引信作為陸用攻擊裝甲車輛側(cè)裝甲的武器。圖1-42為奧地利的路邊攻擊坦克側(cè)裝甲的SM122/7 C EFP反坦克雷。圖1-43為該地雷擊穿蘇聯(lián)T系列坦克側(cè)裝甲的彈孔圖片。T系列坦克側(cè)裝甲厚約80mm。反坦克雷與側(cè)裝甲距離為50m，相當(dāng)于該雷自鍛成型彈頭直徑的280倍。