穿甲弹,是装甲装备的主要弹种,主要依靠弹丸命中目标时强大的动能来侵彻、贯穿装甲并摧毁目标。
穿甲弹,主要担负反坦克任务,早期穿甲弹(AP)使用高强度金属制成,利用动能将装甲击穿;随着坦克内部空间的扩大,为了增强击穿装甲后对车组成员的杀伤,穿甲弹的后部腔体内被装上炸药和引信,这便是穿甲榴弹(AP-HE),不过,由于各国对穿甲弹与穿甲榴弹一般不作区分,因此统称穿甲弹。
穿甲弹,根据发展历程可分为普通穿甲弹,主要包括尖头穿甲弹、钝头穿甲弹、被帽穿甲弹、半穿甲弹;次口径穿甲弹和脱壳穿甲弹,包括旋转稳定脱壳穿甲弹和尾翼稳定脱壳穿甲弹。
特点
也配用于舰炮、海岸炮、高射炮和航空机关炮。用于毁伤坦克、自行火炮、装甲车辆、舰艇等装甲目标以及飞机、直升机、汽车、
火箭炮、
导弹发射运输/发射车、指挥车、通信车、雷达等非装甲金属结构技术兵器。也可用于破坏坚固
防御工事。英文名称:AP(Armor Piercing shell)。
结构性能
反坦克穿甲弹素以强拱硬钻而著称,也就是俗话说的硬碰硬。它主要靠弹丸命中目标时的大动能和本身的高强度击穿钢甲。穿甲弹的弹丸,都是用比坦克装甲硬得多的高密度合金钢、碳化钨等材料制成的。穿甲弹弹头十分坚硬,是坦克、装甲车辆的强敌。发射时,穿甲弹丸在膛内高温高压气体作用下,一触及目标,就会把钢甲表面打个凹坑,并且将凹坑
底面的钢甲顶出去。
旧式穿甲弹中,在弹体中装有少量炸药及引信,弹丸头部虽然已经破裂,但是弹体依然具有强大的动能,所以仍会继续前冲。当撞击力达到一定数值时,引信被触发点燃,就引起了弹丸装药的爆炸。这时,在每平方厘米面积上,可产生数十吨至数百吨的高压,从而杀伤坦克内的乘员、破坏武器装备。现代的穿甲弹,特别是尾翼稳定脱壳穿甲弹,弹芯是实心的,其中并没有炸药,击穿装甲之后,是依靠高速飞溅的装甲碎片和穿甲弹弹芯碎片杀伤装甲目标中的人员、破坏其中的装备。而贫铀穿甲弹在击穿装甲后,强大的撞击力会使得贫铀弹芯发生自燃,产生高温,引燃装甲目标中的油料、弹药,造成极大的破坏效果。
穿甲弹的穿透能力主要来源于弹丸运动时的动能,要增大弹丸击中目标时的动能,就必须提高弹丸的速度。穿甲弹除了用长管火炮发射外,还都将弹体做成流线型或长杆形,即脱壳超速穿甲弹。因为脱壳超速穿甲弹的弹丸形状像支长箭,所以,还有人称它为箭形超速穿甲弹。脱壳超速穿甲弹的穿甲本领更强。
按弹体直径与火炮口径的配合,分为适口径穿甲弹与次口径穿甲弹。按结构性能分为普通穿甲弹、次口径超速穿甲弹和次口径超速脱壳穿甲弹。
作战应用
穿甲弹是在与装甲目标的斗争中发展的。穿甲弹出现于19世纪60年代,最初主要用来对付覆有装甲的工事和舰艇。第一次世界大战出现坦克以后,穿甲弹在与坦克的斗争中得到迅速发展。普通穿甲弹采用高强度合金钢做弹体,头部采用不同的结构形状和不同的硬度分布,对轻型装甲的毁伤有较好的效果。在第二次世界大战中出现了重型坦克,相应地研制出
碳化钨弹芯的次口径超速穿甲弹和用于锥膛炮发射的可变形穿甲弹,由于减轻弹重,提高初速,增加了着靶比动能,提高了穿甲威力。
20世纪60年代研制出了尾翼稳定脱壳穿甲弹,能获得很高的着靶比动能,穿甲威力得到大幅度提高。
发展简史
穿甲弹早在十九世纪便已在战场厮杀,当时,它主要对付装甲战船,用得还不普遍。直到第一次世界大战中坦克面世,装甲弹才风风火火冲进战场,其性能也有了很大改进。这期间装甲弹是一种适口径穿甲弹,即穿甲主体的直径与穿甲弹弹体的口径相同。这类穿甲弹又叫普通穿甲弹。根据穿甲弹的弹头不同,通常人们还把普通穿甲弹分为尖头穿甲弹,钝头穿甲弹和被帽穿甲弹。前两种穿甲弹主要用来对付均质装甲,而后一种由于在弹头上加有风帽和被帽,因而穿甲能力强,可用来对付表面经硬化处理的非均质装甲。
普通穿甲弹一般在弹体内装少量炸药,以提高穿透装甲后的杀伤和燃烧作用。不装炸药的又称实心穿甲弹,装炸药较多的称半穿甲弹或穿甲爆破弹,装有燃烧剂(燃烧合金)的称穿甲燃烧弹。普通穿甲弹由弹丸和发射装药组成。弹丸有风帽、被帽、弹体、炸药、弹底引信和曳光管。风帽用于减小飞行阻力,被帽用于保护弹体头部穿甲时不受破坏,并可防止跳弹。弹体用优质合金钢制造,经
热处理使头部硬度略高于尾部,以改善穿甲性能。曳光管用于显示弹道。100毫米普通穿甲弹弹丸初速900米/秒左右,在1000米距离上可击穿110~160毫米/30°(装甲 厚度/法线角)的装甲。1000米处的速度损失是初速的11%~17%。
第二次世界大战时,重型坦克杀上战场,出现了一种次口径超穿甲弹,即穿甲主体的直径小于弹径的穿甲弹。这种次口径超速穿甲弹的弹体内,有一个用
钨钢制成的弹芯。由于穿甲弹是依靠弹丸的动能来穿透装甲的,因而当弹丸以高速撞击装甲时,强度高而直径细小的弹芯就能把大部分能量集中在装甲的很小面积上,从而一举把“乌龟壳”穿透。后来,坦克不肯示弱,又把装甲增厚,于是便出现了威力更强的超速穿甲弹。这种弹按其稳定方式的不同分为两种:一种是以弹丸自身旋转稳定的,另一种是借助于装在弹体上的尾翼稳定的。
随着科学技术的发展和穿甲理论的研究,穿甲弹的初速和材料性能将会进一步提高,长径比将高达30以上,使穿甲弹具有更大的
穿透力和后效作用。
结构类别
从结构上主要可分为:
2.被帽穿甲弹=APC(Armor-Piercing Capped)
3.易碎穿甲弹=FAP (Frangible Armor-Piercing)
4.超速穿甲弹=APSV(Armor-Piercing Super Velocity)
5.半穿甲弹=SAP (Semi Armor-Piercing)
6.脱壳穿甲弹=APDS(Armor-Piercing Discarding Sabot)
7.易碎脱壳穿甲弹=FAPDS(Frangible Armor-Piercing Discarding Sabot)
8.尾翼稳定脱壳穿甲弹=APFSDS(Armor-Piercing Fin Stabilised Discarding Sabot)
9.横向效应增强型穿甲弹=PELE AP (Penetrator Enhanced Lateral Efficiency Armor-Piercing)尾翼稳定脱壳穿甲弹,是依靠出膛的速度来击穿敌地面设施的。由于炮弹的质量集中于细
长的弹芯,所以初速极快,穿甲能力极强,弹道为笔直的直线。如:T72的脱壳穿甲 弹(1980年代定产)初速可达1800m/s,如此高的速度可以击穿1970年代的任意一款坦克。
线膛炮使得炮弹本身在发射的时候具有极高的转速,从而最大限度的消除炮弹的
章动效应,进而提高射击精度,距离越远越明显(3000米以上)但是距离过远就会出现炮弹顺着旋转方向偏离瞄准线的现象。缺点就是高转速本身消耗了部分火药能量,因此线膛炮穿甲弹设置稳定
尾翼的目的是为了降低炮弹的自转速度,从而使弹头获得更大的动能。
滑膛炮发射的炮弹由于炮身没有
膛线导致炮弹不能自转,进而炮弹本身的章动效应对精度影响很大,因此滑膛炮装备的钨合金尾翼稳定脱壳穿甲弹所设置的尾翼是为了能够让炮弹在出膛后有一个自转能力,提高飞行稳定性。
简要分类
按结构和性能,分为普通穿甲弹、超速穿甲弹、超速
脱壳穿甲弹和尾翼稳定脱壳穿甲弹。
①普通穿甲弹。包括尖头穿甲弹、钝头穿甲弹和被帽穿甲弹三种。其特点是弹丸直径与火炮口径相同,弹体较厚并采用优质合金钢制成。多数弹装有炸药(包括穿甲爆破弹和半穿甲弹等),少数不装炸药的称实心穿甲弹,装有燃烧剂的称穿甲燃烧弹或穿甲纵火弹。一般由风帽、被帽、弹体、炸药、引信和曳光管等部分组成。风帽的作用是减少空气阻力,被帽用于保护弹体头部穿甲时不致破坏并防止跳弹,曳光管用于指示弹丸的飞行弹道。
②超速穿甲弹。包括线轴型超速穿甲弹和流线型超速穿甲弹两种。弹体内装有一个次口径、高硬度、高密度的金属弹芯(如碳化钨)。贯穿钢甲时,比动能大,能击穿法线角不大的厚装甲。但弹性差,飞行阻力大,速度衰减快,一般只适用于近距离作战。
③超速脱壳穿甲弹。包括旋转稳定超速脱壳穿甲弹和尾翼稳定超速脱壳穿甲弹两种。旋转稳定超速脱壳穿甲弹弹芯材料和性能与超速穿甲弹基本相同,所不同的是固定弹芯的弹托,出炮口后会迅速脱落,以减小飞行阻力。由于弹体结构受到旋转稳定性的限制,弹体的长径比(弹体长度与直径之比)小,穿甲威力有限,在贯穿大着角装甲时易折断或跳飞,严重影响其穿甲效能。在中大口径火炮上,旋转稳定超速脱壳穿甲弹已逐渐被尾翼稳定脱壳穿甲弹所取代。
④尾翼稳定脱壳穿甲弹。由次口径的飞行部分和脱落部分组成。飞行部分主要由风帽、被帽、弹体和
尾翼等组成。弹体通常由优质合金钢、钨合金或合金等材料制成。尾翼有5~6片,起稳定飞行的作用。脱落部分包括弹托和弹带等。弹托大多由2~3瓣的铝合金材料制成,用弹带和紧固环固定。发射时,弹托用来支撑弹体和在炮膛内密闭火炮气体,飞出炮口后,在空气阻力作用下自行脱落。与其他穿甲弹相比,尾翼稳定脱壳穿甲弹具有更高的初速和长径比,飞行速度损失小,大着角撞击目标时不易跳飞,贯穿能力强,是对付复合装甲和反应装甲的有效弹种之一。
国内发展
穿甲弹最早出现于19世纪60年代,初期用于
海战,主要对付铁甲战船。第一次世界大战中坦克出现后,野战炮普遍装备了普通穿甲弹,攻击带有装甲防护的坦克。第二次世界大战中出现了重型坦克,装甲厚度达150~200毫米,为了击穿这类厚装甲,发展了一种由
钨钢弹芯构成的超速穿甲弹,其威力比普通穿甲弹高得多,但是弹形不好,飞行阻力大,速度衰减快,
有效射程近。为了克服这一弱点,又研制出
流线型超速穿甲弹和旋转稳定的超速脱壳穿甲弹。20世纪60年代以后,为击毁复合装甲主战坦克,研制了尾翼稳定脱壳穿甲弹,弹体材料由
特种钢或高密度的钨合金制成,使穿甲威力有了较大的提高。70年代,开始用高密度、高强度、高韧性的铀合金制造弹体,并且增大长径比,其穿甲能力比钨弹更强,后效更好。90年代,杆式穿甲弹向高初速、小弹径和大长径比等方向发展,使穿甲威力和综合性能进一步提高。进入21世纪,小口径穿甲弹主要发展用碳化钨、钨合金、铀合金作弹芯的超速穿甲弹和旋转稳定脱壳穿甲弹,有些国家发展了小口径尾翼稳定脱壳穿甲弹。现代小口径尾翼稳定脱壳穿甲弹的初速已经达到1350米/秒以上,
有效射程提高近1倍。中大口径穿甲弹重点发展钨合金、铀合金尾翼稳定脱壳穿甲弹,穿甲厚度可以达750~900毫米。
未来穿甲弹的发展趋势:①提高穿甲弹的比动能和侵彻能力,特别是侵彻复合装甲、贫铀装甲和反应装甲的能力。大口径杆式穿甲弹的初速可达到1800~2000米/秒。②研究新材料、新结构,如采用
复合材料和增强纤维的重金属材料作弹体,应用高强度、低密度的材料或复合材料作弹托。③发展135毫米或140毫米等大口径穿甲弹,其初速可达到2000米/秒左右,穿甲厚度可以达1000毫米。④将精确制导技术、火箭增程技术等与穿甲技术相结合,以提高穿甲弹的
有效射程和命中率。
最新研究
经过几十年的不断研究和发展,大口径高密度钨合金穿甲弹已成为主战坦克和大口径
反坦克炮的主要弹种,但随着各国主战坦克装甲防护水平的不断提高,新型反应装甲已具备了一定的反穿甲弹的能力,特别是超高速动能弹的出现和应用,对高密度穿甲弹弹芯材料的力学性能提出了越来越高的要求。多年来,国内外在想方设法提高钨合金弹芯性能的同时,也开展了各种复合材料弹芯的研究和探索,试图通过用高密度丝或纤维制备的各种复合材料来进一步提高穿甲弹的强韧性,而其中研究最多的是用钨丝束制备高密度的复合穿甲弹弹芯。
这些研究主要有以下两个方面:一方面,在现有合金系和工艺条件下,通过优化合金成分和工艺参数来获得最佳的穿甲性能,或者是通过设计新的合金系,添加合金元素或开发新的工艺来获得更高性能的合金。另一方面,国内外还对钨合金的形变强化和预应变时效等进行了内容广泛的研究工作,其中旋转锻造工艺已经广泛地用于大口径弹芯的生产,而且将液力挤压技术用于小口径弹芯,取得了令人满意的效果。预应变时效可大幅度提高钨合金强度的同时保证材料具有良好的韧性,但由于其强韧化机理的研究一直没有突破,且处理性能不够稳定,并未在制式武器上应用。此外,有人还对钨合金的强韧化开展了多种新工艺方法的研究:如等离子熔化-快速凝固法,湿法冶金-等离子熔化法和活化喷雾热分解法,这几种方法都可以制得非常均匀的预合金粉末,用这些“预合金粉末”烧结高密度钨合金时可以降低烧结温度,缩短烧结时间,从而使合金同时具有较高的强度和较好的韧性。综上所述,虽然经过了几十年的不断研究,高密度钨合金的强度和韧性有了很大的提高,但对于未来超高速动能弹或要求大穿深的穿甲弹,其强韧性不足的问题并未从根本上得到解决,为此开发其它高密度材料的穿甲弹芯,特别是研制高密度
复合材料穿甲弹弹芯便引起了各工业
发达国家的高度重视,而且研究也越来越广泛和深入。
英国皇家兵工厂对用某些钨合金丝作增强相。用于穿甲弹进行了可行性研究,实验表明,有必要在合金丝表面涂履一些
氧化物,来防止
烧结过程中增强相与
基体发生反应。
德国曾进行了丝束制造穿甲弹的研究,其方法是在重金属丝上沉积粘结相金属后集束烧结,再经
锻造或
轧制。另外还进行了将重金属丝装入烧结
钨合金管中锻压进行机械复合工艺方法的试验研究。
日本制钢厂研制丝束复合穿甲弹的工艺方法是将多种粘结相元素镀在丝上,再进行液相烧结制成穿甲弹弹芯毛坯。
美国海军的一项专利公布了一种较为经济的用钢—钨复合的穿甲弹制造工艺。该工艺方法是将一定细直径的钨合金增强丝用线束
准直仪均匀地平行分布,把准直仪和增强丝一起放入橡胶包套内,再加入预先混入-203石墨粉的B0钢粉末(也可用B00-钢粉末)。封闭胶套并进行冷等静压,去掉包套和准直仪后将压制件在氢气中
烧结,使坯件致密之后,坯料再经模锻后的钨丝排布会发生一些变化,丝与丝之间的距离将减小,但丝的外形尺寸基本没有变化。将毛坯在GGH下
奥氏体化,火后,再
回火,其硬度可达很高程度。