空心装药破甲弹

1§1概述内容回顾穿甲弹是依靠动能来击毁装甲的，而弹丸的动能则是火药的能量通过火炮来赋予弹丸的，因而只有高初速火炮才适于配备动能穿甲弹。为了对付战斗力强、机动性好的活动装甲目标，必须研究如何发挥质量轻的低膛压火炮队坦克的射击作用。自“空心效应”的发现并成功地研制成了各种类型的空心装药破甲弹后，就可以有效利用低膛压火炮，使之成为反坦克的积极武器之一。2§1概述破甲弹“聚能效应”，不需要弹丸有很大的着速，几乎所有的反应反坦克战斗部都采用了“空心装药”战斗部。聚能效应不仅在军事上得到广泛应用，在民用上也发挥了很大的作用，如石油射孔弹、爆炸切割等。3§2破甲作用2.1聚能效应2.2金属流的形成2.3破甲作用4§2破甲作用图5-1不同装药结构对靶板的破坏2.1聚能效应5§2破甲作用2.1聚能效应图5-2柱形装药爆轰产物的飞散图5-3无罩聚能装药爆轰产物的飞散6§2破甲作用2.2金属流的形成图5-4金属流的形成1-杵体；2-碎片；3射流78§2破甲作用2.2金属流的形成罩内表面金属形成金属射流（或简称射流）；罩外表面金属形成杵状体（或简称杵体）。射流的头部速度可达7000～10000s；杵体的速度一般为500～1000m/s。9§2破甲作用2.2金属流的形成射流头部速度高，尾部速度低，存在着速度梯度。随着射流的向前运动，射流不断被拉长。（图5-5）。10§2破甲作用2.2金属流的形成爆轰波卸载，出现断裂，“崩落圈”（图5-6）。11§2破甲作用2.2金属流的形成钢制药型罩，内、外表面镀薄铜。外表面镀铜，杵体内含有氧化铜；内表面镀铜，杵体内没有发现任何铜的痕迹。射流是药型罩内表面形成的。射流部分的质量一般只占药型罩总质量的10～30%。12§2破甲作用2.2金属流的形成射流的形成：第一阶段是空心装药起爆，炸药爆轰，药型罩微元向轴线运动。起作用的因素：炸药性能、爆轰波形、药型罩材料和壁厚等；第二阶段是药型罩各微元运动到轴线、碰撞，形成射流和杵体。起作用的因素：罩材的声速、碰撞速度和药罩型锥角等。13§2破甲作用2.3破甲作用射流质量不大，速度很高，动能很大。射流侵彻靶板的过程如图5-7所示。14§2破甲作用2.3破甲作用碰撞点压力达2×1011pa，局部温度上升到5000K；冲击波分别传入靶板和射流。射流直径很小，传入的冲击波很快卸载消失；靶板尺寸大，传入靶板的冲击波能够深入地传播出去。射流与靶板碰撞后，其运动速度等于靶板碰撞后的质点运动速度，即碰撞点的运动速度，一般称其为破甲速度。15§2破甲作用2.3破甲作用碰撞后的射流没有消耗掉全部能量，不能破甲，但能扩大破孔直径。后续射流到达新碰撞点时，继续破甲，此时射流所碰撞的已不是静止状态的靶板质点，而是具有一定速度的靶板质点。新碰撞点的压力降降低（约为2~3×1010pa），温度也低（约为1000K）。碰撞点周围的金属产生高速塑性变形，应变率很大。在碰撞点周围形成一个高温、高压、高应变率的区域。简称为“三高区”。16§2破甲作用2.3破甲作用靶板材料的强度可忽略。金属射流对靶板的侵彻过程，大致分为三个阶段：1.开坑阶段开始阶段。碰撞点的高压和冲击波使靶板自由界面崩裂，靶板和射流残渣飞溅，在靶板中形成三高区。此阶段约占孔深的10%。17§2破甲作用2.3破甲作用2.准定常阶段此阶段中的碰击压力不是很高，射流的能量变化缓慢，破甲参数和破孔的直径变化不大，基本上与时间无关，故称为准定常阶段。该阶段约占孔深的85%。18§2破甲作用2.3破甲作用3.终止阶段这一阶段约占5%首先，射流速度低，靶板强度阻止射流侵彻作用愈明显：其次，孔扩能力也下降，后续射流不能作用于靶孔的底部，而是作用于射流残渣上影响侵彻破甲的进行；再者，射流出现失稳（劲缩和断裂），影响破甲性能。当射流速度低于射流开始失去侵彻能力的所谓“临界速度”时，射流已不能继续侵彻破孔，而是堆积在坑底，使破甲过程结束。19§2破甲作用2.3破甲作用杵体，一般不能起破甲作用杵体堵塞破孔，目前已出现无杵药型罩。在设计中，射流拉长的程度由炸高保证。射流太短不好，太长也将因射流的断裂而影响破甲性能。因而，应当恰当地选择炸高，以使射流的侵彻性能最好，这时的炸高称为最有利炸高。20§3空心装药破甲弹的结构空心装药破甲弹是第二次世界大战中出现的。早期的空心装药破甲弹，多采用旋转稳定方式，其外形基本上与普通炮弹一致。后来人们发现弹丸的高速旋转运动将破坏金属射流的稳定性，致使破甲威力大大降低。例如，对中口径破甲弹来说，当转速为每分钟2000转时，破甲深度竟下降30～60%。目前，为了保证与提高破甲弹的威力，许多国家都采用了不旋转的或微旋转的尾翼稳定结构。此外，对于旋转稳定式，人们也进行了许多抗旋转结构的研究。为了适应各种火炮的要求，加上多年来破甲弹本身在结构上的发展，使破甲弹的结构多种多样。但一般来说，空心装药破甲弹大都又弹体、炸药装药、药型罩、隔板、引信和稳定装置等部分组成。它们的差别，主要反映在火炮发射特点、弹形和稳定方式上。21§3空心装药破甲弹的结构3.1气缸式尾翼破甲弹3.2长鼻式破甲弹3.3具有抗旋结构的旋转稳定破甲弹3.4火箭增程破甲弹22§3空心装药破甲弹的结构3.1气缸式尾翼破甲弹气缸式尾翼破甲弹，是因利用火药气体的压力推动活塞使尾翼张开而得名的。这种炮弹的结构，如图5-8所示。图5-8气缸式尾翼破甲弹的结构1-引信头部；2-头螺；3-药型罩；4-弹体壳；5-主药柱；6-引信底部；7-橡皮垫圈；8-尾翼座；9-尾翼（六片）；10-活塞；11-橡皮垫圈；12-螺塞；13-导线；14-隔板-；15-副药柱；16-支承座23§3空心装药破甲弹的结构3.1气缸式尾翼破甲弹炸药装药炸药装药是形成高速金属高压流的能源。炸药的能量高，所形成的射流速度就高，其破甲效果好，一般选用梯/黑（50/50）炸药或黑索金为主体的混合炸药或气他高能炸药。炸药的装填方法，可采用铸装、压装，或其它装药仿佛。药型罩药型罩是形成聚能金属射流的关键零件，其形状有圆锥形、截锥形、喇叭形和扇状错位形等，但常用的是圆锥形药型罩。药型罩材料对破甲性能的影响很大，一般采用紫铜。隔板隔板是改变爆轰波形，从而提高射流速度的重要零件，一般用塑料制成。引信该弹配用压电引信。压电引信一般可分为引信头部和引信底部两个部分。引信头部主要为压电机构，在碰击目标时依靠电陶瓷的作用产生高电压（可达V），供给引信底部之间，一般以导线相连；也有利用弹丸本身金属零件作为导电通路的。24§3空心装药破甲弹的结构3.1气缸式尾翼破甲弹稳定装置该弹的稳定装置时由活塞、尾翼、尾翼座和销轴等零件构成。活塞安装在尾翼的中心孔内，尾翼以销轴与尾翼相连，翼片上的齿形与活塞上的齿形相啮合。平时六片尾翼相互靠拢；发射时高压的火药气体通过活塞上的中心孔进入活塞内腔。弹丸出炮口后，由于外面的压力骤然降低，活塞内腔的高压气体推动活塞运动，通过相互啮合的齿而使翼片绕销轴转动，将翼片向前张开并呈后掠状。翼片张开后，由结构本身保证“闭销”，而将翼片固定在张开位置。翼片张开的角度一般为～。为了提高设计精度，在翼片上制有左右的倾斜角，使弹丸在飞行中呈低速旋转。该弹翼片采用铝合金材料制成。气缸式尾翼破甲弹的稳定装置具有翼片张开迅速，同步性好和作用比较可靠的特点，有利于提高弹丸的射击精度。其缺点是结构较为复杂，加工精度要求也高。25§3空心装药破甲弹的结构3.2长鼻式破甲弹长鼻式破甲弹是因其采用瓶状结构的特殊弹形而得名的。这种弹形虽然使空气阻力增加，但却减小了头部的升力，从而给飞行稳定性带来好处。长鼻式破甲弹的结构形式很多，如瑞典84mm破甲弹（图5-9）、西德DM—12式120mm破甲弹（图5--10）和我国100mm破甲弹（图5-11）等都有它各自的特点。26§3空心装药破甲弹的结构3.2长鼻式破甲弹图5-9瑞典84mm破甲弹外形示意图瑞典84mm破甲弹采用了筒式稳定方法。该弹以尾部的圆筒代替尾翼，使弹丸质心位于压力中心之前而获得飞行稳定。这种长鼻式结构既可用于滑膛炮，也可用于线膛炮。图5-9瑞典84mm破甲弹外形示意图27§3空心装药破甲弹的结构3.2长鼻式破甲弹西德DM—12式120mm破甲弹采用了固定尾翼稳定装置。该弹在提高破甲性能的同时，大大提高了其杀伤作用，从而使长鼻式破甲弹具有多用途弹的性能。这一点也正是长鼻式破甲弹的发展趋势。图5-10西德DM-12式破甲弹结构示意图28§3空心装药破甲弹的结构3.2长鼻式破甲弹为了说明长鼻式破甲弹的结构组成，着重介绍一下100mm破甲弹的特点。该弹配用于53年式100mm线膛加农炮和坦克上，主要用于对付坦克和装甲车辆，其结构如图5-11所示。该弹的主要诸元为：该弹稳定装置的翼片是通过销轴连接于尾杆的翼座上。由于翼片的质心较销轴中心距离弹丸轴线更近，所以发射时翼片的惯性力矩与剪切断销所需的剪切力矩之和，大于离心力所产生的力矩，因而翼片在膛内自锁而呈“合拢”状态。弹丸飞离炮口后，惯性力矩消失，在离心力作用下，切断销被剪断，翼片绕轴向后张开，并在迎面阻力作用下使翼片紧靠在定位销上。29§3空心装药破甲弹的结构图5-11100mm坦克炮用破甲弹1-引信；2-传火管；3-头螺；4-药型罩、5-炸药；6-弹体；7-传火管；8-起爆机；9-滑动弹带；10-压环；11-尾杆；12-销轴；13-切断销；14-定位销；15-曳光管。3.2长鼻式破甲弹30§3空心装药破甲弹的结构3.2长鼻式破甲弹这种使尾翼张开的结构比较简单，既适用于高速旋转弹丸也适用于低速旋转弹丸。其缺点是翼片张开的同步性较差，对弹丸的射击精度有一定影响。此外，这种结构有时会出现划膛现象，影响炮管的使用寿命。为了使弹丸低速旋转，该弹采用了滑动弹带结构，即将弹带镶嵌在弹座上。弹带座与弹体之间为动配合，并用带有螺纹的压环固定，以限制其轴向运动。这种结构既能在发射时起闭气作用，避免火药气体冲刷炮膛，延长寿命，又能使弹丸低速旋转；既有利于提高弹丸的射击精度，又可保证破甲威力不受高速旋转的影响。滑动弹带可采用紫铜、陶铁或塑料（如聚四氟乙烯）等材料制造。31§3空心装药破甲弹的结构3.3具有抗旋结构的旋转稳定破甲弹前已述及，旋转稳定破甲弹的破甲威力将因其高速旋转而下降。为了解决这一问题，人们在药型罩上采取了各种各样的措施，这里介绍的就是其中的实例。1.美152mmXM409E5式多用途破甲弹美152mmXM409E5式多用途破甲弹是六十年代末期的产品，配用于坦克炮上。该弹的结构如图5-12所示。32§3空心装药破甲弹的结构3.3具有抗旋结构的旋转稳定破甲弹图5-12美152mm多用途破甲弹1-引信头部；2-引信帽；3-导线；4-头螺；5-连接螺圈；6-错位药型罩；7-弹体；8-炸药；9陶铁弹带；10-垫片；11-毯垫；12-引信顶部；13-压紧螺；14-曳光管；15底螺；16-药筒压紧螺。33§3空心装药破甲弹的结构3.3具有抗旋结构的旋转稳定破甲弹该弹采用旋转稳定式结构，其弹带采用陶铁材料。为了克服弹丸旋转对破甲性能带来的影响，该弹采用了错位抗旋药型罩。这种错位抗旋药型罩是采用先冲压后挤压的方法制成的，其材料为紫铜（含铜量在99.9%以上）。如图5-13所示，该弹药型罩由16个圆锥扇形块组成，每块对应圆心角约为。这种药型罩之所以能够抗旋，是因为当炸药爆炸时，每一扇形块都由于错位而使压垮速度的方向不再朝向弹丸轴线，而是偏离轴线并与半径为r圆弧相切（图5-14）。这样一来，形成的射流将是旋转的，如使其旋转方向与弹丸的旋转方向相反，即可抵消或减弱弹丸旋转运动对破甲性能的影响。34§3空心装药破甲弹的结构3.3具有抗旋结构的旋转稳定破甲弹此外，该弹在弹丸底部采用了短底凹结构，有利于改善其射击精度。图5-13错位抗旋药型罩图5-14抗旋转原理示意图35§3空心装药破甲弹的结构3.3具有抗旋结构的旋转稳定破甲弹2.法105mm破甲弹该弹配用于法国AMX-30主战坦克炮上，其结构如图5-15所示。图5-15法国105mm破甲弹36§3空心装药破甲弹的结构3