破甲弹

反坦克的弹种

破甲弹 HEAT（High-Explosive Anti-Tank）破甲弹又称空心装药破甲弹，是以聚能装药爆炸后形成的金属射流穿透装甲的炸弹。也称聚能装药破甲弹，是反坦克的主要弹种之一。

内容简介

破甲弹(High Explosive AntiTank)与碎甲弹同属化学能弹药(CE)。破甲弹的打击方法实际上是炸药爆炸后产生高温金属射流击穿装甲。破甲弹主要配用于坦克炮、反坦克炮、无坐力炮、反坦克导弹、单兵火箭和航空集束炸弹的反装甲子炸弹以及大口径火箭炮的反装甲子炸弹等。用于毁伤坦克、装甲车等装甲目标和工事。射流穿透装甲后，以高温金属射流、装甲破片和爆轰产物毁伤人员和设备。

破甲弹的使用，加强了对坦克、装甲车和各种技术兵器的威胁，其主要原理是靠弹药所装炸药本身的能量来融化金属罩形成金属射流击穿目标装甲防护的，故不受初速和射距的限制，是一种发展潜力较大的弹种。空心装药破甲弹，主要靠把装药制成带锥形孔的空心圆柱体药柱，并在锥形孔药表面加上锥形金属罩，爆炸时能量会使锥形罩融化凝聚成一股速度极高的高温金属射流，即“聚能效应”，摧毁装甲，因为金属射流形成需要一定的时间和空间，此种弹药一般弹头前部有很大一块空腔，所以此种弹药又被称为空心装药破甲弹。

发展历史

19世纪发现了带有凹窝炸药柱的聚能效应。在第二次世界大战前期，发现当炸药装药凹窝上衬以薄金属罩时，装药产生的破甲威力大大增强，致使聚能效应得到广泛应用。1936～1939年西班牙内战期间，德国干涉军首先使用了破甲弹。随着坦克装甲的发展，破甲弹出现了许多新的结构。例如，为了对付复合装甲和反应装甲爆炸块，出现了串联聚能装药破甲弹。为了提高破甲弹的后效作用，还出现了炸药装药中加杀伤元素或燃烧元素等随进物的破甲弹，以增加杀伤、燃烧作用。为了克服破甲弹旋转给破甲威力带来的不利影响，采用了错位式抗旋药型罩和旋压药型罩。20世纪80年代以来，由于坦克装甲防护能力的不断提高，破甲弹的破甲深度已由原来的6倍装药直径提高到8～10倍的装药直径。并不断提高破甲弹的炸高，研究在大炸高下提高破甲弹侵彻能力的途径。如采用双锥药型罩和精密装药等。为了提高远距离破甲弹的命中概率，还出现了末段制导破甲弹和攻击远距离坦克群的破甲子母弹。

原理

原理的核心是：门罗效应。

破甲弹的攻击部外壳包裹的是压成圆柱形的高爆物质。这个圆柱的顶端挖了一个锥形坑，坑壁上压上铜一类金属制造的一张衬层。打击时，爆破来自于圆锥后方，冲击波以8000米/秒的速度冲击金属衬层，集中在圆锥顶点上。整个衬层于是向圆锥的底部压缩，压强被集中在圆锥的中线上。受到压缩的金属衬层堆集到一起，继而由圆锥底部的中心被向外推出。

由于爆破冲击波产生的压强非常庞大，金属是以8000米/秒-9000米/秒的速度向外喷直线喷出的。虽然仍然是固态的金属，但强大的动能使它的运动方式近似于液态(温度并不高)。当衬层在压力的作用下堆集时，由于冲击波需要推动的质量逐渐增加，单位质量得到的动能也逐渐减少。其直接结果是，最初射出的金属速度在8000米/秒以上，而后面射出的逐渐减少至2000米/秒上下。速度的区别令射出的金属形成柱状，被称为金属射流。金属射流撞击装甲时，它强大的动能逼迫构成装甲板块的物质向四周液态流动，让出一条隧道。但同时，射流的首部也不断向四周扩散，射流也就不断被耗费。如果射流完全被耗费时仍无法穿通装甲，装甲胜利。但如果在射流在完全被消耗掉前贯通装甲，它将携带着撞击和穿透过程中形成的碎片高速喷射入车辆内部，杀伤人员、破坏器械。'

穿透深度影响因素

穿透深度公式

P = L√λρj/ρt_

P是穿深，L是金属射流的长度。ρj和ρt分别是金属射流和被打击的装甲的密度。另外λ是一个复合系数，包括多方面的影响。

外力影响

射流首部的速度在25马赫左右，远远高出撞击装甲后震荡波的传递速度，所以不受震荡波形成的张合压强的影响，不会折断或者碎裂。

但金属射流的密度并不高，一些高硬度的板块可以有效地抵御它的侵袭，令射流在表层大量消耗，例如陶瓷装甲模块。另外金属与非金属材料层次重叠的一些装甲结构可以有效地以碎片袭入射流穿透的途径，扰乱它，减少其穿击能力。总地来说，破甲弹对匀压制钢仍十分有效，通常可以穿透弹径5倍以上厚度的匀压制钢板。另外，旋转对破甲弹穿深的负面影响非常大。金属衬层的旋转会令产生的射流携带角加速度。在角加速度作用下，射流会由于离心力分散，密度减少，均匀性下降，穿透能力当然也降低。衬层是圆椎形的，椎底相对椎头的直径更大，所以旋转时椎底的角速度也更大。射流形成时由椎头到椎底，所以旋转下射流的后端相对前端更为分散。另外起爆距离越大，旋转产生的分散作用的作用时间越长，影响也越强。

金属射流的长度越大，穿深越大。前面提到，射流的首尾的速度有区别，在前进过程中，首尾的间隔也不断增大。最理想的情况下首尾要分离到不断裂的最大程度，这样射流的长度最大，穿深也最大。但当首尾间距加大到一定程度时，射流会断裂成许多小截，失去穿透能力。所以设计破甲弹时要求将其起爆距离设置得正好可以在撞击装甲前形成连贯而长度又大的金属射流，通常在弹头前端装置探杆来达到这一目的。探杆的长度根据弹体的不同构造通常要求在弹头(也就是圆锥体底部)直径的4到7倍。

探杆撞击装甲时引爆弹头的炸药，这样射流在弹头接触装甲表面前开始形成，提前达到理想的长度和密度。但大口径的破甲弹，探杆也必须很长。长探杆构造受到弹药的设计与使用的制约，所以很多时候小口径的破甲弹效果反而比大口径的好，主要因为小口径的设计容易满足起爆距离的要求

衬层影响

破甲弹的金属衬层通常是铜制的。铜的密度比较大，同时流动比较容易，能够形成比较均匀的射流。从破甲弹威力的公式看，能够流动的衬层密度越大，穿透能力越强。黄金虽然是一种非常昂贵的金属，但它柔软而比重又高，实际上是非常好的衬层材料(以反装甲武器弹药的价格来看，即使黄金真的被用上也不足为奇)。其它很多重金属虽然密度足够，却难以压迫成射流。随着制造工艺的进步，贫铀也开始被作为衬层材料。对匀压制钢，贫铀衬层的破甲弹从理论上看应该相对铜制衬层的同构造破甲弹的穿透能力提高40%，但由于高密度的物质受压迫形时成射流相对缓慢，实际上贫铀衬层只相对铜制衬层的威力提高20%左右。但更重要的是，高密度衬层对陶瓷一类的高硬度低密度装甲板块的作用良好。衬层的厚度通常在弹头直径的2%上下。

金属衬层在爆破的冲击波压迫下堆集并形成射流，堆集的方式直接影响着射流的均匀状态与速度。圆锥形的衬层由顶点向底面凹入，堆集的金属质量逐渐增加，射出的速度也不断减少。高速的射流射出以后，很大一部分堆集成块的金属会被留在后头，以300-800米/秒的较低的速度抛出。衬层圆锥的造型关系着射流和堆集块的速度。锥头的角度越小(圆锥越尖)，射流越细长，穿透能力也就越强。锥头的角度增大，射流变得粗短，虽然穿透的深度降低，但破坏面积增大，穿透后携带的碎片也更多，造成的穿透后效益更严重。另外射流后的金属堆集物的速度随锥头的角度增大而增加。

锥体的造型必须合适，这样既具有足够的穿透能力(射流长度足够)，又具有良好的穿透后作用(射流直径足够、剩余堆集物速度快)。为达到最好的效果，一些先进的破甲弹采用了喇叭形或者双角度(锥体壁中段改变角度，顶头尖，边缘阔)。但锥体必须有良好的对称性，否则衬层在挤压下凹入不均匀，也就无法形成均匀的射流，所以这些特殊造型的衬层对制造工艺的要求也比较高。

除了锥体角度外，冲击波峰与衬层接触的角度也至关重要。冲击波程弧形，弧面与椎体壁形成夹角。如果冲击波来自椎体的顶端，波峰与衬层成几乎90度的夹角，形成的射流不均匀，且大量的金属在没有被推出去前形成堆集，阻塞路线。波峰与椎体壁的夹角实际上越小越好，这样把椎体壁由四周向中间压迫进去，射流细长均匀，且堆集物减少。所以最好的情况下爆破来自椎体四周而不是顶端。让爆破物由椎体四周的间距的点上开始燃爆可以达到这一目的，但这样的设计难度也相对较大。较简便的方法是在椎体下方中间放置惰性物质冲击波无法从惰性物质中穿过，只好由其四周前进。

组成

破甲弹由弹丸和发射装药组成。弹丸有头螺（或风帽或杆形头部）、弹体、聚能装药、稳定装置和引信。有的破甲弹还在聚能装药中设有隔板，在传爆序列中采用中心起爆调整器。

①头螺。是保证破甲弹有利炸高的零件，其长度约为药型罩口部直径的2～3倍。采用头螺结构还利于装配弹体内零件和改善弹丸气动力外形。杆形头部还可产生稳定力矩。

②弹体。是盛装聚能装药、连接头螺与弹尾，并保证弹丸在膛内正确运动的部件，一般用钢或铝制成。

③聚能装药。通常由药型罩和带有凹窝的炸药装药组成，爆炸时产生聚能效应。药型罩是形成金属射流的零件，衬于装药凹窝内。多采用锥形罩，锥角一般为40°～60°。也有半球形罩、曲线组合形罩以及双锥形罩等。材料除要用延性好，密度大的金属外，还可采用两种金属或金属与非金属复合的双层药型罩。最常用的药型罩材料是紫铜。炸药装药一般采用高爆速的猛炸药压制，或用B炸药注装而成。装药前端的锥形凹窝，可使爆炸能量集中在凹窝的轴线方向上，用以增大该方向上的爆炸作用。在压药或注药时，一般均带药型罩。

④隔板。是改变炸药装药爆轰波波形，提高破甲能力的零件。一般用惰性材料制成，如塑料等，也可采用低爆速炸药制成。采用隔板的破甲弹可提高破甲深度，但破甲稳定性降低。

⑤中心起爆调整器。是保证炸药装药对称起爆，以获得良好对称性射流的部件。

⑥引信。是使破甲弹适时起爆的控制装置。破甲弹一般采用压电引信、储电式机电引信，有的采用电容感应引信等。

⑦稳定装置。有尾翼稳定和旋转稳定两种方式。破甲弹大多采用尾翼稳定，这是因为弹丸的高速旋转将使破甲弹的威力下降。根据飞行速度不同，有的采用适口径固定尾翼，有的采用张开式超口径尾翼，有前张式和后张式两种。

弹丸

几种破甲弹弹丸

（1）筒式破甲弹弹丸

此外，有的破甲弹采用筒式稳定装置，其特点是没有尾翼片，它依靠弹丸尾部的圆筒达到稳定。一般与杆形头部结构配合使用，既适用于超音速飞行，也适用于亚音速飞行。在破甲子母弹的子弹中，有的还使用飘带柔性稳定装置等。

（2）法国105毫米G型旋转破甲弹弹丸

少数破甲弹还采用旋转稳定装置，为了克服弹丸高速旋转时破甲威力的下降，常在弹丸结构上采取一些减旋措施。例如在弹体内装滚珠轴承，发射时，弹体高速旋转而聚能装药不旋转或微旋。有些线膛炮发射的尾翼稳定破甲弹，可采用活动导带环结构，使弹体只产生低速旋转，既消除了高速旋转对威力的不利影响，又保持了弹丸的密集度。

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