戰場武器系統與技術 - 第3冊：彈藥

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化學能
　　
引言
　　
我們說用化學能手段摧毀裝甲，實際上不夠確切。它包括把化學能送到目標和用引信引爆兩部分。利用化學能攻擊裝甲有多種方式，不同方式其效果不相同。直接用殺傷爆破彈以其爆轟和破片效應攻擊裝甲並不真正有效，除非是較小口徑的殺傷爆破彈直接命中或大口徑殺傷爆破彈(155毫米或更大些)在目標很近處爆炸。如果真能做到命中或在目標附近爆炸殺傷爆破彈對坦克會有較大作用，如可使無線電天線、潛望鏡、瞄準器和履帶等斷裂或損壞。此外，大量炸藥在坦克乘員處或靠近坦克乘員處爆炸，不難想象它好像是在一金屬盒子裏發生的爆炸一樣，對坦克乘員肯定會造成巨大殺傷作用。但殺傷爆破彈主要是對人，其次是對物，主要並不是用來攻擊裝甲的。
　　
要使主戰坦克被毀到足夠的致傷水平，須用專門設計的化學能破甲彈。利用化學能破甲的各種方法中，最常用的是利用空心裝藥、碎甲和碟形裝藥等效應，分別詳述如下。

炸藥破甲(HEAT)效應
　　
炸藥破甲並不直接依靠熱量發揮作用，通常采用空心裝藥效應，或稱錐形裝藥效應，也稱為門羅(Munroe)或紐曼(Neumann)效應。這些不同名稱是根據它的工作方式或研究工作原理的人的名字而起的。圖8.16表示空心裝藥效應的發展過程。開始，人們觀察到炸藥緊貼裝甲板爆炸時，甲板上只會產生很小的凹痕。如在炸藥裝藥的平面上開一楔形缺口，則爆炸波會集中在甲板上，造成更大凹痕。以後，又發現只要炸藥裝藥離開甲板向上移動一段合適距離(炸高)這種效果還可進一步擴大。如再在楔形缺口面上襯以延展性好的金屬襯裏(或稱藥型罩)，則炸藥對裝甲板的穿透力更能急劇增大。



原理
　　
從原理上看，炸藥破甲是利用炸藥裝藥的爆炸能量壓垮和使金屬藥型罩破碎，並形成金屬射流和杵狀體而工作的。由於破甲彈彈體呈圓柱形，故金屬藥型罩在彈體內呈圓錐形，常稱為“錐形藥型罩”。爆炸時金屬藥型罩中約有20％形成金屬射流，射流速度自前向後呈梯度變化，其頭部速度約8000～9000米／秒，尾部速度約1000米／秒。剩余的80％則形成杵狀體，以300米／秒左右的低速尾隨金屬射流。圖8.17表示上述情況。



穿甲性能
　　
射流之所以穿甲，全在於射流頭部集中了強大的動能，因而作用在甲板上的壓力每平方英寸達200噸(308兆帕)。在此射流壓力下，甲板產生徑向的強烈變形，即甲板金屬只能被射流向周圍擠開，從而產生永久變形。破甲彈達到的穿透能力十分驚人，很少的裝藥(指所用炸藥重)可穿透很厚鋼板。
　　
破甲彈的穿透深度與攻角的余弦成比例，遵循簡單的余弦定理。射流的效能實際上只看它沿射擊方向直接穿透的甲板厚度(見圖8.3)，如果其他條件不變，其穿甲厚度與錐形藥型罩的口部直徑成正比。一個設計較成熟的破甲戰鬥部(或彈丸)，其穿透深度一般為三到四倍錐形藥型罩口部直徑。
　　
殺傷力
　　
破甲彈的穿透性能固然重要，但並不是唯一要考慮的性能，特別對破甲彈更是如此。因為在任何攻擊方式中，主要的要求不僅是穿透，而且還應有剩余能力損傷裝甲後的人和物。破甲彈以三種方式在裝甲後面造成損傷：射流本身及由裝甲碎片和射流穿過裝甲板後形成的碎屑統稱之為“碎片”的東西；以及由壓力、溫度、火焰等對人造成的生理和心理作用。穿過甲板的射流會使它碰到的任何物體喪失功能，但很細窄的射流對坦克內部物體的命中率甚小。破甲彈的殺傷作用主要由射流穿過裝甲板時入侵坦克內部的碎片造成的。射流穿孔在坦克內面的出口越大，產生碎片越多，殺傷力也越大。因此，炸藥破甲殺傷力多按穿孔出口直徑來衡量。當然，這種殺傷力是犧牲了穿透性能才取得的，反之亦然。射流越細，穿透越深，但殺傷力越小；反之，射流越粗，殺傷力越大，但穿孔越淺。炸藥破甲戰鬥部或彈丸的設計人員必須在這些矛盾因素中進行協調。
　　
在射流進入坦克乘員艙後，炸藥破甲對人的生理和心理作用由超壓造成。這種超壓很高，足以損傷無防護乘員的耳鼓。同樣，高溫還會燒傷裸露皮膚，且射流經乘員艙時產生的高強度光可使直接見到的人員暫時失明。仔細選擇錐形金屬藥型罩的材料還可使這些作用增強。但這些作用持續時間畢竟很短，而且坦克乘員總是都戴上耳機和穿上工作服的，不論這些作用能達到的損傷級別如何，都只能是附帶的。
　　
影響破甲性能的其他因素
　　
如前述，錐形藥型罩口部直徑與殺傷力有關，這是影響炸藥破甲彈性能的一個重要因素。該直徑與殺傷力的關系曲線是非線性的，開始段呈曲線，但當直徑約大於130毫米時則曲線變為平直，如圖8.18所示。



圖8.18還表明錐形金屬藥型罩口部直徑小於76毫米時殺傷力很差。但此直徑從76至155毫米每增加1毫米殺傷力卻明顯地增大。由於錐形藥型罩口部直徑通常為火炮口徑的80～85％，因此，為取得良好的殺傷效果破甲彈以選用155毫米以上口徑為佳。
　　
彈丸的旋轉對炸藥破甲彈的殺傷力也有明顯的影響。由於射流是金屬流且有一定質量，故受旋轉離心力的不利影響，而要取得良好的穿透深度，應使射流集中，否則射流性能將顯著下降。為了抵銷因旋轉產生的不利影響，顯然最有利的是采用滑膛火炮發射尾翼穩定彈丸。除此而外，設計人員還采用很多防旋轉技術措施，如滑動彈帶及帶槽的錐形藥型罩，甚至在滾珠架上裝藥型罩。所有這些措施都會增加成本和彈丸的復雜性，且容易發生故障。
　　
錐形藥型罩的用料和厚度是另一個在設計中應考慮的重要方面。銅易於變形且塑性良好，容易形成射流，比其他金屬的穿透性能更好。英國陸軍彈藥中多用銅制藥型罩，而其他國家則多用鋼及鋁。鋁制藥型罩在穿甲時有燃燒作用，故在穿透甲板後可增加坦克內部起火機會，從而增大殺傷力。錐形藥型罩的厚度一般為其口部直徑的1～5％，藥型罩越薄穿透能力越好。
　　
錐形藥型罩的形狀對穿甲性能的影響在前面已經提到。錐體頂角一般為40～80°，大多為60°。可適當增減頂角以增大或減小穿甲深度，從而相應地降低或增大殺傷力。將錐角頂端切去約10％的錐高成為截錐形，對穿甲性能並無不良影響。
　　
必須給射流的形成留出一段距離它才能集中並拉長，從而實現最深穿透，所以“炸高”是一關鍵因素。圖8.19表示“炸高”與穿透深度的相互關系，從圖可見，最深穿透深度在“炸高”為四倍錐形“藥形罩”口部直徑處。但是，對高速彈丸要保證這一最佳炸高幾乎是不可能的，因此，這只是實際上達不到的理想狀況。只有在靜態的爆破工程或類似任務中使用空心裝藥時，用支架或立墊支撐，才能取得準確的炸高。  

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現代動能穿甲彈丸的演變是極其有趣的，值得回顧。它清楚地表明在脫殼穿甲彈問世以前，設計人員如何力求協調在彈丸尺寸方面各種相互矛盾的要求。
　　
現代穿甲彈的演變
　　
在第一次世界大戰中，德國首先開始了反坦克彈藥的研制，他們采用13毫米機槍彈的發射藥，發射經過特殊加工硬化的7.92毫米輕武器槍彈對坦克射擊。因較大的裝藥量使小彈丸速度增大，從而穿透了裝甲。
　　
早期的專用穿甲彈丸是英國的兩磅鋼彈。該彈保持了大裝藥高初速原則並改進一些結構以提高其性能。它的彈頭形狀的改變和采用使彈丸的硬度值隨縱橫兩方向逐漸變化，則有助於減少跳彈，並推遲彈丸材料在碰擊目標時的損壞。
　　
此後的演變是增加被帽和風帽，以及為增大彈丸口徑而改進了火炮的設計。
　　
六磅剛性組合式穿甲彈(見圖8.12)是穿甲彈的又一重大進展。二次大戰中坦克裝甲加厚，穿甲彈要摧毀它們，需要更高速度，至少要在1000米／秒以上。全口徑實心穿甲彈太重，要用它達到所要求速度必須增加發射藥重量和身管長度，其後果是身管磨損過快，火炮也過於笨重。剛性組合式穿甲彈就是為了減輕彈重而設計的，即用輕合金作外殼裝入碳化鎢彈芯。這種較輕的全口徑穿甲彈雖能達到要求的高初速，但因全口徑而失速很快，只能在短射程內使用，其主要缺點在於飛行中的m／d^2值過低。此外，它只用鋼芯穿甲，而火炮賦予整個彈丸的大部分能量只是隨著鋼芯到達目標，並非用於穿甲，白白浪費了。於是產生一種創造性的方案來克服由於整個彈體保持全口徑而引起的不足，這種解決辦法就是減少飛行中的彈徑。此彈現已裝備使用，如圖8.13所示的非剛性組合式穿甲彈。


小約翰式縮膛穿甲彈為非剛性復合穿甲彈的一例。它在膛內時由兩個可變形的突起的彈帶支撐碳化鎢彈芯，發射時在炮管前端擰上一個錐膛連接器(圖8.14)，該縮膛穿甲彈通過時其彈帶被擠壓成與彈芯同口徑。必須註意換用其他種炮彈時此錐膛連接器必須卸除。



以上就是現代脫殼穿甲彈(包括脫殼穿甲彈與脫殼尾翼穩定穿甲彈)的發展過程，反映了摧毀坦克的一些最新方法和從1916年第一輛坦克問世後開始的反坦克實心彈發展演變的全過程。
　　
穿甲能力增大的演變過程如圖8.15中的圖表所示。



小結
　　
總的來看，動能穿甲彈是強有力的摧毀裝甲武器，命中率高，可快速投入戰鬥，還擊能力強。它成為世界上所有地面部隊攻擊裝甲目標采用的一種手段。

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為了克服碎裂，可在實心穿甲彈的頭部配用被帽(前述轉動被帽是其中的一種改進型)，它可使實心穿甲彈在撞擊破碎前緩沖一下撞擊力後再開始穿甲。由於被帽彈道性能不佳會影響彈丸速度及射程，所以又再加上一風帽。配有風帽和被帽的穿甲彈叫“風帽－被帽”穿甲彈，圖8.9為英國在二次大戰中使用的6磅穿甲彈。



在飛行中
　　
為保證將最大的動能傳向目標，彈丸在飛向目標途中盡可能少失速極為重要。從動能的基本公式KE=mv^2/2很容易看出：動能穿甲彈的性能與射程有關，因為彈速隨射程增大而降低。密實的重彈丸比輕彈丸有更好的運載能力，因而具有獲得更大射程的能力；此外，小斷面的細長彈丸保持存速的能力優於大斷面的彈丸。因此，從有利於彈丸的飛行來看，要求的是密實而細長的彈丸，而且彈丸越細長，其穿甲性能也越好(當然，必須同時盡可能保持其重量和密度不變)。但細長彈丸的主要問題是飛行穩定性不好，須依靠旋轉、加尾翼或以其它方式如使彈尾呈喇叭形而使其穩定。
　　
只要彈丸的長細比小於5：1，可用線膛身管使其充分旋轉以保持飛行穩定性，但如彈丸的長細比大於7：1，則以實用的線膛身管長度使彈丸充分旋轉而保持穩定是不可能的。對長細比很高的彈丸，應使阻力施加在彈丸尾端，這是因為使彈丸頭部減速的空氣阻力也同樣作用在彈尾上就可以克服使彈丸向前翻滾的趨勢。因此從空氣動力阻力的要求出發，只要在彈尾裝上尾翼就能解決了。
　　
順便指出，有趣的是現代穿甲彈設計人員又重新拾起昔日所用的穿甲彈丸了。例如1415年10月25日阿金郡戰役中亨利五世的射手們對德國騎士 [ 正版松鼠妖註：蠢翻譯，那是在阿金庫特對法國啦 ] 所用的非常成功的英國長箭，實際上就是一種帶尾翼的長桿穿甲武器。
　　
但用線膛火炮發射尾翼穩定彈丸是有問題的。設計人員不得不使用像滑動彈帶等部件以防止尾翼彈丸在膛內旋轉，但實際上尾翼穩定彈仍會有些轉動(40～100轉／分)，這有利於保持射擊精度。尾翼穩定彈丸失速比旋轉穩定彈丸快，而且對橫風也更敏感。
　　
彈丸在火炮中運動時對彈丸的要求
　　
為了使火炮能賦予彈丸以高速度，理想條件是受發射藥氣體作用的彈丸應有盡可能大的橫截面積，且彈重較輕，即有很高的d^2/m值，所以最好是用比較輕的材料制做的短粗彈丸。這正好與飛行中和在目標上對彈丸的要求相反。乍一看好象較輕的彈重與其他要求矛盾，但應記住動能是1/2的質量與速度平方的乘積，所以完全可以從犧牲部分質量來換取速度的提高以達到總的動能的增加。
　　
協調各相互矛盾的要求
　　
現在的脫殼穿甲彈(APDS)就是將在火炮中、飛行中和在目標上對彈丸的形狀、尺寸和重量的不同要求，協調起來的結果。即用一全口徑彈托包住高密度的次口徑彈芯而制成的較輕彈丸。這種脫殼穿甲彈在離開炮口不遠處彈托即自行脫落，而留下較小又較重的次口徑彈芯繼續飛向目標。彈芯由高密度材料例如鎢制成，(鎢的比重與金子相近，但比鉑低)，還可用貧化鈾等其他高密度材料。圖8.10簡示現代脫殼穿甲彈的結構，另附蘇式115毫米脫殼尾翼穩定穿甲彈示意圖。由於較高的長細比有利於增大彈丸穿甲能力，目前一般趨向於使用尾翼穩定穿甲彈。



包住次口徑彈芯的彈托是這樣設計的：當彈托在膛內運動時，彈托破裂。很明顯，這意味著脫殼穿甲彈不能使用帶有炮口制退器的身管射擊。在身管內，由於身管的制約，彈托一直承托彈芯；離炮口後彈托按其原來結構將以兩種方式自彈芯脫落。一種是通常裂為三瓣的卡瓣型彈托，由於彈丸旋轉而徑向脫落；與此相反的是另一種卡筒式彈托，因空氣阻力減速而自彈芯軸向脫落。圖8.1l為彈托從脫殼穿甲彈上脫離的情況。  

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動能
　　
引言
　　
用動能形式攻擊裝甲完全是一種強力手段，即將實心彈丸力求既猛烈又迅速地射到坦克上用以穿甲。英文實心彈丸(Shot)與一般的炮彈(Shell)有別，後者意為運載某些物質到達目標的空心彈體。動能彈是將整塊密實金屬精細加工成一定形狀，以達到對目標有良好的穿透性能。它沒有引信，但常在彈底裝曳光管以使射手觀察彈丸的飛行路線。這種彈丸通常叫穿甲彈或實心彈，其穿甲原理是將具有高能量動能的彈丸集中在一很小的面積上以達到命中和穿透目標的目的。設m為彈丸質量，v為彈丸著速，d為彈徑，也就是要求彈丸的mv^2／d^2值很高，換句話說就是要求彈丸形狀應為細長的鉛筆形。利用動能穿甲的復雜性在於在穿甲作用上對彈丸形狀、尺寸和質量的要求與彈丸在飛行中和在火炮膛內運動時的性能要求存在著矛盾。此外，由於彈丸碰擊目標時具有的全部能量均來自火炮，為此將付出很大代價。首先是要有既大又重的火炮，因火炮賦予彈丸的能量與火炮的大小和重量成正比；而既大又重的火炮又必須有重型結構的炮架以吸收其可觀的後坐能量；其身管磨損速度也高於彈丸初速較低的火炮身管。但在另一方面高初速火炮也有很大好處，特別是對直接瞄準射擊，因其彈丸速度高就意味飛行速度快且彈道平伸，從而可增大命中率，快速接戰和縮短反應時間。
　　
目標效果
　　
彈丸穿透甲板時勢必破裂而形成破片，且被穿透的甲板也會產生破片。這些破片，特別是彈丸本身的破片是高溫的，可點燃發射裝藥和燃料，還可使裝在坦克內部被擊中的任何化學能彈丸早炸。采取動能攻擊形式，其威力在於一旦命中便能使坦克造成結構性損壞，從而喪失功能。以120毫米脫殼穿甲彈為例，其動能可與時速70公裏的10噸卡車或時速30公裏的50噸坦克相比。
　　
穿透
　　
穿透甲板是一復雜過程。以動能形式穿甲時，甲板經受了高速的應變、應力和壓力由此會造成甲板結構和性能發生變化。對此，本章不擬細述，只要把穿甲機理理解為與冶金加工現象類似就足夠了。
　　
如前述，為實現穿甲，彈丸必須在小面積上集中高能量(即mv^2／d^2值很高)。如果把對彈丸的這種能量要求與彈丸沿法線方向(射向與直立平甲板的板面呈90°)可以穿透的甲板厚度(T)聯系起來，則可用下式T／d=mv^2／d^3計算穿甲彈性能。該式被稱為“基本穿甲方程”，表示所用彈丸每單位口徑能穿透的甲板厚度。
　　
彈丸射向不沿法線方向時，計算其穿甲性能較為復雜。如圖8.3所示，一眼就能看出可按余弦定理進行計算。



但實際上若彈丸以斜角射向甲板，它並不遵循余弦定理。這時，彈丸被迫沿“S”形軌跡而不是直線地穿過甲板。有很多復雜公式可計算彈丸斜角穿甲性能，其中最著名的是米爾尼－德－瑪麗公式。用這些公式計算穿甲性能低於按余弦定理所計算的結果。但實際上現代穿甲彈的穿甲性能卻比按余弦定理計算的結果稍高。例如，使用轉動被帽就會使穿甲彈的穿甲性能優於按余弦定理計算值。如圖8.4所示，穿甲彈斜向射擊甲板時會變向，並從甲板跳飛；但若配用轉動被帽，則只有被帽在撞擊時才做跳飛運動，而被帽的運動卻迫使穿甲彈彈體在開始穿透甲板前便轉為與甲板垂直。



動能彈的穿透軌跡
　　
在彈丸垂直地撞擊甲板情況下，當彈頭開始穿入時，金屬甲板以套環形式或前裂花瓣形式變形，見圖8.5.5.1。一旦彈丸深入甲板內，甲板將進一步變形，如圖8.5.5.2所示。這是由於甲板沿垂直於彈丸運動的方向受壓，而產生軸向變形以致使甲板背面隆起。最後，甲板呈塞式(圖8.5.5.3)也即塑性流動斷裂，或呈盤式斷裂(圖8.5.5.4)或呈此兩種結合的方式斷裂。



當攻角與法線所成之角為20°～30°時，彈丸將沿“S”形軌跡扭動地穿過甲板。因彈丸按上述不大的攻角撞擊甲板時，不足以形成跳彈(攻角為60°～70°才開始出現跳彈)，即開始穿入甲板。當彈丸頭部深入後，甲板內開始形成沖塞，而彈丸則沿最小阻力方向前進，也即又使彈丸回轉到沿甲板法線方向前進。然而彈丸穿孔周邊接著又阻止彈丸轉向法線方向。值得重視的是與法向穿甲行程相比，彈丸斜向穿甲有更多的附加行程。



對穿甲彈尺寸相互矛盾的要求
　　
在目標處
　　
前面已指出，對目標穿甲需用細長而密實的穿甲彈，但以高速撞擊目標的細長穿甲彈特別容易跳飛，也易由於材料不佳而斷裂。圖8.7表示撞擊甲板時彈丸破裂的幾種常見形式。



桶形脹裂的產生原因是彈丸頭部用韌性不足的或經淬火變硬的金屬制作。撞擊時彈丸頭部受壓向外隆起，增大其斷面積，因而不再能穿甲。
　　
彈丸以大攻角命中目標時，彈體會出現側彎。此時彈體上會出現剪切和彎曲兩種高側向應力，特別是在靠彈體尾端處。如果在彈體尾端包以韌性鋼套，則可減少這種應力的影響。
　　
彈丸以高速垂直命中目標時，會出現彈體碎裂。這種沖擊震動對彈體產生的應力彈體是承受不住的，所以彈體不是碎裂就是呈蘑菇狀變形。圖8.8為簡單的碎裂曲線圖，表示某特定類型的穿甲彈以一定攻角撞擊等厚甲板，當撞擊速度增加(或射程減少)時看彈丸是否穿甲、是否碎裂的情況。

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第八章　對裝甲車輛的攻擊

引言
　　
裝甲戰鬥車輛，特別是主戰坦克，是在戰場上最必須也最難摧毀的重要集群目標。而摧毀裝甲車輛的能力是取得戰鬥勝利的最根本最重要的條件，所以有效的反坦克彈藥是地面部隊絕對不可缺少的技術裝備。

目標
　　
坦克有三個主要特征：機動性、火力和防護性能。從攻擊者的角度看，其防護性能是摧毀它的最主要困難，因為不僅要穿透裝甲，而且在穿透後還必須留有足夠能量使被防護的人員、機器、設備和其他要害部件遭到損傷。一開始就重申這一基本論點是很必要的，因為在大多數情況下只穿透坦克防護不足以摧毀坦克，還必須在穿透之後留有足夠能量才能使坦克內的要害部件喪失功能。
　　
因此，坦克對彈藥設計人員來說是最難對付的目標。要摧毀坦克，就必須采取能量高度集中的攻擊形式，這種能量既可從動能中也可從化學能中取得，或兩者兼而有之。作為目標的坦克，如果只是方形勻質的盒子式結構，就比較易於摧毀。但實際上坦克裝甲板的厚度、材料、布局及安裝角度各不相同，因而成為極其復雜的攻擊目標，而防護甲板表面的差異也很大，其上常有備用履帶鏈、工具、吊環、貯藏物品箱和許多其他裝備等等，因而外表凹凸不平，即使坦克對攻擊者側向駛過也甚少平滑的裝甲板作為攻擊部位。此外，坦克還有履帶、履帶輪、履帶後的壓平滾子、鏈齒輪、懸掛裝置和其他部件等，外形多處凹凸變化，所以這種目標在任何情況下都不會是平板型結構。
　　
在彈丸軸線和被攻擊鋼甲表面之間的攻角，是一個三面角(即射擊方位角的平面、射角(高角)的平面和被攻擊鋼板的傾斜平面三個平面之間)，每次攻擊均有不同，變化很大。通常都是運動狀態的坦克，目標很少完全暴露，而且一般都是在受到威脅時立刻還擊。

損傷等級及其評定
　　
攻擊裝甲車輛的最理想效果莫過於徹底摧毀車輛和人員，使其不能再被應用。但是，如第二章所述，要設計能徹底摧毀目標尤其是坦克類復雜目標的彈丸，除了很難做到外，還有經濟效益不合算的限制。因此對於坦克，應達到的損傷等級只能是損毀其火力、運動性或乘員等某一方面從而使其廢棄而不是徹底摧毀。首先最主要的是必須有某種標準或尺度才能衡量和比較武器或彈藥是否能使裝甲車輛達到所要求的損傷等級。就某特定彈丸對某特定目標造成的損傷發表主觀意見雖然不難，但這種主觀看法終究不能代替強有力的科學分析。因此，必須采用坦克損傷評定規範(標準)做為對反坦克彈丸的效能進行定量評價的基礎。第一個規範就是M規範，或稱運動性損傷規範，它規定了坦克喪失活動能力和不能再做受控運動以及乘員不能在戰場就地修理的技術條件。另一個F規範即火力損傷規範，規定坦克的主要武器不能再使用的技術條件，這既可能由於使操作人員喪失操作能力，也可能由於配用設備受損因而使火炮失效，且乘員無法在戰地修復。K損傷規範指最嚴重級損傷，即坦克被擊毀而中斷作戰行動，不能運動且不能再修復。對攻擊裝甲人員輸送車和機械化步兵戰車，另有P損傷規範，按其有效載荷(車輛運載士兵)與喪失戰鬥能力的百分比評定攻擊的效能。
　　
評定專用的反坦克彈丸的效果，固然利用真坦克作射擊試驗最方便，但往往耗資巨大，並且要求有較多訓練有素的人員參加評定。因此，大部分對彈藥的檢驗性或研制性試驗，通常均用模擬坦克靶。但彈藥設計的最終鑒定試驗(即鑒定被試武器或彈藥是否符合作戰要求)可用真坦克靶射擊，其中的坦克乘員以活關節假人取代。在研制初期使用模擬坦克靶，可以使彈藥或武器在可仔細控制且可反復重現的條件下試驗，從而可對各種設計方案進行有意義的比較。所謂模擬坦克靶實際就是用裝甲板裝成的具有一定結構的靶子，以代替可能在戰場上碰到的坦克目標。圖8.1是一種模擬靶圖形，三塊靶板代表彈丸可能穿過的坦克側甲，第一塊模擬坦克兩側的裙板，它與第二塊之間的間隙代表車輪或懸掛裝置，另一間隙和靶板則代表車體。



攻角
　　
在英國，在上面攻擊裝甲中提到的“攻角”是指彈丸軌跡線(彈著線)與被攻擊甲板的法線之間的夾角，見圖8.2中θ角。法線定義就是垂直於甲板的直線。不同國家討論這一問題時，對甲板“攻角”的定義常常引起混亂，原因在於某些部隊把它理解為甲板與彈著線間的夾角，如圖8.2中α角所示。

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殺傷／爆破戰鬥部
　　
大多數殺傷戰鬥部在目標上都能產生一些爆破效應，但所要求的是如何把殺傷和爆破兩種效應恰當地結合，從而使兩種效應都獲得最佳效果。
　　
分離桿戰鬥部
　　
小型破片不能完全解決對空中目標的毀傷問題。最理想的是使破片能切斷飛行目標的主要部件或骨架，這樣的破片才更有效。圍繞炸藥裝藥裝入若幹長桿，爆炸時使長桿向外飛射是最有效的，但若長桿在目標上產生翻滾、失速和箭樣穿透效果，則比殺傷戰鬥部好處不多，除非在很高的高空才有較大作用。
　　
環形桿戰鬥部
　　
分離桿的進一步發展就是把若幹根桿頭尾相連地焊結成環，成為對付空中目標非常有效的戰鬥部，叫環形桿戰鬥部。各桿的長度與厚度均相同，並應與戰鬥部尺寸匹配。桿的斷面可為圓形、方形或梯形。此種完整的圓環在撞擊空中目標時，一般都有快速殺傷效果。為保證正確地形成圓環，各桿間的焊接特別重要。另外，還可通過爆轟波波形控制裝置控制爆炸時傳播到環形桿上各點的波速。這種戰鬥部的殺傷過程見圖7.3。



空心裝藥戰鬥部
　　
第一種定向爆炸戰鬥部，就是在薄殼彈體的一端裝有帶金屬襯裏(或稱藥型罩)的炸藥裝藥。金屬襯裏一般呈錐形，但也有其他形狀。這種結構的作用，是在目標上集聚或集中很高壓力的氣態金屬射流從而穿透目標。其主要用途是射擊裝甲目標，但經改形後也可成功地用於海上或空中目標。金屬射流的頭部速度高達5000～7000米／秒，後部分較慢因而形成桿狀，其速度約為500米／秒左右。
　　
戰鬥部可用一個或數個空心裝藥，但是要把這些裝藥的指向聚集在寬度一定的射流束內，很難實現。
　　
對裝甲目標，裝藥的連續射流將產生穿透作用；但對空中目標，由於炸裂距離較遠，射流太長就會斷裂而造成較寬的面積損傷效果。空心裝藥戰鬥部示例見圖7.4。



碎甲戰鬥部
　　
碎甲戰鬥部為內裝炸藥而在其後端裝引信采用薄殼彈體的戰鬥部。如其命名所示，它在目標(通常為裝甲目標)上被撞碎，但由此會使鋼甲內側面產生大塊碎片，這是因為爆炸波穿過裝甲時，由於介質密度的不同在裝甲背面產生反射波的緣故。見圖7.5所示。



小炸彈型子母戰鬥部
　　
小炸彈型子母戰鬥部內裝許多小容器(即小炸彈)，而每一小炸彈都有自己的引爆系統。母體戰鬥部拋射時小炸彈一般都是隨機地散布在目標上。小炸彈可用以殺傷人員或穿甲，也可按要求裝入其他不同成分的液體或固體。通常利用炸藥炸裂母體戰鬥部的外殼後靠空氣動力和重力作用將小炸彈拋出。圖7.6為小炸彈戰鬥部的典型結構。



小炸彈可有不同形狀，選定形狀時應考慮戰鬥部所需的裝填密度。小炸彈本身沒有推進裝置，僅借其形狀形成散布。
　　
子彈丸型子母戰鬥部
　　
子彈丸型子母戰鬥部內裝有許多可自行推進的子彈丸，這種子彈丸有若幹種形狀和大小。
　　
集束式子母戰鬥部
　　
集束式子母戰鬥部內也有若幹個子彈丸，分別由裝在母體戰鬥部中子彈丸各自的發射裝置射出，且每一子彈丸均裝有炸藥和引爆系統，這種戰鬥部主要用於空中目標，其所裝子彈丸從十個到數百個，示例見圖7.7。



戰鬥部內所用的炸藥
　　
炸藥的性能決定炸藥的效率和用途，其主要性能是感度、威力和爆速，詳見第四章。

保險與解除保險裝置
　　
一般要求
　　
人們一般都以為導彈的負載只包括戰鬥部和引信，並不很了解還存在另外一個重要的稱為保險與解除保險裝置(機構)，實際上它在常規炮彈中就是引信所完成的任務。在導彈上的引信一般為電子裝置，而保險與解除保險裝置卻有引爆組件和保險裝置。
　　
該裝置的具體作用是保證在整個服役期間直到導彈解除保險並發射出去以後為止戰鬥部都必須處於安全狀態。進入待發狀態後該裝置還必須保證爆炸鏈接通，為接收適當信號後發火做好準備，最後還必須響應信號以保證戰鬥部準時而有效地爆炸或工作。
　　
可用的力與能
　　
支持保險與解除保險裝置工作的力，包括發射時的慣性力，飛行穩定時使引信零件向前滑動的力，以及很少的旋轉(甚或沒有)等等，每一力均比常規火炮射擊時相對應的力小得多。為此，該裝置還常常使用彈簧、電池和壓力氣瓶等形式存貯能量，或利用氣體發生器、風動、電動或液壓等裝置產生能量。
　　
對保險的要求
　　
保險與解除保險裝置必須符合本書引信一章中提到的英國軍械部的設計安全準則，以保證整個導彈系統具有極其重要的安全性能，其中最基本的是防故障的安全措施，待發狀態與非待發狀態的目視識別、元組件間的相容性及誤裝配的不可能性等。通常平行地裝兩套保險與解除保險裝置，采用這種雙保險技術的目的是提高可靠性和安全性。

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第七章　導彈戰鬥部

引言
　　
“戰鬥部”是目前已被普遍接受的術語，它包括導彈中所有形式的彈丸，如殺傷爆破彈、燃燒彈、核彈、生物彈等等。戰鬥部一詞，“戰鬥”完全合理，但“頭部” [ 註：因英文戰鬥部為war head ] 則未必確切，因為許多導彈的主炸藥裝藥部份並不都在導彈的頭部。任何導彈系統的設計目的及其結構，主要是為把戰鬥部投送到目標或目標區，導彈本身只是運載工具。確實命中裝甲較薄的目標時導彈是否一定需要炸藥裝藥固然可以爭論，但如戰鬥部不能正確地與相應的目標匹配，即使最精確的導彈系統也是沒有多大價值的。戰鬥部必須在正確的時機以足夠的毀傷效能摧毀目標或使其喪失能力。
　　
早期的導彈采用標準的航彈作為戰鬥部，將其封裝在彈體的適當位置並配備制導和推進系統。它們一般很重而且開始時不符合與目標匹配的最佳要求。但經對戰鬥部設計的持續研究和試驗後，設計人員已能對各類不同性質的目標取得良好效果。對指定目標選用哪種戰鬥部決定於目標的特性，例如裝甲類型、穿透要求、速度、位置、所需摧毀方式等等。空中目標給設計人員提出的難題最多，而攻擊深水目標顯然也有很多困難。

對戰鬥部的性能要求
　　
對戰鬥部的性能要求，包括效率即從該系統的成本及其復雜程度考慮的經濟效率，以及能否在目標區最大程度地集中其破壞作用。另一要求為耐久性，即能在部隊使用環境中堅持多長時間。其余則為簡單性、互換性和一致性。考慮效率時，其總殺傷概率應為幾種因素的乘積例如目標探測概率、正確發射概率、發射到目標的概率以及戰鬥部正確發揮作用的概率等。固然殺傷力是首要的性能要求，但它必須與以上所考慮的這些條件聯系起來考慮。

戰鬥部的類型
　　
戰鬥部有多種不同類型，現對其中有些類型介紹如下。
　　
爆破型戰鬥部
　　
爆破型戰鬥部一般都有大量炸藥裝在其容器內。戰鬥部引爆後，爆炸波產生很高的正壓，隨後變為較小的負壓。爆炸波以很高速度從炸點沿徑向向外傳播。此種戰鬥部的損傷效果主要由壓力波造成，並因負壓作用而加重，而碎片造成的損傷是次要的。這種戰鬥部分為內部爆破型和外部爆破型，可用以攻擊絕大部分目標。圖7.1為爆破型戰鬥部示例。內部爆破型戰鬥部用於命中並穿入目標，用於穿進堅硬目標的戰鬥部，其頭部以堅韌材料制成，故能先擊穿然後爆炸。


對軟目標，爆炸波壓力具有足夠的穿透和破壞效應。外部爆破型戰鬥部本來就是用於即使在目標附近爆炸也可造成損害，因此可用於制導精度較差的導彈。近炸引信可用於這種導彈，但它必須與相應的制導誤差和導彈的殺傷力要求配合。由於這些戰鬥部的爆破效應隨距離與高度的增大而衰減很快，因此最好是用在7000米以下制導誤差僅有幾米的低空導彈上。另外，由於水的密度比空氣大，在一定程度上可以加強爆破效應，因而用外部爆破型戰鬥部攻擊水下目標效果更好。
　　
殺傷戰鬥部
　　
殺傷戰鬥部在引爆炸藥裝藥、金屬彈體破裂成破片並以高速推向目標等過程中，與常規炮彈很相似。導彈的發射加速度低於一般炮兵用炮彈，故其金屬彈體可更薄，且其破片可按所需尺寸和形狀預制成形。破片雖對殺傷人體非常有效，但對空中目標造成損傷的作用緩慢，除非直接擊中其乘員或其敏感部位。破片重量根據對目標要求的損傷效果不同而異，其變化範圍從幾個格令 [ 譯者註：英制重量單位，1格令＝64.8毫克。 ] 到250格令不等。所謂預制破片戰鬥部，就是把破片預制成小立方體、棒形、線形或球形等，並以薄金屬片容器或樹脂將它們粘結在一起；爆破成形破片是在戰鬥部殼體內壁劃線或刻槽，因而爆炸時破片具有特定形狀。自然破片則是沒有劃線或刻槽的金屬殼體，因而裝藥炸裂彈體時產生的破片大小、形狀是隨機的。這些殺傷戰鬥部在靠近目標處爆炸一般比直接在目標上爆炸更為有效，而其破片的散布和效果則取決於戰鬥部的縱剖面形狀及其對目標的指向。各種殺傷戰部示例見圖7.2。

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對彈帶的要求
　　
彈帶通常用紫銅制作，位於彈尾附近，其位置選擇以盡可能少產生彈底阻力為準。最理想的情況是在彈丸離開炮口後彈帶不再突出於彈體圓柱形表面，但這種理想情況只有在彈帶出炮口後脫落才能實現，只應用於特殊的彈丸上。彈帶具有多種功能，如使彈丸在膛內定心並旋轉、阻止發射藥氣體前向泄漏、在高射角裝彈時阻止彈丸回落等等。並通過彈帶與膛線的初始摩擦，使彈丸在旋轉以前就增大了膛內氣體壓力。彈帶示例見圖6.4。



對炸藥裝藥的要求
　　
彈丸的炸藥裝藥直接與其可用的內膛有關，一般以裝藥與彈重之比(CWR)表示，即彈丸內所裝炸藥重與裝有炸藥的總彈重之比，按百分比計。現代殺傷爆破彈丸的該比值約為20～30％。比值大小要看使用炸藥的經濟效益和現代鋼材的強度。彈丸選用的炸藥類型應能承受火炮射擊應力並能在目標處有效地起爆。這種炸藥裝藥有時叫炸藥主裝藥，次級炸藥或爆炸裝藥。彈丸炸藥裝藥的選擇，須考慮爆速、威力、裝填密度和裝入炸藥時的溫度要求等因素。價格問題也必須考慮，特別是威力極高的炸藥往往也最昂貴。彈丸的炸藥裝藥比較鈍感，其鈍感值一般要求在100以上。
　　
裝藥方法
　　
炸藥裝藥方法須嚴格控制，過去曾幾經變化，而且將來還會進一步變化。裝藥設計應包括所有用於彈丸的炸藥和惰性部件，務必保證彈丸嚴格地按照技術規程制作和裝藥。圖6.5從左到右顯示與引信一起組成爆炸鏈的傳爆系統的演變過程。早期的傳爆系統曾經使用浸膠的藥袋封裝，但封裝膠袋內含大量惰性物，故易降低爆炸鏈效果；另外還用酚醛塑料發煙盒幫助觀察員確定彈丸炸點位置。但煙盒經長期存貯常常失效。此法後被TNT／鋁藥柱系統和用蠟紙包封的傳爆藥柱取代。再後又采用了多段藥柱，因為認為長藥柱可能折斷而出問題。現代彈藥采用的是通用的傳爆藥空腔結構，能適應各種引信下端突出長度不同的需要；必要時用戶可取出封裝的傳爆管或傳爆藥，然後插入下端突出較長的近炸引信。



惰性元部件
　　
在彈丸藥腔內用有各式各樣的惰性元部件，如緩沖和消除累積間隙用的氈墊、擰入彈口塞或引信時防止藥柱損壞而用的描圖布墊以及多種其他元部件等等。所有這些惰性元部件必須與炸藥相容性好，而且在惰性元件之間也應彼此相容。
　　
密封
　　
密封殺傷爆破彈炸藥裝藥的目的是避免沾汙、防止水氣進入和減少裝藥受環境影響而變質。汙染可能來源於使用過程中炸藥的高溫滲出、粗暴搬運時的灰塵及振動等等。引信腔的汙染可能引起很大危險，因此予以充分的密封是非常必要的。通常，引信或傳爆藥均擠在炸藥主裝藥中，故裝藥中的引信腔或傳爆藥腔多用紙墊或紙管密封。紙管塗清漆，頂端用膠封或泥封。
　　
裝藥工藝
　　
裝藥工藝包括鑄裝和壓裝工藝。先將經檢驗合格選好的配料仔細混勻，制成大量待溶註炸藥，並分批註明批號。在裝藥過程之中和以後，每一批號均須經X射線徹底檢查。彈丸的炸藥裝藥不允許疏松或有裂紋，更不允許有任何空洞、縮孔或氣孔，出現上述任一疵病都可能引起危險。炸藥粘結在彈壁上後，由於炸藥和彈體的脹、縮速率不一致，很可能使裝藥出現疵病。因此，在裝藥過程中必須極其小心以防止這種現象產生。圖6.6表明一種裝藥工藝。  



殺傷爆破彈的彈體加工
　　
殺傷爆破彈彈體多為鋼制，因成本低、來源廣且具有一定強度和韌性。彈體可鍛，可鑄，還可擠壓成形。鑄造法一般不宜用於現代殺傷爆破彈，因鑄鋼易出現氣孔，而離心鑄造法目前成本仍相當高。鍛造法是現在生產彈體的主要方法，其過程為先將鋼鑄入模內形成鋼錠，經鍛、軋後成為棒鋼並切短為鋼坯，然後將每個鋼坯沖壓成彈體。用感應爐加熱鋼坯可使氧化皮及其他表面損耗減至最小。另外，彈體上還須車出溝槽以壓上彈帶，並應有焊結底板的工序。底板的用途在於保證當彈體底部萬一出現任何氣孔時，發射藥氣體不致鉆入彈體內觸及炸藥裝藥。冷擠壓是最近發展起來的新工藝，可用於小口徑彈體。所有彈丸均須在彈體打上標號並在整個壽命期間保持。標號應直接表明制造彈體的棒鋼或鑄鋼批號。圖6.7為鍛造法工藝示例。



小結
　　
殺傷爆破彈的結構已多次改變，而現代的材料和裝藥技術加上出色的質量管理，已能提供非常有效的彈丸。毫無疑問，這種彈丸在將來還會進一步改進和發展，以便既保證其殺傷性能，又能在後勤供應的各環節上高標準地保證安全。

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第六章　殺傷爆破彈

歷史發展
　　
早期的彈丸僅只是由火藥裝藥推動的實心鐵球。在采用引信引爆和以空心彈體裝填炸藥的炮彈以前，人們曾做過很多試驗以提高彈丸的破壞能力，但收效甚微。早期設計的彈丸曾利用鐵球裝火藥，射擊時由裝在彈丸一側的緩燃導火索點燃，不但危險，其射擊效果也很不一致。使用膛線身管後，彈體呈圓柱形且彈頭部改為卵弧形，但仍有些問題須待克服，其中之一就是發射藥氣體的沖刷作用對身管的嚴重磨損。
　　
曾經研制試驗過若幹種使彈體閉氣的措施，但都未獲成功，直到以後在彈體尾部采用固定的閉氣措施，即在彈尾部以肋條(即突起部)與火炮膛線槽緊密配合的措施發明後這一問題始獲解決。這一措施不僅解決了火藥氣體的閉氣從而降低了身管的磨損並且提高了武器精度，後又發現此種閉氣措施還可使彈丸旋轉，從而導致目前大家所熟知的彈帶的誕生。

對彈丸的要求
　　
殺傷爆破彈丸必須成本低廉；制作容易且安全；其強度足以承受發射時的應力；飛行穩定而精確；對目標的效果顯著。這些要求無疑會給設計人員帶來矛盾。
　　
在膛內
　　
發射時彈丸沿不長的身管加速，在很短時間內其速度從零加速到每秒幾百米，因而彈丸承受很大慣性力。這就決定了彈體的壁厚和底厚。同時，彈丸還要在同一環境下旋轉，其轉速也是從零開始，直到每分鐘幾千轉，由此，還須考慮彈帶向彈底附近的彈壁上所施加的壓力和旋轉加速度。用已磨損身管發射彈丸，往往容易在身管內產生振顫，從而在彈體上產生側向敲擊力。上述諸力和其他一些力都影響殺傷爆破彈的結構，見圖6.1。



在飛行中
　　
彈丸的飛行狀態主要是彈道學家研究的課題，對使用者來說主要關心的是精度、炸藥裝藥量和對終點效應的影響等方面的問題。也就是主要考慮的因素是穩定性、彈形和運載能力。彈丸的穩定性靠其旋轉取得，並在預定射程上保證彈丸的射擊精度。由於在膛內發射時對彈丸的強度要求，不可避免地會使彈丸頭部較輕底部較重，所以在彈丸飛行時為保持彈頭向前，必須使彈丸旋轉。彈丸的穩定性是為了保證彈丸在飛行中總是沿著彈道指向，但如彈丸長度超過一極限值，則現行的彈丸旋轉速度將不能使彈丸穩定。因此現代旋轉彈丸的彈長極限大致定為其口徑的七倍。彈形的減阻作用在於尖彈頭比鈍彈頭更易於穿越空氣；而流線形彈尾比圓柱形彈尾的彈底阻力也小些。既以亞音速又以超音速飛行的彈丸，其彈頭與彈尾都應為流線形。阻力對彈丸的影響見圖6.2，從該圖可見亞音速飛行時彈尾形狀具有決定作用；而超音速飛行時則彈頭形狀的影響更大。



彈丸的運載能力是指彈丸到達目標的能力，當然它取決於彈丸的質量、形狀和口徑。
　　
在目標上
　　
盡管有上面這些限制，彈丸一旦到達目標就必須盡可能有效地產生所要求的終點效應，包括良好的引爆與傳爆裝置和足夠的炸藥裝藥，從而使鋼制彈體炸裂成殺傷破片，且能將其投射在一定的區域內，典型的殺傷爆破彈見圖6.3所示。

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藥包
　　
前面敘述了有關藥包的一些細節，本節將提出其他一些有關問題。藥包用料必須能保護和容納其裝入物並能完全燒盡，而且能使點火裝置的火焰易於透過，還應具有不阻燃、不易伸長、不磨損、不受蟲蝕以及良好的防腐性能等。用於藥包的任何包紮用帶或縫線也必須遵守上述要求(包括在膛內不留存燃燒殘渣)。
　　
點火藥包
　　
點火藥包布必須與黑藥或使用的其他發射藥相容性好，並能使點火藥均勻地平鋪在母體裝藥端面上。點火藥包布用料不應使點火藥移動或漏入藥筒內，也不應在裝膛時漏入火炮內。
　　
底火和點火管
　　
底火和點火管一般用黃銅制作。底火可用螺紋擰入或壓入藥筒；點火管則只能單個或借助裝管器裝入炮閂上的點火管孔內。在底火或點火管內，來自火帽的火焰在點燃底火的點火藥室(或點火管)內的主點火藥之前，往往需經黑藥餅以增強火焰。在底火內要用紙或聚乙烯薄膜包住黑藥，並將其插在底火的點火藥室內以便點火藥火焰能夠從藥室邊孔竄出點燃在它周圍的發射藥主裝藥。點火管則結構不同，因其點火作用為單向，經點火孔直通藥包裝藥的點火藥。靠撞擊發火的底火系統實際上是“單向閥”結構，可使來自火帽的火焰經一小金屬球或小金屬塞進入黑藥室，但不能返回，因黑藥室壓力升高後火焰通道即被向後壓的小金屬球或小金屬塞堵死，見圖5.13。



電發火底火系統，原來是采用周圍包有強硝化棉粉的細電阻絲通電加熱的結構，這種結構既脆弱且不可靠。現已改為用通電點燃火帽中可導電的點火藥(例如混入石墨的起爆藥)的結構。電發火底火對靜電敏感，但可以通過屏蔽和過濾等措施避免。見圖5.14示例。



武器和彈藥的關系
　　
操作和裝填方式影響發射藥與彈丸的結合方式。大口徑彈藥不僅彈丸與藥筒(或藥包)需要單獨分開裝膛，即使其發射藥有時也須分包裝入炮膛。有些彈藥如組裝成全裝彈，則嫌過長不便於操作和裝填。有些彈藥因射程有遠有近和射角有高有低，必須能調整發射藥裝藥。另一方面，速射和自動武器又需要等速和快速的彈藥供應。武器的這些不同特性，必然要求有不同結構的藥筒系統。藥包裝藥系統易於調整且便於裝填，其在結構設計時即應用其所長。藥筒裝藥系統可裝配成定裝式彈藥、半定裝式彈藥或分裝式彈藥。藥筒永遠結合在彈丸上的彈藥叫定裝式彈藥；藥筒與彈丸的配合為松配合且包裝在一起叫半定裝式彈藥；藥筒與彈丸分別包裝和裝填的彈藥叫分裝式彈藥。在英國半定裝式彈藥一般不流行，但有些國家卻采用。分裝式彈藥在裝填前可調整藥筒內發射藥裝藥量，因此適用於具有不同射程要求的武器。有些武器還使用特級裝藥，這是一種與正常裝藥完全不同的裝藥。還有些武器則把同一裝藥用於不同類彈丸。
　　
發射裝藥系統設計概要
　　
定裝式彈丸通常選用於自動或直接瞄準武器；分裝式藥筒裝藥更多地用在中小口徑間瞄射擊武器上；而大型間接瞄準武器總是使用藥包裝藥系統。在藥筒設計階段，必須考慮的若幹問題包括：裝藥是否需要調整藥量、發射速度、搬運與存儲方式、發射時有煙無煙、使用環境和摘火訓練等。
　　
防燒蝕添加劑
　　
身管燒蝕的後果是身管壽命縮短和彈丸初速降低。現代彈丸多用冷燃發射藥，但在高性能火炮上還不能完全解決問題。曾試用過多種添加劑，其工作原理或是在發射藥氣體和炮膛之間提供一冷氣層以減少傳入身管的熱量，或是降低發射藥燃燒溫度。將高密度的聚氨酯泡沫襯墊緊貼在藥筒前端內側或包在藥包裝藥前端，效果甚好。將細滑石粉混蠟卷在滌綸布中是另一種方法，可燃藥筒也有與其相似的效果。對小口徑彈丸，用二氧化鈦和滑石粉摻入發射藥中，盡管效果不如其他措施，但使用方便，也可在一定程度上減輕對身管的燒蝕。

小結
　　
現用的若幹種發射裝藥系統各有其優缺點，無疑將來還會采用更多種類的裝藥。現在武器和彈藥之間相互關系的重要性已為人熟知，它還將影響未來一切裝藥系統的設計。 .

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異型裝藥系統
　　
盡管藥包裝藥系統與藥筒裝藥系統很容易識別且很成熟，但二者最近仍分別發展了一些異型品種。
　　
無坐力炮裝藥
　　
無後坐力炮裝藥為無閉氣要求的藥筒系統，其藥筒裝有點火裝置(取代底火)和帶孔隔板，但有時兼用底火和點火裝置，如圖5.8示例。



可燃藥筒
　　
可燃藥筒由牛皮紙和硝化纖維的混合物制成，混合物用樹脂粘合。在有些後膛炮上，可燃藥筒已取代了使用織物的布制藥包袋。可燃藥筒更結實，易搬運且防水，可更好地保護其中的發射藥，缺點是比藥袋容易著火，見圖5.9。



半可燃藥筒
　　
半可燃藥筒有一短截金屬筒底座與可燃筒體裝在一起。其金屬筒體裝有底火，因而可與速射火炮系統聯用，見圖5.10。



藥筒系統部件結構
　　
藥筒
　　
藥筒通常用三七黃銅(70％銅，30％鋅)制成，也可用鋼和鋁等其他材料。對藥筒的嚴格要求說明藥筒在裝藥系統中的重要性，這些要求包括對藥筒內所裝物品的防護性能；有效的閉氣性能；易於裝、抽藥筒的性能；還應有底火室。藥筒底部要求有足夠強度以承受藥筒進出炮膛時的撞擊力和抽筒力，而藥筒口部應能迅速膨脹、收縮且有足夠強度，以保證彈丸裝配時有良好的剛性。彈丸與藥筒的連結方式很多，見圖5.11。藥筒的制造過程相當復雜，具體工序見圖5.12。

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發射裝藥系統結構
　　
點火
　　
爆炸鏈(燃燒鏈)雖在其它地方也使用它，但對發射藥裝藥來說，爆炸鏈(燃燒鏈)的重要性在於必須使它有效而一致地被點燃，從而實現發射裝藥的快速燃燒，以保證有效而一致的彈丸起動時間。藥筒系統可撞擊發火，也可電發火，在個別系統中兩者兼用。但不論那種發火法，在其爆炸(燃燒)鏈中第一個起爆組件必然是裝有起爆藥的小火帽，起爆藥靠擊針撞擊或通電發火，然後用火帽產生的火花、火焰或熱量點燃爆炸(燃燒)鏈的下一個部件，通常為黑火藥藥室(或稱傳火管)，用以促進發射藥主裝藥的充分點燃。在某些發射藥裝藥藥包上還有點火藥，可促進主裝藥快速點燃。
　　
藥包裝藥系統
　　
在藥包裝藥(袋裝藥)中，發射藥多捆紮成束後再縫入藥包。對藥包材料的要求是在發射後不留余燼且不阻燃與發射藥相容性好，能經受粗暴的操作，在裝進和取出時耐磨並能徹底燃盡。在英國過去多采用粗糙絲織品作為藥包，目前也用某些合成纖維織品(滌綸／棉纖維)。單用滌綸作藥包不能滿足對藥包的質量要求，因為滌綸在燃燒後有硬質玻璃狀殘留物，但摻入棉纖維後可消除上述缺陷且能助燃。與棉纖維不同，滌綸不受發射藥揮發氣體的影響，故可長期保持藥包強度。
　　
在藥包的一端或兩端，附有縫在藥包上用斜紋薄呢分隔開並包有以黑藥或細粒發射藥組成的點火藥，因斜紋薄呢是毛織品，即能存放點火藥，又能在發射時使火苗竄出。最近在使用鋼質閉氣裝置的火炮上，點火藥包已改用絲織品，因用薄呢作藥包布已不能滿足要求，但無論薄呢還是絲織品都不防水。藥包可裝入一種或多種類型與尺寸不同的發射藥，且有多種形式以備選用，見圖5.4。藥包標號表示相應於某一指定射程範圍的發射藥裝藥。特大火炮所用的藥包裝藥，多分成若干個分包以便於裝膛和搬運。



藥包裝藥系統中最後一個部件是點火管，其外形頗似無子彈頭的槍彈，可撞擊發火或電發火，見圖5.5。點火管應能從結構上密封點火管孔，防止發射藥氣體從點火管孔向後逸出。點火管的點火能力應盡可能大而穩定，應保證藥筒內的點火藥能完全點燃。由於點火藥至點火管的距離隨裝藥種類不同而變動，因此，點火管的火焰強度須夠得上所需最大距離。



藥筒裝藥系統
　　
在藥筒裝藥系統中，將發射藥裝入一個帶坡度的金屬藥筒內，藥筒因發射藥放熱而殼體膨脹，實現了閉氣，可完全制止發射藥氣體向後逸出，見圖5.6。



在藥筒底部裝有底火，由它最終地完成閉氣過程並點燃裝藥系統。底火可由撞擊或通電發火，見圖5.7。

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第五章　發射裝藥系統

範圍
　　
發射裝藥系統是彈藥中全裝彈的一部分，它提供了將彈丸推向目標的手段。原始的黑火藥裝藥從炮口用長柄勺將松散的藥粉倒入炮膛。後來為加快這一裝藥過程且使每次裝藥更均勻一致、更安全，才把稱量過的火藥裝入可燃燒的布袋內再裝進炮膛。直到現在，如何提高初速一致性(即射程一致性)的問題仍然是藥筒設計的首要要求。藥筒系統的主要部件包括：為彈丸提供能量的發射藥裝藥；保證發射時能點燃發射藥裝藥的底火或點火管；以及常用的有助於裝藥迅速充分點燃的傳火藥。在詳細討論藥筒以前，先提一下火炮發展過程，弄清武器與藥筒的關系是必要的。

火炮發展過程
　　
早期火炮全是滑膛前裝型，先從炮口裝入發射藥然後裝彈丸，即使有變化也只是外形不同。19世紀50年代出現阿姆斯特朗後裝火炮後，火炮才區分為後裝與前裝。由於當時後裝火炮炮閂密封不嚴，後又恢復應用前裝火炮，待線膛身管問世後又出現線膛前裝火炮。19世紀70年代後期，現代螺紋式炮閂問世，這才是現在的後膛炮。這種炮閂機構一般較重，開閉時與爐門類似。火炮發射時發射藥氣體的後向密封稱為閉氣，它由火炮本身實現。後膛炮一般采用如圖5.1所示的藥包裝藥系統裝填。



後裝彈藥的裝填過程不快，因每次裝填需裝入三個部件，即彈丸、裝藥和點燃裝藥用的點火管，而且用手開閉炮閂也很費力。因此，進一步探索快速裝填和發射彈藥的方法是勢在必行的。
　　
1881年，一種具有固定式無後座炮架、快速滑動炮閂和采用定裝式黃銅藥筒彈藥的輕型火炮問世，稱為速射(QF)火炮，如圖5.2所示，這種火炮的閉氣是由藥筒來實現的。



之所以取名為速射火炮，一是由於其開閂動作為滑動式，比旋轉式和擺動式開閂的後膛炮炮閂更為簡單；二是由於采用可一次裝填的整體全裝彈。以後又增添另一快速因素，即在火炮後坐一結束時炮閂立即部分地或完全地自動開閂。此後，各式各樣火炮與藥筒的結合機構以及比速射火炮射速更快的火炮才陸續出現。至此，縮寫字(BL)和(QF)兩詞已失去原義，只是用來區別火炮的閉氣是靠炮閂還是靠藥筒。近年來，在說明藥筒系統時，已用“藥包裝藥”和“藥筒裝藥”兩詞分別取代後裝和速射，含義更為確切。
　　
最後，人們發現必須研制出用比較輕的火炮發射重型彈丸的方法。這是由於後裝火炮和快速火炮都必須足夠堅實才能保證火炮特別是其閉氣裝置承受住發射時發射藥氣體產生的高壓因而過於笨重。這種考慮導致了第三種火炮系統的問世，即無後坐力(RCL)火炮系統。在該系統中，彈丸在膛內向前運動的動量被向後逸出的發射藥氣體的向後動量相平衡，從而使火炮免去了沈重的後坐質量。無坐力炮采用的發射裝藥系統有一黃銅藥筒，其底端有一帶孔隔板使發射藥氣體可以經武器噴管逸出，見圖5.3所示。

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發射藥的制造
　　
發射藥有三種基本的制造方法，簡述如下。
　　
溶劑法。硝化纖維單基發射藥用濕法生產，即用酒精脫水並用乙醚膠化，最後形成的膠結狀面團經模具擠壓成形後再切斷與幹燥。制作雙基和三基發射藥時，先把硝化纖維和硝化甘油在水中混勻，幹燥成糊狀後再將含有其它組分並以丙酮及水為溶劑的摻和物混入糊狀物中間產物內，使其呈面團狀，然後再將面團擠壓成所要求的形狀。最終的幹燥工序需幾天甚至幾星期，需用較多的時間和空間。
　　
半溶劑法。半溶劑法除溶劑改為純丙酮外，在混入摻合物以前的工序均與溶劑法相似。該法對單基、雙基和三基發射藥的生產均適用。混入摻和物後的面團狀中間產品，經過濾板擠壓成適當大小的條狀物後進行幹燥以減少所含溶劑，在最後擠壓前再經熱滾軋使發射藥呈片狀；擠壓後經烘幹以去除剩余溶劑。半溶劑法需用溶劑較少。因而發射藥彈道性能也較好。



無溶劑法。無溶劑法僅適用於生產雙基發射藥，該法以加熱和機械法取代溶劑而使硝化纖維膠化。所形成的糊狀中間產物在擠壓前先經幹燥和壓延，故擠壓形成的最後藥形尺寸比前兩種制造方法更為準確。但用此法生產時藥粒尺寸受一定限制。



火箭發射藥
　　
固體發射藥(或固體推進劑)
　　
固體發射藥為導彈推進提供了最簡單又最有效的手段，比較便宜、輕便和緊湊，而且和火炮發射藥並無多大區別，但其設計的燃速通常比火炮發射藥低。火箭發射藥的形狀和尺寸見圖4.8示例。火箭固體發射藥分兩大類，即膠質固體發射藥和復合固體發射藥。



膠質固體發射藥是主要由硝化纖維和硝化甘油均勻地組成的柯達型膠質發射藥。小型火箭發動機用擠壓型膠質固體發射藥；大型火箭發動機則用澆鑄型膠質固體發射藥。
　　
復合固體發射藥由一種類似橡膠的固體為母體燃料，在其中懸浮著氧化劑(高氯酸銨)微粒。這種復合固體發射藥又分兩類：擠壓型(即可塑型)和澆鑄型(即彈性型或類橡膠型)。
　　
包復與殼體粘結
　　
固體發射藥如果不能粘結在火箭發動機殼體上時，其外層表面必須包復以阻止燃燒。纖維素塑料可做為阻止發射藥表面燃燒的有效包復材料，見圖4.8粗實線所示。
　　
平臺化。為使固體發射藥燃燒均勻而平穩，可在發射藥中加入一定量的鉛鹽，使其燃燒性能如圖4.9壓力－燃速曲線所示，有一平臺特性段，此即稱平臺化。



液體發射藥(或液體推進劑)
　　
液體發射藥便宜，可控制且性能與效果俱佳，但比固體發射藥危險性大，還要求有混合和計量等附加設施。液體發射藥有兩種類型：能量低的單元發射藥是無需外部供氧的可燃液體，可用作導彈的動力源；二元發射藥由分別註入燃燒室的液體燃料和液體氧化劑兩種成分組成，通常用於重載荷的大型火箭發動機上，如宇航運載火箭。單元液體發射藥例如過氧化氫及異丙基硝酸鹽；二元液體發射藥例如以氫或煤油為燃料而以氧或氟為氧化劑。
　　
火箭發射藥的燃速
　　
火箭發射藥的消耗速度(燃速)是決定推力、加速度和燃燒時間的重要參數。固體發射藥在“原位”燃燒；液體發射藥則視發射藥流入燃燒室的流速而定。
　　
燃料空氣炸藥
　　
燃料空氣炸藥含有無需氧即可自燃的揮發性碳氫化合物，因其含氧甚多，故持續燃燒時也無需氧或空氣。當接觸可燃物時會強烈反應；在環境溫度下接觸潮濕空氣可立即爆炸；與富氧物接觸反應強烈；與某些物質接觸可自行點燃。共作用威力大大超過了常規炸藥。現場使用燃料空氣炸藥的辦法是在它靠近目標處用炸藥裝置將裝有液體燃料的容器炸開，液體燃料即形成氣溶膠－蒸氣雲，此雲隨即由延期點火裝置點燃並爆炸，延期時間為100微秒－4秒，視武器類型而異。這種炸藥基本上是一種面武器，以爆轟為主要的終點效應，但其本身的爆速和猛度並不高。  

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發射藥
　　
引言
　　
現代發射藥是從19世紀末首先在英國渥爾威區制成了能滿足當時需要的柯達無煙藥的基礎上發展起來的。此後才研制和使用各種各樣的發射藥和添加劑。
　　
對發射藥的要求
　　
發射藥必須性能穩定才能在發射一系列炮彈、火箭或導彈時保證每發彈的飛行速度變化極小。這意味同批發射藥混合料中的原料必須混勻，生產工藝必須嚴格控制。理想的發射藥必須無煙和無焰才能不暴露發射陣地，但事實上很難作到。無焰發射藥往往容易有煙，而無煙發射藥又容易有火焰。從用戶觀點看，白天專用無煙藥而在夜間專用無焰藥也很不方便。發射藥燃燒帶來的高溫不可免地會燒蝕炮管內壁，目前已有減少這種燒蝕的若幹措施。發射藥在存儲過程中必須安定性好，經得起在整個儲存壽命期間出現的周期性溫度變化。由於制造過程中發射藥混有各種添加劑，現代發射藥在合理的存儲條件下可以穩定地保存多年。
　　
發射藥添加劑
　　
這些添加劑可分為膠化劑、增塑劑、安定劑、冷卻劑、緩燃劑、消焰劑、表面潤滑劑和抗磨劑等。為使發射藥成份均勻具有凝聚性、強度高而韌性好，一般采用某些有機溶劑和硝化甘油作為通用的膠化劑，而有機酯類則作為通用的增塑劑。以卡巴邁特(二乙基二苯脲即一號中定劑)和二苯胺等作為安定劑能阻止發射藥分解從而增加存儲壽命。以一號中定劑、草酸胺等非爆炸組份做冷卻劑，可使發射藥在燃燒時吸熱從而可降低燃燒溫度。緩燃劑包括一號中定劑和石墨等物，可在發射藥粒上形成表面層從而降低發射藥粒的初始燃速。使用消焰劑是因為它可提供氮，從而在炮口沖淡發射藥氣體，消除火焰，目前應用的最主要消焰劑為硝基胍，而(鉀)冰晶石則作抑制火藥氣體二次燃燒的負催化劑。石墨可作為良好的粒狀發射藥表面潤滑劑，還可減少發射藥中的靜電聚集。為阻止火炮磨損過快，采用了在藥筒中加入聚胺酯內襯、瑞典添加劑和可燃藥筒等措施。現代發射藥根據用途的不同多包含一種或多種添加劑。
　　
發射藥類型
　　
單基發射藥以硝化纖維為主要組分。雙基發射藥含硝化纖維和硝化甘油，大致各占一半。三基發射藥中硝化纖維、硝化甘油各占四分之一，硝基胍占一半。這三種發射藥的主要區別見圖4.4所示。

圖4.4　發射藥類型
　　

成分(％)	單基	雙基	三基
硝化纖維	84	49.5	21
硝化甘油		41.5	21
硝基胍			55
緩燃劑	10
安定劑	1	9	3
增塑劑	5

燃燒速度
　　
發射藥的燃燒(急燃)在很大的壓力範圍內都是平穩的，其燃速視化學成分、形狀和表面積而定。燃燒環境壓力增大則燃速增快。典型的炮用發射藥燃燒曲線見圖4.5所示。
　　
膛壓越高，容納膛壓的身管和藥室也應越堅固。皮奧勃特定律(1839)表明：發射藥是按平行層次燃燒的(圖4.6)，其燃速與壓力的關系則按森特羅勃脫法則(1862)還按其他一些定律，彈道學者即可對指定數量、類型和形狀的發射藥計算其膛內作用。發射藥粒有多種形狀和尺寸，所謂藥粒即指從輕武器槍彈用的小粒藥到火箭發動機用的大型藥柱等各類單顆藥。發射藥各種形狀示例於圖4.7。發射藥尺寸在這裏特定為發射藥首先燒透的最小厚度尺寸，例如實心藥粒的直徑——直徑燃畢則整個藥粒燃盡。發射藥尺寸對最大膛壓及發射藥全部燃盡所需時間均有影響；而發射藥形狀則決定燃燒時發射藥表面積的變化情況。與發射藥燃燒有關的還有火藥力(即在1毫升容積內1克發射藥燃燒時對容器器壁的壓力)、發射藥活性系數或稱銳度(即發射藥釋放能量的速率)以及發射藥的燃燒率(即火藥力與銳度之乘積)。

  

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圖4.3　某些炸藥的參數

炸藥名稱	威力指數	爆速(米／秒)	鈍感指數	炸藥類型
疊氮化鉛	37	4～5000	10	引爆藥
特屈拉辛	40～50		8～13	引爆藥
特屈兒(CE)	122	7500	70～75	中繼藥*
苦味酸	100	7250	100	炸藥
三硝基甲苯(TNT)	95	6950	115	炸藥
黑索金(RDX)	167	8400	60～65	炸藥
太安(PETN)	120	7450	85	炸藥

註：*中繼一詞現已停用，它表示在爆炸鏈中介於引爆元件和炸藥主裝藥之間，且緊接在引爆元件後的二次傳爆元件。中繼藥現已劃為次級炸藥類。
　　
炸藥裝藥的選定
　　
炸藥裝藥的選定往往在相互矛盾的幾種不同要求中取折衷方案，即在很大程度上取決於當時的發射條件、所要求的目標效果和對目標的反應能力。與炸彈或魚雷相比，以高性能火炮發射的內裝炸藥的彈丸所受的應力是很大的。另一方面，碎甲彈在碰擊目標時受到的沖擊力也不小，要使彈丸內的炸藥裝藥在碰目標時不炸，其引信應裝在裝藥後邊。英國部隊一般不將鈍感指數在100以下的炸藥單獨作為炸藥主裝藥，因此，對黑索金(RDX)、環四甲撐四硝胺又稱奧克托金(HMX)、季戌四醇又稱太安(PETN)之類炸藥作為主裝藥時，都須進行鈍化處理，適當摻入TNT、石蠟或油類以保證發射安全，但炸藥威力及爆速均降低了。炸藥中添加鋁粉雖可增加炸藥威力，但有損爆速。因其能量釋放緩慢，可作為水下武器裝藥(如托爾佩克斯TPX)或作為炸藥包裝藥。
　　
裝藥工藝
　　
炮彈和炸彈等的炸藥裝藥工藝，包括鑄裝、壓裝、擠裝和手工裝填等，並可根據需要配以振動。鑄造裝藥是將炸藥(TNT)溶化（80～85℃）後註入藥室內，並在精心護理下使其冷卻和固化。TNT、RDX／TNT、RDX／石蠟和含鋁炸藥(托爾佩克斯TPX)等都屬於可鑄裝的炸藥。對中小口徑彈丸采用壓裝工藝，生產率高且簡便易行，即用壓力機在90～150兆牛頓／米^2壓力下將分成若幹小份的裝藥逐次壓入藥室。以保證裝藥密度準確和均勻。擠壓裝藥適用於熱塑性炸藥，範圍有限。手工裝藥主要用於阿馬托炸藥，因采用金屬振動探頭已有改進。但目前一般尚未采用。
　　
未來發展趨勢
　　
由於炸藥的單位體積可利用能量已接近極限值，再顯著增大炸藥性能已不可能。現代炸藥不但必須保持穩定性和可靠性，還必須增強承受日益增大的應力和高溫的能力。由於塑料粘結炸藥能滿足高速和耐熱的現代要求，應用日趨廣泛。

  
         
            
               

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圖4.2　炸藥燃燒與炸藥爆炸的區別

燃燒	爆炸
1．當以點燃方式引燃時，所有這類炸藥在一開始引燃就燃燒 (水基混合炸藥例外)。	1．施加足夠刺激即能使大多數這類炸藥爆炸。
2．燃燒比爆炸緩慢，燃速一般為0.001～500米／秒。	2．爆炸比燃燒快得多，固體炸藥的爆速在1800～9000米／秒。
3．因燃燒線速度較慢和受傳導與輻射的影響，火焰往往沿未燃表面的傳播速度比深入藥體的傳播速度快，故燃燒是表面反應。	3．爆炸的傳播從起爆點開始，然後在整個炸藥內部徑向傳播。炸藥裝藥通常由爆轟波自內向外地靠自身維持傳播到表面——爆轟波即停止，故爆炸不是表面反應而是一種激波傳播機理。
4．周圍壓力增大則燃速增快。	4．一定的炸藥其爆速有恒定的極限值，不隨周圍壓力變化。
5．燃燒線速度不隨裝藥尺寸變化，實際上不存在臨界直徑效應。	5．小尺寸裝藥的爆速與裝藥直徑有關，足夠長的線形裝藥若直徑小於某臨界直徑時則爆炸將在該裝藥內中斷。
6．燃燒由熱或火焰直接點燃，通常不由炸藥激波觸發。如條件適宜，燃燒可轉為爆轟。	6．由激波觸發或由燃燒轉為爆炸，但一般情況下爆炸不會轉化成燃燒。如爆炸傳播中斷，裝藥化學性質不變。
7．燃燒從本質上講不會產生爆炸聲或激波現象，但其積累的超壓排入大氣時可能產生噪音或強氣流沖擊聲。	7．爆炸沖激波從裝藥沖入大氣時會產生爆炸聲。

為使炸藥體系完整化，還應另列一組可燃燒的炸藥，稱為煙火劑或簡稱為煙火(或火工)，其有關詳細情況見第十六章。
　　
炸藥的管理
　　
炸藥可為社會帶來危害，故須立法以保護社會所有成員。1875年和1923年的英國炸藥法責成英國內政部負責此事並由炸藥存儲運輸委員會具體實施。該法案對炸藥的制造、運輸、存儲和搬運等幾方面部有嚴格控制，規定任何新炸藥只有全面檢驗後經批準才能列入內政部註冊名單。1974年頒布的勞動衛生與安全法也與炸藥有關。

起爆藥
　　
起爆藥是爆炸鏈(或燃燒鏈)的起始端用藥，只需受輕微的機械、電或熱刺激後即能可靠地發火。起爆藥有兩種基本類型：引燃型和引爆型。前者用於點燃其他物質，後者用於產生沖擊波壓力從而引爆。二者都是常以分層形式裝填一種或多種下述炸藥：斯蒂芬酸鉛、疊氮化鉛、特屈兒等。必須註意，燃燒鏈只包括點火元件且以發射藥或煙火藥裝藥為其終端裝藥；爆炸鏈則不同，雖以猛炸藥為終端，但其始端即可以是引爆元件也可以是點火元件。
　　
對起爆元件的要求
　　
對起爆元件的最主要要求是感度雖高但又必須安全，還必須極其可靠，且作用時間穩定。非常明顯，火炮(包括迫擊炮)發射時必須反應迅速，這對活動目標更有重大意義，因此，作用時間較長的點火元件是不能用在這裏的。

炸藥
　　
用途
　　
起爆藥以後的炸藥可叫次級炸藥或後繼炸藥，其輸出能量很高但又不象起爆藥那樣易於引爆，多作為炮彈、炸彈和水雷的主裝藥。也可作為爆破用炸藥包的主裝藥。如前述，炸藥裝藥須有爆炸鏈才能引爆，炸藥的沖擊波傳播速度決定於炸藥的裝填密度。大多數炸藥在密閉條件下引爆都能爆炸，炸藥因而分解，變成氣體生成物。
　　
爆炸的一些特征數
　　
爆炸過程會在炸藥內部產生超音速爆轟波，其速度有一定的極限值，成為該炸藥的特征數。這一爆轟波極限速度值叫爆速，常常超過聲音在炸藥內的傳播速度。空氣中的聲速是330米／秒，而在晶體炸藥中的聲速大致為3000米／秒。
　　
爆轟沖擊波的波前(波陣面)有極高壓力，稱為爆壓，可達15,000～30,000兆牛頓／米^2，從而使彈體膨脹並爆裂。單個的球形裝藥如果從中心處引爆其爆轟波波形也呈球形。爆轟波還可用炸藥“透鏡”整形而產生平面或收斂的波形。
　　
對炸藥的要求
　　
炸藥是用來產生破壞，使人傷亡的物質，因而具有潛在的危害性。因此，炸藥必須能保證具有長期儲存的安定性和合理的存儲壽命。炸藥在彈藥中經常與其他材料接觸，所以它只能與與它相容性好的材料配在一起使用。作為彈藥主裝藥的炸藥必須對沖擊、摩擦、放電、加熱和振動鈍感，但在裝成爆炸鏈時它又必須能被可靠地引爆。至於一般的經濟效益、可用性，搬運和處理等要求也不能忽視。
　　
炸藥的效能
　　
炸藥的效能取決於單位體積內含有的可用能量及其在爆炸時能量釋放的速率。對產生殺傷破片的殺傷爆破彈，要求快速釋放能量；對用炸藥進行爆破和挖掘則要求能量釋放速率比較緩慢。為度量炸藥的效能，需使用若幹個不同參數，有些參數受炸藥化學性質影響，如炸藥成分和結構等。其中的部分參數與上節“爆炸的一些特征數”中的參數相似，另外還有威力指數、猛度等參數。炸藥威力是指炸藥爆炸時的作功能力或釋放的能量，通常與苦味酸(一種早期炸藥)對比，以相當於苦味酸威力的百分數來表示，其指數值見圖4.3的表格，該表還列有爆速和鈍感指數。鈍感指數與炸藥感度有關，炸藥感度是炸藥對於某一外部刺激如沖擊、摩擦等的反應的量度。.

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第四章　炸藥與發射藥

炸藥
　　
引言
　　
任何有關彈藥的文獻資料都沒有完整的關於炸藥的基本論述。而了解炸藥的特性及其局限性，特別是從安全角度，了解它在彈丸結構中是如何被控制的，則是很重要的事情。
　　
歷史發展
　　
首次出現的炸藥也叫火藥，是中國發明的，大約在12世紀左右傳入歐洲。起初，它只用於推動原始的火箭，取名黑藥，雖然吸潮，卻是當時長年使用的唯一炸藥。後經R·倍根(Roger Bacon)等人的改進而成為硝石、木炭和硫磺的混合物，其混合比自40：21：21到75：15：10等各不相同，後一比值至今仍然沿用。火藥是一種機械混合物，其主要燃料是炭(木炭)，其次是硫磺，而硝酸鉀(硝石)則為氧化劑。
　　
火炮的出現暴露了火藥性能的不穩定性，促使對火藥的混合和制備工序進行了科學研究，乃發現作為彈道學最主要參數的火藥燃燒速率不僅與混合方法有關，而且還與混合物的粒度大小及粒度均勻性有關。因此，在生產中引入了按預定尺寸制作藥粒的“造粒”工序和將藥粒滾上石墨的“鈍化”工序。到16世紀末火藥生產工藝已基本標準化了。現代黑藥均按粒度稱呼(如G12號黑藥)，藥號越大則藥粒粒度越小，至今仍用於許多彈藥組件中。
　　
很多國家在試驗和尋找新炸藥方面做了大量工作，可惜無多大成果。E·佩匹斯(Even Pepys)曾記載一個實驗，即在銀匙裏加熱少許火柴頭大小的雷酸金粒子，結果銀匙被炸出一個小孔。在19世紀發現硝化有機物的作用後，新炸藥試驗才取得實際進展。1841年勞倫特(Laurent)從酚的硝化中制得苦味酸炸藥；1845年薛恩賓(Schoenbein)使棉纖維硝化而獲得強棉，後來又從硝化纖維(NC)中制得所謂B火藥發射藥——直到本世紀初法國仍然沿用這種發射藥。讀者應了解與現代猛炸藥相比，當時的黑火藥性能很低，通常都列為只燃燒不爆炸的發射藥類。但對炸藥的要求是其反應過程應為爆炸過程。1846年索勃裏洛(Sobrero)曾使甘油硝化而產生硝化甘油(NG)，到1867年則由諾貝爾從硝化甘油制得代拿買特炸藥。 [ 譯者註：代拿買特是一種工業用膠質炸藥 ] 此後諾貝爾又用硝化甘油和硝化纖維制成膠質薄板，經剪切就成為所謂巴裏斯太型的發射藥。再後在英國的渥爾威區又將硝化甘油和硝化纖維用丙酮做溶劑進行實驗，其成品擠壓成長條後經乾燥變成又脆又硬的所謂柯達型無煙藥。1871年，柯達無煙藥正式被批準作為發射藥使用，即現正使用的各式各樣發射藥的先驅。
　　
最後，通過對甲苯的硝化(1867年)而制得三硝基甲苯(TNT)炸藥，成為第一次世界大戰以來英國一直使用的最主要的猛炸藥，現仍非常廣泛地在應用。
　　
炸藥分類
　　
為便於使用，必須了解炸藥和發射藥的根本區別。圖4.1為待裝膛發射的全裝彈。在裝膛發射過程中，炮(槍)手進行一系列操作，最後使彈丸連同裝填物(此處即炸藥)以高速離開槍、炮而奔向目標。這一過程包括引燃底火火帽內的少量敏感火藥並經一系列傳火系統加強點火能力，從而保證在瞬間點燃發射藥；發射藥燃燒很快(約每秒數百米)，產生大量高溫氣體將彈丸推出炮膛。當殺傷爆破彈抵達目標時，彈丸通過引信起爆起爆管中的少量敏感炸藥混合物，再次引爆引信中傳爆管和傳爆藥柱，最終起爆炸藥主裝藥。主裝藥爆速可達9000米／秒，使彈丸爆裂成破片。上述兩次爆炸(點火)過程均稱為爆炸(點火)鏈。



可以看出，火帽和雷管中的敏感混合炸藥，雖然相似，但二者的作用與工作方式迥然不同。火帽為發射藥的迅速燃燒提供熱量和火焰，而雷管的作用則是使之開始產生爆炸波，也即引爆炸藥使其分子開始分裂，簡單些說，發射藥的特點在於迅速燃燒或爆燃；而炸藥則是爆炸，圖4.2表明爆炸和燃燒的不同。

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戰場創傷規範(標準)
　　
理想的破片裝置必須產生盡可能多的致死致傷破片而使目標盡早喪失活力。能滿足這一要求的破片裝置稱為有良好殺傷力的裝置。殺傷力一詞不容易定量，但它是表征武器系統的效能，特則是關系到表征殺傷面積的指標。如前述，破片效果隨目標情況變化而異，因此在估計戰場傷亡時考慮目標情況這一因素顯然是必要的，由此出發，規定了若幹種典型的戰場創傷規範(標準），並以此為根據即可估算在已給命中條件下的殺傷概率。命中條件下的殺傷概率一般以Phk表示。
　　
最嚴格的創傷覘範，要求對占據有利防禦陣地堅決抵抗而且防護良好的目標擊中後30秒鐘內即使之喪失活力，稱為“防禦30秒規範”。應註意在此規範規定的一些條件下，命中概率是很低的、而隨機命中部位可能是以鋼盔，面盔和防彈背心防護的人體的頭部和肩部。
　　
另一個規範(標準)是“突擊5分鐘規範”，要求使一個鬥誌旺盛的突擊士兵在5分鐘內喪失活力。在此條件下命中機會增大，總殺傷概率也增大。原來共有14種規範，但現在僅有約四種供評定使用。
　　
這種評定是復雜而費時的，通常須應用計算機。根據每種戰場創傷規範進行評定的結果，都可以曲線表示相應於破片質量(m)和速度(V)的殺傷概率變化，如圖3.4所示。
　　
表述該曲線的最佳方程式為Phk ＝ 1 － e^(－a(mv3/2－b)^n)式中m為質量，v為速度；a、b及n為與人的緊張程度度和按規範確定的受傷時間有關的常數。



完整的破片裝置的性能
　　
完整的破片裝置的性能受若幹因素影響，其中有些因素將在此討論。對此裝置的性能分析也很復雜，不能簡單地看成是單個破片性能的總合。
　　
在破片裝置中，炸藥裝藥由引信起爆並在起爆處形成爆轟波，再經裝藥傳播。在爆炸陣面後方的彈體由於承受爆炸波壓力很快向外加速並且向外膨脹，又隨彈壁變薄，直到到完全破裂(見圖3.5)。
　　
1．破片的空間散布
　　
破片裝置的縱剖面各部位的炸藥與壁厚之比的變化，會影響破片散布。如果破片裝置為旋轉彈丸，則炮彈的自旋速度也會影響破片散布，但不影響彈體總的破片散布模式。彈體的破片散布通常都與彈體長軸對稱。如將存速和落角影響也計算在內，則破片散布模式會有所改變。例如使用刻槽彈體或預制破片可能使破片散布更為規則，但破片散布模式仍受存速和落角的影響。



2．破片裝置對目標的取向
　　
常規殺傷爆破彈丸的破片散布，其最有效方向是彈軸與地平面呈垂直方向，彈軸越偏離垂直方向，飛向空中的破片數量也越多，這部分破片則靠重力下落，其殺傷力很有限。另外一些破片則入地而白白損失掉了。
　　
3．炸高
　　
炸高受引爆系統控制，對破片裝置的效果影響很大。地面爆炸的效果取決於地面的類型、氣候條件以及引信的靈敏度。空炸效果主要靠近炸引信，有時也用機械時間引信，但精度較低。對人的殺傷作用，理想的炸高為2～4米。圖3.6表明地面爆炸、空炸和落角對殺傷面積的影響。
　　
4．目標的平均暴露面積



考慮目標的平均暴露面積必須註意下述因素：目標姿態，如立姿，跪姿、或臥姿；目標所在的地面類型；衣著和裝備對目標提供的防護。

破片裝置的檢測
　　
由於目標和圍繞目標的環境五花八門，要精確表示出破片裝置的殺傷力是很困難的。但目前已有有關的數學模型及一系列可以決定破片散布的靜態試驗。這類試驗在英國由有關的測試部門負責，很費時間。試驗裝置通常離地面1米高，彈長軸呈水平位置，四周圍以靶板，該裝置在爆炸時靶板上可留存破片，從靶板上的破片數量和撞擊深度可看出彈丸的破片散布和破片速度。需更精確測定破片速度時，也可用測速靶以測定破片穿靶時的速度。分析測得的破片散布狀況和破片速度並引入破片裝置的落角、存速和炸高等變量。該數學模型即可建立。然後，再計算空氣阻力對破片的影響，即可算出在炸點附近區域命中條件下的殺傷概率，此一區域即稱為殺傷面積，其大小為設計人員和用戶提供了有關該破片裝置有效性的實用數據。

小結
　　
屢經試驗旺明：有效而實用的對人攻擊的手段，就是將炸藥爆轟和破片殺傷兩種作用結合起來的裝置。大部分傷亡由破片產生，而爆轟則有心理作用。目前趨勢是使破片質量小而速度高，從而可在要求的有效半徑範圍內得到適宜的破片密度，且每一破片都具有重傷能力。近幾年來殺傷武器的性能又有所改進，隨新技術的發展還可進一步提高。設計人員不可免地將面對很多相互矛盾的因素，但和其他技術問題－樣，只能采取全面考慮，彼此兼顧的辦法。

J-20

能量轉移
　　
傷亡是由破片的能量向目標轉移而造成的。傷亡嚴重程度則一般取決於所轉移能量的大小及其轉移速率。能量轉移速率可在兩種情況下得到提高，一是處於穩定飛行邊緣狀態的破片，將全部能量轉移給目標，二是在穿透人體的過程中，破片發生了變形或偏轉，但如轉移的能量很小或轉移的速率很低，且穿透時未損及重要器官或動脈，傷勢必然很輕。高速穩定飛行的破片，例如射程為200～800米的7.62毫米槍彈在穿透目標時未受阻，只能轉移給目標很少能量。相反，如果轉移給目標的能量很大或能量轉移速率很高，就會給目標造成更嚴重的創傷。理想的要求是一個高速且斷面積小，因而空氣阻力小的破片，且能將全部能量快速地轉移給目標。因此，必然有一個能確實地轉移能量給目標的最小破片重量。早先由印度生產的達姆彈就是一個企圖改進槍彈能量轉移速率的嘗試，即當槍彈碰擊目標時能將彈頭削平以增大槍彈的橫截面積，從而增大了彈丸對人體的遏制能力。由於達姆彈作用殘酷，海牙公約列為禁用的殺傷手段。所謂遏制能力(或擊倒能力)等詞近年來曾被很多文獻廣為引用，其能量值大致相當於80焦耳。由於在任何致傷情況下需要考慮的因素都很多，如碰擊速度、破片翻滾可能性、破片碰擊時的偏轉角。目標密度和姿態等等，因此，取定遏制能力為80焦耳其實際意義並不大，將其作為包括一切影響的數值，還缺乏生物學或物理學的依據。



破片速度(Vf)
　　
下圖表示隨d/t比值變化破片速度的分布順序。d/t值為在彈體同一部位的炸藥量與彈壁厚之比，其值隨彈丸長度而變化，與彈丸炸藥裝藥全重和裝炸藥後的彈體全重之比不同。圖中的兩條曲線，一條為用TNT裝藥和鋼彈體(老式彈丸)，另一條為用RDX/TNT裝藥和優質鋼彈體(新式彈丸)。後者在炸藥裝藥上有改進，且彈體也是具有較高的抗拉強度的鋼殼。



註：
　　
1．飛機炸彈雖有較高的破片速度(Vf)，但其破片一般多由若幹個大塊彈壁組成，破片的彈道性能差，且其破片散布樣式無規律。
　　
2．如果能實現常規彈丸破片速度的預期理想值，則理想的破片速度值為1800米/秒左右。
　　
3．由於導彈的發射條件對戰鬥部的要求比火炮對彈丸的要求低，故導彈的殺傷戰個部彈體強度無需要求過高，因而其破片速度最高可達2400米／秒左右。