如何对抗“坦克杀手”爆炸成型弹丸?

  出品:科普中国军事科技前沿

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  出品:科普中国

  作者:海权社工作室

  去年在军博公开展出的99A主战坦克

  作者:鸿爪雪梨

  监制:光明网科普事业部

  近日,央视罕见曝光了中国最新型ZTZ99A主战坦克的火力及防护能力,从而让曾经掩盖在这款中国陆军最顶级坦克身上的许多迷雾烟消云散了,那么曝光出的这些性能数据背后究竟说明了99A主战坦克拥有怎样的能力呢?

  策划:武玥彤

  从坦克诞生的那一天起,人类就开始寻找打破这种身披重甲的战争巨兽的方法。从最开始的集束手榴弹,到战防炮、反坦克步枪再到后来的各种水平面上的反坦克武器,再到立体的反坦克武器。反坦克武器的发展和人类战争的发展也是同步的——从水平面上的战争到立体的空地一体化的战争,而那些垂直攻击坦克顶盖的武器常常让坦克兵谈之色变,这其中就包括末敏弹。

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  监制:光明网科普事业部

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  99A配备有混凝土攻坚弹和炮射导弹,而这两个弹种在之前的99坦克上并没有配备。

  坦克防御系列专题稿件(一)“树大招风”五花八门的反坦克武器——典型反坦克武器的分类与原理

  我国某型末敏弹

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  作为现代陆军作战的主力之一,坦克以其优越的攻坚、越野、综合火力和装甲防护能力成为了当之无愧的陆战之王,坦克车辆的数量与质量也成为了衡量各国陆军集群作战能力的关键指标之一。

  末敏弹主要使用的是爆炸成型弹丸(Explosively Formed Projectile,EFP),这种弹丸在早期曾经被称为自锻破片(Self-Forging Fragment,SFF),这也是在军事爱好者群体中流传最广的一种称呼,当然在某些著作中这种弹丸也被称为米内斯-沙汀战斗部(Misznay-Schardin Warhead)或者弹道盘(Ballistic Disk),这种战斗部从分类上来看应该还是属于化学战斗部的,因为这中战斗部是一种另类的破甲弹,这种弹头再利用聚能原理将大锥角的金属药罩爆轰成为一个短粗的类似于穿甲弹(Armor Piercing shell,AP)的高速侵彻体战斗部。

  我国用以外贸的GP125型125毫米炮射导弹,自用版与之类似。

  但树大招风,坦克无疑也是最招人“惦记”的陆战武器,从一战时坦克问世开始,针对每一代坦克的反坦克武器就层出不穷,甚至许多坦克车辆的制造商。如前苏联的下塔吉尔乌拉尔机车车辆厂,在生产坦克的同时,也在研发反坦克武器。

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  首先,就火力来说,根据节目里透露出的信息来看,99A主战坦克装备了包括尾翼稳定脱壳穿甲弹、破甲弹、杀伤爆破榴弹、混凝土攻坚弹及炮射导弹在内的弹种,在这当中混凝土攻坚弹及炮射导弹是此前99坦克所没有配备的,其中混凝土攻坚弹由于在弹体、装药及引信方面使用了新技术,故而可以保证其在80000g以上超高过载侵彻条件下的可靠性,至于99A主战坦克所配用另一款新弹药)—125毫米炮射导弹,则采用激光驾束制导方式,最大射程达到了5公里,命中率达到了90%,在动态条件下对带有爆炸式反应装甲的RHA破甲厚度大于240毫米/68°。而在配备了这两种这两种弹药后,无疑一方面增强了99A主战坦克在未来我军可能面临的城市战环境时对付城区坚固目标的能力,另一方面也提高了99A主战坦克对更远距离目标以及低空目标(比如武装直升机)的打击效果。

  客观来看,坦克本身就是一个包含着武器系统、瞄准系统、动力系统、通信系统、装甲式车体等系统的复杂的总体工程,相对于反坦克武器来说,坦克的研发周期、经费投入、研发难度均明显高于后者,与此同时,不同于反坦克武器以威力为第一导向,坦克往往会陷入防御能力和机动能力不可兼得的两难选择之中,因此坦克自身的发展暂时落后于反坦克武器的发展。

  经典爆炸成型弹丸(图片来源:教材《弹药概论》)

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  初代坦克的宿命之敌——反坦克步枪

  这种战斗部和其他的通过门罗效应形成的高温金属射流不同的是:

  扳手放到炮口体现出99A主战坦克火控系统的优异性。

  英国的马克1号(Mark I)坦克第一次出现在战场上时,德国士兵对于英国发明的坦克束手无策。但战争是武器进化的最佳催化剂,为了对付坦克威胁,不久之后德军制造了世界上第一批的反坦克步枪——毛瑟1898式13.2mm反坦克步枪。虽然应急赶造的步枪存在后坐力极大,精准度较差的问题,但至少士兵面对“铁甲怪兽”时手里有了一件堪用的武器。

  首先,这种战斗部对爆炸的高度并不敏感,普通的破甲弹的最适炸高是弹头直径的两到三倍左右,也就是说80毫米的弹头最适炸高或者说爆炸距离是距离装甲160到320毫米左右,其他口径的破甲弹以此类推,而EFP战斗部可以再800-1000倍弹径的炸高上取得有效的攻击效果。

  其次,在节目里,我们还看到为了体现99A主战坦克优异的上反稳像式火控系统性能,还特意将一个扳手放在了炮口顶端的螺丝上,并演示了在火炮在高低俯仰和左右旋转时,扳手不掉的场景,而类似的镜头我们之前只在例如豹II等西方先进主战坦克上看见过,虽然此次99A主战坦克并未演示整车在机动状态下扳手不动的画面,但是考虑到扳手与炮口炮口顶端螺丝的接触面本来就很小,故而能做到火炮在移动时,扳手不掉就已经相当不容易了。

  照此思路,从一战到二战的短短几十年内,各种反坦克步枪层出不穷,其口径、射程和枪口初速也不断提高,如苏联的PTRD-41反坦克步枪,口径已达到14.5mm,可以在500m距离上击穿25mm厚的90°垂直钢板;而日本为了在中国东北对付苏联的坦克,研制的九七式半自动反坦克步枪口径已达到惊人的20mm。

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  然而到二战后期,坦克的装甲厚度已接近100mm,此时反坦克步枪的威力已经完全不足以对坦克造成致命威胁,单一士兵所能携带的实心弹头已经无法击穿它们。如果真有一款步枪能够击穿二战后期的坦克装甲,那恐怕开枪之后,首先碎掉的是射手的肩膀。因此,反坦克步枪逐渐退出了反坦克的舞台。

  中国当前使用的PF89式80毫米火箭筒

  99A主战坦克的装甲介绍,最后的披挂型反应装甲指的就是外挂的爆炸式反应装甲。

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  其次,因为这种弹头比较粗短,更像一发穿甲弹的缘故,所以说这种战斗部并不会受到各种反应装甲的削弱。要知道,无论是反应装甲的流性形变还是爆炸式反应装甲的高爆反应盒都能对破甲战斗部造成足够大的威胁,这也是世界上许多坦克都在装甲外面安装爆炸式反应装甲或者惰性反应装甲的原因。

  最后,当介绍到99A主战坦克的防护性能的时候,我们可以发现99A主战坦克的炮塔和车体正面装甲主要包括机(基)体装甲、复合装甲及外挂的爆炸式反应装甲,且根据现场官兵的说法,我们99A主战坦克正面防穿甲弹和破甲弹的能力都已经达到了1000毫米以上,而如果这个说法是真实的,那无疑说明99A坦克的正面防护能力已经达到了当代主战坦克里面一个非常高的水平,而就目前来说,世界上坦克所使用的尾翼稳定脱壳穿甲弹其穿深一般最好也不过在700-800毫米之间(比如美国的M829A3/A4),因此这样的水平也足以说明拥有这样防护能力的99A主战坦克其正面基本可以在正常交战距离甚至在更近的交战距离上免疫世界几乎所有先进坦克穿甲弹的攻击。

  毛瑟1898式13.2mm反坦克步枪

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  而根据去年99A主战坦克总师毛明先生的说法,对于99A这样战斗全重为55吨的主战坦克来说,其拥有这样惊人防护能力的背后主要是因为其运用了我国开发的JN1聚能复合装甲,这种有别于传统复合装甲的装甲简单来说就是将聚能装药爆炸式反应装甲单元安装在了复合装甲里面,这样的装甲再被弹药命中后,就可以利用其内部聚能装药爆炸式反应装甲单元被命中起爆瞬间形成的片状射流束或自锻破片,将能量更加集中地横向作用于穿甲弹体和破甲射流,从而造成穿甲弹体的断裂或破甲射流不断受到强力地横向干扰,以此达到有效降低穿甲弹或破甲弹对主装甲的侵彻力,加之JN1聚能复合装甲还结合使用了高效抗弹陶瓷单元、高硬度装甲钢等新材料技术。

  (图片来自网络)

  二战德国使用的穿甲弹,从外形上看和EFP战斗部很像

  因此,JN1聚能复合装甲拥有了比一般复合装甲更高的对穿甲弹和破甲弹的防护性能(据相关介绍,其抗穿甲弹和抗破甲弹的能力比一般复合装甲提高了70%左右),另外由于JN1本身聚能装药爆炸式反应装甲单元可以有效克服一般平板装药复合装甲(与聚能复合装甲一样,只是内部的动态防护单元为平板装药反应装甲单元)的角度效应,故而这种装甲在坦克上的安装应用范围也得到了扩大(比如类似99A坦克炮塔正面这种小倾角部位就可以适合安装聚能复合装甲),加之其炮塔和车体正面均外挂有我国国产的FY4爆炸式反应装甲,故而能有这样水平的防护能力,也没啥好大惊小怪的。

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  除此之外,这种战斗部的杀伤效果也要远远好过普通的破甲弹,因为破甲弹在依靠金属射流杀伤攻击路径上的目标之外,还依靠射流在穿甲过程中带起的装甲碎屑四处飞溅杀伤目标。但是金属射流带起的碎屑实在是太少了,所以破甲弹的杀伤效果长时间受到诟病,但是EFP的弹丸不仅可以进入装甲单位内部飞溅杀伤,还可以带起大片的装甲崩落,进一步扩大杀伤后效,装甲崩落的效果可以参考碎甲弹攻击轧压均质装甲(Rolled Homogeneous Armour,RHA)。

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  PTRD-41反坦克步枪

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  国产FY4爆炸式反应装甲的出口版FY4E,根据介绍,其能够有效削减尾翼稳定脱壳穿甲弹30%以上的穿甲深度以及采用破甲战斗部的破甲弹、火箭弹及反坦克导弹70%以上的破甲深度,并且还能有效防御采用串联破甲战斗部的破甲弹、火箭弹及反坦克导弹,因此属于“三防”爆炸式反应装甲,而自用版FY4在相关防护数据上还会更加给力,99A主战坦克在配备了这种爆炸式反应装甲的情况下无疑对其防护是有益处的。

  (图片来自网络)

  碎甲弹造成的装甲崩落效果,EFP战斗部造成的装甲崩落效果类似(图片来源:教材《装甲防护基础》)

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  “隔山打牛”的碎甲弹

  所以这种战斗部被拱顶的末敏弹和路边地雷所使用,根据一些资料披露,以色列的SM122/7C EFP反坦克地雷曾经在五十米开外将一辆苏联的T系列坦克的侧装甲炸的稀烂,此次事件的发生也让世人坚定了将EFP战斗部发扬光大的信念。所以人们将这种武器安装上了毫米波引信,对装甲车辆的顶盖进行攻击。

  ▲考虑到99A主战坦克的首上为大倾角,反而有利于布置采用平板装药的平板装药复合装甲,故而从多方面的资料来看,笔者研判JN1聚能复合装甲这类的高技术复合装甲只利用在99A坦克的炮塔正面,其首上应该还是采用平板装药复合装甲,当然就平板装药复合装甲来说,其也比一般复合装甲的抗穿抗破性能提高了50%以上。

  碎甲弹,顾名思义,是一种可令坦克装甲破碎的弹药,诞生于二战时期,曾在二战后的二十年内风靡一时。多数情况下,碎甲弹并不能击穿坦克装甲,但碎甲弹设计师的聪明之处正在于此,碎甲弹内装填着爆速极高的塑性炸药,当碎甲弹击中坦克时,内部的塑胶炸药沾附在装甲上并被引爆,炸药爆炸产生的约十万个大气压力突然作用于装甲板上,冲击波在装甲内震荡、传播,引发装甲背部的碎裂和崩落,崩落的碎片最终获得300m/s左右的速度,并在坦克车内部肆无忌惮地“搞破坏”,对车内器械和乘员造成致命伤害。因此被碎甲弹击中的坦克,外表除局部凹陷和熏黑外,并无明显伤口,但内部早已千疮百孔。

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  当然,在我们为我国坦克能取得如此优异成绩而感到高兴的同时,我们还应该注意到相比于国外同行来说,我国在坦克某些技术领域上的起步应该说是比较晚的,因此,到目前而言,存在些许不足也是可以理解的,故而在未来我们只有继续砥砺前行,才能研发出具备更高水平的国产坦克。(本文图片来自网络)

  随着坦克装甲朝着多层复合装甲、高韧性装甲钢和间隔装甲的方向发展,碎甲弹对于击毁坦克显得越来越力不从心,但碎甲弹对弹速、着角的要求较低,且结构简单,用材便宜,工艺简便,适宜大量生产,不仅是对付均质钢装甲车辆的一种效果很好的反坦克弹种,同时还可以兼做杀伤弹,且能有效地摧毁钢筋混凝土的工事和一些轻装甲目标,因此,碎甲弹正在逐渐转变身份,成为了坦克车载的附带作战弹药,朝着一专多能的方向发展。

  EFP战斗部击穿T系列坦克造成的巨大空洞(图片来源:教材《装甲防护基础》)

  出品:科普中国军事科技前沿

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  世界主流的末敏弹的外弹径都是155毫米,一发炮弹携带2-3枚弹丸,弹丸的直径在130-150毫米之间,穿深可以达到100毫米以上。这些小弹丸可以再坦克上空起爆,并在红外和毫米波雷达的制导之下搜寻自己的攻击目标,并对坦克的“头皮”进行毁灭性的打击,可以说这种武器已经超越了攻击顶盖的标枪导弹,因为标枪破甲战斗部可以被爆炸式反应装甲削弱。

  作者:星光闪耀工作室

  碎甲弹

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  监制:光明网科普事业部

  (图片来自网络)

  标枪导弹发射过程

  坦克的小口径杀手——聚能破甲弹

  但是随着装甲技术的发展,人类已经找到了可以正面对抗空降的EFP战斗部方法,而且已经被成功是运用在了坦克之上。中国的99A坦克已经不再惧怕世界各国的末敏弹,因为中国的99A的顶盖的防护能力已经达到了三位数。中国的99A坦克的头皮的防护能力除了依赖于优秀的物理厚度还依赖于中国最近刚刚在该型坦克上面使用的聚能反应装甲,如果说爆炸式反应装甲是在坦克的外装甲上面集成了很多可以把手中的盾牌扔出去的小人,那么聚能反应装甲就是在盒子中集成了一排类似于圆柱形状的破甲单元。

  破甲弹又称空心装药破甲弹,也称聚能装药破甲弹,是反坦克的主要弹种之一。破甲弹的核心原件为一锥形或喇叭形的金属罩,当前以紫铜金属罩为主,金属罩上方是压实的炸药柱,当破甲弹在距离装甲板一定高度的位置起爆时,炸药将金属罩压垮,金属罩在高温高压下变形为一条高速、细长的射流,头部速度可达近万米每秒,金属射流击穿装甲板,并对车内人员器材进行杀伤。

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  破甲弹的破甲威力一般约为5~8倍的装药口径,现代大威力破甲战斗部的威力可击穿1200mm厚度以上的装甲。典型的破甲弹如反坦克界的“ak-47”——RPG-7火箭弹。破甲弹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,也就意味着,破甲弹可运用在各种单兵平台、无后坐力平台和局部战斗环境。2018年叙利亚战场上T-62M坦克就是被一个战斗小队发射的陶式反坦克导弹击毁的。可以预见的是,随着战争环境的变化和局部冲突的加剧,破甲弹将会进一步发展。

  利刃反应装甲模型,中间凹进去的圆柱体是聚能反应单元

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  破甲弹

  聚能反应装甲的攻击效果

  (图片来自网络)

  在外层的装甲层被击穿的时候,聚能反应装甲单元就会被激活,然后这些单元就会像一发破甲弹一样击中正在侵彻装甲的高速侵彻体,如果侵彻体的横向强度不够的话,很容易在聚能反映单元的攻击下折断。即使是粗大的EFP高速侵彻体也不例外,即使这种侵彻体凭借足够大的直径没有被聚能反应单元切断,穿深也会因为失去了横向的强度而大幅下降。

  势大力沉的穿甲弹

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  穿甲弹是一种典型的动能弹,依靠弹丸强度、重量和速度穿透装甲,反坦克穿甲弹是一种“硬碰硬”的弹药,穿甲弹芯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。发射时,穿甲弹丸在膛内高温高压气体作用下迅速加速,初速可达 1500~1800米/秒。穿甲弹在发展的历程中,逐渐突破了防跳弹、提高整体的穿甲能力,以及减少飞行过程中能量的耗损等难题,出现了被帽穿甲弹、脱壳穿甲弹、尾翼稳定脱壳穿甲弹等多种穿甲弹型态。

  被切断的穿甲弹弹杆

  与破甲弹不同,穿甲弹的穿甲能力与发射初速直接相关,因此穿甲弹多运用在各种坦克炮、榴弹炮、火炮等重型发射平台上。在衡量穿甲弹威力的时候,常用穿甲深度相当于多少毫米军用均质钢装甲来衡量穿甲弹的威力。我国的穿甲弹技术位于世界前列,59式坦克的主炮——105毫米的线膛炮其穿甲威力可达1500mm装甲钢以上。

  所以说虽然末敏弹有着诸多的优点,但是这种弹药远远不能说是无敌的,从当前的陆地装甲水平来看,也远远没有到达攻远大于防的地步,最起码从现在来看,当今陆军的技术水平还处于一个攻防平衡的状态,但是在不就得未来尾翼稳定脱壳穿甲弹(Armor Piercing Fin Stabilized Discarding Sabot,APFSDS)将大量使用复合材料弹芯。或许那个时候坦克的攻防将真正被打破。(图片除标注外,均来自网络。)

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  《加油向未来》穿甲弹穿甲试验资料

  (图片来自网络)

  结合上文分析可知,破甲弹和穿甲弹各有其使用战况及作战范围,现役的各种发射平台(单兵、车载、直升机载、舰载)的反坦克武器均以破甲弹和穿甲弹为主,兼有碎甲弹作为储备弹药。三者可共称为“坦克杀手三兄弟”。木秀于林风必摧之,坦克的重要性令其成为了“众矢之的”,这也进一步推动了坦克防护技术的迅速发展。

  划重点:

  根据毁伤原理的不同,反坦克武器主要区分为碎甲弹、破甲弹和穿甲弹。碎甲单隔山打牛,可令装甲背部破碎;破甲弹依靠超高速的金属射流,可以击穿5-8倍口径的均质装甲钢;穿甲弹势大力沉,是各种重型平台的主力反坦克装备。三者并称“坦克杀手三兄弟”,对现役坦克造成了极大的威胁。

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