动能穿透弹的秘密:古老火炮如何演变成现代装甲克星?

动能穿透弹(KEP),又称长杆穿透弹(LRP),是一种旨在穿透装甲的弹药,采用类似于飞弹的高比重弹头。这种弹药不含爆炸性负载,仅依靠动能来穿透目标。随着技术的演进,现代的动能穿透弹通常属于穿甲稳定却抛弃底座(APFSDS)类型,这使它在穿透现代装甲方面具备了非常高的效能。

早期的火炮发射的主要是动能弹药,最初是由打磨过的重石球组成,后来又转为密度较高的金属材质。自古以来,结合高初速能量与弹头重量及硬度便是设计这类武器的首要因素。

动能弹药在各种形式中,始终是抵御装甲车或防御结构,无论是石墙、帆船木材还是现代坦克装甲的首选。现代的动能穿透弹发展结合了高初速与集中的力量。高初速是通过使用低质量大底面面积的弹头在火炮口内实现的。发射一个小直径弹头包裹在轻质外壳,称为底座,这样可以提高初速。一旦底座从枪管中排出,就不再需要,并会分裂掉落,留下的是在高速度下的小截面弹头,这在飞行过程中具备较低的空气阻力。

德国在二战期间发展了现代底座技术,称之为“treibspiegel”(推力镜),用以提高其防空炮的射击高度。

在此之前,几个世纪以来,原始的木制底座便以一个木塞的形式存在于炮弹的后方,置于推进药剂与弹头之间。 “底座”一词来自法语,意指木鞋(传统上在欧洲某些国家所穿着的木制鞋)。将力量集中到更小的区域最初是透过用两种金属打造复合弹头来实现,这种设计中包括基于钨的重芯部位,外包轻金属外壳。这些设计在英国被称为穿甲复合刚弹(APCR),在美国称为高速度穿甲弹(HVAP),而德国称之为hartkern(硬核)。

高速度穿甲弹(HVAP)主要用于美国陆军的坦克毁灭者,但由于钨核心成本高昂,且优先用于其他应用,因此其运用相对不普遍。 1941年至1943年间,英国将这两种技术结合,发展出穿甲驱动底座弹(APDS)。这种底座替代了APCR的外部金属外壳。在枪内,该弹的底部面积大,以便从推进药剂获得最大加速度,但一旦弹出,底座即掉落,露出一个小横截面的大弹头。 APDS弹在冷战初期期间是大多数坦克的主要动能武器,但其主要缺点是准确性不高。这个问题以1970年代引入的穿甲稳定驱动底座弹(APFSDS)来解决,这新增的稳定鳍大幅提高了准确性。

现代动能武器最大化了针对目标的应力(动能除以作用面积),其方法为:提升弹头质量,利用最密集的金属,并提升初速,同时使用尽可能小的宽度,以确保弹头不会翻转,正面命中目标。

对于单一材料制成的穿透器,穿透深度受弹头长度的影响非常大。一般来说,穿透器无法穿透超过其本身长度的物体,因为冲击和穿透的剪切压力会削弱它。这导致现在的设计类似于一根长金属箭。对于由单一材料构成的整体型穿透器,Wili Odermatt和W. Lanz提出的方法可以计算APFSDS弹的穿透深度。 1982年,一项基于气体动态学概念及目标穿透试验的分析研究显示,使用非常规的三维形状,其穿透效果更为深层。

动能穿透弹让战场的格局随着技术的提升而改变,从初期的简单火炮演变成今日现代化的抗装甲武器。这些弹药不仅代表了科技的进步,还是军事战略中的重要一环。在未来,随着材料科学的飞速发展以及精准武器系统的蜕变,我们是否会见证更多革命性武器的诞生?

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