坦克杀手!破解破甲弹(HEAT)战斗部及其防护手段

良陆海 2024-09-28 21:20:43

125毫米前张式尾翼破甲弹,平时翼片向前收拢,并用橡皮圈箍住。发射时,火药气体在推动弹丸前进的同时充满尾翼座周围的空间,形成高压,弹丸出炮口瞬间,由于弹尾内火药气体压力高,而周围空气压力低,内外压力差较大,刀形翼片里薄外厚,在压力差的推动下和火药气体向外扩散的带动下,使翼片迅速外张

编者按:《欧洲安全与防务》杂志2024年第六期刊载作者马克·卡扎莱特的文章,作者认为,长期以来,关于什么是破甲弹(HEAT)战斗部及其工作原理,其中很多阐述都是完全不准确的。鉴于此,卡扎莱特为读者具体介绍了聚能装药技术和相关防护系统的知识,揭开了HEAT战斗部以及许多常见防护手段/反制措施的神秘面纱,并详细解释了其实际工作原理。

关于破甲弹(HEAT)战斗部(战斗部亦称弹丸或弹头),最流行的说法通常是将其描述为能够“释放熔融态金属射流”或“烧穿坦克装甲车辆装甲”的武器,并且经常还包括,适度的跳高(Stand off,指破甲弹的药型罩口部到装甲目标之间的距离,或金属射流的形成点与装甲目标之间的距离)距离,比如格栅装甲、车体装甲裙板、间隔装甲或顶部防护措施(最知名的是饱受诟病的早期版本“顶盖笼/应付笼”)提供的与炸高有关的间距,可以抵御HEAT战斗部威胁。这些说法实际上都不准确。要理解其中的原因,首先需要对什么是HEAT战斗部及其实际工作原理进行正确解释。

什么是HEAT战斗部?

破甲弹战斗部,简称破甲战斗部,被称为“聚能装药高爆”战斗部。在此类设计中,从事军事应用的设计人员通常关注三种主要的子类型:高爆反坦克(反装甲)战斗部/空心装药战斗部(即HEAT战斗部);爆炸成型侵彻体战斗部(即EFP战斗部);线型聚能装药战斗部(即LSC战斗部)。

简单来说,上述三种战斗部的共同特点是,都有一个填充高爆炸药(如烈性炸药“季戊四醇四硝酸酯”/PETN,或黑索金/“环三亚甲基三硝胺”,亦称旋风炸药/RDX)的“容器”,其内部有一个成角度的空腔,并且通常适配一个药型罩(药型罩亦称内衬,主要由延展性金属制成,但也可以使用其他不同的材料)。药型罩的确切形状取决于采用哪种战斗部设计。比如,HEAT战斗部采用大锥角锥形药型罩,LSC战斗部采用V形加长药型罩,而EFP战斗部则采用较为平坦的小锥角碗状、喇叭状或半球状药型罩,制成长度较短但起爆时拥有高速性能的“弹丸”(Slug,亦称“杵体”,即聚能装药爆炸时由药型罩外层形成的低速、无穿孔能力的杵状物,以下将该“弹丸”称为“杵体”)。如果没有药型罩,则称为“无药型罩空心装药”战斗部。其中一些设计也有一些变化,本文不作介绍。

在上面列出的三种聚能装药高爆战斗部中,HEAT战斗部和LSC战斗部是基于“门罗效应”(Munroe Effect)开发的,即战斗部装药爆炸后,爆炸物(包括爆炸力,如果内装药型罩,还包括药型罩坍塌变形后形成的产物)在高温高压下基本上是沿着炸药表面的法线方向向外飞溅的。因此,空腔内的装药爆炸后,在装药轴线方向上会出现一股瞬间汇聚的高速、高温和高压爆炸物射流。如果没有药型罩,高温高压、高速气体侵蚀会在目标表面产生凹坑;如果有药型罩,则会导致目标表面出现更深的凹坑。EFP战斗部则是基于“米斯尼·沙汀效应”(Misznay Schardin Effect)开发的,即略呈碗状的药型罩被高爆炸药顶在其凸面上加速,形成一种被称为“杵体”的侵彻弹丸。由于HEAT战斗部是本文的主要焦点,并且关于其功用的各种描述也最多,因此将予以重点介绍和解读。

“门罗效应”是以1888年在美国海军鱼雷站工作的美国化学家查尔斯·爱德华·门罗的名字命名的。人们普遍认为,门罗当时是用硝化纤维素(亦称硝化棉)做实验时发现了这种效应。然而,这本身并非十分准确。对这一课题更深入的研究通常应该归功于一位名叫马克斯·冯·福斯特的德国人,他在1883年用压缩硝化纤维做实验时发现了“聚能装药效应”(Shaped Charge Effect)。因此,这种效应在欧洲有时被称为“冯·福斯特效应”。除此之外,1886年,一位名叫古斯塔夫·布卢姆的德国人为一种炸药申请了美国专利;该炸药可通过空腔将爆炸能量汇聚在装药轴线方向上。这就是所有聚能装药方式的基本工作原理,但都缺少了一个关键的组成部分/部件。

苏联100毫米BK-5M HEAT,采用活动弹带环结构,使弹体产生低速旋转,同时保证膛内闭气性良好,弹体依靠尾翼稳定,尾翼为前张式,靠离心力惯性力张开

虽然早期的聚能装药方式基本上都是利用一个简单的空腔进行炸药填充,但门罗发现的不同之处在于,他在1894年进行的一次实验中,首次成功地演示了采用拥有金属药型罩的空腔填充炸药的聚能装药方式。按照现代标准,门罗的药型罩战斗部极其粗糙简陋,只是由一个锡罐及其包裹的炸药棒组成。尽管如此,在一次实验中,该战斗部还是成功地击穿了一个由铁板和钢板制成、壁厚为121毫米的金属保险箱;根据门罗的著作,保险箱的内壁被炸穿了一个直径约为76毫米的洞。

通过这一发现,门罗验证了聚能装药药型罩技术在侵彻装甲应用方面的潜力。然而,门罗发现背后的物理学原理在几十年后才被正确理解。根据唐纳德·R·肯尼迪1983年发表的一篇题为《聚能装药效应的历史:前100年》的论文,“门罗显然没有意识到锡罐的作用和效应,而且药型罩的重要性在接下来的44年里都没有得到承认。”肯尼迪提到的日期是1938年,巧合的是,门罗也在同一年去世。

自门罗的实验以来,聚能装药技术已经取得了长足的进步。曾经一度,现代战斗部制造商研制的战斗部能够击穿比门罗的粗制战斗部厚17倍以上的装甲。如今,战斗部设计界对药型罩的角度、药型罩材料、爆炸波成型、药型罩的精确构造和炸高所起关键作用的理解更加深刻。随着装甲技术的进步,设计人员已经开发出越来越先进的战斗部。这一切都是通过加深对该领域关键物理学原理的理解而实现的。

HEAT战斗部的工作原理

所有聚能装药战斗部背后的基本原理都是利用炸药的化学能将大量的动能传递给药型罩,然后通过药型罩将这些动能传递至目标上。至于HEAT战斗部,是通过利用炸药的能量来有效地“挤压”药型罩,并以非常高的速度向前推进坍塌变形的药型罩来实现的。在此过程中,坍塌变形的药型罩形成一个汇聚的高速金属射流,将其动能集中到目标上的一个小点上。

下面列出第一组不准确的表述,这也是关于HEAT 战斗部流传的一些最久的表述:“在炸药爆炸过程中,药型罩金属变成熔融态或液态。”“在炸药爆炸过程中,药型罩材料瞬间气化,并转化成某种形式的超高温等离子体。”“侵彻效应是通过高温射流熔化装甲实现的。”

其实,这三种说法都不准确。在担任美国陆军研究实验室武器和装备研究理事会科学家期间,威廉·沃尔特斯曾经简明扼要地总结道:“正如许多报纸、电视甚至半技术期刊文章所报道的那样,这种射流不是‘切割等离子体’,也不是液态或熔融态的金属射流,‘锥体’射流不会完好无损地撞击装甲,射流温度不会达到20000摄氏度,射流密度也不是金属钢的几倍,而且射流不会烧穿装甲。由于聚能装药弹有时被称为‘HEAT’弹(即破甲弹),因此可能会出现一些混淆。‘HEAT’是High Explosive Anti-Tank(高爆反坦克)英文首字母的缩写,与热效应无关。”

破甲弹的破甲机理是聚能效应,装药带有铜制锥形凹槽,从底部引爆后,爆轰波不断向前传播(左)

上述三个表述都已在实验室测试中得到证实,测试表明,几乎所有金属药型罩都不会变得热到足以熔化,更不用说成为某种形式的超高温等离子体,或足够热以烧穿或熔化现代装甲中常用的高碳钢或陶瓷。事实上,典型的铜药型罩HEAT战斗部射流表面的平均温度通常在400~600摄氏度左右(平均只达到药型罩熔化温度的20~50%;射流并不完全呈液态,虽然战斗部装药爆炸会使铜药型罩的温度急剧升高,但尚未达到铜的熔点,不足以融化整个药型罩,所以看似流体的金属射流,实际上是因为装药爆炸的超高压让金属射流拥有了“部分流体”性质),具体取决于采用的药型罩和炸药类别(中心和尖端的温度可能更高)。多年来,设计人员已经对各种不同的材料作为聚能装药战斗部药型罩的候选材料进行了测试,但总体而言,达到的典型射流温度远低于大多数通常用作战斗部药型罩材料的熔点,如右上图表所示。

虽然无疑可以产生流体射流,比如通过采用铅等低熔点金属(铅的熔点为327.5摄氏度)制成的药型罩,甚至可以采用液体药型罩,但用于作战任务的绝大多数聚能装药战斗部都需要被设计成能够产生连贯可延展的射流,因此,这就需要一种由熔点高于预期射流温度、延展性和密度相对较好的材料制成的药型罩。

尽管如此,从历史上看,有时需要视情为药型罩采用并不十分完美的材料。通常情况下,由于铝的熔点和密度都比较低,所以当今聚能装药战斗部很少将其选做药型罩材料。值得注意的是,铝在过去曾经被用作药型罩材料,特别是用于AGM-65型“小牛”空对地导弹战斗部。低碳钢也普遍用于早期的聚能装药战斗部,特别是在第二次世界大战期间,这在很大程度上是因为钢比铜更容易获得,铜在各种其他用途方面的需求很大,比如制造子弹和弹壳的黄铜。然而,在过去的几十年里,由于其拥有延展性、密度(8.9克/立方厘米)、可用性和成本等方面的综合优势,铜一直是HEAT战斗部药型罩最广泛采用的材料。这并不意味着铜必然是实现高侵彻性能(即侵彻力或穿甲厚度)的最佳选项,近几十年来,钼因其良好的延展性和略高于铜的密度(10.2克/立方厘米)而越来越受欢迎。当与现代烈性炸药结合使用时,采用钼药型罩的战斗部比采用传统的铜药型罩战斗部具有更高的侵彻性能。至于EFP战斗部,钽也因其良好的延展性和明显高于铜的密度(16.6克/立方厘米)而成为现代设计的热门选项。

那么,如果射流通常不是流体,那它会是什么呢?专业术语解释应该是“处于高速塑性流动状态”。实质上,炸药施加在药型罩上的压力非常高,以至于超过了药型罩材料的屈服强度,并使其发生极快的塑性变形,导致药型罩被拉长1000%或更多,从而形成所谓的“射流”。也许最好的类比是,施加在它上面的力变得如此之大,以至于药型罩迅速变得像橡皮泥一样柔韧,形成类似于长钉或长矛的拉长形状,尖端较窄且向后端逐渐变宽。尽管这种射流的移动速度令人难以置信,但沿其长度方向的速度不均匀,尖端移动速度最快(比如现代战斗部,可达8~10千米/秒或更快),并且具有最大的侵彻潜力,而中部和后部(有时称为“杵体”)的移动速度较慢,侵彻潜力较低。由于沿其长度方向存在这种速度梯度,射流将持续拉伸,直到形成颗粒(将自身拉伸成颗粒柱)。尽管在极端压力下被拉伸到一定程度使其有点像流体,但射流仍然是固态。正是基于这个原因(加上这些特性提供了与观测结果有关的相当准确的近似值),所以流体动力学方程通常被用于计算HEAT战斗部射流侵彻力。事实上,将HEAT战斗部射流想象成流动的液体通常很有用,因为这有助于解释这类射流的许多特性,尽管并不完全符合物质现实。

法国105毫米 Obus G HEAT剖视图(上)

德国DM12多用途破甲弹剖视图(右)

另一个混淆HEAT战斗部射流真实性质的不利因素是,在英语术语中,HEAT战斗部通常被归类为化学能(CE)武器,而不是动能(KE)武器。这种区分并不是特别有助于理解,也不是特别准确。对于破甲弹来说,只有当传递到其战斗部药型罩的初始能量是化学能时,这种说法才成立,但其实际的装甲侵彻机制是通过坚固侵彻体的动能得以实现的。然而,传统的动能武器也是如此,比如尾翼稳定脱壳穿甲弹;主要区别在于,当其侵彻体仍在炮管内时,尾翼稳定脱壳穿甲弹就已经拥有了化学能,而破甲弹则是在其战斗部起爆时将化学能传递给侵彻体。在这两种情况下,化学能都被转化为动能,但根据惯例,HEAT战斗部保留了“化学能”武器的标签。

HEAT战斗部的装甲侵彻潜力

战斗部的侵彻力通常以“等效轧制均质装甲”(RHAe)的毫米为单位进行测算。“等效”是指现代坦克或车辆不会纯粹使用轧制均质装甲,而是经常使用复合材料部件,包括陶瓷、树脂、不同硬度的钢板、塑料、芳纶和各种其他材料。所有这些材料对各种形式的侵彻体都具有不同程度的抵抗力。因此,为了简化对车辆装甲真实侵彻力的近似值,分析人员和工程师经常采用这样的惯例:如果都是单块轧制均质装甲(RHA),那么现代装甲各层防护能力的等效性近似,因此可以用“RHA等效”来描述。这有助于提供一个衡量装甲效能和战斗部侵彻能力的通用标准,从而能够方便地将不同类型的车辆和武器弹药进行相互比较。

几十年来,正是因为其具有超强的高装甲侵彻力,通常远远超过尾翼稳定脱壳穿甲弹弹丸的侵彻力,所以HEAT战斗部一直被用作反装甲战斗部。相比之下,相当现代的串联HEAT战斗部(即串联破甲战斗部),如俄罗斯“短号”和“菊花”系列反坦克导弹采用的战斗部,可以穿透1300毫米以上的轧制均质装甲。这可以与美国M829A3型尾翼稳定脱壳穿甲弹形成对比:据估计,该穿甲弹能够在2千米处穿透垂直方向60度倾角的约400毫米轧制均质装甲,实质上相当于穿透垂直方向0度倾角的800毫米轧制均质装甲,其侵彻力明显不如“短号”或“菊花”系列反坦克导弹。

当然,尾翼稳定脱壳穿甲弹比破甲弹有很多优势,其中最重要的方面是,它们到达目标的飞行时间要短得多,而且通常具有更好的侵彻后效应。另一方面,随着其远离炮管,尾翼稳定脱壳穿甲弹战斗部会因气动阻力而失去侵彻潜力,但HEAT战斗部不会,因为它们的化学能会在撞击点传递到侵彻体上,使其更适合用于远程反装甲武器。此外,与尾翼稳定脱壳穿甲弹相比,HEAT战斗部允许设计更紧凑和便携式(通常是制导)反装甲武器弹药,尾翼稳定脱壳穿甲弹弹丸通常适配长炮管,并且几乎总是非制导。这种能力使得HEAT战斗部能够更普遍地用于反装甲任务,换句话说,HEAT战斗部适用于巡飞弹及无人机、直升机和固定翼飞机机载武器弹药、炮弹和子弹药、下车步兵携带的武器弹药,以及轻型多用途车辆、装甲输送车、步兵战车和坦克等车辆的车载武器弹药。此外,大口径尾翼稳定脱壳穿甲弹主要限于配备大口径主炮的车辆,比如坦克和直瞄火力支援车。

有关炸高的描述

也许围绕HEAT战斗部最常见的描述是,利用较小的炸高就可以轻松削弱HEAT战斗部的威力,而且普遍认为0.3~1米的炸高足以消除HEAT战斗部射流的侵彻力。这是错误的,从诸如下一代轻型反坦克武器(NLAW)等攻顶弹的攻击镜头中可以很容易地看出,这类攻顶弹通常在距离目标一米多的上方引爆其战斗部。尽管如此,关于利用炸高削弱HEAT战斗部威力的流行描述指出,采用间隔装甲(包括侧裙板)以及格栅装甲(亦称条形装甲)和防火箭弹铁丝网(比如Tarian防火箭软质装甲系统)等装甲防护手段可以证明,炸高在某种程度上对削弱HEAT战斗部的侵彻力有效。同样,该描述在很大程度上也是不准确的,而且是由于对这种形式的防护实际上如何起作用的根本误解而产生的。

要理解其中的原因,首先要注意的是,HEAT战斗部实际上需要相对较大的炸高才能实现其最大侵彻潜力。确切的最佳炸高取决于战斗部设计中的各种因素,比如药型罩材料、药型罩锥角、药型罩厚度、药型罩材质粒度、药型罩制造中的缺陷容限、装药类型、爆轰波成型以及各种其他因素,并且会因不同战斗部而异。然而,作为一般原则,如果没有适度的炸高,就不可能使射流获得最高的侵彻性能——简单地说,射流需要一些物理空间来将自身汇聚到最佳形状。虽然早期HEAT战斗部的设计人员基本理解这一基本原理,但与今天相比,炸高可以提高战斗部侵彻性能的程度被低估了,这在很大程度上就是为什么如此多的早期HEAT战斗部被设置在非常接近弹尖位置的原因,如在PG-7V火箭弹、9M14“婴儿”反坦克导弹和BGM-71A“陶”式导弹上看到的那样。这类早期HEAT战斗部较小的“内设”炸高通常被认为是设计其战斗部的“最佳”选项。然而,公平地讲,这一时期许多战斗部的设计以现代标准来看也相当粗糙,并且没有按照今天较高的设计公差予以制造。因此,战斗部起爆形成的射流性能较低,而且更容易受到“内设”炸高变小的影响。作为一般规则,战斗部药型罩的缺陷应尽可能避免,因为即使是相对较小的缺陷(凹痕、凸起或轻微的不对称)也会因药型罩坍塌变形过程中的极端作用力而成倍增加。正是由于这个原因,现代HEAT战斗部通常采用制造公差极高的药型罩。

在冷战中期,随着聚能装药技术的进一步发展,反坦克武器开始采取相应措施增加炸高。这莫过于采用的“炸高”探针(亦称“炸高”长钉),比如用于105毫米坦克炮的M456型曳光破甲弹(HEAT-T)的探针。实际上这是一个较长的空心探针,尖端装有一个撞击触发开关,用于触发位于战斗部后面的引信,后来的一些设计还将探针作为较小前体战斗部的外壳。这些设计允许射流形成的距离稍长,从而提高战斗部的侵彻性能。然而,“炸高”探针解决方案并不理想,需要通过进一步增加炸高来获得更好的侵彻性能。在冷战中期,这可能并不那么重要,此类破甲弹通常足以侵彻当时的坦克装甲,而且药型罩的极高制造公差也难以实现,但随着时间的推移,配备复合装甲和爆炸反应装甲(ERA)的坦克开始列装,这一问题开始变得更加重要。

9M133M-2型“短号”M反坦克导弹威力惊人

根据曼弗莱德·赫尔德博士在为现在位于德国的欧洲导弹集团(MBDA)工作期间收集的数据,在1985年使用当时几种常见反坦克导弹进行的测试中,炸高的影响通常是侵彻性能增加到一定程度,之后就会降低。然而,侵彻性能降低的速度可能在不同的战斗部之间会有很大的差异。针对这一点,有必要解释的是,炸高和HEAT战斗部侵彻力通常以“装药直径”的倍数来测算,近似于战斗部直径(在大多数情况下,战斗部直径会包含装药直径,因为战斗部通常包括装药以及其他结构部分,比如药型罩等)的倍数。这是因为战斗部直径在预测战斗部的侵彻性能方面起着决定性作用。一般来说,战斗部直径越大越好。

根据赫尔德博士的数据,“霍特”2(HOT- 2)反坦克导弹配备直径为150毫米的战斗部在大约1 200毫米炸高(8倍装药直径)时,能够实现对1150毫米轧制均质装甲的最大侵彻力;当炸高为3000毫米(20倍装药直径)时,侵彻力已经下降到穿透大约750毫米轧制均质装甲(下降35%)。相比之下,BGM-71D “陶”2式反坦克导弹配备了略有差异但相同的150毫米直径战斗部,仅在大约850毫米炸高(5.6倍装药直径)实现了对1000毫米轧制均质装甲的最大侵彻力,尽管比“霍特”2反坦克导弹下降得更快——当炸高大约为2850毫米(19倍装药直径)时,侵彻力已经下降到只能穿透大约500毫米的轧制均质装甲(下降50%)。不过,从广义上讲,赫尔德给出的曲线图中有一个明显的趋势:与旧设计相比,新型战斗部通常较少因炸高而削弱自身侵彻力(如右上图所示)。

还应该指出的是,虽然从工程设计角度来看,这些侵彻性能下降值得注意,但不一定等同于在真实战场上摧毁敌方车辆能力的重大损失。举个例子,即使是赫尔德曲线图上性能最差的“陶”1式反坦克导弹(可能指的是BGM-71C改进型),在2500毫米炸高下,侵彻力也下降了大约53%。然而,即使在该炸高范围内,射流仍然能够穿透大约380毫米的轧制均质装甲——大约相当于125毫米坦克炮早期配备的尾翼稳定脱壳穿甲弹的总体侵彻力。这足以穿透大多数防护等级低于主战坦克的车辆,如果针对车辆防护装甲较少的部位,甚至会对主战坦克构成严重威胁。

1989年,威廉·沃尔特斯和乔纳斯·祖卡斯在其出版的《聚能装药基本原理》一书中,提供了一个在不同大小炸高下近似的射流性能模型。根据他们得出的射流性能和炸高曲线图,在理想条件下,射流性能在空中下降得相当慢,在飞过24倍装药直径的炸高后,对装甲的侵彻厚度/侵彻力从大约7.5倍装药直径下降到大约7倍装药直径。具体来说,假设一枚直径为150毫米的战斗部,当射流在空中飞行3.6米后,侵彻力将从穿透1125毫米轧制均质装甲下降到穿透1050毫米轧制均质装甲——在比任何可能遇到的炸高都远的距离上仅下降7%左右。这明显低于赫尔德在真实世界炸高试验条件下观察到的侵彻力下降,但赫尔德使用了一系列质量差异很大的战斗部,而且沃尔特斯和祖卡斯的“理想”射流性能曲线对于当时一些性能更优异的战斗部的侵彻力来说,似乎是相当准确的。比如,据报道,大约在那个时候,“米兰”2(Milan-2,115毫米战斗部,1984年推出)和“霍特”2(150毫米战斗部,1985年推出)等导弹配备的大型整体HEAT战斗部,分别能够穿透880毫米(7.6倍装药直径/)和1 100毫米(7.3倍装药直径)的轧制均质装甲,与沃尔特斯和祖卡斯的“理想”射流性能曲线大致一致(如右下图所示)。

然而,从赫尔德曲线图中可以看出,自冷战中期的反坦克导弹以来,战斗部的设计已经取得了很大进展,现代战斗部在空中的额定侵彻损失今天可能更接近于沃尔特斯和祖卡斯的“理想”空中射流,而不是赫尔德曲线图中的性能更优异的战斗部,比如“霍特”2反坦克导弹的战斗部。现代战斗部通常包括比其前身大几倍的“内设”炸高,并且其射流侵彻性能已经远远超过了沃尔特斯和祖卡斯的“理想”射流侵彻性能。

在冷战即将结束时,随着人们对炸高在最佳射流形成中作用集体理解的提高,20世纪90年代和21世纪初,战斗部设计开始出现“内设”炸高比上一代大得多的特点。这就是“短号”、“标枪”、“长钉”、“阿克戎”(Akeron)和许多其他系列现代反坦克导弹将HEAT主体战斗部设置在导弹的尾部,并在主体战斗部中心轴线的前面有一个空心通道、为射流提供更多的空间以形成最佳效果的原因。通常,现代反坦克导弹还采用串联HEAT战斗部,其中包括一个较小的前体战斗部,靠近导弹的前端,以应对爆炸反应装甲,为主装药(弹药中的核心部分,主要用于直接毁伤各类目标)“扫清道路”。通常情况下,这些前体战斗部是小型HEAT战斗部,但小型EFP战斗部也在一些设计中用作前体战斗部,以避免完全引爆爆炸反应装甲,比如德国德狄那米特-诺贝尔炸药公司的“铁拳”3曳光反坦克火箭弹(Panzerfaust 3-T)。这些设计趋势在很大程度上适用于21世纪以来开发的大多数反坦克导弹,几乎没有例外。

曼弗莱德·赫尔德博士得出的基于不同弹药炸高及其针对轧制均质装甲侵彻力的曲线图。尽管图中列出的是“霍特”反坦克导弹,但150毫米的装药直径表明只能是“霍特”2反坦克导弹(因为基线“霍特”反坦克导弹的直径为136毫米)。“米兰”反坦克导弹也是如此,图中列出的115毫米装药直径表明应该是“米兰”2反坦克导弹战斗部(因为基线“米兰”反坦克导弹的战斗部直径为103毫米);其余弹种分别是“陶”1/2式和“旋火”反坦克导弹

精确装药(Precision charge)和非精确装药(Non-precision charge)战斗部的炸高曲线,以及理想的射流性能(Ideal jet performance,针对320 BNH装甲的侵彻性能)。现代战斗部的性能已经远远超过了“精确装药”战斗部的性能,甚至超过了本图显示的“理想射流性能”

总体而言,冷战后的HEAT战斗部比其前辈的性能更优异,额外的炸高为形成最佳射流提供了更多空间,并且现代药型罩基本上都是按照亚微米设计公差进行制造的。在测试中,现代战斗部经常超过沃尔特斯和祖卡模型中“理想”射流性能近8倍装药直径的侵彻参数(相当于1200毫米炸高)。比如,9M133M-2型“短号”M反坦克导弹侵彻1300毫米轧制均质装甲的能力相当于152毫米战斗部的约8.7倍装药直径。因为该导弹采用串联HEAT战斗部,即前体战斗部和主装药轴向对齐安装,虽然还不十分完美,但仍然展示了现代战斗部设计的可能性。

然而,以最近的标准来看,即使是8.7倍装药直径的侵彻力也相对不高。值得注意的是,在与一位以前参加HEAT战斗部测试的人交谈时,作者被告知,他们已经观察到相当于10倍装药直径的的侵彻力,这被用作计算现代HEAT战斗部侵彻性能的经验法则。然而,就连此前被视为上限的10倍装药直径侵彻力也已被突破。根据萨伯-博福斯动力瑞士公司两名代表在2022年发表的声明,该公司已经开发出现代战斗部,比如在21世纪初开发的“米兰”ER反坦克导弹上使用的战斗部,以及在欧洲导弹集团的“阿克戎”MP反坦克导弹上使用的战斗部,这些战斗部已被证明能够穿透相当于11~12倍装药直径的装甲,其中一名代表指出,其公司的努力方向是实现15倍装药直径的侵彻力。人们预计轧制均质装甲的侵彻深度可能在1540毫米到1680毫米之间,这远远超过了欧洲导弹集团营销材料中列出的“超过1000毫米”的数字(仅仅相当于7.2倍弹药直径)。

这表明现代战斗部的威力已经变得多么惊人。那么,过去几十年来战斗部的侵彻性能显著提高对炸高意味着什么呢?根据威廉·沃尔特斯在其2007年“聚能装药简介”演讲稿中提出的使用分析实验数据的模型,观察到的具有代表性的铜药型罩HEAT战斗部的趋势是,需要大约6~8倍装药直径的炸高,以实现最大侵彻潜力。具体来说,像9M133M-2型“短号”M这样配备152毫米战斗部的相当现代的反坦克导弹,需要大约0.9~1.2米的炸高才能使其战斗部完全实现侵彻潜力。这正是大多数现代反坦克导弹都“内设”了较大炸高的真实原因。

评估现代战斗部在最佳炸高情况下的侵彻性能并不简单,比如,获得现代战斗部炸高曲线的可靠测试数据也很困难。然而,以赫尔德曲线中观察到的最新型战斗部炸高逐步变小的趋势为基准,并考虑到自那时以来平均“内设”炸高和侵彻力都大幅提高的程度,所有这些都表明,对于炸高变小的“敏感性”,现代战斗部甚至不如冷战时期的战斗部。正如赫尔德曲线图所示,即使按照今天的标准被认为相对较旧的战斗部,针对几米炸高(远远超过战场上针对任何车辆的实际炸高)也依然能够保持较高的侵彻潜力。此外,尽管基于炸高的防护措施对现代战斗部可能特别无效,但即使是一些早在冷战早期的报道消息也声明,在测试中,炸高并没有被发现是削弱HEAT战斗部侵彻力的有效手段。1950年,在美国阿伯丁试验场弹道研究实验室举行的第二届坦克会议上发表的题为“间隔装甲”的论文中,作者赫力克就当时基于炸高抵御HEAT战斗部威胁的有效性指出:“关于新设计的聚能装药弹的最新信息表明,这类弹药不会因间隔装甲组合而削弱自身效能,除非裙板与主装甲相距一定的距离,从实际工程设计的角度来看,这在实际的车辆设计中是不可能的。”

更进一步讲,即使在非常大的炸高情况下,射流的残余物仍然可能很危险,特别是被称为“杵体”(构成了药型罩质量的大部分)的后部。2012年,在《军事研究杂志》上发表的一篇论文中,弗雷德里克·约翰松、本特·弗雷特布拉德和阿克·琼森三人提出了一种估算聚能装药战斗部最大危险区域的模型。根据作者的模型,如果150毫米战斗部的射流残余“杵体”在飞行过程中开始“翻滚”,仰角为30度时,可以飞行到1700米左右,如果其轨迹保持稳定,则可以飞行到3600米左右。虽然这种战斗部不太可能在如此射程内击穿坦克等重型装甲车辆,但仍然会对步兵战车和非装甲车辆等软目标构成风险。

总之,当HEAT战斗部射流在空气中飞行时,确实会逐渐失去汇聚能力并开始形成颗粒,从而失去侵彻潜力。然而,为了在战场上对装甲目标构成重大威胁,将需要非常大的炸高,这对任何现实的军用车辆设计(比如通过间隔装甲)都是完全不切实际的。此外,由于许多现代HEAT战斗部已经能够极其有效地挫败大多数车辆的被动防护措施(除了现代主战坦克的前装甲),因此即使射流的动能确实发生了一定程度的衰减,通常也足以对大多数车辆构成威胁。

因此,针对可能出现的绝大多数HEAT战斗部,在大多数涉及HEAT战斗部的真实交战场景中,因炸高造成射流动能衰减并不是一个相关因素。因此,炸高不应被视为抵御HEAT战斗部威胁的可行或实际的防护形式。考虑到以上情况,如果间隔装甲、格栅装甲、爆炸反应装甲和各种其他形式的防护手段不是为了“制造”炸高,那么它们到底是如何抵御破甲弹威胁的呢?

★编译:毕忠安

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良陆海

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