軍事知識科普:淺談化學能彈藥(CE)

今天簡單談談化學能彈藥(CE),僅為個人拙見,歡迎您在評論區分享您的見解,之前的小文裡有很多朋友指出的謬誤,我已逐一改正,現在審核中。

先說點廢話:化學能是一種很隱蔽的能量,它不能直接用來做功,只有在發生化學變化的時候才可以釋放出來,變成熱能或者其他形式的能量。像石油和煤的燃燒,炸藥爆炸以及人吃的食物在體內發生化學變化時候所放出的能量,都屬於化學能。化學能是指儲存在物質當中的能量,根據能量守恆定律,這種能量的變化與反應中熱能的變化是大小相等、符號相反,參加反應的化合物中各原子重新排列而產生新的化合物時,將導致化學能的變化,產生放熱或吸熱效應。

飛行中的彈體均具有動能,化學能彈藥的毀傷性能卻不依賴於動能,而是自身結構及裝藥,在擊中目標或者距目標很近時作用。

化學能彈藥的毀傷原理:

1.衝擊波(shock wave)

一種不連續鋒在介質中的傳播,這個鋒導致介質的壓強、溫度、密度等物理性質的跳躍式改變。爆炸都伴有衝擊波,衝擊波總是在物質膨脹速度變得大於局域聲速時發生。

帶有衝擊波是大多數彈頭或彈體的毀傷通性。裝藥引爆後產生的衝擊波使彈體及內部相關結構高速四散,進而再通過碎片或四散的內置物產生毀傷。

2.門羅效應或聚能效應(Munroe effect/gathering energy effect)


軍事知識科普:淺談化學能彈藥(CE)

物理學家Charles Edward Munroe(1849-1938)

源於1888年美國物理學家門羅(Charles Edward Munroe)在炸藥試驗中發現的定律。即炸藥爆炸後,爆炸產物在高溫高壓下基本是沿炸藥表面的法線方向,向外飛散的。因此,帶凹槽的裝藥在引爆後,在凹槽軸線上會出現一股匯聚的、速度和壓強都很高的爆炸產物流,在一定的範圍內使炸藥爆炸釋放出來的化學能集中起來。

空心裝藥破甲彈在擊中目標爆/炸時,彈頭前部金屬藥型罩被高溫熔化,而形成的射向目標表面的液態金屬流。這種“金屬射流”的原理即為“門羅效應”。

此類彈藥的聚能原理源於其錐形裝藥,又叫聚能裝藥,是反裝甲彈藥中的一種常見技術。在距離裝甲一定距離時,裝藥引爆,漏斗狀金屬殼體即“藥罩”受擠壓變形,並在高溫高壓作用下聚焦形成一條高速金屬射流,使得壓力能集中於一點以穿透裝甲。


軍事知識科普:淺談化學能彈藥(CE)

破甲彈HEAT結構示意圖

1910年,德國人諾伊曼發現若在炸藥凹陷處加上金屬藥罩(通常是銅),當爆炸時炸藥會集中一點地推動藥罩,這時雖然它仍是固體但在炸藥推動之下卻如同液體般形成高速的金屬射流,足以洞穿鋼鐵,成為高爆反裝甲彈的原理,它理論上可以洞穿藥罩直徑5倍的裝甲。

3.放熱反應


軍事知識科普:淺談化學能彈藥(CE)

鋁熱反應化學原理

鋁熱反應主要用於燃燒彈,理論上能熔融裝甲。


軍事知識科普:淺談化學能彈藥(CE)

白磷放熱反應

白磷彈利用了白磷在空氣中自燃的性質。利用其毒性的化學武器也曾被研製。 起初白磷彈曾被當作燃燒彈使用,但後來由於對交戰國士兵造成的巨大身體及心理創傷而逐漸被各國棄用,轉而作為目標指示彈及煙霧彈使用


軍事知識科普:淺談化學能彈藥(CE)

美國軍人在韓國烏山空軍基地(Osan Air Base)檢查白磷信號火箭

相關彈藥簡介

1.高爆破甲彈(High-explosive anti-tank warheads,HEAT)

軍事知識科普:淺談化學能彈藥(CE)

是現今反坦克用化學能彈的主流,大量作為坦克炮彈、反坦克導彈以至肩扛反坦克火箭彈。高爆反坦克彈使用錐形裝藥的聚能原理,戰鬥部內的金屬殼體在高溫高壓作用下聚焦形成一條高速金屬射流,使得壓力能集中於一點以穿透裝甲,達到殺傷敵方車內人員、破壞武器裝備的效果。

由於錐形裝藥及其前端的金屬藥罩,爆炸時會形成高速的金屬噴流,壓力集中一點,足以穿透鋼鐵,這就成為破甲彈的原理,理論上能貫穿藥罩直徑5倍的裝甲。然而,必須注意的是,破甲彈並不是利用高溫來達到這個效果,炮彈中的錐形裝藥金屬流並沒有“燒穿”裝甲,它的溫度只達到500℃至600℃。實際上錐形裝藥是通過極高的壓力貫穿裝甲。


軍事知識科普:淺談化學能彈藥(CE)

在第二次世界大戰時破甲彈已作為坦克炮彈和手提反坦克火箭彈(鐵拳、巴祖卡)使用。 部分現代高爆反坦克彈通過改進戰鬥部結構,增加了爆炸殺傷範圍,使其對步兵、建築、碉堡、直升機等軟目標同樣具有破壞力,稱為高爆兩用彈。如美國的120mmM830A1高爆破甲彈。


軍事知識科普:淺談化學能彈藥(CE)

M830A1結構示意圖

M830A1高爆破甲彈是具有強大毀傷能力的化學能多用途炮彈。 除了M764引信、雙保險和推進劑藥室外,其主要是從德國的DM12A1改進的。 炮彈由具有尾翼穩定裝置的鋼製主體組成,裡面裝有A3 II型炸藥。 尾翼被傾斜,並使彈丸旋轉。 彈頭內裝有銅製的藥罩和波形整形器。 彈頭有一個鋼製觸發部件,帶有一個尖端開關和一箇中部開關,可以使整個彈頭區域發揮作用。 電引爆炸藥引信位於彈體的後部。 推進劑系統採用單孔棒狀推進劑。 M830A1藥室的重量約為53.4磅(約為24.22千克),且內置彈丸。其他數據不詳。

當高爆反坦克彈由線膛炮發射時,炮彈高速旋轉產生的離心力會衝散金屬射流,導致穿甲力下降。為此,蘇聯設計師去除了火炮膛線,將炮彈改為尾翼穩定,研製出世界上第一款滑膛反坦克炮T-12“輕劍”和第一款實際裝備的滑膛坦克炮U-5TS“錘子”。


軍事知識科普:淺談化學能彈藥(CE)

T12“輕劍”反坦克炮

T12配備了3BK16M/3UBK8型破甲彈,全彈重: 23.1千克;彈頭重: 9.5千克;

初速: 975 m/s;穿深: 350 mm。

備註:穿深數據是對90度均質鋼裝甲的值。

軍事知識科普:淺談化學能彈藥(CE)

U-5TS“錘子”

U-5TS“錘子”配備了3UBK7型破甲彈,採用3BK15型彈頭,全彈重:26.3千克;彈頭重:12.2千克;

初速:1060 m/s;穿深:440mm。

2.反坦克導彈

3UBK10-1炮射反坦克導彈,其原型為9M117“堡壘”


軍事知識科普:淺談化學能彈藥(CE)

全彈重:25千克;彈頭重:4.5千克;

長度:1050mm;直徑:10mm;

有效射程:100-3000m;毀傷效果:4000m以外550mm(有反應裝甲)、600mm(無反應裝甲);

發動機:固體火箭發動機;速度:最高370m/m,平均333.3m/s

制導系統:瞄準線半自動指令激光制導;精度:主要模式、坦克尺寸目標、4000m:80%

該100mm反坦克導彈類似於普通的100mm反坦克彈藥,並且以相同的方式裝填及發射。該彈藥先利用較少量的爆炸性裝藥,以大約400-500m/s的速度將要拋射的導彈從炮管射出。離開炮管以後,一個小蓋子會從導彈後部的小型窗口以上掉下來。固體火箭發動機會在導彈發射以後的1.5s點火,並且燃燒6秒鐘。

該炮射導彈採用了激光制導(英語:Laser guidance)系統。發射導彈的坦克/車輛/火炮可藉由1K13激光引導裝置投射出分成扇區的錐狀激光,而每個扇區都著有不同的頻率或調變。而上述的導彈後部的小型窗口,裝有一臺可以檢測到激光調變的傳感器。利用這種調變,導彈會操縱自身,並且保持它在錐狀激光當中的位置。激光駕束式制導系統的尺寸較無線電指令制導(英語:Command guidance)系統為緊湊,而且比半主動激光制導更為便宜和簡單。該類導彈也為難以受到無線電或光學手段所幹擾。但另一方面,激光制導系統必須始終藉由激光瞄準器追蹤目標,而且系統無法在移動中可靠地使用。

該導彈飛至4,000m的所需時間約為12s,平均為333.33m/s。假如飛行26-41s以後都無法擊中任何目標,導彈會啟動自毀引信。

9M117以及9M117M炮射導彈可以三種模式發射:

主要模式——激光束與瞄準線(英語:Line-of-sight (missile))重合,同時將坦克炮稍微抬高以減少導彈發射時所產生的塵埃。導彈系統採用了瞄準線半自動指令引導原理,導彈會飛上至瞄準線的上方,並且在經過數百米以後進入激光束的制導。

彈道模式——將激光束與坦克炮都稍微抬高。然後導彈就在炮手的瞄準線上方3米發射、地面上方約5米處飛行。當與導彈的距離少於500m時,會降低激光束並且與瞄準線重合。在此模式下,目標不會在整個攻擊過程中很突出地顯示出來,因此能夠從打擊當中逃脫的可能性較小;而且可減少導彈飛行時所捲起的塵埃和導彈制導系統失去對導彈的控制的幾率。

緊急模式——該模式僅適用於目標在1,000m的範圍以內目標突然出現、而且導彈已經裝填上膛的情況。坦克炮的激光束和炮管於瞄準軸上平行。在這種模式下,命中概率較低,而且擊中地面的風險更大,最小射擊距離為100m。

3.碎甲彈(High Explosive Squash Head, HESH)

是一種主要由英國(大英祖傳線膛炮專用,前一篇講過)所使用的反坦克彈種,美國稱為塑性榴彈(High Explosive Plastic, HEP),有的文章翻譯為爆震彈,它是由塑性炸藥與延遲引信所構成的一種坦克炮彈。當碎甲彈碰撞目標後,塑性炸藥會因為衝擊而變形為圓盤狀附著在表面上,直到炮彈底部的延遲引信點燃引爆塑性炸藥。接著爆炸產生的衝擊波會在被撞擊的物體中傳遞,然後在內側產生向內碎裂的破片,達成殺傷內部人員、破壞裝備、點燃油料或殉爆彈藥的效果。

軍事知識科普:淺談化學能彈藥(CE)

HESH

之所以它只能在線膛炮上使用,是因為碎甲彈為了使塑性炸藥有效地附著在裝甲表面所殼較薄的彈體(因此臺灣方面稱其為“黏著榴彈”),這使得它只能以較低的初速發射(105mmM393 HEP初速732米/秒),因此需要使彈體旋轉以維持準確度。儘管如此,薄外殼造成它的輕重量與低初速,阻力較大的鈍頭設計使得它的速度會快速減慢而且彈道難以穩定,這都會使瞄準難度增加。但從反面來說,碎甲彈也只能在較低的速度範圍內撞擊目標,因為過高的速度撞擊會提前引爆炸藥,而過低的速度不能使炸藥適當地附著在表面,這會降低碎甲彈毀傷裝甲的效果。

軍事知識科普:淺談化學能彈藥(CE)

現今除了英國配備L30A1型120mm線膛炮的挑戰者2主戰坦克與仍使用L7型系列線膛炮的坦克或裝甲車輛——如美國的斯崔克機動火炮系統(Stryker Mobile Gun System)和阿根廷的TAM之外,僅有少數戰鬥工兵裝甲車輛配備碎甲彈,主要用來摧毀防禦工事。例如美國陸軍的M728戰鬥工兵車(Combat Engineer Vehicle)與英國陸軍的百夫長AVRE(Centurion Armoured Vehicle Royal Engineer),兩者皆配備一門能發射碎甲彈的165mm爆破炮,即爆炸物拋射器(然而就是個炮筒子)。


軍事知識科普:淺談化學能彈藥(CE)

碎甲彈對於裝甲的破壞力與彈徑、厚度比(彈體直徑與目標裝甲厚度的比例)有關,概略而言它能毀傷約彈體直徑1.5倍厚度均質鋼裝甲內側的人員(不需要擊穿),然而相比破甲榴彈普遍能穿透彈體直徑4-6倍厚度的裝甲後殺傷內部人員,碎甲彈的穿甲效能顯然較低。另一方面碎甲彈爆炸產生的衝擊波難以在複合裝甲中有效地傳遞,且裝甲內側若使用凱夫拉(Kevlar)這類材料製成的防破片內襯會更加降低碎甲彈的毀傷性能。再加上因為彈殼較薄不適合使用高初速火炮發射,僅能以初速較低的線膛炮發射,而目前坦克火炮的主流為採用高初速滑膛炮搭配尾翼穩定脫殼穿甲彈以應付日益難以擊穿的敵方複合裝甲,這些因素使得碎甲彈無法像破甲榴彈一樣繼續成為廣泛使用的反坦克彈種。然而碎甲彈也可以充當榴彈使用,儘管較薄的彈體外殼使它的破片散佈範圍稍小於榴彈,但是產生的細小高速碎片卻能對附近的物體產生額外的破壞效果。碎甲彈除了可以用來摧毀裝甲車輛和碉堡等混凝土防禦工事,也能用來殺傷人員和無裝甲保護的車輛及火炮等裝備,因此它在使用上遠比榴彈更具靈活性。


軍事知識科普:淺談化學能彈藥(CE)


分享到:


相關文章: