淺談坦克穿甲彈

穿甲彈是為反裝甲目標而生的。最初主要用來對付覆有裝甲的工事和艦艇。20世紀隨著坦克的大規模使用，坦克穿甲彈得到了迅速發展。本文通過介紹坦克穿甲彈的原理與結構詮釋其發展歷程。受本人水平和所用參考資料的限制，可能存在錯誤，歡迎指正。本文謝絕一切形式的轉載，敬請諒解。

穿甲彈 Armor piercing（AP），使用強度較高的金屬製成，利用動能硬碰硬將裝甲擊穿。早期的AP就是一個尖頭的金屬彈體，為了增強穿甲後的殺傷力，往往在穿甲彈的後部腔體內裝有炸藥和引信，這種彈稱之為Armor Piercing High Explosive （AP-HE）。圖為德國3.7cm Pzgr18 APHE結構圖，腔體內黃色物為炸藥，右側為引信和曳光管，帶有曳光管的彈藥也可以稱為AP-HE-T（Tracer）。

說到穿甲，先介紹幾個概念：

Ln（Normal Length），裝甲物理厚度，裝甲實際自身的厚度。

Llos（line-of-sight Length），裝甲水平等效厚度，傾斜裝甲水平方向的等效厚度。

α，裝甲法線與水平線之間的夾角，反應了裝甲傾斜的程度，α越大，裝甲傾斜程度越大。

Llos=Ln/cosα，三者之間的計算關係，簡單的說，Ln不變，α越大，Llos越大。

隨著傾斜裝甲的大量應用，在實際的穿甲過程中，穿甲彈撞擊裝甲時，彈體會受到兩個方向的分力，法向量分力Rn和切向量分力Rt，兩者的合力R即為彈體的受力，通常R的方向與入射線存在一定夾角，所以穿甲彈穿甲過程中實際的運動軌跡並非入射線，穿甲彈實際運動軌跡所穿過的裝甲等效厚度稱之為Lprot。傳統AP由於自身外形的特性，Rn往往遠大於Rt，導致R的方向位於入射線之上，使彈體受到向上的分力，形成跳彈效應，Lprot＞Llos，甚至跳飛。

為了解決上述問題，出現了鈍頭穿甲彈，鈍頭穿甲彈，利用自身的鈍頭外形，改變了撞擊過程中的受力情況，Rt遠遠大於Rn，導致R的方向位於入射線之下，使彈體受到向下的分力，行成轉正效應，避免跳彈，Lprot＜Llos，提高了對抗傾斜裝甲的能力。

鈍頭穿甲彈由於風阻大，彈體降速快，遠距離穿深下降快，為了解決這個問題，在鈍頭穿甲彈前面加個金屬的風帽，可以有效降低風阻係數，這種穿甲彈稱之為 Armor Piercing Ballistic Capped （APBC），圖為蘇聯45mm UBRZ-243 APBC-HE。

隨著表面經硬化的非均制裝甲的大量應用，APBC在射擊此類裝甲時容易發生頭部破碎，為了解決該問題，出現了被帽穿甲彈，在彈頭外包裹一層材料相同或相近的被帽，在碰撞裝甲時，被帽受力變形，從而使擔負主要穿甲任務的彈頭免遭破壞，同時被帽頂部形狀與鈍頭穿甲彈形狀類似，在大著角射擊時可減少跳彈現象的發射。

被帽穿甲彈 Armor Piercing Capped （APC），但在實際使用中往往在被帽前加裝風帽，稱之為Armor Piercing Capped Ballistic Capped （APCBC），圖為德國12.8cm Pzgr43 APCBC-HE。

從AP-APC-APBC-APCBC，傳統的穿甲彈從結構上來說已經發展的非常成熟，想進一步提高穿甲能力，從彈體結構上已經沒有多少改進的空間。

進一步提高穿甲能力只有一個途徑，提高穿甲彈的初速。硬芯穿甲彈在這個時候誕生了，使用次口徑的高密度材料彈芯，外面包裹輕質材料的彈體，碰撞時只有彈芯起到穿甲作用。相比APCBC，彈頭重量減輕了很多，所以使用相同的火炮進行發射時，初速得到明顯提升。這種彈英國人稱之為Armor Piercing Composite Rigid （APCR），美國人稱之為High Velocity Armour Piercing （HVAP）。

相同口徑的APCR相對於傳統穿甲彈，參與穿甲的彈芯直徑小了很多，穿甲過程中受到的阻力也小很多，而且初速快，穿甲能力大大提升。圖為75mm AP 和 APCR 擊穿後的彈孔對比。

圖為德國3.7cm Pzgr40 APCR，箭頭型彈頭由風帽、彈芯、彈體組成，德國APCR通常將彈頭埋入彈殼內。

蘇聯的APCR彈頭結構類似，但通常將箭頭型彈頭置於彈殼外。

美國 76mm M93 HVAP，採用傳統外形彈頭，中空結構。

曇花一現的錐膛炮使用的APCR被稱之為Armor Piercing Composite Non-Rigid （APCNR），特點是有兩個軟性裙邊彈帶，發射時錐形炮管會不斷擠壓彈帶，錐膛炮有更好的閉氣能力，以期許更高的初速。其他方面與APCR基本相同。圖為德國7.5cm Pak41錐膛炮使用的Pzgr.Patr.41(HK) APCNR，右側為訓練彈，沒有彈芯以降低成本，但彈道基本相同。

APCR彈頭重量下降帶來了存速性不好的問題，雖然中近距離穿甲能力大增，但是隨著目標距離的增加，彈速下降快，遠距離穿甲能力大大降低，為了解決這個問題，出現了脫殼穿甲彈，既然只有彈芯參與穿甲過程，索性發射後就將彈脫拋棄，以改進氣動性能，延緩彈速下降，提高遠距離穿甲能力。這種彈早期稱之為Super Velocity Discarding Sabot（SVDS），常見的名稱是Armor Piercing Discarding Sabot （APDS）。

圖為英國L53A3 APDS，彈芯外仍有風帽與被帽，後部有曳光管，四周為彈托。

APDS實際上只將彈托拋棄，包含風帽、被帽、彈芯、曳光管的彈芯體作為一個整體與裝甲進行碰擊，而絕非只有彈芯。

蘇聯100mm 3BM-8 APDS，採用馬鞍型彈托。

隨著技術的發展，人們發現，提高APDS彈芯的長徑比可以有效提高穿甲彈的大法向穿甲能力，同時可以減少空氣阻力，改善存速性，然而當APDS彈芯長度超過它的直徑的5-7倍後，就沒有足夠的彈體直徑來儲存角動量以維持穩定飛行的旋轉姿態，炮彈的飛行穩定性和精確性都會大幅下降。為了保持大長徑比彈體在飛行中的穩定，出現了尾翼穩定脫殼穿甲彈，使用滑膛跑發射，利用尾翼保持飛行中的穩定，這種彈被稱之為Armor Piercing Fin Stabilized Discarding Sabot（APFSDS）。

蘇聯早期的3BM-9 APFSDS，採用帶有風帽的全鋼彈芯，三片餅型彈托和五片大直徑尾翼，尾翼在膛內運動時部分區域起後支撐點的作用，尾翼前緣開有偏刃，飛行體出膛後，正面迎風高速沖刷偏刃，給尾翼一個右旋力矩，使彈體旋轉，彈托在離心力作用下分離。

蘇聯 3BM-15 APFSDS，隨著裝甲的發展，蘇聯發現全鋼彈芯穿甲能力有限，於是在鋼製彈芯的前部增加了一個碳化鎢穿甲塊，穿甲塊的前部配有被帽和風帽。仍然採用三片餅型彈托和五片大直徑尾翼，與西方常用的馬鞍型穿甲彈相比，餅型彈托結構簡單，質量小，消耗的能量也小，脫殼過程簡單，成本低，便於大批量生產。

蘇聯 3BM-22 APFSDS，隨著大傾角裝甲的普遍使用，改進了被帽的結構，採用一個體積較大的被帽，以提高擊穿大法向角裝甲的幾率。

蘇聯 3BM-32 APFSDS，為提高穿甲能力改用整根貧鈾彈芯，彈芯為鈍頭並裝有風帽。由於貧鈾彈芯的彈性模量僅為鎢合金彈芯的一半，剛度要明顯低於後者，為了使貧鈾彈芯在發射過程中不彎曲變形，就必須使用更長的彈托，同時也增加了消極重量。

蘇聯 3BM-42 APFSDS，鎢合金彈芯，大長徑比設計，由於長徑比較大，為了加強彈體的徑向強度，在鎢合金彈芯外加上了預緊的鋼套。鎢合金彈芯為了便於生產採用兩段式結構，前部為組合型穿甲塊，這是一個技術性的突破，傳統的被帽只起到了保護彈芯和改變受力情況的作用，而採用硬制金屬的組合型穿甲塊，可以有效的在大法向角裝甲上開坑，這可以大大增強對付大法向角裝甲的能力。

蘇聯 3BM-42 APFSDS 實物圖，採用兩段式鎢合金彈芯設計主要是為了降低生產難度，便於生產，提高產量。兩段鎢合金彈芯在相連處都有預製的螺紋，通過旋入鋼套內的預製螺紋處，兩段鎢合金彈芯與鋼套剛性的固定在一起。

德國早期的DM-13 APFSDS，同樣採用帶有預緊鋼套的鎢合金彈芯結構，頭部有穿甲塊，馬鞍型彈托，次口徑尾翼。

德國DM-13 APFSDS 實物圖，DM-13也是兩段式鎢合金彈芯結構，圖中：1-穿甲塊、2-鎢合金彈芯（前段）、3-鎢合金彈芯（後段）、4-預緊鋼套、5-尾翼。預緊鋼套外為環形齒，用於發射時傳導彈托的作用力。

美國M829 APFSDS，採用整體式大長徑比貧鈾彈芯，頭部安裝穿甲塊，環形齒直接加工在貧鈾彈芯上，由於是貧鈾彈芯，採用了馬鞍型長彈托結構。

美國M829A2 APFSDS，進一步提高了整體式貧鈾彈芯的長徑比，為防止發射過程中彈芯受力不均變形，採用超長馬鞍型彈托結構，彈芯上的環形齒也基本布滿整個彈芯。彈芯前部為三段式組合型穿甲塊，分為前穿甲塊、中穿甲塊、後穿甲塊。

英國L23A1 APFSDS，由於是分裝式彈藥，為了保護尾翼，尾翼外圍加裝可燃材料的保護殼。此外由於採用線膛炮發射，馬鞍型彈托外加裝有滑動彈帶，以降低線膛炮給彈芯帶來的角速度。

英國L23A1 APFSDS 實物圖，整體式鎢合金彈芯，為防止碰擊目標時頭部碎裂，彈彈芯的前部加工有一條斷裂槽，可使斷裂局限在斷裂槽以上的彈頭部，從而保證彈體繼續穿甲。

說到穿甲彈不得不提鎢鈾之爭，一般來說貧鈾合金彈芯的侵徹性能在同等情況下較鎢合金彈芯高10-15%，實驗表明兩者的明顯區別在於貧鈾合金材料的臨界絕熱剪切應變率和臨界絕熱剪切應變值較低，易於發射絕熱剪切斷裂，具有「自銳」效應，即穿甲侵徹過程中殘餘彈體不出現「蘑菇頭」，導致侵徹阻力增大，侵徹力降低。

下圖為三種材料彈芯穿甲示意圖。

Pure W 純鎢

WHA（Tungsten Heavy Alloy）高密度鎢合金

DU-3/Ti 一種貧鈾合金（含Ti/V，鈦/釩）

同等彈芯直徑條件下，貧鈾合金彈孔直徑最小，穿甲阻力最小。

但是貧鈾合金也有缺點，除了健康環保問題外，鈾的熔點為1133°C，而鎢的熔點在3370°C，熔點決定材料被高速衝擊時的流變極限強度。貧鈾合金的彈性模量約合普通鋼相等，為鎢合金的二分之一左右，也就是說鎢合金的剛度比貧鈾合金要大，以美製長徑比30彈芯，10MJ動能為例，如果著速在1750m/s以上，那麼貧鈾合金的流變極限劣勢就會開始顯現，自銳性就會開始下降。

下圖為不同材料的彈芯在不同著速下對不同材料目標的穿深線圖。

WHA（Tungsten Heavy Alloy）高密度鎢合金

DU（Depleted Uranium）貧鈾

Steel 鋼

Target 目標

BHN（Brinell Hardness Number）布氏硬度，後面的數字越大，材料越硬。

坦克穿甲彈的發展從本質上來說就是通過彈體長徑比不斷提高、初速不斷提高、彈芯密度不斷提高、碰擊受力不斷優化，來提高穿甲效能。

感謝閱讀。

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