对穿甲弹的性能要求和作用

（1）穿甲弹的战术性能要求

一般来说，对于穿甲弹的战术性能要求常包括如下几个方面：

①要求在一定的距离上穿透给定厚度、给定倾斜角的装甲，表示为均质靶板厚度/着角——有效穿透距离或多层靶板厚度/着角——有效穿透距离。

有效穿透距离是指穿透给定装甲的最大距离。也就是说，在有效穿透距离内，命中目标的动能穿甲弹均能穿透给定的装甲靶板。着角是指弹丸着靶时的速度矢量与靶板外法线之间的夹角α（图4-9）。

②要求一定的直射距离。所谓直射距离，是指限定最大弹道高的最大射程。根据坦克装甲车辆的实际情况，目前均以2 m作为最大弹道高限定值。这种限定的含义是，自运动目标进入直射距离起，火炮就可以在不改变射角的情况下使弹丸连续命中目标。

③要求一定的密集度。由于穿甲弹是以直接命中目标来完成战斗任务的，因而除要求有较高的瞄准精度外，对其射击密集度的要求也较高。常用一定距离上的立靶精度来表示穿甲弹的射击精度，即用高低中间偏差Ey和方向中间偏差Ez来衡量穿甲弹的精度好坏。

图4-9　着角

（2）穿甲弹侵彻靶板的破坏形式

穿甲弹是靠弹丸的碰击作用穿透装甲，并利用残余弹体的动能、钢甲的破片或炸药的爆炸作用毁伤装甲后面的有生力量或器材，因此穿甲弹对装甲目标的整个作用过程包括侵彻作用、杀伤作用和爆破作用。下面主要讨论侵彻作用。

①靶板类型。靶板以其厚度可分为下列类型：

一是薄靶。弹体在侵彻过程中，靶板中的应力和应变沿厚度方向上没有梯度分布。

二是中厚靶。弹体在侵彻全程中，一直受到靶板背表面的影响。

三是厚靶。弹体侵入靶板相当远的距离后，才感到靶板背表面的影响。

四是半无限靶。弹体在侵入过程中，不受靶背面远方边界表面的影响。

薄靶和中厚靶断裂破坏将导致穿孔。这些破坏由于材料性质、几何形状以及撞击速度的不同而各有特点。

②靶板破坏形式。动能穿甲弹与目标的撞击过程是一种极其复杂的现象。从穿甲弹与目标撞击后的运动形式看，将有3种可能，即穿透、嵌埋和跳飞。穿透是指弹丸穿越了目标；嵌埋是指弹丸侵入目标后留在了目标内；跳飞是指弹丸既未穿透目标，又未嵌埋在目标内，而是被目标反弹出去了。从穿甲弹与目标撞击后的形状看亦有3种可能，即完整、变形和破裂。保持原有形状者为完整，形状发生变化者为变形，破碎为两块以上者为破裂。有时，人们根据破裂程度，还把破裂细分为碎裂和粉碎。

就穿透来说，装甲目标的破坏形式不外乎有5种（图4-10），即韧性破坏、冲塞破坏、花瓣型破坏、破碎型破坏和层裂型破坏。

图4-10　装甲板的破坏形式

（a）韧性破坏；（b）冲塞破坏；（c）花瓣型破坏；（d）破碎型破坏；（e）层裂型破坏

下面，把靶板破坏的5种基本形式做一简要说明。

一是韧性破坏。这种破坏常见于靶板厚b与弹径d之比b/d＞1的情况下。由于靶板富有韧性和延性，穿孔被弹丸扩开，靶板上形成圆形穿孔，孔径不小于弹体直径，出口有破裂的凸缘。当尖头穿甲弹垂直碰击机械强度不高的韧性钢甲靶板时容易产生这种破坏形式，靶板阻力将随硬度的增加而增大。当钢板厚度增加，强度提高，或法向角增大时，尖头穿甲弹将不能穿透钢甲，或产生跳弹。

二是冲塞破坏。这是一种剪切穿孔，容易出现在中等厚度的钢板上。当b/d＜1/2，板厚与弹长L之比b/L＜1/2时，在弹丸强度比较高且不变形的情况下，靶板破坏形式是冲塞型。薄靶板（即b/d＜1时）或者钝头弹都易出现这种破坏形式。其特点是，当弹丸挤压靶板时，弹和靶相接触的环形截面上产生很大的剪应力和剪应变，并同时产生热量。在短暂的撞击过程中，这些热量来不及散逸出去，因而大大提高了环形区域的温度，降低了材料的抗剪强度，以致冲出一个近似圆柱的塞块，出现冲塞式破坏。

三是花瓣型破坏。靶板薄、速度低（一般小于600m/s）时，容易产生这种破坏。当锥角较小的尖头弹和卵形头部弹丸以较低的速度侵彻薄装甲时，弹头向前运动，先把靶板的材料推向前去，从而造成靶板的弯曲，形成靶板的弯曲应力，再加上靶板材料中存在的不均匀性，在其弱点上，这种弯曲应力造成了靶板正面的花瓣型卷边破坏（图4-11）；花瓣型破坏总是伴随着产生较大的塑性流动变形和板的永久弯曲变形。如果弹丸的撞击速度较大，靶板背面的隆起部分进一步受到弹体的推动，从而发生进一步变形。最后，隆起部分的拉伸应力超过材料的拉伸强度，在弹体顶端四周产生星形裂缝，弹头钻出了靶板背侧，靶板再也挡不住弹体的前冲运动；而靶板其余部分的拉伸应力把业已穿孔的边缘拉住，造成了靶板背面的花瓣型卷边破坏（图4-12）。形成的花瓣数，将随靶板厚度和弹丸速度的不同而不同。

图4-11　靶板的正面花瓣型破坏

图4-12　靶板的背面花瓣型破坏

四是破碎型破坏。当靶板相当脆时，容易出现这种破坏。弹丸以高着速穿透中等硬度或高硬度钢板时，弹丸产生塑性变形和破碎，靶板产生破碎并崩落，大量碎片从靶后喷溅出来。

五是层裂型破坏。在靶板硬度稍高或质量不太好的具有轧制层状组织的情况下，容易出现这种破坏，产生的碟形破片往往比弹丸直径大。这种破坏是由强应力波的相互作用引起的。靶板受到弹丸强烈冲击后，靶内将产生一压缩应力波，当此压缩应力波传到靶板背表面时将发生反射，并形成一道自背表面与反射应力波传播方向相反的拉伸波。入射压缩波和反射拉伸波在靶内相互干涉，将在距靶板背表面某一截面上出现拉伸应力超过靶板抗拉强度的情况，于是发生崩落破坏。

应当指出，上述现象是典型情况，实际出现的可能是几种破坏形式的综合。特别是当弹丸对靶板进行斜射击时，其现象就更为复杂了。

（3）影响穿甲作用的因素

①弹丸的结构与形状。弹丸的结构与形状不仅影响其弹道性能，也影响最终的穿甲作用。对于旋转稳定的普通穿甲弹，长径比不宜大于5.5，这样既可保证其在外弹道上的飞行稳定性，又可防止着靶时跳弹；在穿甲爆破弹的弹头部适当位置预制一个或两个断裂槽，或者配制被帽，在穿甲过程中可有效防止暴露药室，从而提高威力；对长杆式穿甲弹，则尽量增大长径比，提高弹丸比动能，从而大幅度提高穿甲威力。

②着靶角。着靶角对弹丸的穿甲作用有明显的影响。当弹丸垂直碰击钢甲时（着靶角为0°），弹丸侵彻行程最小，极限穿透速度最小。当着靶角增大时，弹丸的极限穿透速度增加。

③弹丸的着靶姿态。弹丸轴线和着靶速度矢量的夹角被称为章动角，也称攻角。章动角越大，在靶板上的开坑越大，因而穿甲深度越小。对大长径比弹丸穿甲或大法向角穿甲时，章动角对穿甲作用的影响更大。

④弹丸着靶比动能。穿孔的直径、穿透的靶板厚度、冲塞和崩落块的质量取决于弹丸着靶比动能。这是由于穿透钢甲所消耗的能量是随穿孔容积的大小而改变的（即单位容积穿孔所需能量基本相同）。因此，要提高穿甲威力，除应提高弹丸着速外，还需适量减小弹丸直径。(www.xing528.com)

⑤装甲机械性能、结构和相对厚度。弹丸穿甲作用的大小在很大程度上取决于装甲的抗力，而装甲的抗力取决于其物理性能和机械性能。提高装甲的机械性能、增大相对厚度（靶板厚度与弹丸直径之比）、增大非均质性、增大密度、采用有间隙的多层结构等都会使穿深下降。

（4）弹道极限的计算

在对弹丸射击靶板现象的研究中有一重要术语，即弹道极限。所谓弹道极限是指弹丸以规定着角贯穿给定类型和厚度的装甲板所需的着速。通常认为弹道极限是下面两种撞击速度的平均值：一是弹体部分侵入靶板的最高速度；二是完全贯穿靶板的最低速度。对此，人们虽然已经进行了近百年的实验和理论研究，但是由于影响穿甲的因素有很多，至今还没有得到一个比较完善的计算公式。在实际的工程计算中，仍然利用一些经验公式。

①德马尔公式。该公式是德马尔在1886年建立的。假定弹丸是刚性的，在碰击靶板时不变形，所有的动能都消耗在穿透靶板上；靶板材料是均质的；弹丸只做直线运动，不旋转；靶板固定牢固等。在这种条件下，根据能量守恒，最终可以写出：

式中　vb——弹丸穿透靶板所需要的最低速度，m/s；

d——弹径，dm；

b——靶板厚度，dm；

α——着角，（°）；

K——穿甲系数，其范围为2 200～2 600，通常取K=2 400。

②贝尔金公式。为了克服德马尔公式没有直接反映靶板和弹丸材料机械性能的缺陷，贝尔金提出了如下公式：

式中　σs——靶板金属的屈服极限，Pa；

K1——与弹丸结构和靶板受力状态有关的效力系数；

φ——6.16 m/(bd2)。

用普通穿甲弹射击均质靶板时，效力系数K1的值见表4-3。

表4-3　效力系数K1

③次口径穿甲弹的穿甲公式。对于次口径穿甲弹，可用式（4-3）进行计算：

式中　dc——弹芯直径，dm；

mc——弹芯质量，g；

mT——软壳质量，g；

μ——与软壳参与穿甲作用有关的系数，其数值与落角和弹径有关。

④长杆式次口径穿甲弹的穿甲公式。对于长杆式穿甲弹，可以用下式进行计算：

式中　dc——弹杆直径，dm；

mc——飞行弹丸质量，g；

λ——考虑弹体折转的系数，通常可取λ=0.85；

K——穿甲系数，其范围一般为2 200～2 400，通常取2 300。

（5）弹道极限试验方法

在装甲板的弹道侵彻试验中，不仅弹丸之间互有差异，而且同一靶板上不同区域的性能也不相同，加之各发弹丸的飞行轨迹、着靶的倾角和速度都各有差异，因此要想确定某一特定速度能确保弹丸完全贯穿将是很困难的。然而，装甲侵彻遵循适合于敏感数据的统计规律，也就是说，在既可能发生局部侵彻，也可能发生完全贯穿的某一特定速度范围内，完全贯穿的百分比随弹丸着靶速度的提高而增加。实验结果表明，完全贯穿的百分比随着速的变化构成“S”形曲线。装甲或弹丸研制试验，旨在测定对应于“S”曲线中点，即50%完全贯穿的着速。这种特殊的弹道极限被称为v50弹道极限，或者称之为完全贯穿概率为50%的着速v50。

目前有多种方法可用于计算v50弹道极限，有时需要采用特殊的射击方法，得到一组局部侵彻数据和一组完全贯穿数据，然后将给定速度范围内的若干发最高局部侵彻着速和同一数目的最低完全贯穿着速划为一组，求出平均值，该平均值即近似的v50弹道极限。任何一种单一装甲板与弹丸组合系统的弹道极限的计算精确度，基本上决定于所选取的射弹数和着速范围。以下是几种v50弹道极限的计算方法。

①两射弹弹道极限。本方法根据在15m/s范围内的一发完全贯穿和一发局部侵彻数据计算弹道极限。显然，这种方法很不精确，只是在目标面积很小、射弹数量有限的情况下才被采用。一旦得到一发在最低完全贯穿速度之下，且相差不超过15m/s的局部侵彻结果，试验即可停止。上述最低完全贯穿和最高局部侵彻速度的平均值，即所求的弹道极限。这种弹道极限更适宜被叫作两射弹弹道极限，而不宜被称为v50弹道极限。

②六射弹弹道极限。本方法根据在某一规定速度差值范围内的3发完全贯穿和3发局部侵彻数据计算弹道极限，我们称之为六射弹弹道极限。规定速度差值通常取30m/s，37.5m/s或45m/s。一旦得到了规定速度差值范围内的3发完全贯穿和3发局部侵彻结果，试验即可停止。取3发最低完全贯穿和3发最高局部侵彻速度的平均值，就得到了v50弹道极限。

③十射弹弹道极限。本方法根据在某一规定速度差值范围内的5发完全贯穿和5发局部侵彻数据计算弹道极限，故称十射弹弹道极限。这种弹道极限具有很高的精确度，通常用于轻武器弹药或人员防护装甲试验。十射弹弹道极限计算方法同六射弹弹道极限计算方法一致。