与其使用尾翼脱壳稳定穿甲弹为什么不直接缩小坦克炮的口径呢?

兔子wk


虽然脱壳尾翼稳定穿甲弹的实际穿甲弹体只有20毫米左右,虽然对于动能穿甲弹来说,弹体的材料和大小决定的穿甲强度以及深度,但是真正决定动能穿甲弹穿甲能力的是它后面强劲的发射药,一般来说发射要量越大其动能就越大。而现在的坦克穿甲弹虽说是20毫米厚的实际弹体,但是它后面的发射药可是足够120毫米穿甲弹使用的发射药。这样它才能有足够的能量去击穿厚重的装甲。

二战时期的欧洲战场上,由于德国装甲部队的快速发展,欧洲战场上的装甲与反装甲对抗非常激烈,也就催生了更多更强的的反坦克火力。而为了提高炮弹的穿甲能力就必须增大发射药量以及加大炮管的倍径,这样就使得穿甲弹拥有更高的射击初速,但是这样的话反坦克炮的厚重力就非常大。除此以外炮弹在空气中受到摩擦末端存数会越来越小,而且炮弹的接触面积越大,空气摩擦消耗的能量也越大,能量作用在弹体的能力也就越小。所以在欧洲战场上就率先出现了次口径穿甲弹,而后来使用的脱壳尾翼稳定穿甲弹就是在其基础上发展的。

如果不使用弹拖直接用125口径的发射药去打20毫米口径的炮管,那么这种小口径套管是承受不住如此之大的膛压,所以发射药的多少跟炮管的长度大小都是有关系的。直接缩小口径就上125这个发射药的话谁都扛不住。


在十字路口等等你


穿甲弹,在弹体材质无大的突破前(普通为钨合金,特殊为贫铀),为了增加穿甲效果,只能提高发射药包效能:要么改善爆炸强度,要么,增加药包体积和重量(目前电驱动能还不能用到坦克上,只能化学能)——越来越大的发射药包,和发射时的膛压,直接作用到炮管,这时候如果减少炮管直径(口径),则直接会炸膛。因为炮管材质和工艺(电渣重炼,自紧)目前已经相当于到天花板了,没有革命性的突破,不可能用小炮管来发射大药包和超高膛压的穿甲弹。


Firebird


↑我们不妨拿美国最早的M829型120mm尾翼稳定脱壳穿甲弹(APFSDS)为例,看看APFSDS的弹芯大概是个什么尺寸。整个包含弹托和尾翼的结构长615.9mm,其中碳化钨材质的穿甲体长460mm,弹芯直径24mm。

↑除去在发射后脱去的弹托,整个飞行体(包括弹芯、风帽、尾翼和弹芯套)重4.25kg,真正起穿甲作用的弹芯只占其中的一小部分。M829最早使用的C523型贫铀弹芯(图中的序号4),重量只有3.36kg。

值得一提的是,由于贫铀具有自锐的特质,即在高速撞击装甲靶板后弹头会自行变得趋于尖锐,因此图中M829系列的贫铀弹芯都是平头的。而碳化钨材料与贫铀相反,在高速撞击硬质目标时会趋于钝化,因此M833和M774则会将头部做得更尖锐些(准确来说是圆润)。

↑看完穿甲体,我们再来看M829的整个弹体构造。初始型M829的发射药量足有8.3kg,这8.3kg的发射药就是负责把前面4.25kg的飞行体以1580m/s的初速推出炮管的。而M829APFSDS仅重3.36kg的穿甲弹芯的动能,就全部来源于这8.3kg的发射药。换言之,尽管弹芯只有24mm的直径,但发射药量是足足的120mm炮级别的量。

↑好,看完APFSDS的弹芯和发射药量,我们再回头来看看美军的M242型25mm机关炮。之所以选择这门火炮,一是由于它的弹径和M829系列24mm的弹芯直径最为接近,二是由于它同样配有贫铀穿甲弹头。

上图是美军舰艇上的士兵正在给M242机关炮装填弹药。肉眼可见地,25mm炮弹的全长最多也就和早期M829系列的弹芯长持平。事实上,M242型25mm炮所发射的M791贫铀脱壳穿甲弹弹丸仅有134g重,弹芯更是只有85g重,M829弹芯质量是其足足39.5倍重。25mm炮弹的发射药量更是只有不到200g,仅有120mm炮弹8.3kg的四十分之一。

↑105mmM774型穿甲弹芯和M242机关炮的25mm普通弹头(图中“Bushmaster”)比较就已如此悬殊,120mmAPFSDS弹芯更是比105mm炮的还要打上一圈。坦克尾翼稳定脱壳穿甲弹的弹芯之所以能有如此强大的穿甲性能,不在于弹芯的直径大小,而是它能够将巨量的能量集中在一个直径相对很小的长杆状弹芯上,并将能量非常集中地释放到敌方坦克装甲很小的一点上。

↑同样地,当我们反观动能穿甲弹药的发展历程,不难发现,动能反坦克弹药的进化史从某种程度上来说,就是不断地将发射药的能量尽可能高效地集中并保留在直径尽可能小、长径比尽可能大的穿甲体上,直到将这股能量释放到目标的装甲上。

如上图中左侧的85mm超速穿甲弹和右侧的普通85mm被帽穿甲弹,二者的装药量几乎是完全一样的,但前者的穿甲体直径缩小了约一半,更有利于能量的集中,便能获得比后者更高的弹丸速度、更强的穿甲能力。

简而言之,强不在于大小,而在于精。


Sabot穿甲哥


有这个想法很正常,但是忽略了内弹道学的一些基本规律。

简单分析一下这里面原因。首先是,坦克炮如果口径太小,炮管长度不变的话,相当于容积变小了,发射药来不及充分膨胀就飞到炮口外面去了,那APFSDS的初速反而是要下降的。为了能让气体充分做功,只能而增加炮管长度。但这一项措施更不现实,现在的坦克炮最大都已经达到55倍径了,你用20多mm内径的炮管,难不成要加长到巴黎大炮的水平吗?



真的要让事情无法挽回吗?

口径如果缩小,容积减小就像上图,那么燃气膨胀做功会非常不充分


第二个问题更要命,那就是膛压的问题。假设坦克炮发射过程是个绝热膨胀过程的话,由PV=nRT这个公式,气体体积越大,膛压越低。体积和炮管内径面积和炮管长度成正比,也就是说炮管口径越大,气体膨胀时膛压下降越快,对炮管耐膛压能力的要求就越低。如果口径缩小,炮管从炮口到炮尾都会保持着相当高的膛压,那么炮管要么炸膛,要么付出极高的代价来提高其寿命,这都是得不偿失的。

把炮管口径缩得太小,就这一个下场。。。


第三个问题就是,尽管APFSDS穿甲体口径只有20多mm,但由于飞行体是带尾翼的,有尾翼就得有弹托,他们的直径都要大于穿甲体的直径。所以即便不考虑上述因素,炮管在物理上也不可能缩小到和穿甲体同样口径。

穿甲弹在炮管内部的状态,穿甲体永远不可能和炮管内壁贴合


纸上的宣仔


的确细看脱壳穿甲弹的话,会发现虽然其是从口径120或者125毫米的坦克炮管发射出去的,但是真正用于穿透敌方防护装甲的弹芯很细很轻巧。至于为什么不缩小坦克炮口径的原因主要是因为:从脱穿弹的结构来说,其大致包括了弹托和弹芯两个部分,原理是用轻质材料制作弹托,弹托承受发射药爆炸气体的推力带动弹芯前进,炮弹出膛后弹托脱落,弹芯继续飞行直至击中装甲目标。等于是脱穿弹的动能有多大直接取决于坦克炮和弹托承受的动能大小,当然具体还是由发射脱穿弹的坦克炮发射药决定,也就是说发射药产生的动能有多大,那么作用在脱穿弹上的动能大概就有多么大。

那么对于脱穿弹而言,虽然其弹芯直径只有二三十毫米,但是因为弹芯并不能直接承受发射药产生的动能,还是需要作用面更大的弹托来承受发射药产生的动能大小,继而通过弹托和弹芯之间的环形槽将巨大的动能传递给弹芯,并且在脱穿弹出膛后,在空气阻力的作用下分离脱落。所以这也是为什么脱穿弹使用的弹芯直径只有二三十毫米,但是却依然需要口径120或者125毫米的坦克炮发射的原因所在。额外补充一句光是通过观察弹芯上的环形槽就能看出坦克炮的动能大小,比如弹芯和弹托上环状槽越多越细密且分布均匀,则此脱穿初速就越高,以此类推穿甲动能就威力越大,反之则亦然。
当然从脱穿弹的打击效果来说,弹芯的长径比越大,同样动能大小/同样的弹芯材质下,弹芯长径比更大穿甲深度越深,不过弹芯的长径比并不是越大越好的,首先更长的弹芯会受到整个炮弹长度的限制,特别是俄罗斯擅长使用的分装弹对于弹芯的长度限制就比较大,而西方国家的整装弹弹芯大部分长度都是插在药筒里的,比如美国现役M829脱穿弹基于药筒限制和弹芯着弹强度要求,其长径比和现在大多数穿甲弹的长径比都在15左右。
不过就算是现阶段像美国的M829这种采用贫铀弹芯的脱穿弹,虽然借助硬度更高的贫铀弹芯可以实现超过750毫米的均质装甲穿甲能力,但是面对现在很多国家的主战坦克正面装甲厚度已经相当于1000毫米均质装甲后,对于大多数脱穿弹而言已经力不从心了,在弹芯材料已经短时间无法再提升的前提下,只能想办法借助发射药增加坦克炮炮口动能的方式增加脱穿弹的炮口初速了,但是不管是西方国家使用的120毫米还是东方国家使用的125毫米坦克炮,都面临一个问题就是现有口径下发射药药室容积已达上限,所以这也是为什么像俄罗斯和德国和法国都率先开展140毫米更大口径坦克炮研发的核心原因。
但是就算是通过换装药室容积更大的坦克炮增加了发射药动能,因为发射药产生的动能更大而产生更大的膛压,如果直接作用在直径更小的炮管上结果只会是炸膛,就像大流量水泵配一个超细的水管,不是水泵憋死就是水管撑炸一个道理。而坦克炮炮管的膛压承压能力核心还是看炮管制造工艺,像现阶段各国坦克炮管使用的电渣重熔技术虽然极大的增强了炮管内膛的承压能力,但是根本不可能满足小直径炮管承受超大发射药产生的动能冲击。
当然未来随着电磁炮的量产应用后,由于电磁炮的弹芯驱动由电磁炮产生的磁向力决定,而且炮管也不再需要承受几十兆帕的膛压冲击,所以未来还是有可能见到小口径坦克炮发射同等口径但不再需要弹托的穿甲弹的,当然那个时候就不叫脱穿弹了,还是会改回穿甲弹。


魑魅涅磐


美国坦克一般会携带两种炮弹,一种是穿甲弹,另外一种是多功能弹,穿甲弹就是贫铀弹,是专门打坦克的,多功能弹是打人的,二战毛子尽可能的加大炮管,是为了打榴弹杀伤步兵,坦克才有几个,有穿甲弹就足够应付了,步兵有多少,那可是海量,虽说大家都不用人海了,可战场上还是一撒一大片啊,这都用穿甲弹一个一个点名么,就是以后用上电磁炮,炮口也不会说小到一根针的地步,反坦克只是一个任务,有的装甲车用榴弹都能打爆,支援步兵,陪伴步兵推进才是坦克的主要任务,消除一切障碍,包括敌方坦克,工事和人员


蛋糕香喷喷


我不是武器学家,从物理角度解释:

1,炮弹装药量一定的情况下,弹头获得的动能一致。

2、动能一定的情况下,弹头质量越小,速度越快。

3、穿甲弹除了钨质弹芯以外,其他的都是弹托,可以理解为它是中空的,总质量相对于标准的加农炮弹头质量的1/3差不多,如此小的质量,承载着同样动能,学过物理的就应该知道速度就可以增大73.2%。

4、穿甲弹出膛以后,迅速脱去弹托,只剩下弹芯,减少了迎风面积,使它最大程度地减少了速度衰减。

如果缩小炮径,只用弹芯当弹头,他就是一普通实心弹头,由于是实心的,他比一般加农炮弹头要重,速度肯定要慢下来,影响射程是一定的,就更别说用惯性刺穿坦克装甲了。如果您非要再假设一个巨大的膛压室的话,是否使用且不说,能否在爆炸时按弹头方向集中应力,就是一个大问题。


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