某型坦克炮常規(guī)彈藥高原環(huán)境下打擊效能試驗

王兆祥，常 穎，付昭旺，曹營軍

（解放軍63966部隊，北京 100072）

某型坦克炮常規(guī)彈藥高原環(huán)境下打擊效能試驗

王兆祥，常 穎，付昭旺，曹營軍

（解放軍63966部隊，北京 100072）

根據(jù)某型坦克炮所配備的制式常規(guī)彈藥在高原的適應(yīng)性試驗情況，分析了該型坦克炮作戰(zhàn)使用的主要彈種穿甲彈和殺傷爆破彈在高海拔條件下的外彈道狀態(tài)，將平原地區(qū)與高原地區(qū)的測試數(shù)據(jù)進行了對比計算，對該型坦克炮配備的穿甲彈和殺傷爆破彈在高海拔條件下的打擊效能加以分析和評估，為其在高原環(huán)境下作戰(zhàn)和使用的打擊效能提供參考依據(jù)。

坦克炮，高原適應(yīng)性，穿甲威力，打擊效能

0 引言

近年來，隨著我國周邊環(huán)境安全形勢的變化，我軍現(xiàn)役和新研的裝甲武器裝備適應(yīng)我國全境作戰(zhàn)的需求日益突顯，立足現(xiàn)有武器裝備打贏現(xiàn)代化戰(zhàn)爭的戰(zhàn)法和技術(shù)研究越來越受到重視，武器彈藥打擊效能一直是武器裝備作戰(zhàn)使用研究的熱點問題，針對武器彈藥打擊效能試驗研究顯得尤為重要。為此，本文以某型坦克炮高原適用性試驗為依托，對其所配備的制式常規(guī)彈藥高原環(huán)境下的打擊效能試驗進行研究。某型坦克炮配備的常規(guī)彈藥主要是穿甲彈和殺傷爆破彈，高海拔條件對上述常規(guī)彈藥打擊效能有無影響？是降低了還是提高了？是一個非常值得研究的問題，打擊效能主要體現(xiàn)在命中精度和穿甲威力上，近年來多次高原地區(qū)適應(yīng)性試驗表明，無論是該型坦克炮所配備的制式常規(guī)彈藥還是其他型號坦克炮所配備的制式常規(guī)彈藥，在高海拔條件下命中概率都與平原地區(qū)基本相同，無明顯差異。因此，本文主要針對高原條件下穿甲彈的穿甲威力進行試驗研究。

結(jié)合某型坦克武器系統(tǒng)的射擊試驗，分別在平原地區(qū)和高原地區(qū)，對該型坦克炮所配備的制式穿甲彈和殺傷爆破彈進行了有效射程內(nèi)外彈道性能的初速和著靶速度（以下簡稱“著速”）進行了對比測試，對常規(guī)彈藥在高原地區(qū)作戰(zhàn)使用時打擊效能進行分析評估，希望能夠?qū)μ箍伺诔Ｒ?guī)彈藥在高原地區(qū)的作戰(zhàn)效能評估有所幫助和借鑒。

1 某型坦克炮穿甲彈和殺傷爆破彈高原適應(yīng)性試驗

歷次高原地區(qū)的射擊試驗結(jié)果都表明，屬于密封發(fā)射裝藥的直射武器所配備的常規(guī)彈藥，其外彈道軌跡、射擊精度和命中概率都與平原地區(qū)沒有明顯的差別，各次射擊試驗的結(jié)果也都達到了指標(biāo)要求。在射擊精度和命中概率滿足指標(biāo)和高原使用要求的前提下，我們又對該型坦克炮常規(guī)彈藥的主力彈種穿甲彈和殺傷爆破彈在高原環(huán)境下的著速與平原地區(qū)進行了對比測試，測試結(jié)果表明，穿甲彈和殺傷爆破彈在高原地區(qū)有效射程內(nèi)的著速相比平原地區(qū)有明顯的提高，而該項特性對作戰(zhàn)使用來講是有利的，它可以進一步提高對敵裝甲目標(biāo)打擊時的穿透率和打擊率。

測試結(jié)果表明，穿甲彈在平均海拔高度4 500 m的高原環(huán)境下射擊時，炮口初速變化不大，但彈丸的著靶速度要高于平原地區(qū)，在遠距離上的平均著速比平原地區(qū)高43 m/s，在近距離上的平均著速比平原地區(qū)高21 m/s。殺傷爆破榴彈在平均海拔高度4 500 m的高原環(huán)境下射擊時，同樣炮口初速變化不大，但彈丸的著靶速度要高于平原地區(qū)，在遠距離上的平均著速比平原地區(qū)高36 m/s，在近距離上的平均著速比平原地區(qū)高28 m/s，說明在高海拔條件下兩種彈的存速能力高于低海拔的存速能力，實戰(zhàn)時對敵裝甲目標(biāo)的打擊毀傷能力比平原更具有優(yōu)勢，殺傷爆破榴彈的打擊和毀傷力主要是著靶時的速度堆積力和彈丸的爆炸威力毀傷目標(biāo)，結(jié)果表明殺傷爆破榴彈在高原環(huán)境下的打擊能力和毀傷效果要高于平原。

2 穿甲彈在高原地區(qū)穿甲威力增益

2.1 穿甲威力影響因素

2.1.1 穿甲機理

由彈丸對裝甲碰擊引起的侵徹和破壞作用稱為彈丸的穿甲效應(yīng)。彈丸在侵徹靶板的過程可能出現(xiàn)3種情況：穿透、嵌入和跳飛。穿透是指彈丸貫穿靶板的現(xiàn)象；嵌入是指彈丸在侵徹過程中因某些原因，被阻止而停留在靶內(nèi)的現(xiàn)象；跳飛是彈丸能量不足或著角過大，其無法持續(xù)地侵入到靶板中，且靶板抗力的方向始終沒掃過彈丸的質(zhì)心，因此，彈丸就會在翻轉(zhuǎn)力矩作用下發(fā)生偏轉(zhuǎn)，從靶板表面脫離靶板的現(xiàn)象。

兩個在高速碰撞時不僅會發(fā)生應(yīng)力波的傳播，還會發(fā)生侵徹與貫穿現(xiàn)象。當(dāng)兩個物體相對碰撞速度較低時，僅會在碰撞處產(chǎn)生塑性變形，隨著碰撞速度的增大，較小的物體穿入以及穿透較大的物體。在撞擊體的撞擊速度達到某一極限值vE時，靶體或者彈體的一方接觸應(yīng)力達到壓縮屈服應(yīng)力而產(chǎn)生永久的變形。靶體在不同速度的彈體撞擊下經(jīng)歷各種現(xiàn)象，其中包括彈性波、塑性波、流動波的傳播，還有摩擦效應(yīng)及熱效應(yīng)，甚至是所伴隨的化學(xué)反應(yīng)及沖擊相變等多種動力學(xué)的過程。

對于薄靶元和中厚靶元而言，最常見的破壞包括初始壓縮波后造成的徑向斷裂破壞；脆性靶板層裂型、疥斑型、擠鑿型、正面或背面花瓣型、碎塊型及靶板孔口擴展等各種破壞。

初始應(yīng)力波大于極限壓力強度時，低密度和低強度材料的靶板會發(fā)生斷裂破壞；對于拉伸強度低于壓縮強度的靶板材料（如陶瓷），在撞擊中，初始應(yīng)力波之后會出現(xiàn)徑向斷裂破壞；層裂型破壞是由于當(dāng)壓縮波在外側(cè)表面反射后產(chǎn)生的材料拉伸破壞而造成；疥斑型破壞與層裂型破壞類似，但出現(xiàn)的地區(qū)往往與材料的布局不均勻性，或在延伸成型中所遺留的各向異性特性所造成的；擠鑿型破壞是彈體把靶板中大小與彈體截面差不多的一塊擠鑿出去造成的，當(dāng)彈體擠壓這塊靶板時，它和靶板主體相連接的環(huán)形截面上產(chǎn)生很大的剪應(yīng)力。由此突然產(chǎn)生的剪應(yīng)變發(fā)出熱量，在短暫的撞擊過程中這些熱量來不及逸散，從而大大提高了局部環(huán)形區(qū)域的溫度，降低了材料的抗剪強度，以致出現(xiàn)擠鑿型破壞，脆性薄板或中厚板受到鈍頭彈體撞擊時，最易發(fā)生擠鑿破壞；花瓣型卷邊破壞是在侵入體四周的靶板上，當(dāng)初始應(yīng)力波過去后產(chǎn)生的環(huán)向和徑向的高值拉伸應(yīng)力所造成的。撞擊體向前運動時，先把靶元的材料推向前去，從而造成靶板的彎曲，形成靶板的彎曲應(yīng)力，再加上靶板材料中存在的不均勻性，在其弱點上，這種彎曲應(yīng)力就造成花瓣型的卷邊破壞。當(dāng)尖拱形或錐形的彈體在較低的速度射向薄板時，最易出現(xiàn)這種破壞，當(dāng)鈍頭彈體在破壞極限速度附近撞擊薄靶板，也能出現(xiàn)這種破壞。花瓣型破壞總是伴隨著產(chǎn)生較大的塑性流動變形和板的永久的彎曲變形。如果彈體的撞擊速度較大，靶板背面隆起部分的拉應(yīng)力超過材料的拉伸強度，在彈體頂端四周產(chǎn)生星形裂縫，彈頭鉆出了靶板背側(cè)，靶板其余部分的拉應(yīng)力把已經(jīng)穿孔的邊緣拉住，造成背面的花瓣型卷邊破壞。硬度中等或較厚的厚板，穿孔破壞時兼有韌性破壞和層裂破壞的特性。除了靶元的破壞外，彈體也會產(chǎn)生如塑性變形、粉碎、彈殼炸裂或部分機能故障的損壞。

2.1.2 彈芯長徑比

一般而言，彈芯質(zhì)量一定時，長徑比越大，其在一定速度下的比動能越大，侵徹的效果越好，對有限厚靶的極限穿透速度也越低，有關(guān)實驗數(shù)據(jù)表明，對同一種彈體材料來說，如鎢合金桿，在一定的質(zhì)量下，長徑比由5增大到10時，極限穿透速度可減小13%，鋼桿可下降8%。長徑比對穿甲能力有明顯的影響：在同樣的著靶速度下，侵徹體長徑比越大，其相對侵徹深度越小。且在相同侵徹體長度條件下，長徑比越大，桿體單位長度獲得的侵徹深度越小，桿體的侵徹效率越低。大長徑比桿體的侵徹效率低，并不一定意味著它的侵徹深度小，對于一定質(zhì)量的侵徹體，在高速侵徹時，采用大長徑比盡管其侵徹效率低，由于其桿體長，它的總侵徹深度還是增大了。但在較低的碰靶速度時，采用大長徑比的桿體，總侵徹深度則不一定增大。

2.1.3 彈頭結(jié)構(gòu)及形狀

對鎢合金而言，垂直穿甲的速度大于1 200 m/s時，可以認為桿體頭部形狀對穿甲能力影響不大，但當(dāng)桿體對傾斜均質(zhì)靶，特別是對傾斜分層裝甲作用時，侵徹體頭部形狀對侵徹能力的影響比較明顯。合理的頭部形狀和結(jié)構(gòu)有利于對這些種類的靶板的開坑，防止跳彈，如彈頭部質(zhì)量相對集中時，則有利于對傾斜的均質(zhì)裝甲的開坑；合理的頭部結(jié)構(gòu)使桿體在侵徹分層裝甲時，僅有少量的質(zhì)量在碰擊薄板時消耗，將不影響或很少影響后續(xù)彈體的著靶姿態(tài)。

尖頭彈碰擊裝甲時常產(chǎn)生韌性穿甲，而鈍頭穿甲時，則易產(chǎn)生沖塞穿甲。由于尖頭部侵徹鋼甲時容易排擠開靶板的金屬材料，使其產(chǎn)生塑性流動。鈍頭彈由于作用面積大，應(yīng)力小，故不宜使金屬流動而利于剪切，但是究竟產(chǎn)生侵徹還是打出塞塊要看裝甲的相對厚度和機械性能。

2.1.4 著靶時的攻角

桿式穿甲彈侵徹斜置靶時，俯仰角和偏航角對侵徹能力均有影響。偏航角的存在不論正負對侵徹都是不利的；在俯仰角度保持一定時，隨偏航角的不斷增大，侵徹深度不斷降低。若規(guī)定桿式彈體軸線與靶面法向夾角減小的俯仰角為正，則當(dāng)俯仰角為正時，比不帶攻角的侵徹更為有利一些，稱為“有利攻角”所謂有利也僅是在較小的數(shù)值范圍內(nèi)才對侵徹有利。而俯仰角為負時，對侵徹總是不利的。

2.1.5 彈體質(zhì)量分布

彈丸中間質(zhì)量比兩端大時有利于侵徹，彈桿著速時速度較高，坑徑與彈徑之比較大，隨著速度的降低，其比值減小。中間粗兩頭細的彈桿，可以適應(yīng)坑徑的變化，提高侵徹效率，彈尾較細，在尾部參與侵徹時，雖然速度降低，但使比動能下降緩和，有利于提高侵徹效率。

2.1.6 靶板的機械性能

對于非均質(zhì)鋼甲，如果表層硬度大，則不論其背面的硬度如何，被彈丸沖擊時往往都是沖塞破壞，并且塞塊的變形小，其厚度接近靶板的厚度。隨著表層硬度的減小，鋼甲的破壞形態(tài)稍有改變，即彈丸侵徹較深時才開始剪切沖塞。若表層硬度繼續(xù)降低，就不再有塞塊產(chǎn)生而成為韌性破壞。

表1 穿甲彈平原地區(qū)遠距離彈丸初速及著速仿真計算結(jié)果（海拔1 300 m）

2.1.7 初速和著速的影響

穿甲彈屬于高速動能彈藥，其初速和著速的高低對目標(biāo)的穿透和打擊效能具有直接影響，初速和著速越高，對目標(biāo)的打擊毀傷效能越強，為此需要對彈藥穿甲威力和初速、著速的定量關(guān)系進行研究。

表2 穿甲彈高原地區(qū)遠距離彈丸初速及著速仿真計算情況（海拔4 500m）

2.2 不同海拔高度穿甲彈速度降仿真計算

對每一組的單發(fā)、平均值和射表標(biāo)定值進行仿真計算，給出計算的著速及誤差。計算條件如下：彈徑：0.023 m，彈重：3.775kg，i43=1.77，射擊距離：2400m。

從以上兩種情況可以看出，平均著速與在平均初速情況下的計算著速誤差最小，分別是20.1 m/s（海拔1 300 m）和6.5 m/s（海拔4 500 m）。在初速為1 515 m/s的情況下，海拔從0m變化到6 000 m，計算著速隨海拔高度的變化如圖1所示。從圖1可以看出，隨著海拔高度的增加，穿甲彈的存速能力在增加。

圖1 著速隨海拔高度的變化情況

計算結(jié)論：

在0m海拔高度情況下，計算著速為1406.4m/s；在6 000 m海拔高度的情況下，計算著速為1 455.3 m/s。這兩種情況下，計算著速相差48.9 m/s。說明在高海拔條件下穿甲彈的存速能力高于低海拔的存速能力，穿甲威力更具有優(yōu)勢。

2.3 穿甲威力計算

二代穿甲彈的威力指標(biāo)計算式為：

式中，P為穿深、L為桿長，V為著靶速度，通過計算可知，在高原海拔高度為6 000 m的條件下，穿甲彈的穿甲能力相對于在0 m海拔高度下的威力增益大約在5%。在4 500 m海拔高度相對于0 m海拔高度的威力增益在3.75%左右。

3 穿甲彈在高原地區(qū)穿甲威力研究結(jié)論

試驗及計算結(jié)果表明：該型穿甲彈在高原地區(qū)4 500 m海拔高度條件下，相對于0 m海拔高度的威力增益在3.75%左右。其打擊效益要高于平原地區(qū)。

4 結(jié)論

裝甲裝備是體現(xiàn)我軍地面進攻和防御的一種重要武器裝備，對提高我軍在現(xiàn)役裝備條件下有效打擊敵裝甲裝備的重要突擊力量，在保衛(wèi)我國神圣領(lǐng)土的任務(wù)里，高原作戰(zhàn)必不可少。為了完成和適應(yīng)高原作戰(zhàn)的需求，了解和掌握我軍裝甲武器裝備在高原地區(qū)的整體作戰(zhàn)能力勢在必行。希望本文所分析和探討的問題能夠?qū)ξ臆娧b甲武器裝備在高海拔環(huán)境條件下的作戰(zhàn)和使用提供參考和借鑒。

［1］汪國勝，肖潔，趙韜碩，等.坦克底盤角震動對火炮射擊精度影響機理研究［J］.火力與指揮控制，2016，41（3）：39-42.

［2］孫少斌，韓志軍，馮亞斌.坦克兵力行為智能體模型研究［J］.火力與指揮控制，2016，41（7）：179-183.

Experimental Study on Operational Effectivesness under Plateau Environment for Certain Type of Tank Cannon Equipped with Conventional Ammunition

WANG Zhao-xiang，CHANG Ying，F(xiàn)U Zhao-wang，CAO Ying-jun
（Unit63966 of PLA，Beijing 100072，China）

According to the plateau adaptation validation of a certain type tank cannon equipped with conventional ammunition，outside ballistic are analyzed of the retrofirt for operational use，the main state of play in the condition of high altitude.Test data are computed for compared between plains and the plateau region.Combat effectivesness are analyzed and evaluated for armor-piercing and killer blasting play ofthis tank.The reference of operational effectivesness are supplied for tank cannon equipped with conventional ammunition in the plateau region operational use.

tank cannon，plateau adaptation，power of penetrator，combat effectivesness

TJ38

A

1002-0640（2017）05-0173-04

2016-02-17

2016-06-19

王兆祥（1965- ），男，山西朔州人，高級工程師。研究方向：火力與火控系統(tǒng)試驗。