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防弹衣材料对枪弹侵彻威力的挑战
据报道，2005年中俄军事演习中，用AK47步枪在10m距离上射击俄方士兵装备的防弹衣，不能击穿。美军在伊拉克的士兵也装备了能防御AK47的防弹衣。高性能防弹衣的普及及装备，对枪弹的侵彻威力提出了严峻的挑战。
高速小口径枪弹和高性能纤维防弹衣同时出现在1960年代。半个世纪以来，它们都得到了快速发展。
自1960年代美军装备5.56mm小口径自动步枪以来，全世界掀起了一股小口径热潮。到目前为止，各国小口径武器已形成三大系列，即北约的5.56mm 口径、俄罗斯的5.45mm口径和中国的5.8mm口径。步兵班用武器小口径化，对部队战斗力的提高起到很大作用。但小口径枪弹的侵彻性能仅有局部提高，并没有明显的超越。
半个世纪以来，防弹纤维材料获得突飞猛进的发展，由最初的尼龙纤维发展到今天的芳纶纤维（凯夫拉）和超高分子量聚乙烯纤维。纤维的强度达到钢的16～18倍，弹性模量（称为模量）达到钢的4～5倍，是钢密度（7.8g/cm3)的1/8。纤维密度最小的达0.97g/cm 3，由于高强度、高模量、低密度纤维的飞速发展和工业化水平的不断提高，使防弹衣的防弹性能越来越好，质量越来越轻，价格越来越便宜。这为部队大量装备创造了条件。
另据报道，蜘蛛丝纤维的合成已经完成实验室研究，一旦完成工业化转换，防弹纤维的性能将会获得更大的提高。
枪弹和防弹衣这对矛盾主体的发展，应该引起轻武器界的高度重视。如果枪弹没有相应的技术进步与发展，不久的将来，将会出现矛不破盾的尴尬局面。
高性能纤维的优势
目前国际上主要使用的防弹纤维材料有两种：一是美国杜邦公司的芳纶纤维（主要成分是聚对苯二甲酸对苯二胺）；二是荷兰迪尼玛公司的超高分子量聚乙烯纤维（以下简称迪尼玛）。
高性能纤维的机械性能
芳纶、迪尼玛和钢的机械性能以及几种高性能纤维的强度和模量比较见下面的表和图。
从表中数据和图中看出，芳纶、碳纤维和迪尼玛的机械强度和弹性模量都比钢强很多。其中迪尼玛的性能更胜一筹。以迪尼玛SK77为例，它的强度是钢的17 倍，模量是钢的5倍，密度为0.97g/cm3，是钢密度（7.8g/cm 3)的1/8。。
再来看看高性能纤维的耐腐蚀性能。从迪尼玛和芳纶纤维耐腐蚀试验结果（见表2）可以看出，迪尼玛材料有很好的耐酸、耐碱等腐蚀性能。芳纶材料经不住强酸、强碱腐蚀，但对其他溶液的耐腐蚀性能还是很好。
防弹衣质量估算
按我国防弹衣军标要求和迪尼玛公司提供的资料，对防弹衣质量进行估算（见表3）。
按中国标准，防56式7.62mm普通弹V级防弹衣的质量为8.53kg，显然这个级别的质量不可能为部队普遍接受，只能在个别特定的条件下使用；使用迪尼玛材料，同等条件的V级防弹衣质量为4.37kg，这种质量级别的防弹衣，部队完全可以接受；迪尼玛材料质量约4.5kg的防弹衣,基本能防御各种自动步枪弹的侵彻。
此外，从迪尼玛公司提供的资料看，防M193普通弹要求的面密度为16kg/m2 。而防M193穿甲弹要求的面密度为25kg/m2。这说明弹头结构对防弹衣的侵彻是有影响的。
枪弹侵彻威力现状分析
枪弹威力是指枪弹侵彻威力和杀伤威力。侵彻威力又分为对硬目标的侵彻威力和对软目标的侵彻威力。对硬目标的侵彻威力用枪弹的速度（临界穿甲速度）和动能（潜在因素）来衡量。对软目标的侵彻威力用枪弹的断面比能衡量。用高强度、高模量纤维制造的防弹衣，属于硬目标？软目标？还是硬软均具备的综合性能目标？这一问题现在还无法判定，有待进一步研究。
现对两种枪弹的外弹道存速、存能和断面比能进行对比，概略分析枪弹侵彻威力的现状。
53式7.62mm普通弹和88式5.8mm机枪弹
53式7.62mm普通弹和88式5.8mm机枪弹在0～1000m的存速、存能、断面比能对比。
口径减小的最大优点是枪口冲量大幅度下降，53式枪弹的枪口冲量为11.9Ns，88 式枪弹的枪口冲量为6.5Ns，降低45％，枪的可控性得到根本改善。同时全弹质量由22g降到13g，减轻41％；
0～1000m全射程，53式枪弹的动能比88式高38～50％；
0～800m射程，88式枪弹的存速比53式弹高3～10％，900～1000m存速基本相同；
200～600m射程，88式弹的断面比能比53式弹高3～17％，其他射距53式弹比88式弹高4～12％。
总体分析：
（1）53式枪弹存能较88式枪弹高38～50％。动能虽是侵彻威力的潜在因素，不能直接表明侵彻威力的大小，但对防弹衣的侵彻作用是明显的。我们曾做过试验：在一定距离上，56式7.62mm枪弹和5.8mm普通弹不能穿透迪尼玛防弹衣，53式弹则能穿透。这说明对防弹衣的侵彻，动能也是一个不可忽略的因素？
（2）88式弹的存速和比能基本上与53式弹接近。88式枪弹弹头采用穿甲弹头结构设计，充分利用存速和断面比能的优势，使1000m处侵彻2mm厚的50号冷轧钢板＋25mm厚松木板2块达到53式弹的水平。
56式7.62mm普通弹与5.56mmSS109弹
56式弹是中间威力型枪弹，适用于自动步枪。56式弹与SS109弹在0～600m 的存速、存能、断面比能对比（见表5）。
从表5看出：
枪口冲量SS109弹枪口冲量较56式弹小24％，这是小口径枪弹共同的优点。
动能0～600m射程，56式弹的存能都大于SS109弹，但200～400m射程， 56式弹仅高出20～90J（3～11％）；
速度0～600m射程，SS109弹存速高于56式弹28～39％；
断面比能0～600m射程，SS109弹断面比能比56式弹高43～68％。
总体分析：
（1) 600m射程内，56式弹的存能比SS109弹略高，潜能相差不大，因此两种弹的能量属于同一数量级：
（2） SS109弹存速和断面比能分别比56式弹大28～39％和43～68％，这对侵彻硬目标和软目标都有利，因此对硬、软目标侵彻效果较56式弹好；
（3）按一般分析认为，SS109弹对防弹衣的侵彻威力应该比56式弹高。但试验结果表明，能防56式弹的防弹衣（V级）也能防SS109弹和5.8mm普通弹。因此，可以认为现今世界各国的自动步枪用弹，对防弹衣的侵彻都属于同一数量级。
小口径枪弹在有效射程内提高了存速和断面比能。这对侵彻以钢盔为代表的硬目标和以木板为代表的软目标十分有利，可以大大地提高侵彻效果。
但小口径带来的问题是外弹道存能降低，对防弹衣侵彻效果不理想。
当今，世界各国步枪实现小口径化，但小口径步枪弹对防弹衣的侵彻能力，基本上与56式7.62mm普通弹属于同一数量级，没有更大突破。因此，步枪弹对防弹衣的侵彻能力急待提高。
枪弹发展探索
防弹衣性能已经提高到相当高的水平，而且还在不断发展。但枪弹目前仍停留在小口径的旋风中，步枪小口径了，机枪小口径，手枪也小口径，并乘胜向微口径冲击。枪弹发展到现在，虽然有很大进步，但侵彻方式和性能都没有什么改变和提高。在这种矛不破盾的形势下，枪弹如何发展是值得认真思考的问题。
没有优良的弹药，哪来先进的武器。枪弹应该沿着什么方向发展？枪弹当前侵彻的主要目标是什么？枪弹应在什么射距上保证对这些目标的侵彻？当前枪弹研究与发展应该按什么步骤进行？在枪弹发展中，这些都是需要首先明确的问题。
确定侵彻目标，建立侵彻模型
当前，由于对枪弹侵彻的原理、方式、方法研究太少，没有适用的技术储备，面对高性能防弹衣，建立模型不可能一步到位。针对此情况，笔者认为应当分两步进行。
第一步，按照纤维头盔一侧加25mm厚木板模型结构考核枪弹的改进与提高。
第二步，建立防弹衣侵彻模型。防弹衣应按迪尼玛材料成衣的4～5kg质量确定标准防弹衣级别。
合理确定侵彻射距
提高防护层性能设计的侵彻模型不可能要求枪弹在全射程都能击穿。因此可以按照战场的实际情况进行合理处理，即把射程分为有效射程和常用射程。比如步枪弹有效射程600m，而在300m射距射击频率占86％，因此可将300m定为常用射程。有效射程终点能量侵彻模型可按破片模型设计，常用射程终点能量侵彻模型则按防弹衣或头盔模型设计。
终点侵彻模型和射距确定应由论证部门牵头进行论证，这是枪弹发展的基础。
枪弹发展方向
针对防弹衣侵彻目标，枪弹可从两个方向发展：
提高枪弹的侵彻能量在没有新的侵彻机理、结构等技术可借鉴的情况下，只有靠能量侵彻。增加能量的最好方式是加大口径，增加弹重。估计这也是美国新研制6.8mm口径武器的重要原因之一。当然增大口径必然带来冲量增加，弹头质量增大等弊病。
探索新的侵彻机理，寻求新的弹头结构种种迹象表明，弹头结构对防弹衣侵彻效果影响是很大的。如用54式 7.62mm手枪射击，初速同为420m/s，但钢心结构的51B式手枪弹的侵彻威力比 51式铅心手枪弹威力大得多。又如对于5.56×45mmM193铅心弹，迪尼玛防弹衣应达到的面密度为16kg/m 2，而对于5.56×45mm穿甲弹，迪尼玛防弹衣应达到的面密度为25kg/m 2。这说明，不同的弹头结构对防弹衣的侵彻性能有很大的区别，而在这方面还有很大的潜力可挖掘。
对高性能纤维的侵彻机理目前还是一片空白。因此应该尽快开展对高性能纤维的性质、侵彻过程中弹头的变形和纤维的破断等机理的专题研究工作，并从中寻求突破点，为弹头新结构探索创造条件。
据报道，2005年中俄军事演习中，用AK47步枪在10m距离上射击俄方士兵装备的防弹衣，不能击穿。美军在伊拉克的士兵也装备了能防御AK47的防弹衣。高性能防弹衣的普及及装备，对枪弹的侵彻威力提出了严峻的挑战。
高速小口径枪弹和高性能纤维防弹衣同时出现在1960年代。半个世纪以来，它们都得到了快速发展。
自1960年代美军装备5.56mm小口径自动步枪以来，全世界掀起了一股小口径热潮。到目前为止，各国小口径武器已形成三大系列，即北约的5.56mm 口径、俄罗斯的5.45mm口径和中国的5.8mm口径。步兵班用武器小口径化，对部队战斗力的提高起到很大作用。但小口径枪弹的侵彻性能仅有局部提高，并没有明显的超越。
半个世纪以来，防弹纤维材料获得突飞猛进的发展，由最初的尼龙纤维发展到今天的芳纶纤维（凯夫拉）和超高分子量聚乙烯纤维。纤维的强度达到钢的16～18倍，弹性模量（称为模量）达到钢的4～5倍，是钢密度（7.8g/cm3)的1/8。纤维密度最小的达0.97g/cm 3，由于高强度、高模量、低密度纤维的飞速发展和工业化水平的不断提高，使防弹衣的防弹性能越来越好，质量越来越轻，价格越来越便宜。这为部队大量装备创造了条件。
另据报道，蜘蛛丝纤维的合成已经完成实验室研究，一旦完成工业化转换，防弹纤维的性能将会获得更大的提高。
枪弹和防弹衣这对矛盾主体的发展，应该引起轻武器界的高度重视。如果枪弹没有相应的技术进步与发展，不久的将来，将会出现矛不破盾的尴尬局面。
高性能纤维的优势
目前国际上主要使用的防弹纤维材料有两种：一是美国杜邦公司的芳纶纤维（主要成分是聚对苯二甲酸对苯二胺）；二是荷兰迪尼玛公司的超高分子量聚乙烯纤维（以下简称迪尼玛）。
高性能纤维的机械性能
芳纶、迪尼玛和钢的机械性能以及几种高性能纤维的强度和模量比较见下面的表和图。
从表中数据和图中看出，芳纶、碳纤维和迪尼玛的机械强度和弹性模量都比钢强很多。其中迪尼玛的性能更胜一筹。以迪尼玛SK77为例，它的强度是钢的17 倍，模量是钢的5倍，密度为0.97g/cm3，是钢密度（7.8g/cm 3)的1/8。。
再来看看高性能纤维的耐腐蚀性能。从迪尼玛和芳纶纤维耐腐蚀试验结果（见表2）可以看出，迪尼玛材料有很好的耐酸、耐碱等腐蚀性能。芳纶材料经不住强酸、强碱腐蚀，但对其他溶液的耐腐蚀性能还是很好。
防弹衣质量估算
按我国防弹衣军标要求和迪尼玛公司提供的资料，对防弹衣质量进行估算（见表3）。
按中国标准，防56式7.62mm普通弹V级防弹衣的质量为8.53kg，显然这个级别的质量不可能为部队普遍接受，只能在个别特定的条件下使用；使用迪尼玛材料，同等条件的V级防弹衣质量为4.37kg，这种质量级别的防弹衣，部队完全可以接受；迪尼玛材料质量约4.5kg的防弹衣,基本能防御各种自动步枪弹的侵彻。
此外，从迪尼玛公司提供的资料看，防M193普通弹要求的面密度为16kg/m2 。而防M193穿甲弹要求的面密度为25kg/m2。这说明弹头结构对防弹衣的侵彻是有影响的。
枪弹侵彻威力现状分析
枪弹威力是指枪弹侵彻威力和杀伤威力。侵彻威力又分为对硬目标的侵彻威力和对软目标的侵彻威力。对硬目标的侵彻威力用枪弹的速度（临界穿甲速度）和动能（潜在因素）来衡量。对软目标的侵彻威力用枪弹的断面比能衡量。用高强度、高模量纤维制造的防弹衣，属于硬目标？软目标？还是硬软均具备的综合性能目标？这一问题现在还无法判定，有待进一步研究。
现对两种枪弹的外弹道存速、存能和断面比能进行对比，概略分析枪弹侵彻威力的现状。
53式7.62mm普通弹和88式5.8mm机枪弹
53式7.62mm普通弹和88式5.8mm机枪弹在0～1000m的存速、存能、断面比能对比。
口径减小的最大优点是枪口冲量大幅度下降，53式枪弹的枪口冲量为11.9Ns，88 式枪弹的枪口冲量为6.5Ns，降低45％，枪的可控性得到根本改善。同时全弹质量由22g降到13g，减轻41％；
0～1000m全射程，53式枪弹的动能比88式高38～50％；
0～800m射程，88式枪弹的存速比53式弹高3～10％，900～1000m存速基本相同；
200～600m射程，88式弹的断面比能比53式弹高3～17％，其他射距53式弹比88式弹高4～12％。
总体分析：
（1）53式枪弹存能较88式枪弹高38～50％。动能虽是侵彻威力的潜在因素，不能直接表明侵彻威力的大小，但对防弹衣的侵彻作用是明显的。我们曾做过试验：在一定距离上，56式7.62mm枪弹和5.8mm普通弹不能穿透迪尼玛防弹衣，53式弹则能穿透。这说明对防弹衣的侵彻，动能也是一个不可忽略的因素？
（2）88式弹的存速和比能基本上与53式弹接近。88式枪弹弹头采用穿甲弹头结构设计，充分利用存速和断面比能的优势，使1000m处侵彻2mm厚的50号冷轧钢板＋25mm厚松木板2块达到53式弹的水平。
56式7.62mm普通弹与5.56mmSS109弹
56式弹是中间威力型枪弹，适用于自动步枪。56式弹与SS109弹在0～600m 的存速、存能、断面比能对比（见表5）。
从表5看出：
枪口冲量SS109弹枪口冲量较56式弹小24％，这是小口径枪弹共同的优点。
动能0～600m射程，56式弹的存能都大于SS109弹，但200～400m射程， 56式弹仅高出20～90J（3～11％）；
速度0～600m射程，SS109弹存速高于56式弹28～39％；
断面比能0～600m射程，SS109弹断面比能比56式弹高43～68％。
总体分析：
（1) 600m射程内，56式弹的存能比SS109弹略高，潜能相差不大，因此两种弹的能量属于同一数量级：
（2） SS109弹存速和断面比能分别比56式弹大28～39％和43～68％，这对侵彻硬目标和软目标都有利，因此对硬、软目标侵彻效果较56式弹好；
（3）按一般分析认为，SS109弹对防弹衣的侵彻威力应该比56式弹高。但试验结果表明，能防56式弹的防弹衣（V级）也能防SS109弹和5.8mm普通弹。因此，可以认为现今世界各国的自动步枪用弹，对防弹衣的侵彻都属于同一数量级。
小口径枪弹在有效射程内提高了存速和断面比能。这对侵彻以钢盔为代表的硬目标和以木板为代表的软目标十分有利，可以大大地提高侵彻效果。
但小口径带来的问题是外弹道存能降低，对防弹衣侵彻效果不理想。
当今，世界各国步枪实现小口径化，但小口径步枪弹对防弹衣的侵彻能力，基本上与56式7.62mm普通弹属于同一数量级，没有更大突破。因此，步枪弹对防弹衣的侵彻能力急待提高。
枪弹发展探索
防弹衣性能已经提高到相当高的水平，而且还在不断发展。但枪弹目前仍停留在小口径的旋风中，步枪小口径了，机枪小口径，手枪也小口径，并乘胜向微口径冲击。枪弹发展到现在，虽然有很大进步，但侵彻方式和性能都没有什么改变和提高。在这种矛不破盾的形势下，枪弹如何发展是值得认真思考的问题。
没有优良的弹药，哪来先进的武器。枪弹应该沿着什么方向发展？枪弹当前侵彻的主要目标是什么？枪弹应在什么射距上保证对这些目标的侵彻？当前枪弹研究与发展应该按什么步骤进行？在枪弹发展中，这些都是需要首先明确的问题。
确定侵彻目标，建立侵彻模型
当前，由于对枪弹侵彻的原理、方式、方法研究太少，没有适用的技术储备，面对高性能防弹衣，建立模型不可能一步到位。针对此情况，笔者认为应当分两步进行。
第一步，按照纤维头盔一侧加25mm厚木板模型结构考核枪弹的改进与提高。
第二步，建立防弹衣侵彻模型。防弹衣应按迪尼玛材料成衣的4～5kg质量确定标准防弹衣级别。
合理确定侵彻射距
提高防护层性能设计的侵彻模型不可能要求枪弹在全射程都能击穿。因此可以按照战场的实际情况进行合理处理，即把射程分为有效射程和常用射程。比如步枪弹有效射程600m，而在300m射距射击频率占86％，因此可将300m定为常用射程。有效射程终点能量侵彻模型可按破片模型设计，常用射程终点能量侵彻模型则按防弹衣或头盔模型设计。
终点侵彻模型和射距确定应由论证部门牵头进行论证，这是枪弹发展的基础。
枪弹发展方向
针对防弹衣侵彻目标，枪弹可从两个方向发展：
提高枪弹的侵彻能量在没有新的侵彻机理、结构等技术可借鉴的情况下，只有靠能量侵彻。增加能量的最好方式是加大口径，增加弹重。估计这也是美国新研制6.8mm口径武器的重要原因之一。当然增大口径必然带来冲量增加，弹头质量增大等弊病。
探索新的侵彻机理，寻求新的弹头结构种种迹象表明，弹头结构对防弹衣侵彻效果影响是很大的。如用54式 7.62mm手枪射击，初速同为420m/s，但钢心结构的51B式手枪弹的侵彻威力比 51式铅心手枪弹威力大得多。又如对于5.56×45mmM193铅心弹，迪尼玛防弹衣应达到的面密度为16kg/m 2，而对于5.56×45mm穿甲弹，迪尼玛防弹衣应达到的面密度为25kg/m 2。这说明，不同的弹头结构对防弹衣的侵彻性能有很大的区别，而在这方面还有很大的潜力可挖掘。
对高性能纤维的侵彻机理目前还是一片空白。因此应该尽快开展对高性能纤维的性质、侵彻过程中弹头的变形和纤维的破断等机理的专题研究工作，并从中寻求突破点，为弹头新结构探索创造条件。