步兵武器战斗部的新发展

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  步兵便携式武器的战斗部,和对抗它们的防护系统一样,也是不断发展的。需要这些武器摧毁的目标的数量和类型比过去要多得多,特别是在近、中距离(50~500m)上对抗装甲战车和无装甲保护的部队。推动这一转变的主要原因之一是更加重视城区军事行动的需要。以下是需要对付的各种目标:
  单层或多层金属制造的装甲战车,由轧制均质钢、高硬度钢、铝或钛装甲板保护;
  复合装甲,用陶瓷、金属和纤维增强塑料等材料制造;
  由单层或多层爆炸反应装甲保护的装甲战车;
  用主动的或被动的附加防护套件保护的装甲战车;
  带电装甲,这种装甲的外表有几千伏的电场,能瞬间消散战斗部形成的金属射流;
  软皮或轻装甲车辆;
  开阔地或遮蔽物内的步兵;
  土木掩体;
  加固的混凝土掩体;
  用木材、砖、砂浆和煤渣砖等材料构筑的建筑物;
  用以上材料快速构筑的通向建筑物的通道;
  需要清理的复杂洞穴。
  为了摧毁这些不同的目标,多种类型的战斗部已经研制出来或者正在研制。其中有强化的冲击波/破片杀伤弹、新型温压弹、高密度成型装药战斗部、大炸高成型装药战斗部、可变结构战斗部、环状成型装药战斗部、多模式成型装药战斗部、爆炸成形弹药、随进战斗部、高爆碎甲/高爆塑胶战斗部、模块式爆炸穿甲弹、联合战斗部等。
  
  强化冲击波/破片杀伤效应
  
  第二次世界大战以来,对控制和强化战斗部的破片杀伤效应做了大量研究。控制破片杀伤效应并不依赖自然破片产生的随意性,而是依靠两项主要技术:一是控制破片的产生,例如内部刻槽或使特定部位变脆;二是在壳体内预制破片,例如预制立方体、椭圆体或棒体破片。采用这些方法可以提高战斗部的杀伤效应并赋予武器多种功能。但随之而来的主要问题是增加了战斗部的尺寸和质量、复杂性及成本。
  
  GTB-7S1温压弹(左)和PG-7MEP战斗部是保加利亚VMZ公司与瑞士RUAG合作研制的
  
  
  用CTH爆炸流体动力学区计算机程序模拟的典型成型装药射流形成过程
  
  RUAG为最新的M72 EC型(纳莫公司生产的66mm轻型反装甲武器)研制的钝感弹药高密度战斗部剖面图,该战斗部使武器的穿甲能力提高到500mm以上
  
  高速照相机拍下的PANDORA战斗部破坏爆炸反应装甲的照片,图中PTFE射流已经击穿爆炸反应装甲(右),图的左边可见正在延伸的铜射流
  
  通过采用先进的引信,也可以提高杀伤战斗部的效能,如利用不断缩小的电子装置和微电子机械系统技术就可以做到这一点。可以使战斗部在发射后规定的时间和距离内起作用。虽然定时和近炸引信对体积较大的导弹和火炮来说已不是新的技术,但是能够将它们装进直径小于 40mm的战斗部中,则是前进了一步。成功的例子有美国阿连特技术公司的25mm 空炸榴弹、新加坡技术动力公司的S418 40mm空炸榴弹、以及纳莫公司(Nammo)的40mm PPHE-T/SD空炸榴弹。
  其他取得进展的研究主要有可选起爆点和可变形战斗部。这两种战斗部都使破片集中射向一定的方向。可选起爆点是在战斗部的顶部、底部或周边起爆,将破片集中射向目标。可变形战斗部是在破片的外面、护壳的里面放置一层炸药,在适当的时刻从一侧起爆。这两种战斗部成本较高、较复杂,也许只适用于导弹。
  爆炸时除了产生破片以外还产生强大的冲击波。冲击波在开阔地将摧毁近距离的软目标,当然,对于这些目标,破片的致命性要大得多。但是在建筑物内,杀伤战斗部的冲击波常常会造成很大的破坏(取决于战斗部的尺寸)。增强杀伤战斗部的冲击波效应,通常是在爆炸装药内添加少量铝粉。这样,既可以增强冲击波和热效应,也不会过多降低破片的速度。附加大量铝的炸药被称为“非理想炸药”。
  
  新型温压弹
  
  高爆炸药的爆炸可以分成3个阶段。第一阶段是无氧阶段,持续数毫秒,炸药被震波打碎,随后的分子反应继续扩展爆炸波。第二阶段持续数百毫秒,也是无氧的,这时,未起反应的较大颗粒发生反应。第三阶段是有氧参加的,持续数毫秒。在这一阶段,原先没有反应的炸药颗粒与周围的空气起反应。
  第一阶段决定该高爆装药的高压震荡作用(例如推动金属药型罩或破片)。第二阶段延长高压冲击波脉冲时间,以提供摧毁建筑物和掩体所需的强大冲击力。第三阶段产生长时间的低压冲击并产生高温,两者对于毁伤器材和人员有很大作用。
  在温压弹中,第二和第三阶段得到强化。在炸药中增加各种燃料并添加氧化剂就能实现强化。燃料通常是很细的铝粉,但也能用硼、硅、钛、镁、锌、碳和碳氢化合物。典型的氧化剂是高氯酸铵。精心选配高爆炸药、燃料和氧化剂,就能产生用于摧毁多种目标的冲击波、破片和高温脉冲。
  
  Insys公司可变结构多用途战斗部方案,中央主装药被周边装药环绕,根据目标的类型,其作用范围可以较宽或较集中
  
  拉斐尔公司的破墙弹已被多种60mm和90mm 发射器采用。它采用爆炸成形圆环战斗部,可以在混凝土或砖墙上炸开一个洞让士兵快速进入建筑物
  
  “铁拳3-IT”是“铁拳3”的最新型号。其110mm串联战斗部可击穿有爆炸反应装甲保护的900mm轧制均质钢板,可对付T-80U这样的现代坦克。该反坦克火箭装有火控系统,对运动目标的作战距离达到600m
  
  冲击波的增强主要有两个原因。第一是燃烧之前燃料的散布广,与标准的高爆弹相比,其初始燃烧区很大。第二,虽然产生的压力峰值较低,但是作用时间要长得多。由于建筑物和人员对脉冲 种战斗部的热效应也胜过传统的高爆弹,火球的温度、产生的热流及其持续时间都是传统高爆弹的若干倍(大约大一个数量级)。
  公认的第一种温压武器是俄罗斯图拉仪器设计局(KBP)研制的什米尔步兵火箭火焰喷射器,于1984年装备部队。后来也为RPG-7火箭筒(保加利亚GTB- 7)和一次使用的RShG-1火箭筒研制了这种战斗部。原先的俄罗斯温压装药是半液态的混合物,其成分有黑索金、铝和硝酸异丙脂。而大多数现代温压弹装药是固体的。
  西方国家较晚才注意到温压弹。如今瑞士RUAG公司、美国Tally公司和其他许多公司正在积极地研制温压弹。RUAG公司已利用其“星状爆炸”技术,研制出可以称为第三代温压弹的产品。据RUAG公司称,这是一种非理想炸药的混合物,而且是单循环系统,该装药的能量输出是俄罗斯单循环系统的3倍。可用于制造从该公司的模块式爆炸穿甲弹MKⅡ到迫击炮弹等多种弹药。
  
  成型装药战斗部
  
  成型装药
  成型装药的研究一直非常活跃。成型装药的研究方向有:缩短装药的长度(使武器更加紧凑)、采用双材料药型罩(破坏爆炸反应装甲并提高穿甲后效)、大炸高穿甲能力(摧毁附加防护套件等)。
  成型装药战斗部靠射流穿透装甲。射流穿透装甲的能力取决于3个主要参数:射流速度、射流材料和射流长度。由于这些主要参数的可变性,决定了提高战斗部的穿甲能力是一项复杂工作。但是利用先进的“爆炸流体动力学区计算机程序”,这项任务和新战斗部的设计就比较容易完成。
  通过控制爆轰波也能显著提高成型装药的性能。一种方法是在炸药中加入障碍材料,另一种方法是采用某种先进的起爆方式。障碍材料可以将爆轰波导向装药的周边,因此在装药的周边出现环形爆轰波,导致射流获得更高的速度和更大的速度梯度。先进的起爆方法采用多点起爆装置,它可能是连续的周边起爆药、环形起爆药,或者是起爆药矩阵。这些起爆装置可以放在战斗部本体的顶部、底部或其他地方。周边起爆和环形起爆提高射流穿甲能力的方法与前述的障碍法相同。矩阵法(也可能包括单个起爆点时间控制)能够更大程度地控制射流的形态和速度;障碍法是提高射流性能的一种简单的方法,但是不能灵活对付不同的目标;多模式起爆法有很好的目标适应性,但是要复杂得多。
  高密度成型装药战斗部
  高密度装药具有与标准装药相同的性能,但是可以大大缩短长度。高密度装药可以采用新的药型罩外形,并采用先进的干扰或起爆方式。药型罩长度和质量的减少增强了全武器系统的便携性和机动性。
  
  戴尔公司为“铁拳3”研制的“掩体破坏者”战斗部剖面图。跟进杀伤装药放在主空心装药之后
  
  
  基本型MEP爆炸装药,长杆动能穿甲弹心装在火箭弹的壳体内
  
  
  大炸高成型装药战斗部
  像俄罗斯Kazt(角斗场)和Drozd-2(摔打-2)这样的附加防护套件(DAS)的出现,给反装甲提出了新的问题。已经发现,在炸药和药型罩区域内,成型装药战斗部对外来的物体非常敏感。如果来自DAS的破片进入这个区域,战斗部的穿甲能力将大幅度下降。因此解决办法只有两个,要么战斗部需要护甲(由于肩射武器受成本和质量限制并不可行),要么战斗部能够在DAS壳层之外起作用。
  Insys公司采用大炸高的方法来解决这一问题。该公司研制出了能够产生长度为药型罩直径80~100倍的连贯射流。对于直径为100mm的战斗部,射流长度为8~10m。虽然没有提供速度(随之而来的是穿深)数据,但这种战斗部攻克现在的DAS的潜力是显而易见的。
  PANDORA(穿甲但不起爆反应装甲)战斗部
  1980年代以来,Insys公司开发的另一产品是PANDORA(穿甲但不起爆反应装甲)战斗部。PANDORA战斗部的双材质药型罩由铜和特氟隆(PTFE,聚四氟乙烯)构成。该装药药型罩锥顶的一半是PTFE,另一半是铜。起爆时,两种材料产生最终分开的两个射流,低密度的PTFE射流在铜射流的前面。PTFE射流撞击爆炸反应装甲,将它击穿但不引爆,留下一个洞供铜射流通过去以付主装甲。
  
  可变结构战斗部
  
  可变结构战斗部是Insys公司正在研制的一种战斗部。该战斗部装有一个面朝前的中央装药和多个围绕战斗部轴线放置的周边装药。中央装药和周边装药可以是同一类型的装药,也可以是不同类型装药的组合。到达目标时,装药受机械的或爆炸的作用向目标张开。
  改变中央装药和周边装药之间张开的角度,可以改变战斗部的作用区域(从细束到分散)。当中央装药和周边装药之间的角度合适时,所有炸药的威力都集中到目标上。由于爆炸威力和投射的能量都集中投向目标,因此这种战斗部比大多数战斗部要有效得多。
  
  环状成型装药战斗部
  
  德国代那买特·诺贝尔公司和以色列拉斐尔公司合作,研制出破墙环状成型装药战斗部,设计该战斗部的目的是在墙上炸开一个人体大小的洞,而不造成建筑物的过度损坏。该战斗部装有2.5kg炸药,有效射程15~50m,不仅应用于“铁拳3”(Pzf 3),而且应用于该公司的RGW60(60mm)和Pzf 90(90mm)一次性使用的发射器。
  
  多模式成型装药战斗部
  
  代那买特·诺贝尔公司以其装有成型装药战斗部的“铁拳3”多用途反坦克火箭而闻名于世。其基本型号的战斗部装有1.5kg高爆装药,能穿透800mm以上轧制均质钢板。将战斗部前面的炸高探头缩进,可将反坦克型改变为反建筑/反掩体型。“铁拳3-T”(串联)型的不同之处是在探头上装有附加的前置成型装药,能穿透爆炸反应装甲而不会引爆它。最新的型号是“铁拳3-IT”(改进的串联型),伸出的探头有较大的炸高,该战斗部可穿透爆炸反应装甲后面的900mm轧制均质钢板。
  实现多模式战斗部的途径之一是在战斗部内设置可移动的“射流干扰器”。这一方法已经应用于戴尔公司的“掩体破坏者”战斗部。干扰器在适当的位置会干扰射流的形成。将射流干扰器与炸高探头的延伸机构连接,武器就可以按射流模式(探头伸出)攻击重装甲,否则就按干扰模式(探头缩进)破坏轻装甲或建筑物。
  
  爆炸成形弹药(EFP)
  
  这是成型装药作用的扩展。对EFP来说,整个药型罩变成一个弹丸而不是射流加金属小块的联合体。这通常是通过增加药型罩的厚度和减小药型罩锥顶角来实现的。虽然EFP不能击穿很厚的装甲,但是它可以穿出较大的洞,造成更大的穿甲后效。这在 1000倍药型罩直径炸高范围内都可以做到,使EFP可以作为 “飞越及顶部攻击”导弹的战斗部及对抗DAS的武器。
  目前EFP的研究主要集中在多点起爆、新型药型罩及其材料、爆炸装药等方面。
  EFP研究的另一个领域是采用具有较大密度和较好动态特性的新型药型罩材料。与反坦克动能弹类似,密度增加将提高穿甲能力。
  
  随进战斗部
  
  这一类型的战斗部用成型装药或EFP装药在目标上炸开一个洞,然后,其延时爆炸的冲击波/破片或温压弹通过这个洞进入目标内部。初始的定向能装药的作用以及随后跟进炸弹(FTB)的爆轰可摧毁目标或使目标失能。
  至少有3种武器使用了FTB弹药。它们是德国“铁拳3”、以色列IMI的 Shipon和B-300。RUAG公司和Insys公司也在研制这种弹药。Insys研制的FTB的不同之处在于,它可以在成型装药炸开的洞内爆炸,如果该FTB装有足够的炸药,用它可以炸出足够大的洞供士兵进入建筑物。RUAG的武器将多功能/多用途装药和MEP(模块式爆炸穿甲弹)结合在一起,构成一种能力强大的系统。
  
  HESH/HEP(高爆碎甲/高爆塑胶)战斗部
  
  虽然HESH/HEP(高爆碎甲/高爆塑胶)战斗部对轻装甲、掩体和建筑物具有很高的效能,但是只有少量的武器使用这种战斗部。撞击目标时,HESH/HEP战斗部压扁成蘑菇状,数毫秒之后战斗部底部的引信发火,爆轰波作用于与战斗部密切接触的目标。对于较薄的目标,防护材料变形并最终被破坏,高压爆炸燃气进入目标内部,同时进入目标内部的还有被加速的防护材料碎片。
  对于比较厚的目标,炸药爆炸产生的震波作为压缩激波直接穿过防护材料,然后撞击目标的后部并反射,反射波不再是压缩波。如果防护材料没有足够的抗拉强度,它就会被破坏并导致其碎片以高速在目标内部投射。
  目前只有3种武器采用这种攻击模式,它们是Tally公司的发射HEDP弹的 SMAW、代那买特·诺贝尔公司的RGW 60、由新加坡防务科学与技术局(DSTA)和代那买特·诺贝尔公司合作开发的 MATADOR系统。
  MATADOR是一种质量为8.9kg的便携式一次性反装甲武器,采用90mm双功能可变形成型装药。在反装甲模式时,用炸高探头以一定的炸高起爆;在反掩体模式时,战斗部像HESH弹一样二次变形贴在目标上,经过预先确定的一段时间之后,底部引信起爆,可以在双层砖墙上炸开一个直径450mm的洞。
  尽管使用HESH弹会有额外破坏的危险,但是在城区作战中,它能高效摧毁目标,而且比其他攻击方式要简单得多,在战斗中这一点才是最重要的。
  
  模块式爆炸穿甲弹(MEP)
  
  MEP方案是南非为研制FT5轻型反坦克武器系统的HEMP(高爆多用途)弹而提出的。此后,RUAG进一步发展了该设想,为RPG-7和“铁拳3”研制出MEP 弹。HEMP和RUAG的MEP弹以相似的方式起作用。战斗部撞击目标时,战斗部壳体的头部被压碎,内部的弹头靠动能贯穿目标,在延时数毫秒之后,延时引信起爆穿甲弹头内部的爆炸装药,使弹头形成碎片并产生很大的冲击波。
  RUAG公司的MEP MKⅠ低速(150m/s)40mm次口径穿甲弹用于在爆炸之前穿透城区建筑物、掩体(包括 250mm厚钢筋混凝土墙、375mm厚砖墙、用1.2m厚沙袋保护的土木掩体、12.5mm厚轧制均质钢板或50mm厚的轻装甲),以在障碍物后产生破片和冲击波效应。也能装引信使它在碰到墙时爆炸,炸开一个直径762mm的洞供士兵进入。
  RUAG公司的MEP MKⅡ已经成功地装进多种不同火箭发射器的战斗部中。这些火箭发射器有:瑞典萨伯·博福斯动力公司的AT4 CS、德国代那买特·诺贝尔公司的“铁拳3”、俄罗斯的RPG- 22。
  MKⅡ的智能引信也使MEP能在墙内爆炸,使它成为“破墙者”,产生一个能进人的洞。这种新技术也应用于RUAG的“Ka-Bar”结构,这种结构是在强化的壳体内与串联战斗部结合,在对付坦克时作为串联成型装药起作用,在对付建筑物时作为MEP起作用。
  
  联合战斗部
  
  联合战斗部也叫作多效应战斗部,通常是3类主要战斗部(冲击波、破片和成型装药)的合并,产生一种“万能博士”战斗部。虽然在任何单一类别的战斗部中它都不是最好的,但是它确实可以做到用一种武器攻击战场上的多种目标。美国陆军军械研究、发展与工程中心研制的一种联合战斗部,壳体做得足够结实,可以在爆炸之前穿过轻质目标而保持良好的杀伤性能。在后置中央雷管和成型装药之间有一个惰性屏障,使成型装药部分具有与密集装药同等的穿甲能力。引信能够用与Tal ly公司的HEDP弹相同的方法探测目标。据推测,该战斗部的爆炸装药中也有可增强冲击波效应的铝成分。
  RUAG公司提出的多用途战斗部方案也是一种联合战斗部,其主装药(成型装药)有产生破片的外壳,后面有跟进的MEP。有关RUAG多用途装药的资料表明,它应该是周边起爆(障碍法)的高密度成型装药,并装有预制破片和双材质药型罩,可提高破甲后效。
  TDW公司(美国EADS公司的德国子公司)是多用途战斗部的众多开发商之一。TDW公司的总裁兼首席执行官赫尔穆特·马西格博士称这种战斗部为“将成型装药、穿甲和冲击波/破片装药结合在一起的三重效应战斗部,既用于破坏重装甲,又能以强化的冲击波效应杀伤各种障碍物(例如轻装甲、砖墙、沙袋等)后面的敌人”。该战斗部还可攻击雷达、卡车、导弹和直升机,以及小型护卫舰、巡逻快艇、近岸快速攻击艇,这对于海军陆战队的部队保护或反侵袭特别有意义。
  TDW设计的战斗部口径大约150mm,适用于米兰、霍特(HOT)或 TRIGAT(第三代反坦克武器)级制导武器的改型。这种战斗部可以改变尺寸用于其他形式的步兵武器,但是有关人士认为,不可能将这3种效应合并在口径小于100mm的战斗部中。
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