组装作用

工作机理

温压战斗部

空心装药战斗部(提高射流侵彻能力的途径 几种重点开发的空心装药战斗部)

碎甲战斗部

模块化装药侵彻战斗部

综合效应战斗部

变几何形战斗部

组装作用

在车臣战争和伊拉克战争中,许多战斗都发生在人口聚集、街巷纵横、高楼林立的城市环境中,重型、远程武器往往派不上用场,步兵便携式武器就变得吃香起来。 在城市战条件下,步兵便携式武器要用来对付形形色色的目标。典型的目标包括暴露和隐蔽的步兵、未披挂装甲的普通车辆、轻型装甲车、重型装甲车(通常披挂一层或多层由轧制均质钢、高强度钢、铝或钛等制成的金属装甲,或披挂由陶瓷、金属和纤维增强塑料等制成的复合装甲,有的还另外披挂一层或多层爆炸反应装甲),以及装备主动防护系统的装甲战车、披挂电装甲的战车等。典型目标还包括土木掩体、混凝土掩体,由木头、砖块、水泥和煤渣建造的建筑物及其入口,以及复杂的地下设施。为了对付上述目标,已经研制出或正在研制多种类型的战斗部。如爆破/杀伤战斗部、温压战斗部、空心装药(包括多模空心装药、紧凑空心装药、防区外空心装药)战斗部、爆炸成形弹丸战斗部、串联战斗部、碎甲战斗部、模块化装药侵彻战斗部、综合效应战斗部、变几何形战斗部等。它们对不同的目标有不同的作战效果,如右表所示。

工作机理

爆破/杀伤战斗部综合了两种传统战斗部——爆破战斗部和杀伤战斗部的毁伤机理,引爆时除了形成强烈的冲击波外,还会产生大量高速飞行的破片。在开阔地带,破片能大面积杀伤人员等软目标,而爆破效应的杀伤范围相对较小,在建筑物内部等封闭空间,两种效应都能造成巨大破坏。不过,由于战斗部重量和尺寸的限制,这两种效应不容易完全兼顾,增强一种效应时要尽可能避免对另一种效应造成影响。在装药中添加少量铝粉能有效增强爆破效应,同时不会明显降低破片的飞行速度。

相应的研究工作主要集中在控制和增强破片效应上。战斗部壳体自然破碎所产生的破片,大小和分布都非常没有规律,严重影响了战斗部的整体杀伤效果。目前,主要有两种控制破片大小的方法:一种是预先在战斗部壳体上开槽,形成一定图样的沟纹,当战斗部爆炸时主要从沟纹处断裂,产生预定大小的破片,另一种方法是将预制破片预先装入战斗部内,在爆炸时高速射出。这两种方法都能有效增强破片效应,但战斗部的复杂性和成本也随之增加。

正在研究两种新方法——选择起爆点和破片变形——来控制破片的空间和速度分布,使它们沿预定的方向飞向目标。前一种方法,是将起爆点选在战斗部的端部、底部或四周,爆炸时破片集中飞向目标,后一种方法,是在战斗部内表面加入一层炸药,其外部是破片、内部是保护性衬里,爆炸时使破片向起爆的相反方向变形,从而增强杀伤力。这两种方法都较为复杂、昴贵,目前仅适用于反飞机弹药和导弹的战斗部。

值得一提的是,随着电子器件尺寸越来越小,特别是微机电技术的迅速发展,国外开始为小口径破片战斗部引入先进的定时与近炸引信,使战斗部在特定的时间和距离上引爆,从而提高杀伤效果。目前,美国XM25和XM307榴弹发射器的25毫米空爆弹、新加坡ST动力公司的S418 40毫米空爆弹以及挪威劳福斯弹药公司的PPHE-T/SD 40毫米空爆弹,均采用了这种引信。

温压战斗部

温压战斗部是一种增强爆破战斗部,引爆时会发生剧烈燃烧、向四周辐射大量热量,同时产生持续的高压冲击波,特别适用于杀伤封闭空间内的人员,而且对建筑物、掩体等目标造成严重破坏。与传统的爆破战斗部相比,温压战斗部在高爆炸药中添加了大量燃料和特殊的氧化剂:燃料通常采用精细研磨的铝粉,也可使用硼、硅、钛、镁、锆、碳粉以及碳氢化合物等;氧化剂往往采用高氯化氨。

温压战斗部之所以会产生持续的高压冲击波和高热效应,缘于以下三个原因:首先是燃料在燃烧之前会在爆炸波作用下大面积扩散,使得燃烧区域比标准高爆炸药要大得多,通常前者以米计算,后者仅为毫米级;其次,尽管这种高压 冲击波的峰值压力较低,但持续时间要长得多,而人员等软目标对冲击波的忍受能力随时间增加而迅速减小;第三,温压

炸药与标准高爆炸药相比,爆炸火球的温度和持续时间均高出数倍甚至1个数量级。

世界上第一种温压武器问世于1984年,是前苏联图拉仪器仪表制造与设计局研制的93毫米口径PRO-A温压火箭弹,由“施米尔”(SHMEL)近程火箭弹发射器发射。后来,前苏联还推出口径分别为93毫米、105毫米的TBG-7和RShG-1温压榴弹。保加利亚则在TBG-7基础上开发了GTB-7温压榴弹,二者均可由RPG-7榴弹发射器发射。不过,与现代温压装药多为固体形式不同,早期的温压装药多为半液体的浆糊状。

西方国家在发展温压战斗部方面起步较晚,但近年来奋起直追。瑞土RUAG公司正在研制采用所谓“星爆”(Starblast)温压装药的第三代温压武器。据称,这种温压装药的输出能量是前苏联早期温压装药的3倍,可用于火箭弹、榴弹、迫击炮弹等多种弹药。该公司还与保加利亚VMZ公司合作研制了GTB-7S1温压战斗部。在美国,塔利防御系统公司为美国海军陆战队和陆军开发了多种温压战斗部。例如,该公司针对发射83毫米火箭弹的“肩射式多用途攻击武器”(SMAW),于2001年演示了适用于攻击洞穴和掩体目标的SMAW—HIT温压战斗部,2002年完成了SMAW NE双用途温压战斗部的研制与试验;后来又为陆军开发和演示了一种被称为“掩体打击弹药”(BDM)的单一式温压战斗部,用于“一次性肩射式多用途攻击武器”(SMAW-D)。目前,该公司正在利用温压战斗部改进M72轻型反装甲武器(发射66毫米火箭弹),并计划推出M72 NE和M72 HH两种变型。M72 NE在原来的单一式战斗部内“添加一种高性能温压装药,并采用具有目标识别能力的引信”,这种引信在战斗部撞击薄墙时会发出延迟信号,只有撞击经过加固的目标时才会引爆战斗部;M72 HH采用固体和半液体混合式温压装药,能产生持续时间较长的热效应,演示温度已达到150℃、持续时间6秒。

空心装药战斗部

空心装药战斗部通常采用金属药形罩,装药起爆后产生的爆轰波挤压药形罩顶部,形成侵彻装甲的射流,因此具有出色的反装甲能力。对空心装药战斗部的研究一直非常活跃,目前的工作重点是提高射流的侵彻能力,开发多模空心装药、紧凑空心装药、防区外空心装药战斗部。近年,国外纷纷采用计算机模拟设计工具进行提高射流侵彻能力的研究。只有在完成计算机模拟试验并确定最终设计方案后,才会付诸实际试验和生产,这就大大节省了设计成本和时间。

提高射流侵彻能力的途径

对于一定的装甲目标,射流侵彻能 力主要依赖于射流的速度、材料和长度三个因素。其中,射流速度取决于装药材料和起爆模式、药形罩材料和厚度以及空腔的角度和形状;射流材料的密度和动力特性影响侵彻过程;射流长度则取决于射流速度和射流材料。提高射流侵彻能力的技术途径主要有:

(1)改进炸药装药,使其具有足够高的爆炸压力和速度,能对药形罩施加足够的压力而形成射流。国外最新推出的LX-19 PBX炸药装药由95.8%的CL-20炸药和4.2%的聚氨基甲酸乙酯弹性纤维粘合剂混合而成,能有效增加射流长度和射流速度、从而增加侵彻深度,缺点是较为敏感。RUAG公司将获得专利的均衡挤压技术和紧密装配工艺用于空心装药战斗部,有效提高了炸药装药的密度和均匀性,能提供更快的爆炸速度并使爆轰波均匀传播,带来“完美的射流和出色的侵彻能力”。英国和瑞典陆军的MBT-LAW火箭弹、瑞典陆军的“比尔2”反坦克导弹和美国陆军的“精确制导迫击炮弹药”(PGMM),均采用了RUAG公司的空心装药战斗部。

(2)在炸药装药中加入阻隔材料或采用多点起爆系统,通过控制爆轰波射流来改善侵彻能力。阻隔材料使爆轰波向炸药装药四周传播并形成超环面形状。这种爆轰波快速作用在药形罩上,使之加速向内变形,从而为射流提供更大的速度和速度梯度,最终形成更长的射流。多点起爆系统采用多个起爆药,这些起爆药以球状、环状或矩阵状排列,置于战斗部的顶部、底部或其他位置。相比而言,使用阻隔材料是一种较为简易的方法,但无法针对不同的目标提供足够的灵活性,多点起爆技术的优缺点则正好相反。德国动力诺贝尔防务公司和以色列拉法尔武器发展局合作研制的“穿墙者”空心装药战斗部,采用环状起爆技术,能在墙壁上穿出一个人体大小的洞,而且不会对墙壁造成其他结构性破坏。这种战斗部已用于动力诺贝尔防务公司的Pzf 3火箭弹发射器以及RGW60和Pzf 90一次性发射器。

(3)采用双物质药形罩,以对付爆炸反应装甲、提高装甲后效应。如英国Insys公司的“反应装甲侵彻与非爆炸”(PANDORA)战斗部,药形罩顶部一半是聚四氟乙烯、另一半是铜,起爆时产生两股射流。聚四氟乙烯射流率先攻击爆炸反应装甲,穿出一个孔但不会引爆装甲;铜射流则“畅通无阻”地穿过爆炸反应装甲,攻击后面的主装甲。

(4)采用所谓的“药形罩破坏装置”干扰射流的形成,使射流分散或者将空心装药战斗部变为爆炸成形弹丸战斗部。破坏装置与战斗部端部的探头伸缩机构相连,当探头伸出时,战斗部在射流模式下攻击重型装甲,探头缩回时,则在“破坏”模式下攻击建筑物和轻型装甲。

几种重点开发的空心装药战斗部

(1)多模空心装药战斗部。有两种以上的工作模式,可对付多种目标。它可以利用上面提到的多点起爆系统,也可以采用“药形罩破坏装置”。迪尔弹药系统公司的试验型Bunkerfaust战斗部采用了后一种方法,实际上是一种串联战斗部。

(2)紧凑空心装药战斗部。利用新型药形罩、先进阻隔材料或先进起爆技术,可以减小装药长度,从而减小整个武器系统的尺寸和重量。这种紧凑装药在性能上和标准装药相差无几。

(3)防区外空心装药战斗部。主动防护系统(如俄罗斯“竞技场”和“鸫2”等)的出现对空心装药战斗部提出了新的挑战。研究发现,空心装药战斗部对进入装药或药形罩区的外来物体异常敏感。一旦主动防护系统发射一个直径5毫米的球状破片进入装药或药形罩区,就可以使战斗部的侵彻深度减小70%～90%。若使战斗部“装甲化”,会大大增后面800毫米厚的轧制均质装甲。TOPl00战斗部还被保加利亚用于改进俄罗斯9M111反坦克导弹,其前驱装药能穿透第二代爆炸反应装甲,随进装药随后侵彻850毫米轧制均质装甲。RUAG公司的新发明还被用于法国改进型APILAS 112毫米肩射式火箭弹和保加利亚Malyutka 2000火箭弹所用的串联战斗部。Malyutka 2000的战斗部重2.8千克,配有直径120毫米、长径比为1的随进装药,据信能穿透位于第二代爆炸反应装甲后、厚度850毫米以上的轧制均质装甲。

以色列军事工业公司的Shipon和B-300火箭弹发射器也都采用串联战斗部。美国海军陆战队装备的“肩射式多用途攻击武器”(SMAW),就是以B-300火箭弹发射器为基础。

碎甲战斗部

碎甲战斗部能有效对付轻型装甲、掩体和建筑物,杀伤目标后面的人员。其壳体一般为低碳钢,炸药为塑性炸药;撞击目标时壳体破碎,炸药变形并粘贴到装甲上,数毫秒后,引信点火,炸药爆炸产生的高速压缩冲击波会在目标中形成反射,最终穿透目标并在目标后面产生高速飞行的碎片。不过,目前只有少数步兵便携式武器采用碎甲战斗部,包括美国“肩射式多用途攻击武器”、德国RGW 60一次性发射器和新加坡“便携式反坦克破门” 武器(MATADOR,或译为“斗牛士”)。

“肩射式多用途攻击武器”可以使用多种弹药,其中双用途榴弹(HEDP)采用碎甲战斗部,并配有目标敏感引信。针对硬目标,双用途榴弹按碎甲模式引爆高爆炸药,针对软目标则采用延迟爆炸模式。

RGW 60发射60毫米弹药,其基本型高爆反坦克战斗部可穿透300毫米厚的轧制均质装甲;高爆反坦克-多用途型战斗部可穿透100毫米的轧制均质装甲,同时产生270个预制破片;碎甲战斗部装有500克炸药,能在墙壁上打出直径超过400毫米的洞。

MATADOR由新加坡国防科学技术局和动力诺贝尔防务公司联合研制,2004年9月正式公开露面,计划用于替代新加坡武装部队80年代装备的“阿姆勃路斯特”(Armbrust)近程反坦克武器。它以Pzf 90一次性发射器为基础,重8.9千克,发射90毫米弹药,采用2.6千克重的双用途战斗部,兼具反装甲和反结构能力。在延迟/碎甲战斗部模式时,能在双层砖墙上打出直径450毫米的洞,在撞击/高爆反坦克战斗部模式下,可攻击轻型坦克和装甲人员运送车。需要说明的是,MATADOR作为一种专门为城市战需要而研制的武器,能在14米2的狭小空间内开火,配有精确光学瞄准装置,有效射程达500米,能在-40°C～+63℃的环境下使用。其初速提高到250米/秒,从而减少了风的影响。

另外,拉法尔武器发展局最近研制的“掩体破坏者”弹药,采用60毫米碎甲战斗部,适用于对付混凝土掩体、土木掩体或轻型装甲车。其引信有两种工作模式:长延时模式用于对付软目标,短延时模式用于对付装甲目标。

模块化装药侵彻战斗部

南非丹尼尔公司为FT5轻型反坦克武器系统研制多用途榴弹(HEMP)时,最先发明了“模块化装药侵彻”(MEP)概念:撞击目标时,战斗部外壳破碎,里面的侵彻弹丸利用动能在目标上钻孔。经过数毫秒延迟后,时延引信引爆弹丸内的炸药装药,使弹丸外壳破裂,并产生具有相当威力的爆破效应。据说,该公司的模块化装药侵彻战斗部能侵彻12～20毫米厚的钢装甲、300毫米的加强混凝土或1.5米的土木加固工事。

此后,RUAG公司进一步发展了这一概念,研制了用于RPG-7榴弹发射器和Pzf 3火箭弹发射器的模块化装药侵彻战斗部。该公司的Mkl型(基本型)模块化装药侵彻战斗部用于40毫米次口径弹药,按设计能穿透掩体(如250毫米厚的双层混凝土、375毫米的三层砖墙或1.2米的沙袋保护层)和轻型装甲(12.5毫米轧制均质装甲或50毫米铝装甲)等目标,然后通过爆炸在目标后产生破片或爆破效应。

Mk2型模块化装药侵彻战斗部从外形上看与Mkl型有明显不同,它采用了RUAG公司发明的高动力流变侵彻技术,因此在相同的表面积下有更大的内部空间。它还采用了智能引信,因此有“穿墙”功能。最新推出的Ka-Bar多用途弹药,将Mk2型模块化装药侵彻战斗部和串联空心装药战斗部组合在一起,攻击建筑物时模块化装药侵彻战斗部发挥作用,攻击主战坦克时则以串联战斗部为主。另外,RUAG公司还与保加利亚VMZ公司合作研制了PG-7模块化装药侵彻战斗部。

综合效应战斗部

综合效应战斗部也称多用途战斗部,一般将三种不同的战斗部(如爆破、杀伤和空心装药战斗部)结合在一起,配以智能引信(如目标敏感引信),形成“万能”战斗部,满足城市战中利用一种武器攻击多种目标的需要。尽管综合多种战斗部在技术上相当复杂,而且其中的每一种战斗部都无法发挥出最佳效能,但这种“三合一”战斗部确实能对付大多数战场目标。

美国陆军军械研究、发展和工程制造中心提供了一种颇具代表性的实验性设计,它能在爆炸之前侵彻轻型目标,同时保持良好的破片效应。惰性阻隔材料位于安装在尾部的起爆药和空心装药之间,赋予空心装药类似于小型炸药的侵彻性能。其引信类似于目标敏感引信。

RUAG公司正在研究一种综合效应战斗部概念,其主装药产生破片效应,主装药后面是模块化装药侵彻弹丸。

德国TDW公司研制的新型综合效应战斗部,将空心装药、侵彻装药和爆破/破片杀伤装药集为一体,既可挫败重型装甲,也可穿过轻型装甲、墙壁、沙袋打击其后面的目标,还能攻击雷达、卡车、导弹、直升机以及小型护卫舰、高速巡逻艇、高速近岸攻击舰等其他目标。该战斗部直径约150毫米,计划用于改进“米兰”、“霍特”、“崔格特”等反坦克导弹,以及通过增大或减小直径用于其他步兵武器。

针对城市战需要,以色列军事工业公司最近推出了Shipon火箭弹发射器的改进型——Shipon-UT。它长1米、外径106毫米,发射100毫米火箭弹,配有综合火控系统,对运动目标的有效射程为600米。其多用途战斗部在试验中曾有效打击多种类型的目标,包括土木掩体、三层砖墙、双层加固混凝土墙和76毫米厚的轧制均质装甲板,而且可以按空爆模式在开阔空间使用。Shipon-UT也可使用另外两种战斗部:一种能在墙壁上穿出一个足以让士兵穿过的洞;另一种为串联战斗部,能够侵彻800毫米厚的轧制均质装甲。

变几何形战斗部

英国Insys公司正在研究的变几何形战斗部其实也属于综合效应战斗部。这种新型战斗部采用一个主装药和多个基本装药,主装药和基本装药可以是前述任何一种战斗部装药或它们的不同组合。针对不同的目标,主装药和基本装药所产生的多种效应可以集中或分散。例如,一种用于步兵武器的设计方案,主装药位于战斗部的中央,四周设有多个基本装药。通过设置主装药和基本装药之间的夹角,可以调整战斗部的作用范围的大小。在合适的角度下,所有装药产生的能量绝大部分将集中在目标上,从而可以确保杀伤或摧毁目标。