步兵攜帶型武器戰鬥部工作機理
步兵攜帶型武器戰鬥部爆破/殺傷戰鬥部綜合了兩種傳統戰鬥部——爆破戰鬥部和殺傷戰鬥部的毀傷機理,引爆時除了形成強烈的衝擊波外,還會產生大量高速飛行的破片。在開闊地帶,破片能大面積殺傷人員等軟目標,而爆破效應的殺傷範圍相對較小,在建築物內部等封閉空間,兩種效應都能造成巨大破壞。不過,由於戰鬥部重量和尺寸的限制,這兩種效應不容易完全兼顧,增強一種效應時要儘可能避免對另一種效應造成影響。在裝藥中添加少量鋁粉能有效增強爆破效應,同時不會明顯降低破片的飛行速度。
相應的研究工作主要集中在控制和增強破片效應上。戰鬥部殼體自然破碎所產生的破片,大小和分布都非常沒有規律,嚴重影響了戰鬥部的整體殺傷效果。目前,主要有兩種控制破片大小的方法:一種是預先在戰鬥部殼體上開槽,形成一定圖樣的溝紋,當戰鬥部爆炸時主要從溝紋處斷裂,產生預定大小的破片,另一種方法是將預製破片預先裝入戰鬥部內,在爆炸時高速射出。這兩種方法都能有效增強破片效應,但戰鬥部的複雜性和成本也隨之增加。
正在研究兩種新方法——選擇起爆點和破片變形——來控制破片的空間和速度分布,使它們沿預定的方向飛向目標。前一種方法,是將起爆點選在戰鬥部的端部、底部或四周,爆炸時破片集中飛向目標,後一種方法,是在戰鬥部內表面加入一層炸藥,其外部是破片、內部是保護性襯裡,爆炸時使破片向起爆的相反方向變形,從而增強殺傷力。這兩種方法都較為複雜、昴貴,目前僅適用於反飛機彈藥和飛彈的戰鬥部。
值得一提的是,隨著電子器件尺寸越來越小,特別是微機電技術的迅速發展,國外開始為小口徑破片戰鬥部引入先進的定時與近炸引信,使戰鬥部在特定的時間和距離上引爆,從而提高殺傷效果。目前,美國XM25和XM307榴彈發射器的25毫米空爆彈、新加坡ST動力公司的S418 40毫米空爆彈以及挪威勞福斯彈藥公司的PPHE-T/SD 40毫米空爆彈,均採用了這種引信。
溫壓戰鬥部
步兵攜帶型武器戰鬥部溫壓戰鬥部是一種增強爆破戰鬥部,引爆時會發生劇烈燃燒、向四周輻射大量熱量,同時產生持續的高壓衝擊波,特別適用於殺傷封閉空間內的人員,而且對建築物、掩體等目標造成嚴重破壞。與傳統的爆破戰鬥部相比,溫壓戰鬥部在高爆炸藥中添加了大量燃料和特殊的氧化劑:燃料通常採用精細研磨的鋁粉,也可使用硼、矽、鈦、鎂、鋯、碳粉以及碳氫化合物等;氧化劑往往採用高氯化氨。
溫壓戰鬥部之所以會產生持續的高壓衝擊波和高熱效應,緣於以下三個原因:首先是燃料在燃燒之前會在爆炸波作用下大面積擴散,使得燃燒區域比標準高爆炸藥要大得多,通常前者以米計算,後者僅為毫米級;其次,儘管這種高壓 衝擊波的峰值壓力較低,但持續時間要長得多,而人員等軟目標對衝擊波的忍受能力隨時間增加而迅速減小;第三,溫壓
炸藥與標準高爆炸藥相比,爆炸火球的溫度和持續時間均高出數倍甚至1個數量級。
世界上第一種溫壓武器問世於1984年,是前蘇聯圖拉儀器儀表製造與設計局研製的93毫米口徑PRO-A溫壓火箭彈,由“施米爾”(SHMEL)近程火箭彈發射器發射。後來,前蘇聯還推出口徑分別為93毫米、105毫米的TBG-7和RShG-1溫壓榴彈。保加利亞則在TBG-7基礎上開發了GTB-7溫壓榴彈,二者均可由RPG-7榴彈發射器發射。不過,與現代溫壓裝藥多為固體形式不同,早期的溫壓裝藥多為半液體的漿糊狀。
西方國家在發展溫壓戰鬥部方面起步較晚,但近年來奮起直追。瑞土RUAG公司正在研製採用所謂“星爆”(Starblast)溫壓裝藥的第三代溫壓武器。據稱,這種溫壓裝藥的輸出能量是前蘇聯早期溫壓裝藥的3倍,可用於火箭彈、榴彈、迫擊炮彈等多種彈藥。該公司還與保加利亞VMZ公司合作研製了GTB-7S1溫壓戰鬥部。在美國,塔利防禦系統公司為美國海軍陸戰隊和陸軍開發了多種溫壓戰鬥部。例如,該公司針對發射83毫米火箭彈的“肩射式多用途攻擊武器”(SMAW),於2001年演示了適用於攻擊洞穴和掩體目標的SMAW—HIT溫壓戰鬥部,2002年完成了SMAW NE雙用途溫壓戰鬥部的研製與試驗;後來又為陸軍開發和演示了一種被稱為“掩體打擊彈藥”(BDM)的單一式溫壓戰鬥部,用於“一次性肩射式多用途攻擊武器”(SMAW-D)。目前,該公司正在利用溫壓戰鬥部改進M72輕型反裝甲武器(發射66毫米火箭彈),並計畫推出M72 NE和M72 HH兩種變型。M72 NE在原來的單一式戰鬥部內“添加一種高性能溫壓裝藥,並採用具有目標識別能力的引信”,這種引信在戰鬥部撞擊薄牆時會發出延遲信號,只有撞擊經過加固的目標時才會引爆戰鬥部;M72 HH採用固體和半液體混合式溫壓裝藥,能產生持續時間較長的熱效應,演示溫度已達到150℃、持續時間6秒。
空心裝藥戰鬥部
步兵攜帶型武器戰鬥部空心裝藥戰鬥部通常採用金屬藥形罩,裝藥起爆後產生的爆轟波擠壓藥形罩頂部,形成侵徹裝甲的射流,因此具有出色的反裝甲能力。對空心裝藥戰鬥部的研究一直非常活躍,目前的工作重點是提高射流的侵徹能力,開發多模空心裝藥、緊湊空心裝藥、防區外空心裝藥戰鬥部。近年,國外紛紛採用計算機模擬設計工具進行提高射流侵徹能力的研究。只有在完成計算機模擬試驗並確定最終設計方案後,才會付諸實際試驗和生產,這就大大節省了設計成本和時間。
提高射流侵徹能力的途徑
對於一定的裝甲目標,射流侵徹能
力主要依賴於射流的速度、材料和長度三個因素。其中,射流速度取決於裝藥材料和起爆模式、藥形罩材料和厚度以及空腔的角度和形狀;射流材料的密度和動力特性影響侵徹過程;射流長度則取決於射流速度和射流材料。提高射流侵徹能力的技術途徑主要有:
(1)改進炸藥裝藥,使其具有足夠高的爆炸壓力和速度,能對藥形罩施加足夠的壓力而形成射流。國外最新推出的LX-19 PBX炸藥裝藥由95.8%的CL-20炸藥和4.2%的聚氨基甲酸乙酯彈性纖維粘合劑混合而成,能有效增加射流長度和射流速度、從而增加侵徹深度,缺點是較為敏感。RUAG公司將獲得專利的均衡擠壓技術和緊密裝配工藝用於空心裝藥戰鬥部,有效提高了炸藥裝藥的密度和均勻性,能提供更快的爆炸速度並使爆轟波均勻傳播,帶來“完美的射流和出色的侵徹能力”。英國和瑞典陸軍的MBT-LAW火箭彈、瑞典陸軍的“比爾2”反坦克飛彈和美國陸軍的“精確制導迫擊炮彈藥”(PGMM),均採用了RUAG公司的空心裝藥戰鬥部。
步兵攜帶型武器戰鬥部(2)在炸藥裝藥中加入阻隔材料或採用多點起爆系統,通過控制爆轟波射流來改善侵徹能力。阻隔材料使爆轟波向炸藥裝藥四周傳播並形成超環面形狀。這種爆轟波快速作用在藥形罩上,使之加速向內變形,從而為射流提供更大的速度和速度梯度,最終形成更長的射流。多點起爆系統採用多個起爆藥,這些起爆藥以球狀、環狀或矩陣狀排列,置於戰鬥部的頂部、底部或其他位置。相比而言,使用阻隔材料是一種較為簡易的方法,但無法針對不同的目標提供足夠的靈活性,多點起爆技術的優缺點則正好相反。德國動力諾貝爾防務公司和以色列拉法爾武器發展局合作研製的“穿牆者”空心裝藥戰鬥部,採用環狀起爆技術,能在牆壁上穿出一個人體大小的洞,而且不會對牆壁造成其他結構性破壞。這種戰鬥部已用於動力諾貝爾防務公司的Pzf 3火箭彈發射器以及RGW60和Pzf 90一次性發射器。
(3)採用雙物質藥形罩,以對付爆炸反應裝甲、提高裝甲後效應。如英國Insys公司的“反應裝甲侵徹與非爆炸”(PANDORA)戰鬥部,藥形罩頂部一半是聚四氟乙烯、另一半是銅,起爆時產生兩股射流。聚四氟乙烯射流率先攻擊爆炸反應裝甲,穿出一個孔但不會引爆裝甲;銅射流則“暢通無阻”地穿過爆炸反應裝甲,攻擊後面的主裝甲。
(4)採用所謂的“藥形罩破壞裝置”干擾射流的形成,使射流分散或者將空心裝藥戰鬥部變為爆炸成形彈丸戰鬥部。破壞裝置與戰鬥部端部的探頭伸縮機構相連,當探頭伸出時,戰鬥部在射流模式下攻擊重型裝甲,探頭縮回時,則在“破壞”模式下攻擊建築物和輕型裝甲。
步兵攜帶型武器戰鬥部幾種重點開發的空心裝藥戰鬥部
(1)多模空心裝藥戰鬥部。有兩種以上的工作模式,可對付多種目標。它可以利用上面提到的多點起爆系統,也可以採用“藥形罩破壞裝置”。迪爾彈藥系統公司的試驗型Bunkerfaust戰鬥部採用了後一種方法,實際上是一種串聯戰鬥部。
(2)緊湊空心裝藥戰鬥部。利用新型藥形罩、先進阻隔材料或先進起爆技術,可以減小裝藥長度,從而減小整個武器系統的尺寸和重量。這種緊湊裝藥在性能上和標準裝藥相差無幾。
(3)防區外空心裝藥戰鬥部。主動防護系統(如俄羅斯“競技場”和“鶇2”等)的出現對空心裝藥戰鬥部提出了新的挑戰。研究發現,空心裝藥戰鬥部對進入裝藥或藥形罩區的外來物體異常敏感。一旦主動防護系統發射一個直徑5毫米的球狀破片進入裝藥或藥形罩區,就可以使戰鬥部的侵徹深度減小70%～90%。若使戰鬥部“裝甲化”,會大大增後面800毫米厚的軋制均質裝甲。TOPl00戰鬥部還被保加利亞用於改進俄羅斯9M111反坦克飛彈,其前驅裝藥能穿透第二代爆炸反應裝甲,隨進裝藥隨後侵徹850毫米軋制均質裝甲。RUAG公司的新發明還被用於法國改進型APILAS 112毫米肩射式火箭彈和保加利亞Malyutka 2000火箭彈所用的串聯戰鬥部。Malyutka 2000的戰鬥部重2.8千克,配有直徑120毫米、長徑比為1的隨進裝藥,據信能穿透位於第二代爆炸反應裝甲後、厚度850毫米以上的軋制均質裝甲。
以色列軍事工業公司的Shipon和B-300火箭彈發射器也都採用串聯戰鬥部。美國海軍陸戰隊裝備的“肩射式多用途攻擊武器”(SMAW),就是以B-300火箭彈發射器為基礎。
碎甲戰鬥部
步兵攜帶型武器戰鬥部碎甲戰鬥部能有效對付輕型裝甲、掩體和建築物,殺傷目標後面的人員。其殼體一般為低碳鋼,炸藥為塑性炸藥;撞擊目標時殼體破碎,炸藥變形並貼上到裝甲上,數毫秒後,引信點火,炸藥爆炸產生的高速壓縮衝擊波會在目標中形成反射,最終穿透目標並在目標後面產生高速飛行的碎片。不過,目前只有少數步兵攜帶型武器採用碎甲戰鬥部,包括美國“肩射式多用途攻擊武器”、德國RGW 60一次性發射器和新加坡“攜帶型反坦克破門” 武器(MATADOR,或譯為“鬥牛士”)。
“肩射式多用途攻擊武器”可以使用多種彈藥,其中雙用途榴彈(HEDP)採用碎甲戰鬥部,並配有目標敏感引信。針對硬目標,雙用途榴彈按碎甲模式引爆高爆炸藥,針對軟目標則採用延遲爆炸模式。
RGW 60發射60毫米彈藥,其基本型高爆反坦克戰鬥部可穿透300毫米厚的軋制均質裝甲;高爆反坦克-多用途型戰鬥部可穿透100毫米的軋制均質裝甲,同時產生270個預製破片;碎甲戰鬥部裝有500克炸藥,能在牆壁上打出直徑超過400毫米的洞。
MATADOR由新加坡國防科學技術局和動力諾貝爾防務公司聯合研製,2004年9月正式公開露面,計畫用於替代新加坡武裝部隊80年代裝備的“阿姆勃路斯特”(Armbrust)近程反坦克武器。它以Pzf 90一次性發射器為基礎,重8.9千克,發射90毫米彈藥,採用2.6千克重的雙用途戰鬥部,兼具反裝甲和反結構能力。在延遲/碎甲戰鬥部模式時,能在雙層磚牆上打出直徑450毫米的洞,在撞擊/高爆反坦克戰鬥部模式下,可攻擊輕型坦克和裝甲人員運送車。需要說明的是,MATADOR作為一種專門為城市戰需要而研製的武器,能在14米2的狹小空間內開火,配有精確光學瞄準裝置,有效射程達500米,能在-40°C～+63℃的環境下使用。其初速提高到250米/秒,從而減少了風的影響。
另外,拉法爾武器發展局最近研製的“掩體破壞者”彈藥,採用60毫米碎甲戰鬥部,適用於對付混凝土掩體、土木掩體或輕型裝甲車。其引信有兩種工作模式:長延時模式用於對付軟目標,短延時模式用於對付裝甲目標。
模組化裝藥侵徹戰鬥部
南非丹尼爾公司為FT5輕型反坦克武器系統研製多用途榴彈(HEMP)時,最先發明了“模組化
步兵攜帶型武器戰鬥部裝藥侵徹”(MEP)概念:撞擊目標時,戰鬥部外殼破碎,裡面的侵徹彈丸利用動能在目標上鑽孔。經過數毫秒延遲後,時延引信引爆彈丸內的炸藥裝藥,使彈丸外殼破裂,並產生具有相當威力的爆破效應。據說,該公司的模組化裝藥侵徹戰鬥部能侵徹12～20毫米厚的鋼裝甲、300毫米的加強混凝土或1.5米的土木加固工事。
此後,RUAG公司進一步發展了這一概念,研製了用於RPG-7榴彈發射器和Pzf 3火箭彈發射器的模組化裝藥侵徹戰鬥部。該公司的Mkl型(基本型)模組化裝藥侵徹戰鬥部用於40毫米次口徑彈藥,按設計能穿透掩體(如250毫米厚的雙層混凝土、375毫米的三層磚牆或1.2米的沙袋保護層)和輕型裝甲(12.5毫米軋制均質裝甲或50毫米鋁裝甲)等目標,然後通過爆炸在目標後產生破片或爆破效應。
Mk2型模組化裝藥侵徹戰鬥部從外形上看與Mkl型有明顯不同,它採用了RUAG公司發明的高動力流變侵徹技術,因此在相同的表面積下有更大的內部空間。它還採用了智慧型引信,因此有“穿牆”功能。最新推出的Ka-Bar多用途彈藥,將Mk2型模組化裝藥侵徹戰鬥部和串聯空心裝藥戰鬥部組合在一起,攻擊建築物時模組化裝藥侵徹戰鬥部發揮作用,攻擊主戰坦克時則以串聯戰鬥部為主。另外,RUAG公司還與保加利亞VMZ公司合作研製了PG-7模組化裝藥侵徹戰鬥部。
綜合效應戰鬥部
步兵攜帶型武器戰鬥部綜合效應戰鬥部也稱多用途戰鬥部,一般將三種不同的戰鬥部(如爆破、殺傷和空心裝藥戰鬥部)結合在一起,配以智慧型引信(如目標敏感引信),形成“萬能”戰鬥部,滿足城市戰中利用一種武器攻擊多種目標的需要。儘管綜合多種戰鬥部在技術上相當複雜,而且其中的每一種戰鬥部都無法發揮出最佳效能,但這種“三合一”戰鬥部確實能對付大多數戰場目標。
美國陸軍軍械研究、發展和工程製造中心提供了一種頗具代表性的實驗性設計,它能在爆炸之前侵徹輕型目標,同時保持良好的破片效應。惰性阻隔材料位於安裝在尾部的起爆藥和空心裝藥之間,賦予空心裝藥類似於小型炸藥的侵徹性能。其引信類似於目標敏感引信。
RUAG公司正在研究一種綜合效應戰鬥部概念,其主裝藥產生破片效應,主裝藥後面是模組化裝藥侵徹彈丸。
德國TDW公司研製的新型綜合效應戰鬥部,將空心裝藥、侵徹裝藥和爆破/破片殺傷裝藥集為一體,既可挫敗重型裝甲,也可穿過輕型裝甲、牆壁、沙袋打擊其後面的目標,還能攻擊雷達、卡車、飛彈、直升機以及小型護衛艦、高速巡邏艇、高速近岸攻擊艦等其他目標。該戰鬥部直徑約150毫米,計畫用於改進“米蘭”、“霍特”、“崔格特”等反坦克飛彈,以及通過增大或減小直徑用於其他步兵武器。
針對城市戰需要,以色列軍事工業公司最近推出了Shipon火箭彈發射器的改進型——Shipon-UT。它長1米、外徑106毫米,發射100毫米火箭彈,配有綜合火控系統,對運動目標的有效射程為600米。其多用途戰鬥部在試驗中曾有效打擊多種類型的目標,包括土木掩體、三層磚牆、雙層加固混凝土牆和76毫米厚的軋制均質裝甲板,而且可以按空爆模式在開闊空間使用。Shipon-UT也可使用另外兩種戰鬥部:一種能在牆壁上穿出一個足以讓士兵穿過的洞;另一種為串聯戰鬥部,能夠侵徹800毫米厚的軋制均質裝甲。
變幾何形戰鬥部
步兵攜帶型武器戰鬥部英國Insys公司正在研究的變幾何形戰鬥部其實也屬於綜合效應戰鬥部。這種新型戰鬥部採用一個主裝藥和多個基本裝藥,主裝藥和基本裝藥可以是前述任何一種戰鬥部裝藥或它們的不同組合。針對不同的目標,主裝藥和基本裝藥所產生的多種效應可以集中或分散。例如,一種用於步兵武器的設計方案,主裝藥位於戰鬥部的中央,四周設有多個基本裝藥。通過設定主裝藥和基本裝藥之間的夾角,可以調整戰鬥部的作用範圍的大小。在合適的角度下,所有裝藥產生的能量絕大部分將集中在目標上,從而可以確保殺傷或摧毀目標。
