某型坦克炮常规弹药高原环境下打击效能试验

王兆祥，常 颖，付昭旺，曹营军

（解放军63966部队，北京 100072）

某型坦克炮常规弹药高原环境下打击效能试验

王兆祥，常 颖，付昭旺，曹营军

（解放军63966部队，北京 100072）

根据某型坦克炮所配备的制式常规弹药在高原的适应性试验情况，分析了该型坦克炮作战使用的主要弹种穿甲弹和杀伤爆破弹在高海拔条件下的外弹道状态，将平原地区与高原地区的测试数据进行了对比计算，对该型坦克炮配备的穿甲弹和杀伤爆破弹在高海拔条件下的打击效能加以分析和评估，为其在高原环境下作战和使用的打击效能提供参考依据。

坦克炮，高原适应性，穿甲威力，打击效能

0 引言

近年来，随着我国周边环境安全形势的变化，我军现役和新研的装甲武器装备适应我国全境作战的需求日益突显，立足现有武器装备打赢现代化战争的战法和技术研究越来越受到重视，武器弹药打击效能一直是武器装备作战使用研究的热点问题，针对武器弹药打击效能试验研究显得尤为重要。为此，本文以某型坦克炮高原适用性试验为依托，对其所配备的制式常规弹药高原环境下的打击效能试验进行研究。某型坦克炮配备的常规弹药主要是穿甲弹和杀伤爆破弹，高海拔条件对上述常规弹药打击效能有无影响？是降低了还是提高了？是一个非常值得研究的问题，打击效能主要体现在命中精度和穿甲威力上，近年来多次高原地区适应性试验表明，无论是该型坦克炮所配备的制式常规弹药还是其他型号坦克炮所配备的制式常规弹药，在高海拔条件下命中概率都与平原地区基本相同，无明显差异。因此，本文主要针对高原条件下穿甲弹的穿甲威力进行试验研究。

结合某型坦克武器系统的射击试验，分别在平原地区和高原地区，对该型坦克炮所配备的制式穿甲弹和杀伤爆破弹进行了有效射程内外弹道性能的初速和着靶速度（以下简称“着速”）进行了对比测试，对常规弹药在高原地区作战使用时打击效能进行分析评估，希望能够对坦克炮常规弹药在高原地区的作战效能评估有所帮助和借鉴。

1 某型坦克炮穿甲弹和杀伤爆破弹高原适应性试验

历次高原地区的射击试验结果都表明，属于密封发射装药的直射武器所配备的常规弹药，其外弹道轨迹、射击精度和命中概率都与平原地区没有明显的差别，各次射击试验的结果也都达到了指标要求。在射击精度和命中概率满足指标和高原使用要求的前提下，我们又对该型坦克炮常规弹药的主力弹种穿甲弹和杀伤爆破弹在高原环境下的着速与平原地区进行了对比测试，测试结果表明，穿甲弹和杀伤爆破弹在高原地区有效射程内的着速相比平原地区有明显的提高，而该项特性对作战使用来讲是有利的，它可以进一步提高对敌装甲目标打击时的穿透率和打击率。

测试结果表明，穿甲弹在平均海拔高度4 500 m的高原环境下射击时，炮口初速变化不大，但弹丸的着靶速度要高于平原地区，在远距离上的平均着速比平原地区高43 m/s，在近距离上的平均着速比平原地区高21 m/s。杀伤爆破榴弹在平均海拔高度4 500 m的高原环境下射击时，同样炮口初速变化不大，但弹丸的着靶速度要高于平原地区，在远距离上的平均着速比平原地区高36 m/s，在近距离上的平均着速比平原地区高28 m/s，说明在高海拔条件下两种弹的存速能力高于低海拔的存速能力，实战时对敌装甲目标的打击毁伤能力比平原更具有优势，杀伤爆破榴弹的打击和毁伤力主要是着靶时的速度堆积力和弹丸的爆炸威力毁伤目标，结果表明杀伤爆破榴弹在高原环境下的打击能力和毁伤效果要高于平原。

2 穿甲弹在高原地区穿甲威力增益

2.1 穿甲威力影响因素

2.1.1 穿甲机理

由弹丸对装甲碰击引起的侵彻和破坏作用称为弹丸的穿甲效应。弹丸在侵彻靶板的过程可能出现3种情况：穿透、嵌入和跳飞。穿透是指弹丸贯穿靶板的现象；嵌入是指弹丸在侵彻过程中因某些原因，被阻止而停留在靶内的现象；跳飞是弹丸能量不足或着角过大，其无法持续地侵入到靶板中，且靶板抗力的方向始终没扫过弹丸的质心，因此，弹丸就会在翻转力矩作用下发生偏转，从靶板表面脱离靶板的现象。

两个在高速碰撞时不仅会发生应力波的传播，还会发生侵彻与贯穿现象。当两个物体相对碰撞速度较低时，仅会在碰撞处产生塑性变形，随着碰撞速度的增大，较小的物体穿入以及穿透较大的物体。在撞击体的撞击速度达到某一极限值vE时，靶体或者弹体的一方接触应力达到压缩屈服应力而产生永久的变形。靶体在不同速度的弹体撞击下经历各种现象，其中包括弹性波、塑性波、流动波的传播，还有摩擦效应及热效应，甚至是所伴随的化学反应及冲击相变等多种动力学的过程。

对于薄靶元和中厚靶元而言，最常见的破坏包括初始压缩波后造成的径向断裂破坏；脆性靶板层裂型、疥斑型、挤凿型、正面或背面花瓣型、碎块型及靶板孔口扩展等各种破坏。

初始应力波大于极限压力强度时，低密度和低强度材料的靶板会发生断裂破坏；对于拉伸强度低于压缩强度的靶板材料（如陶瓷），在撞击中，初始应力波之后会出现径向断裂破坏；层裂型破坏是由于当压缩波在外侧表面反射后产生的材料拉伸破坏而造成；疥斑型破坏与层裂型破坏类似，但出现的地区往往与材料的布局不均匀性，或在延伸成型中所遗留的各向异性特性所造成的；挤凿型破坏是弹体把靶板中大小与弹体截面差不多的一块挤凿出去造成的，当弹体挤压这块靶板时，它和靶板主体相连接的环形截面上产生很大的剪应力。由此突然产生的剪应变发出热量，在短暂的撞击过程中这些热量来不及逸散，从而大大提高了局部环形区域的温度，降低了材料的抗剪强度，以致出现挤凿型破坏，脆性薄板或中厚板受到钝头弹体撞击时，最易发生挤凿破坏；花瓣型卷边破坏是在侵入体四周的靶板上，当初始应力波过去后产生的环向和径向的高值拉伸应力所造成的。撞击体向前运动时，先把靶元的材料推向前去，从而造成靶板的弯曲，形成靶板的弯曲应力，再加上靶板材料中存在的不均匀性，在其弱点上，这种弯曲应力就造成花瓣型的卷边破坏。当尖拱形或锥形的弹体在较低的速度射向薄板时，最易出现这种破坏，当钝头弹体在破坏极限速度附近撞击薄靶板，也能出现这种破坏。花瓣型破坏总是伴随着产生较大的塑性流动变形和板的永久的弯曲变形。如果弹体的撞击速度较大，靶板背面隆起部分的拉应力超过材料的拉伸强度，在弹体顶端四周产生星形裂缝，弹头钻出了靶板背侧，靶板其余部分的拉应力把已经穿孔的边缘拉住，造成背面的花瓣型卷边破坏。硬度中等或较厚的厚板，穿孔破坏时兼有韧性破坏和层裂破坏的特性。除了靶元的破坏外，弹体也会产生如塑性变形、粉碎、弹壳炸裂或部分机能故障的损坏。

2.1.2 弹芯长径比

一般而言，弹芯质量一定时，长径比越大，其在一定速度下的比动能越大，侵彻的效果越好，对有限厚靶的极限穿透速度也越低，有关实验数据表明，对同一种弹体材料来说，如钨合金杆，在一定的质量下，长径比由5增大到10时，极限穿透速度可减小13%，钢杆可下降8%。长径比对穿甲能力有明显的影响：在同样的着靶速度下，侵彻体长径比越大，其相对侵彻深度越小。且在相同侵彻体长度条件下，长径比越大，杆体单位长度获得的侵彻深度越小，杆体的侵彻效率越低。大长径比杆体的侵彻效率低，并不一定意味着它的侵彻深度小，对于一定质量的侵彻体，在高速侵彻时，采用大长径比尽管其侵彻效率低，由于其杆体长，它的总侵彻深度还是增大了。但在较低的碰靶速度时，采用大长径比的杆体，总侵彻深度则不一定增大。

2.1.3 弹头结构及形状

对钨合金而言，垂直穿甲的速度大于1 200 m/s时，可以认为杆体头部形状对穿甲能力影响不大，但当杆体对倾斜均质靶，特别是对倾斜分层装甲作用时，侵彻体头部形状对侵彻能力的影响比较明显。合理的头部形状和结构有利于对这些种类的靶板的开坑，防止跳弹，如弹头部质量相对集中时，则有利于对倾斜的均质装甲的开坑；合理的头部结构使杆体在侵彻分层装甲时，仅有少量的质量在碰击薄板时消耗，将不影响或很少影响后续弹体的着靶姿态。

尖头弹碰击装甲时常产生韧性穿甲，而钝头穿甲时，则易产生冲塞穿甲。由于尖头部侵彻钢甲时容易排挤开靶板的金属材料，使其产生塑性流动。钝头弹由于作用面积大，应力小，故不宜使金属流动而利于剪切，但是究竟产生侵彻还是打出塞块要看装甲的相对厚度和机械性能。

2.1.4 着靶时的攻角

杆式穿甲弹侵彻斜置靶时，俯仰角和偏航角对侵彻能力均有影响。偏航角的存在不论正负对侵彻都是不利的；在俯仰角度保持一定时，随偏航角的不断增大，侵彻深度不断降低。若规定杆式弹体轴线与靶面法向夹角减小的俯仰角为正，则当俯仰角为正时，比不带攻角的侵彻更为有利一些，称为“有利攻角”所谓有利也仅是在较小的数值范围内才对侵彻有利。而俯仰角为负时，对侵彻总是不利的。

2.1.5 弹体质量分布

弹丸中间质量比两端大时有利于侵彻，弹杆着速时速度较高，坑径与弹径之比较大，随着速度的降低，其比值减小。中间粗两头细的弹杆，可以适应坑径的变化，提高侵彻效率，弹尾较细，在尾部参与侵彻时，虽然速度降低，但使比动能下降缓和，有利于提高侵彻效率。

2.1.6 靶板的机械性能

对于非均质钢甲，如果表层硬度大，则不论其背面的硬度如何，被弹丸冲击时往往都是冲塞破坏，并且塞块的变形小，其厚度接近靶板的厚度。随着表层硬度的减小，钢甲的破坏形态稍有改变，即弹丸侵彻较深时才开始剪切冲塞。若表层硬度继续降低，就不再有塞块产生而成为韧性破坏。

表1 穿甲弹平原地区远距离弹丸初速及着速仿真计算结果（海拔1 300 m）

2.1.7 初速和着速的影响

穿甲弹属于高速动能弹药，其初速和着速的高低对目标的穿透和打击效能具有直接影响，初速和着速越高，对目标的打击毁伤效能越强，为此需要对弹药穿甲威力和初速、着速的定量关系进行研究。

表2 穿甲弹高原地区远距离弹丸初速及着速仿真计算情况（海拔4 500m）

2.2 不同海拔高度穿甲弹速度降仿真计算

对每一组的单发、平均值和射表标定值进行仿真计算，给出计算的着速及误差。计算条件如下：弹径：0.023 m，弹重：3.775kg，i43=1.77，射击距离：2400m。

从以上两种情况可以看出，平均着速与在平均初速情况下的计算着速误差最小，分别是20.1 m/s（海拔1 300 m）和6.5 m/s（海拔4 500 m）。在初速为1 515 m/s的情况下，海拔从0m变化到6 000 m，计算着速随海拔高度的变化如图1所示。从图1可以看出，随着海拔高度的增加，穿甲弹的存速能力在增加。

图1 着速随海拔高度的变化情况

计算结论：

在0m海拔高度情况下，计算着速为1406.4m/s；在6 000 m海拔高度的情况下，计算着速为1 455.3 m/s。这两种情况下，计算着速相差48.9 m/s。说明在高海拔条件下穿甲弹的存速能力高于低海拔的存速能力，穿甲威力更具有优势。

2.3 穿甲威力计算

二代穿甲弹的威力指标计算式为：

式中，P为穿深、L为杆长，V为着靶速度，通过计算可知，在高原海拔高度为6 000 m的条件下，穿甲弹的穿甲能力相对于在0 m海拔高度下的威力增益大约在5%。在4 500 m海拔高度相对于0 m海拔高度的威力增益在3.75%左右。

3 穿甲弹在高原地区穿甲威力研究结论

试验及计算结果表明：该型穿甲弹在高原地区4 500 m海拔高度条件下，相对于0 m海拔高度的威力增益在3.75%左右。其打击效益要高于平原地区。

4 结论

装甲装备是体现我军地面进攻和防御的一种重要武器装备，对提高我军在现役装备条件下有效打击敌装甲装备的重要突击力量，在保卫我国神圣领土的任务里，高原作战必不可少。为了完成和适应高原作战的需求，了解和掌握我军装甲武器装备在高原地区的整体作战能力势在必行。希望本文所分析和探讨的问题能够对我军装甲武器装备在高海拔环境条件下的作战和使用提供参考和借鉴。

［1］汪国胜，肖洁，赵韬硕，等.坦克底盘角震动对火炮射击精度影响机理研究［J］.火力与指挥控制，2016，41（3）：39-42.

［2］孙少斌，韩志军，冯亚斌.坦克兵力行为智能体模型研究［J］.火力与指挥控制，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，FU 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，高级工程师。研究方向：火力与火控系统试验。