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貧鈾穿甲彈的自銳性並不是重點,密度才是
送交者: 一劍破天 2024年12月25日12:47:15 於 [軍事天地] 發送悄悄話

貧鈾穿甲彈一直因其“自銳性”而廣受討論,這一特性通常被視為提升其穿透力的關鍵。然而,深入分析表明,自銳性並不是決定貧鈾穿甲彈穿甲效能的核心因素。相比之下,材料的密度對穿甲效果的影響更加深遠。無論是貧鈾穿甲彈還是鎢合金穿甲彈,其真正的穿甲效能主要取決於材料密度如何在動能傳遞中發揮作用,而自銳性更多是材料斷裂過程中產生的附帶效應。本文將探討為什麼密度才是穿甲彈設計中的關鍵,並分析自銳性為何難以成為決定性優勢。

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自銳性通常被描述為貧鈾材料在高速撞擊裝甲時,由於材料內部結構斷裂而形成尖銳的碎片,從而保持穿甲彈在穿透過程中的鋒利度。表面上看,這種現象似乎能幫助貧鈾彈芯在穿甲過程中保持良好的穿透形態,避免因彈頭擴展變形(“蘑菇效應”)而導致動能損失。然而,這一特性在實際中有較大的局限性。

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首先,自銳性是隨機的形態結果,而非可控優勢: 在高速衝擊過程中,貧鈾材料的微觀裂紋生成往往不可預測,彈頭形成的尖銳碎片在穿透路徑上是否有效,取決於多種隨機因素,如衝擊角度、裝甲材質及內部缺陷等。因此,自銳性難以在實際作戰中作為穩定的效能提升手段。

其次,微觀斷裂帶來的能量損失: 貧鈾材料雖然在斷裂時能形成鋒利的碎片,但同時也伴隨着顯著的能量損失。這是因為材料發生脆性斷裂時,大量動能被轉化為材料內部的形變能和熱能,而非完全用於破壞裝甲結構。相反,鎢合金材料雖然容易發生蘑菇頭效應,但其韌性能夠在撞擊時更好地保持整體結構,從而避免動能的過多散失。

密度:穿甲彈穿透力的真正核心

穿甲彈的穿透力主要取決於動能,而動能又由彈頭的質量和速度決定。彈頭的質量與材料密度密切相關,在相同體積條件下,高密度材料能夠為穿甲彈提供更大的動能儲備。這種高動能在穿透裝甲時形成的高壓區域,能夠更有效地擊破裝甲材料的分子結構,從而實現穿透。

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密度提升動能: 動能公式為:

其中, m 是質量, v 是速度。高密度材料(如貧鈾和鎢合金)能夠在相同尺寸下提供更大的質量,從而提升動能。這一點在穿甲過程中尤為重要,因為彈頭需要足夠的動能來克服裝甲材料的抗壓強度,才能有效穿透目標。

同時,我們要知道的是阻力是和截面積成正比的,因此越是細小的彈丸在同等速度的飛行過程中受到的阻力越小。

所以,一方面我們要追求穿甲彈的細小外形,另一方面還要儘量的增加穿甲彈的質量,高密度材料也就進入了武器設計師的視線。而貧鈾、鎢合金這類材料本身的密度極大,也就天生的成了製造穿甲彈的首選材料。

而且,密度決定彈頭的形態保持: 高密度材料通常具有更高的抗壓強度和抗彎曲能力,這意味着在穿透過程中,彈頭不容易發生形變或斷裂。鎢合金的密度比鋼高出近1.7倍,貧鈾則更高。這種高密度材料能夠在穿透過程中保持穩定的形態,從而避免動能損失。而自銳性帶來的碎裂效應,反而可能導致動能在斷裂過程中消耗掉,削弱實際的穿透力。

剛剛說到形狀,通常現在的動能穿甲彈都是長杆形狀的脫殼尾翼穩定穿甲彈,形狀和一個飛鏢相似,其設計目的在於通過高密度材料形成的細長杆狀彈芯,在接觸裝甲時將動能集中在極小的接觸面積內,從而形成極高的單位面積壓強。這種設計能夠在瞬間擊穿高硬度裝甲材料,而不會因彈頭變形而分散能量。

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長杆穿甲彈通常使用高密度的鎢合金或貧鈾材料。由於其密度高,長杆在高速撞擊時能夠保持其幾何形狀,避免發生顯著的橫向形變和彈道偏移。這種穩定性在長距離射擊中尤其重要,因為長杆彈頭如果發生彎曲或變形,動能將迅速轉化為橫向形變能,從而大幅度削弱穿甲能力。

彈芯密度也是對穿透路徑有顯著影響的: 高密度材料在撞擊時更容易形成集中的穿透路徑,使其在穿透多層裝甲或複合裝甲時能保持穩定的衝擊方向。相比之下,低密度材料在撞擊時更容易受到裝甲內部的反作用力影響,導致偏轉或形態崩潰。

現代裝甲對“自銳性”效應的抵消

現代裝甲(如複合裝甲和爆炸反應裝甲)在設計時,已經充分考慮到貧鈾和鎢合金彈芯的不同特性。針對貧鈾的自銳性效應,裝甲設計者往往採用多層結構和高韌性材料來分散自銳性碎片的局部破壞力,從而有效削弱自銳性帶來的次級破壞效應。

複合裝甲與多層結構: 複合裝甲通常由多種材料(如陶瓷、高強度鋼和凱夫拉)組成,這種設計能夠在貧鈾彈芯穿透前幾層時形成有效的能量消散。陶瓷層通過脆性斷裂吸收部分動能,而凱夫拉層則利用其高韌性將彈頭產生的應力擴散到更大範圍,從而抵消自銳性帶來的局部破壞。

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爆炸反應裝甲(ERA): 當裝甲受到貧鈾穿甲彈攻擊時,裝甲內的炸藥會迅速引爆,產生橫向衝擊力。這種衝擊力能夠有效改變貧鈾彈芯的運動方向,使自銳性碎片在穿透過程中發生偏移,失去對裝甲後層的直接威脅。

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所以說,儘管貧鈾彈頭的自銳性被認為是一種提升穿透效能的特性,但在實際戰鬥中,密度才是決定穿甲效果的真正核心。高密度材料能夠在保持動能、抵抗形變和穩定衝擊路徑方面提供顯著優勢,從而確保穿甲彈在高速撞擊中有效地將動能傳遞到裝甲內部,實現最大穿透深度。相比之下,自銳性效應更像是貧鈾材料在極端應力環境下的副產物,而非提升穿甲效能的主要因素。

因此,穿甲彈設計應更注重材料密度的提升與彈芯幾何結構的優化,而非單純追求材料在斷裂時的“自銳性”效果。只有通過高密度材料與合理設計的結合,才能在面對現代複雜裝甲時保持穿甲彈的高效殺傷力與穿透能力。

而大家特別關心的中美在穿甲彈材料選擇上的是鎢還是貧鈾誰優誰劣,問題就更不是貧鈾穿甲彈更好還是鎢合金更好,討論材料其實就落入了下乘。

美國人倒是想用鎢合金穿甲彈呢,其實,歸根結底是各自資源稟賦差異所決定的戰略選擇。

中國憑藉其世界上最豐富的鎢資源(儲量占60%,產量占90%),發展了以鎢合金為核心的穿甲彈技術,並將其低成本、高效能和無放射性污染的特點作為未來發展方向。

而美國則由於核工業帶來的貧鈾資源過剩,將貧鈾彈芯視為“變廢為寶”的最佳方案,並在冷戰時期將其廣泛用於反裝甲作戰中。兩國在穿甲彈材料上的選擇,不僅是出於技術上的考慮,更深植於其戰略需求與資源優勢的根本不同,因此這一分化趨勢在未來仍會持續。

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知道了資源優勢,是不是有了當年李雲龍的感覺呢?

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