火炮奥秘之火炮弹丸讲究多

对火炮而言，弹丸是其输出杀伤力和破坏力的主要载体，因此其性能优劣与火炮性能息息相关。那么，火炮弹丸在设计上会受到哪些制约，设计师为提高其性能，又进行了哪些改进？

阻力重重

对弹丸而言，想要提升杀伤威力，除装填威力更大的炸药，努力提升炸药装填密度外，最重要的是提高弹丸内部容积。但制约弹丸内部容积的，不仅有弹体壁厚，还有弹丸的外形。

简言之，弹丸的威力与射程、精度相互制约，属于“鱼和熊掌不可兼得”。设计师只能进行妥协，力求平衡。要理解这一点，首先就要分析弹丸飞行中的受力情况。

弹丸在飞行时，除受自身重力作用影响外，还受空气阻力影响。按其产生原因不同，可分为摩擦阻力、涡流阻力和激波阻力三种。所谓摩擦阻力，是由空气分子与弹丸表面间相互作用引起的。弹丸在飞行时，头部受到的气流压力较大，尾部因气流分离而产生一个近似真空的低压区，同时还伴有涡旋现象产生。弹丸首尾形成的压力差所产生的阻力就是涡流阻力，亦称压差阻力。当弹丸飞行速度接近声速时，迎面而来的气流会被弹丸向两侧压缩，且气流速度会进一步提高。因弹丸外表面难以做到完全光滑，只要有一点突起或凹陷，就会“打扰”到气流。这些微小的扰动叠加，就会形成激波。一般情况下，发展完全的激波在弹丸头部、尾部和弹带（体）各处有一道强度较大的波面。每经过一道激波，气流的压强、密度、温度都会升高，流速则下降。其中，尤以弹丸头部产生的激波最强，气流经过弹头波面后压力增大，再加上尾部形成的低压区，头尾部的压力差更显著，仿佛弹丸顶着一把大伞在前进一样。研究表明，弹丸飞行中产生的激波面越斜，激波阻力越小，而产生激波面倾斜与否，与弹丸形状息息相关。

了解了弹丸飞行阻力产生的原因，就能有的放矢地进行减阻设计。减小摩擦阻力的方法最为简单，只需设法降低弹丸表面的粗糙度即可。最常见、最经济实用的办法，除对弹丸外表面进行车削处理后进行适当打磨外，就是在弹丸表面喷烤一层油漆。这不仅利于弹丸表面防锈，还会在表面张力的作用下自动“填平”弹丸外表面肉眼难以辨别的凹坑，从而降低弹丸表面粗糙度。

常用的减少弹丸涡流阻力的办法，是在弹丸尾部设计出一个稍向内收缩的“船尾”。这样就能引导流经弹丸表面的空气先转过一个小角度，以便更容易补充到弹底那个近似真空的低压区，从而在一定程度上降低弹丸首尾的压力差。不过，从加工角度考虑，“船尾”的收缩角度不宜过大，否则会明显降低弹丸内部容积。

在弹丸家族中，飞行速度较低的迫击炮弹，在外形设计上是个特例。其弹丸头部多为圆钝的纺锤体，从其最大弹径处到弹尾，曲线收缩得较平缓，因此弹丸在飞行中，空气绕过纺锤形的弹丸头部流向弹尾，变得更顺畅，弹丸首尾压力差大减，因而得以极大降低涡流阻力。

至于减小激波阻力，办法说简单也简单—将弹丸头部形状设计得越尖锐，弹丸飞行中产生的激波面就越倾斜，激波阻力就越小。

设计取舍

20世纪70年代前，大中口径身管火炮发射的弹丸外形设计渐渐趋同：其长径比大体保持在4.5左右，弹丸前部呈圆台形，中间相当长一段呈圆柱形，弹尾略呈“船尾”收缩，这种弹形被形象地称作“圆柱弹”。

“枣核弹”外观整体呈流线型，阻力系统特别小

“圆柱弹”在顶部圆台内加工有螺纹，供拧装引信。在弹体圆柱部分靠近弹尾处，一般会嵌有两道由紫铜制造的弹带。弹丸在发射过程中，紫铜材质的弹带很容易嵌入炮管内部的膛线中，既密闭了发射药燃气，也令弹丸顺着膛线旋转起来。在紫铜弹带上方，通常会加工有两道较为明亮的钢圈，这就是弹丸的“定心部”。其作用是，令弹丸在发射过程中，弹丸中轴线与炮管中轴线保持重合，不令弹丸在炮膛内向前运动时发生摆动（即所谓的“章动”），也利于降低弹丸在膛内运动时受到的摩擦阻力。为达到上述目的，弹丸的“定心部”直径通常会比炮管阳膛线略小零点几毫米。这个间隙若过小，易造成弹丸装填困难。间隙若过大，则对减少弹丸在膛内的“章动”不利。

由此可见，“圆柱弹”的外观设计是综合考虑了弹丸射程、精度和威力等因素后，较为偏向威力与精度的一种设计妥协。然而，射程永远有吸引力。于是，一些国家将火箭发动机塞入“圆柱弹”后半段，制成了火箭增程弹。因为有火箭发动机加成，弹丸射程自然会增加。不过，火箭发动机占据了一半乃至三分之二的弹丸内空间后，留给炸药的装填空间就少得可怜了。因此，火箭增程弹的爆炸威力远不及同口径普通弹。不仅如此，由于不可避免地存在加工误差，火箭发动机喷口中轴线事实上极难与弹丸中轴线重合，而装在弹丸里的火箭发动机又不可能像装在运载火箭上的同类高端发动机那样，可通过喷管在一定范围内摆动及控制系统的自我调节来抵消这个加工误差。因此，火箭增程弹射击精度远逊于“圆柱弹”。

20世纪70年代，加拿大布尔博士创造性地提出“枣核弹”设计理念。“枣核弹”将弹丸长径比增至6.06至6.19，且几乎取消了弹丸的圆柱段，显得异常尖锐的弹丸头部弧线在接近弹丸尾部达到最大弹径后，立即收缩成较为明显的“船尾”，令弹丸看上去像两头尖的枣核，故此得名。从气动角度分析，“枣核弹”外观整体呈流线型，阻力系统特别小。不过，因弹丸外形整体呈圆弧状，在炮膛内不易稳固定位，所以“枣核弹”在其最大弹径处焊有4个螺旋形的定心部，以解决其弧形弹体如何与炮管中轴线重合的难题。这种螺旋形的定心部加工工艺复杂，其优点是螺旋形的定心部长度较短，大幅降低了弹丸与膛线间的摩擦阻力。正因如此，其定心稳定度严重不足，弹丸在膛内运动时“章动”幅度过大，会导致射击精度下降，其方位偏差几乎高出“圆柱弹”一个数量级。此外，“枣核弹”使其内部容积明显缩水、内部空间亦不规则，会明显降低炸药装填量。而其过于光顺的外形，也给自动装弹机出了个难题。

“远程圆柱弹”的弹丸头部较传统“圆柱弹”尖锐

“枣核弹”虽在射程上取得突破，但在精度、威力、造价及适应性上却付出巨大代价，因而未能成为主流设计。此后，设计师们汲取了经验教训，研发出综合性能甚佳的“远程圆柱弹”。

与普通的“圆柱弹”相比，“远程圆柱弹”的长径比增至“枣核弹“水准，从而令弹丸头部较传统“圆柱弹”尖锐，极大降低了激波阻力，因弹体又保留了较长的圆柱段，从而确保了威力与精度。此外，“远程圆柱弹”还有一个更明显的“船尾”，且其“船尾”底部朝弹丸底部凹入。这一设计能让流经弹丸表面的空气更容易、更顺畅地补充到弹底那个近似真空的低压区内，从而极大降低弹丸飞行中的涡流阻力。若在此基础上更进一步，在弹丸底凹内填入燃烧药柱，使之在弹丸出膛后便开始燃烧工作，则能进一步降低涡流阻力，继而提升弹丸的射程。这种设计就是弹底排气装置。

弹底排气装置里的燃料燃烧较柔和，其向弹尾排出的气体所产生的推力可忽略不计，但却能极大降低弹丸首尾压力差，且工作时间较长。正因如此，与“枣核弹”相比，“远程圆柱弹”除最大射程略有不及外，无论是射击精度、内部容积、威力还是造价及综合性能，都远超传统的“圆柱弹”。

炸药引信

弹丸要发挥出破坏力和杀伤力，归根结底要靠装填在弹丸内部的炸药。炸药发展至今，已形成一个庞大家族。

衡量炸药威力的，主要有爆热、爆容、爆速和爆压这四个指标。爆热，是在一定的条件下，单位质量炸药爆炸时放出的热量。爆容，是单位质量炸药爆炸时产生的气体体积。爆速，是爆轰波在炸药中的传播速度。爆压，是指炸药爆炸时爆轰波阵面的压力。对军用炸药而言，最为看重的是爆速。现代炸药的爆速一般在1000米/秒至8500米/秒之间。其中，爆速超过2000米/秒的就可视作烈性炸药。

不过，作为军用炸药，仅威力大还不够，还得满足一系列其他要求。比如，军用炸药需求量极大，因此其制备工艺应尽可能简单。炸药生产出来后，可能长时间无法派上用场，因此在漫长的存储期内，炸药的分子结构及其物理性质、化学性质及爆炸性质应保持足够的稳定性。在储运过程中，炸药应对外界施加的各种冲击不敏感，但却要对引爆药的“呼唤”保持足够敏感，这就对军用炸药的感度提出特殊要求。

炸药的感度是指，炸药在外界能量（如热能、电能、光能、机械能等）的作用下发生爆炸变化的难易程度。通常以引起爆炸变化的最小外界能量来表示，这个最小的外界能量习惯上称为引爆冲能。显然，所需的引爆冲能越小，其感度越高，反之则越低。影响炸药感度的因素很多。通常情况下，随着温度的升高，炸药的感度指标也水涨船高。随着炸药密度增大，其感度通常会降低。一些硬度大、有尖棱和高熔点的杂质，如砂子、玻璃屑和某些金属粉末等，都能增加炸药的感度。

当代军用炸药的制作工艺已经大幅提升并且更易于保存

军用炸药自19世纪末迎来大发展，像无烟硝化棉、苦味酸、硝化甘油、TNT、黑索金之类的烈性炸药的威力越来越大。其中，苦味酸爆炸性能猛烈，但有比较强的腐蚀性。TNT的学名为三硝基甲苯，各方面性能较均衡，在二战前后成为军用炸药的主流。黑索金的爆炸威力是TNT的1.5倍，但其遇明火、高温、震动、撞击、摩擦都能引起燃烧爆炸。为此，人们将黑索金和TNT按一定比例掺杂在一起，制成性能介于黑索金与TNT之间的B炸药。奥克托今的爆速、热稳定性和化学稳定性都超过黑索今，但其熔点高，且生产成本高昂，严重限制了其应用规模。

早年间，军用炸药采用与装填黑火药类似的方法，将碾成粉末状的炸药灌入弹丸中，用螺杆捣固压紧。这种装填方法有较大局限性，若捣固得不紧实，则炸药装填量上不去，影响威力，若捣固得过于猛烈，则有安全之虞。人们在后续研发中发现，绝大多数炸药都具备一定的塑性。用蒸汽将炸药加热到一定温度，使之变得像黏稠的蜜糖般可流动，就能将其灌铸进弹丸内部了。由于灌铸法比捣固法装填密度高，因而能更充分地利用弹丸内部空间。为进一步提高炸药的装填密度，人们又创新出灌铸和压装相结合的工艺。上述方法通常用于榴弹的炸药灌装。不过，现代弹丸的种类繁多，除榴弹外，还有混凝土破坏弹、穿甲弹、纵火弹、霰弹、发烟弹、照明弹、曳光弹等。这些弹丸内的填充物可谓五花八门，填充时得根据填充物的具体性质及战术需求，采取有针对性的填充方法。

作为弹丸的重要组成部分，一般用螺纹旋接在弹丸头部的引信，是一种利用目标信息和环境信息，在预定条件下引爆弹丸的主装药，或是令弹丸内部的主填充物开始发挥作用的控制装置。只有当引信与弹丸结合在一起，弹丸才具备使用条件。引信一般由发火控制系统、安全系统、传爆序列和能源装置4部分组成。引信按原理划分为触发引信、非触发引信和时间引信3大类。

其中，触发引信大多由击针、火帽、雷管、传爆药和保险机构等部件组成。按作用原理，触发引信又细分为机械触发引信、电触发引信、光触发引信、化学触发引信和组合式触发引信等。按引信碰撞目标到引信起爆的时间间隔不同，触发引信又可分为瞬发、惯性和延期触发引信3类。其中，非触发引信主要靠目标反射的电磁波、激光或目标自身发出的红外信号、音响信号来触发引信动作。时间引信按计时装置的作用原理，可分为药盘（火药）时间引信、机械（钟表）时间引信、化学时间引信、电子时间引信、射流时间引信等几大类。各类还可进一步细分，如机械和电子时间引信还可按使用时是否可以重新装定，而分为可装定时间引信和不可装定时间引信。现代引信已形成标准化和系列化，即只要接口配套，不同类型的引信可拧装到不同种类的弹丸上，从而极大拓展了弹丸战术用途。