5.8步枪弹打不穿高级防弹衣，中国下一代枪弹的出路，在哪里？|弹头|枪弹|防弹衣

在90年代之后，防弹衣发展和普及的速度是所有人都没有想到的；现在一块可以在近距离抵挡中口径全威力穿甲弹的插板，最低价格甚至还不到一千元人民币。

在这样的时代背景下，中小口径枪械遭遇到了前所未有的挑战。未来的先进枪弹将向什么样的方向发展，才能打破防弹衣带来的威胁？

一：限制主流子弹穿透能力的真正瓶颈在初速，它受限于枪管寿命与总体成本无法再提高

在可以预见的未来内，用线膛身管进行发射、以固体火药作为能量来源，一定还将会是主流枪械子弹的基本设计。因为没有任何一种其它的方法和手段，能像子弹自旋稳定那样，用极低的成本就实现优异的飞行稳定性——而这是子弹精度性能的根本保障所在。

作为代价，子弹的弹头发射时就必须变形、嵌入膛线中；这样才能顺着膛线的螺旋线前进，形成高速的自转状态。显而易见，比起光滑无膛线的身管，在同等条件（比如火药燃气的压力、温度等），弹头从线膛身管中发射，遭遇的阻力、形成的磨损一定都要大得多。

弹头重量越大、飞出枪口的初速越高，自然威力就可以做的越大。但枪弹威力的提高，总是要以火药燃气压力、温度、枪管磨损烧蚀速度的提高作为代价的。事实上限制子弹威力的最大瓶颈，一直都是包括枪管寿命在内、总体使用成本上的制约。

从二战末期开始的四十年内，在身管武器的发展中，液体火药一度是非常热门的方向。它不像固体火药那样，颗粒内部、颗粒之间都存在大量空隙，而且自带20%甚至更高比例的水分。

因此液体火药不仅能量显著高于固体火药，而且由于水蒸发吸热，爆温可以降低1000度，实现了高能量、低爆温、低烧蚀的巨大性能突破。固体火药枪炮弹在理论上的初速极限，大约在2000米/秒左右；而在试验中，美国液体火药的40毫米火炮突破过2300米/秒的记录。

然而液体火药虽然能有效的大幅度提升初速，但它在爆燃过程，一定伴随着气泡的生成/溃灭；这会形成随机性非常强烈的高频率、大幅度膛压波动，轻则严重干扰精度，重则足以引发膛炸。这个问题直接源于最基本的物理规律，在现有的理论/技术框架下无法解决——这个结论，是美国花费近五十年时间、数十亿美元的代价得出的。

因此可见的未来内，枪弹只能继续使用固体火药。而枪管这类使用工况涉及高温、高压等因素的部件——包括航空发动机的涡轮叶片在内，都有一个共性：在接近材料极限的水平以后，哪怕温度、压力、摩擦速度只是提高一点点，它的寿命损耗速度都会非常急剧的提高。

就目前的一般技术规律来说，受限于火药能量高低和烧蚀程度等因素的妥协；线膛枪管的寿命要长到经济上可以承受，弹头的初速必须控制在8xx-9xx米/秒的范围内。特别是对枪管磨损更厉害的加重、加长弹头，初速要尽可能控制在8XX米/秒内。

比如在上世纪60-70年代开始，美国、欧洲、苏联，都先后试图用更小口径、弹头更轻的子弹，取代7.62毫米全威力枪弹，而且中远距离的杀伤、破坏性能更好。比如苏联的6x49毫米枪弹，就通过1150米/秒的初速，用5克的弹头，实现了中远距离优于7.62x54R枪弹的性能。但所有这一类枪弹，最终全部失败了。

二：现有的部分中口径穿甲弹也能打穿防弹衣，但一发子弹要几十块钱，不可能大量装备

在现代战场上，几万发子弹才能杀伤一个目标是很常见的统计结果。因此过于昂贵的材料、工艺，对于子弹来说都是难以接受的。以碳化钨为代表的硬质合金弹芯穿甲弹，就是最典型的例子。

图： XM1158穿甲弹和它磨削加工的碳化钨弹芯

美军7.62毫米口径的新型XM1158穿甲弹，目前仍能有效的击穿IV级防弹衣，但它在2018年初的造价高达13美元一发，而最终的目标造价也依然高达5美元一发；这样的弹药，很显然即使被军队所采用，它的储备数量也会非常有限。

这种高昂的价格来自原料和工艺两个方面。硬质合金的主要成分，钨、钴、钛等等，本身价格就高，而弹芯的加工成型又必须采用磨削工艺，这个造价是无论如何都下不去的。而碳钢弹芯，原料上只需要较少比例的强化元素，加工工艺上也是挤压成型后进行淬火硬化，大规模生产的成本很低。

按照2015年国内论文的数据，国内某厂制造的外贸7.62x51毫米钢芯穿甲弹，视订单规模差异，一发子弹的成本在1.89-2.15元之间，出厂价格在2.07-2.36元之间。

要在经济能接受的前提下，让装备数量最广泛的普通弹也具备更加出色的穿甲能力？现有口径下采用钢芯穿甲弹结构实际上已经无济于事。因为今天我们能见到的所有主流的小口径军用枪弹，无一例外都采用了经过淬火热处理的硬质钢芯，而且较新的型号还全是外形锐化的尖头钢芯。

放在二战时期、甚至是50、60年代，这都是穿甲弹才有的特征。这种材料和工艺成本更高的设计，是小口径枪弹相较于很多中口径枪弹，口径更小、但对钢板侵彻能力却要更强的真正原因所在。

怎么弥补钢芯与硬质合金弹芯的差距？这首先要理解两者在性质上的差异：硬质合金弹芯比起碳钢弹芯，要重得多，要坚硬（硬度、抗压强度性能好）得多，但也脆得多（抗弯强度、冲击韧性差）。在现有的中小口径枪弹上，碳钢穿甲弹最大的问题，不是钢芯不够硬，而是重量跟不上。

穿甲弹最重要的核心设计，就是要把最大的动能，集中在最小的撞击面积上。动能和质量成正比，穿甲弹芯的质量又和它的体积成正比；弹芯要增重，只有密度加大、尺寸拉长两个措施可以采用。

对于一个确定下来的口径，弹头长度的增大余地非常有限——比如弹头长度增加过大，就和原来的枪管膛线设计没有办法匹配，打出去没有办法稳定飞行，既没有射程/威力，也没有精度。同时弹头的增长又要侵占弹壳内的空间，在其它因素不变的情况下，这会导致膛压的上升。

类似的多种因素所带来的限制，使得现有口径的枪弹，碳钢弹芯怎么做都没有足够的加长、加重余地。

比如南理工的公开论文《5.8毫米穿甲弹工程研制》中，就提及5.8穿甲弹放弃钢芯设计的最大原因，是作为穿甲原件的弹芯需要3.45克重量保证性能；而在24.5毫米的弹头长度限制下，碳钢弹芯不论怎么想办法，最重也只能做到2.5克。此前提到的某型外贸7.62x51钢芯穿甲弹，也因为一系列问题，不得不削减初始设计的弹头长度，减弱了穿甲性能。

三：又要便宜，又要中远距离打穿高等级防弹衣，只能开发超长弹头的全新中口径子弹

要用碳钢弹芯来击穿高等级的防弹衣，特别是要在较远的距离上实现这一点，对枪械口径的大小有很强的依赖性。这涉及到两个方面的因素：

口径太小，弹头的重量不够，在高速飞行中就没有足够的惯性去对抗空气阻力，速度衰减会更快；在中远距离上，很难保持足够的动能。包括拉长弹头在内的弹头外形优化，只能一定程度上缓解这个问题。

最为致命的一点是，弹芯在穿甲的过程中要遭受极为猛烈的冲击和振动；如果相对于目标（比如钢制靶板）的厚度，弹芯没有足够的直径，那么它就极易折断，导致穿甲能力急剧衰竭。对穿甲过程的力学研究更透彻，钢芯的外形、材料成分、热处理工艺水平更好，可以在一定程度上把口径相对做的更小一些。

图： 6.5毫米CT弹，实际上是传统中口径全威力枪弹的强化版

比如非常值得注意的一个例子，就是以美国6.5毫米CT埋头弹为典型的下一代先进枪弹。该弹的弹头重量达到8.1克，初速850米/秒，动能2926焦耳；实际上与3322焦耳的传统7.62x51弹（M80普通弹）在同一个级别。美俄中的5.xx级别小口径枪弹，弹头重量普遍低于5克，枪口动能在接近2000焦耳左右。

由于弹头拉长，截面积缩小；6.5CT弹在近距离上动能比7.62毫米弹（弹头实际直径7.83mm）稍低，但截面积动能要高出近30%。同时更细长的弹体外形，使得它飞行阻力要比7.62传统弹头小得多；在1200米处的终点，它的动能比7.62弹要高出25%左右。

这种弹道性能优势下，新型中口径的钢芯弹，足以在侵彻能力上追平、甚至超越传统口径的碳化钨穿甲弹。

四：新口径把弹头做长、做重，难点在哪里？考验基本功的时候到了

把弹头拉长、加重，就可以用廉价钢芯实现更强的侵彻破坏能力；这种思路背后的物理逻辑如此简单，为什么传统的中口径弹药都没有做，而一定要等到现在？问题的最核心关键，又要回到文章最初提到的问题——枪管烧蚀和磨损带来的成本限制。

在枪炮弹中，炮弹使用弹带嵌入膛线，弹丸和身管摩擦带来的能量损失较小，发射药能量转化成弹丸动能的比例可以达到32%甚至更高。而枪弹要用弹丸的圆柱部分整体嵌入膛线，因此这个效率要更低，通常只有2x%。其它能量，要么随燃气喷出，要么消耗在了对枪管的加温和摩擦中。

因此弹头动能的每一次增长（初速不变、重量增加），都需要数倍于此的发射药能量增长作为基础；这必然带来膛压和爆温升高等一系列变化，显著的加剧对枪管的烧蚀作用。

特别是弹头加长、加重的过程中，为了保证弹头的弹道稳定性，嵌入膛线的圆柱部一定是加长的重点部位。需要变形嵌入膛线的面积变得越来越大，这必然导致更大的摩擦阻力。尤其是为了强化穿透能力，现代的新枪弹都采用了直径尽可能大的穿甲芯体；硬质芯体和弹头被甲之间的铅套非常薄，对枪管的磨损要大很多。

现在主流的中口径枪弹，俄式可以追溯到20世纪初，美式也要追溯到上世纪50年代。彼时的战场目标防护能力远不如今日，枪弹的设计自然没有这么高的侵彻要求。

特别是在今天，先进弹药的一个普遍要求，还必须在短枪管内实现高初速设计。要同时实现这些需求的同时，还能保障枪械的精度、寿命等诸多方面性能；对于一个国家在科研/工业领域的基础功，提出了非常高的要求：

它们涉及、且不局限于以下方面的能力积累：以枪管动态力学的精确定量分析为代表，弹/枪的相互作用研究；以高能量低烧蚀发射药为代表，火炸药研制水平的进步；以廉价的高性能材料/高精度工艺为代表，冶金/机械加工行业的进步，等等。

结语

枪弹的基本结构非常简单，以至于它的技术发展路线中，可供尝试的方案非常有限——发展到今天，已经没有哪一种设想，是各国所未曾尝试过、未进行大量试验验证过的。