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帖子主题:美军未来子弹大猜想:金属VS塑料,谁将主导未来战场?

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美军未来子弹大猜想:金属VS塑料,谁将主导未来战场?

2020年01月24日 10:54:38

来源:轻兵器爱好者

前言:在这篇文章中,笔者针对最后入选的三个NGSW方案进行讨论,XR-68等非入选NGSW不在讨论范围内。另外,笔者找到的的资料并不充足,只能进行相当有限的讨论。本文只代表个人看法,不一定正确。各位读者在阅读后也可以进行一些自己的思考和判断,不要盲从。

NGSW项目的起源

当小口径卡宾枪遇到远距离交战

美军未来子弹大猜想:金属VS塑料,谁将主导未来战场?

我们已经不止一次听说美军抱怨自己的5.56mm弹药的杀伤不足。这个传言甚至还在国内经某些人添油加醋后变成了5.56mm杀伤效果差。但是为何会出现这个问题?我们需要从弹药和武器两个方面来分析。

目前美军武器杀伤不足的问题并不完全由5.56mm弹药引起。还有美军大规模装备14.5英寸枪管。SS109/M885要达到有效杀伤,命中目标时的弹头速度必须在732m/s以上,弹头以这个速度穿过一段距离后开始偏转和破碎,造成较大的创伤。而M4/M4A1的初速较低,在使用该枪管发射5.56mm弹时,枪口初速为905m/s,小口径弹药由于其弹头质量小,其存速能力不是太好。很快速度就会降低到的被甲难以破碎的速度。

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在20英寸枪管上M855与MK262的弹道性能曲线对比图,M855在200m的距离上就已经被甲难以破碎了。更何况是14.5英寸枪管,在更近的距离上就会产生被甲难以破碎的问题。

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M855弹通过M16A2的20英寸枪管射击不同距离目标时对明胶侵彻后碎裂的效果图,标注中的参数为距离(码)和终点速度(英尺/秒)。虽然人体和弹道凝胶有巨大差异,但是这足以说明:使用14.5英寸枪管发射m855弹,在200m以外,杀伤效果会有一定下降。

从战斗环境分析,美军最近的行动在中东地区,其地形较为开阔。再加上使用14.5英寸管发射m855弹,以及跨军种的支援导致步兵需要用卡宾枪射击出现在超出武器最佳射程的目标。从而出现:“用卡宾枪来射击适合全尺寸步枪射击的目标”这种尴尬的情况。导致了其杀伤不足的问题。

于是美军想出一个拆东墙补西墙的主意:6.8mm通用弹。通过中口径高装药量的弹药来弥补杀伤不足的问题,增加步兵的射击距离,让步兵可以更有效的打击远距离目标。并在新弹药中整合减重技术。从而减少对士兵携弹量的影响。另外,新弹药还可以更好的穿透敌人的防护进行杀伤。

已知的NGSW系统对比

金属塑料复合弹壳弹,塑料壳埋头弹,复合金属弹壳弹的同台对抗。在此部分中,笔者针对最后入选的三个NGSW方案进行讨论,XR-68等非入选NGSW不在讨论范围内。另外,笔者找到的的资料并不充足,只能进行相当有限的讨论。

1. SIG的方案——

6.8x51mm复合金属弹

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SIG的设计是使用复合金属弹壳,弹壳的前部分为铜弹壳,后部为钢底。在弹药的介绍中说弹药可以减重20%。但是这个减重的对比对象是什么?目前还不明。如果是相同口径的6.8mm全铜弹壳,显然不可能。(作者注:铜的密度是8.9,黄铜密度是8.5,钢的密度大约为7.8,即使是全钢弹壳也不可能达到20%的水平。)笔者一开始认为,可能的对比对象是7.62x51nato。

毕竟6.8x51mm其本质为7.62x51nato缩口,在弹头上可以降低一些质量,加上弹底为钢制,质量比铜弹底低一些,或许可以达到减重20%的水平。但是后面的说法则彻底否定了笔者的考虑。目前有一种说法说:SIG的弹药质量为21.98g,Textron的弹药质量为18.08g,而通用动力的弹药质量为16.99g。作为对比,M80A1弹为20.8g。SIG的弹药质量比M80A1还大,而NGSW的重要要求之一就是弹药的减重效果。SIG的弹药明显不合规定。

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SIG弹药的结构采用钢制弹底的设计是由于6.8x51mm弹药膛压太高,需要的拉壳力较大。抽壳时底缘拉断可能也无法抽出弹壳,只能增加底缘强度。另外,前部的弹壳薄,变形量较大。因此前部的弹壳为铜壳,铜的自润滑作用可以帮助抽壳。弹底的弹壳厚,变形量小,对于抽壳的影响不大,增加的抽壳阻力也不多。所以sig选择了钢铜复合弹壳。不过,这个方案中铜和钢的连接处则成为最薄弱的位置。

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弹底的结构

而且生产这种弹壳的成本比单纯的铜弹壳或者钢弹壳要更高。到底SIG的弹药方案如何?我们仍然需要拭目以待。

最近,Jason St John, SIG的产品策略经理(strategic product manager)在AUSA 2019上说:传统的铜壳弹在65-68 ksi(65000-68000psi)的时候就会出现问题,但是混合弹底弹药正常运作的膛压可以达到70 ksi(70000psi),而在测试中弹壳的最高运作膛压可以达到103ksi。使用这种技术就可以有机会发展更大口径的弹药或者初速更高的弹药

另外,SIG还提出:我们一开始就清楚地知道:制造数十亿发聚合物弹壳绝对不是一条环保的道路。(“It was clear for us from the beginning that to make billions of rounds in polymer is definitely not a path that makes any environmental sense.”)然而,制造这种铜钢复合弹药又可以减轻多少环境污染?这句话或许还是有种夸大的味道。注:1KSI=6.895MPa= 1000 psi

2. Texron/AAI的方案——

6.8mm埋头弹

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Textron计划在NGSW计划中使用埋头弹,弹药的口径为6.8mm,弹壳长度比之前的6.5mm埋头弹更大。装药量比LSAT使用的6.5mm埋头弹更多,从而其动能和后坐也比6.5mm埋头弹更高。目前已知的确切信息为:弹药的计划膛压为75-100KSI。而弹头结构和弹壳容积以及外部确切尺寸目前不明。

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埋头弹的优势和劣势

和常规结构的弹药相比,埋头弹的优势在于其重量更轻,而且由于其圆柱形的形状,占用的体积更小,而且形状更规律,可以更好的储存。

比如,7.62mm NATO弹的体积是7.96立方厘米,而7.62mm CT弹则是6.52立方厘米。相同的库储容积可以让CT弹的储存量增加18%。更轻的质量意味着士兵在携带同等数量的弹药时,可以降低士兵的负荷。

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5.56埋头弹和5.56mm nato

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7.62埋头弹和7.62mm nato

埋头弹还有一个优势:弹壳完全包裹弹头,在供弹时弹头不会和供弹坡等部件发生碰撞,从而导致弹头变形和精度下降。比如,在6.5mm埋头弹的时期,有一张图:埋头弹的弹壳内安装了一个裸钢尖弹药。常规的裸钢尖弹,比如m855a1供弹时,如果弹匣的抱弹口不能把弹尖抬高,弹尖由于向前运动,会划伤供弹坡。而埋头弹由于弹头完全在弹壳内部,被弹壳包裹。所以弹尖完全不可能划伤供弹坡。

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埋头弹使用的弹链为环形聚合物弹链,强度较高,而且每节5.56mm环形弹链的质量只有0.5g,而5.56mm nato使用的金属弹链质量为2g,聚合物弹链的质量更低。而且对于美军使用的M240,M249机枪,机枪推弹的过程中由于弹壳锥度的原因,把弹药推出可散弹链的过程中,弹壳会让弹链变形,从而增加了推弹力。而埋头弹由于形状为圆柱形,推弹过程不会让弹链产生巨大的形变。从而降低了推弹力,可以增加供弹可靠性。

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另外,埋头弹为圆柱形,其底缘结构更为简单,从而可以从底缘部分降低弹壳的质量。圆柱形弹壳没有弹壳锥度,弹匣供弹可靠性比有锥度的弹壳相对好一些。

常规武器的枪机是多个功能合在一起的模块,集合了推弹、击发、抽壳、抛壳功能,但是则把部分功能分开。埋头弹武器的枪机只负责推弹,击发。埋头弹武器的抛壳方式和常规武器不同,常规武器需要使用抽壳钩从弹膛内抽出弹壳,抽壳钩的寿命在武器上非常关键。而且在抽壳速度过高时可能会发生抽断壳或抽壳失败的问题。而且抽壳钩力和抽壳速度还会影响抛壳路径。但是埋头弹武器不需要抽壳钩,抽壳为后一发弹顶出前一发弹。武器不再需要担心抽壳钩寿命,而抛壳由单独的抛壳系统完成,抛壳路径也更稳定。

然而埋头弹的缺陷也同样明显。士兵并不会因为弹药占用的空间减少而多带更多的弹药。这是由于弹药减小体积的时候主要减少了长度,但是却也同时增加了宽度。从士兵携行的空间占用方面来看,一枚7.62mm CT就相当于一枚没有弹头的7.62x51mm弹壳,甚至直径还略大一些。

而一枚6.8mm CT仅仅比装有弹头的7.62x51mm弹药略短。当一个士兵把100、200发弹链箱装在战术背心的弹链包里时,并不会因为子弹的长度只短了一点点,他就会叠加两层弹链包来携带多一倍的弹药。由于弹药的直径更大,士兵的供弹具横向体积更大。反而可能会更臃肿一些。而在弹匣供弹的武器上,弹壳宽度的增加意味着更长的弹匣才能容纳和之前同样多的弹药。在卧姿射击时,会对士兵产生影响。

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另外,正如西格绍尔的CEO罗恩·科恩(Ron Cohen)所说:“SIG认为更替为聚合物弹壳的成本太高,带来的收益难以证明投入成本的合理性”。埋头弹和现在的北约的弹药完全不同,更换武器需要极大的投入。不单是弹药本身,还有生产线,使用习惯等问题。埋头弹是最为激进的方案。实现这个计划所需要的改动和花费,是三个计划中最大的。

3. 通用动力的方案——

由True Velocity设计的塑料弹壳弹药

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据官方宣传,聚合物弹药降低了30%的重量,210发铜壳5.56mm弹药的质量和300发聚合物弹壳5.56mm弹相近。

聚合物弹壳可以染成不同的颜色,而且不会影响抽壳。对于标记不同弹种,弹壳染色比弹尖染色的效果更好。

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在弹药进膛的过程中,弹壳可能会经历弹壳强度问题。

现阶段弹壳的强度,尤其是前部比较薄的部分,强度已经偏低。在很多枪械上进弹过程都有枪弹斜肩撞变形的情况。一开始,True Velocity公司的方案是使用常规形状的聚合物弹壳。聚合物弹肩的部分则非常薄弱。聚合物弹壳在枪机复进运动速度较高的情况下会很可能出现弹壳在复进的时候撞击弹膛等部分导致变形或者更糟糕的弹壳破裂,发射药直接撒进自动机导致故障。

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早期的弹药,弹肩部分(24)相当薄弱

目前NGSW使用的6.8mm聚合物弹壳弹则采用了另外一种设计,True Velocity对之前的聚合物弹肩部分做了改进,改进了弹肩的形状。弹肩部分的塑料厚度更大,有利于缓解进弹时弹肩破裂的问题。

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另外,聚合物弹壳的导热性能比金属弹壳低,在射击时金属弹壳可以把大量将热量传导进弹膛。但是使用聚合物弹壳弹药进行射击时,可以减少弹壳传递给弹膛的热量。有利于持续射击。

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官方宣传中用手直接接触发射过的弹壳,由于导热性差,弹壳的表面温度也更低,从而可以用手接触。

聚合物弹药的精度也优于常规塑料弹壳弹药,这是由于弹壳的制造精度更高。聚合物弹壳的生产方式是使用钢制模具,采用包覆成型工艺制造聚合物弹壳,除了弹壳肩部和颈部之外,弹壳为一次成型。弹壳壁的误差可以控制在0.0076mm之内,非常精确。另一台设备加工弹壳的肩部和颈部,并保证厚度统一。因此聚合物弹壳制造过程中可以对弹壳规格进行精密控制,从而确保一致性。

官方宣传中提到,聚合物弹壳的拔弹力也更为恒定,从而也可以对精度有一定的提升。

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为了确保弹药的顺利抽壳,弹药的底部采用了钢制弹底嵌入聚合物弹壳设计。

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32的部分为钢质弹底,嵌入聚合物弹壳底部。缓解解决聚合物弹壳因为结构强度低,抽壳时导致抽断弹壳底缘的问题。而且两者结合的强度更高。而42的部分是聚合物,这种结构设计可以用于保护底火。

另外,通用动力的6.8mm弹药的弹头长度相当大,其弹形系数较高,有利于让外弹道更为低伸,有利于打击远距离的目标。弹头据说为了击穿NIJ4级插板,使用了裸钨芯设计。

美军未来子弹大猜想:金属VS塑料,谁将主导未来战场?

从左到右:第一个弹头为通用动力的6.8mm通用弹,第二个为M80A1,第三个为M855A1。

NGSW计划的一个重要要求在于降低弹药质量。而通用动力的武器优势在于弹药的质量最低,减重幅度最大。

然而,这种弹药的缺点在于,武器的如果使用常规的武器布局设计,在长度相同的情况下,枪管较短。那么如果达到所需要初速,6.8mm弹需要的膛压会非常高,在高膛压下,弹壳会紧贴弹膛,加上聚合物弹壳的强度偏低,抽壳可能会出现问题。

因此通用动力的NGSW系统采用了无托结构。无托结构在同等长度下,可以增加枪管长度,从而让火药气体有更长的时间用于推动弹头,从而如果弹头可以在更低的膛压下达到需要的初速。较低的膛压可以降低弹壳对弹膛的力,减少抽壳阻力,从而提高使用塑料弹壳情况下的抽壳可靠性。

但是无托式武器的布局相当不符合美军的操作习惯。而且NGSW-AR型的弹匣容量也会受到限制。

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专利中的炸壳图片,但是并未说明炸壳的原因。

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      2020/1/24 14:03:17

      网友回复

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      根本就不重要.

      大国对抗,轻武器基本没用,什么子弹都行.把库存消耗完了事.

      对高烈度治安战(反恐,缉毒等)而言,也是传统的中等口径子弹最好.

      对低烈度城市治安战,使用橡胶子弹最好,...

      2020/3/7 19:10:31
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      同时还可开发出大威力机枪弹,仍采用传统金属弹壳结构,弹肩以下部分跟塑壳埋头弹外形相同,这样机枪可以通用两种弹。

      2020/3/7 18:41:36
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      同时还可开发出大威力机枪弹,仍采用传统金属弹壳结构,弹肩以下部分跟塑壳埋头弹外形相同,这样机枪可以通用两种弹。

      2020/3/7 18:41:36
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      塑壳埋头弹,可以使用尽量长的弹头,增加断面比能,增强穿甲能力,也可以减小阻力。

      2020/3/7 18:24:07
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      塑壳埋头弹是未来发展方向,但头部应该改为锥形,很简单,塑壳帽改成锥形就可以了,这样就可以采用传统的供弹坡结构,仍然采用传统的步枪结构,成功的可能更大 ,也更成熟。

      2020/3/7 18:20:46
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      一名士兵上战场,携带的子弹是有数量的,其实换句话说,就是携带的重量是有限的

      2020/1/26 20:15:26
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      一名士兵上战场,携带的子弹是有数量的,其实换句话说,就是携带的重量是有限的

      2020/1/26 20:15:26
      • 军衔:陆军上尉
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      子弹,很多人都知道,全世界都是使用的黄铜作为子弹的原料 只有中国使用的是钢原料

      2020/1/25 12:54:33
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      为什么说塑料壳子弹,会成为未来子弹的主流?

      2020/1/24 21:35:22
      • 军衔:陆军大校
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      塑料蛋壳是发展方向

      2020/1/24 14:56:28

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