防彈衣材料對槍彈侵徹威力的挑戰(zhàn)

據(jù)報道，2005年中俄軍事演習中，用AK47步槍在10m距離上射擊俄方士兵裝備的防彈衣，不能擊穿。美軍在伊拉克的士兵也裝備了能防御AK47的防彈衣。高性能防彈衣的普及及裝備，對槍彈的侵徹威力提出了嚴峻的挑戰(zhàn)。

高速小口徑槍彈和高性能纖維防彈衣同時出現(xiàn)在1960年代。半個世紀以來，它們都得到了快速發(fā)展。

自1960年代美軍裝備5.56mm小口徑自動步槍以來，全世界掀起了一股小口徑熱潮。到目前為止，各國小口徑武器已形成三大系列，即北約的5.56mm 口徑、俄羅斯的5.45mm口徑和中國的5.8mm口徑。步兵班用武器小口徑化，對部隊戰(zhàn)斗力的提高起到很大作用。但小口徑槍彈的侵徹性能僅有局部提高，并沒有明顯的超越。

半個世紀以來，防彈纖維材料獲得突飛猛進的發(fā)展，由最初的尼龍纖維發(fā)展到今天的芳綸纖維（凱夫拉）和超高分子量聚乙烯纖維。纖維的強度達到鋼的16～18倍，彈性模量（稱為模量）達到鋼的4～5倍，是鋼密度（7.8g/cm3)的1/8。纖維密度最小的達0.97g/cm 3，由于高強度、高模量、低密度纖維的飛速發(fā)展和工業(yè)化水平的不斷提高，使防彈衣的防彈性能越來越好，質(zhì)量越來越輕，價格越來越便宜。這為部隊大量裝備創(chuàng)造了條件。

另據(jù)報道，蜘蛛絲纖維的合成已經(jīng)完成實驗室研究，一旦完成工業(yè)化轉(zhuǎn)換，防彈纖維的性能將會獲得更大的提高。

槍彈和防彈衣這對矛盾主體的發(fā)展，應該引起輕武器界的高度重視。如果槍彈沒有相應的技術進步與發(fā)展，不久的將來，將會出現(xiàn)矛不破盾的尷尬局面。

高性能纖維的優(yōu)勢

目前國際上主要使用的防彈纖維材料有兩種：一是美國杜邦公司的芳綸纖維（主要成分是聚對苯二甲酸對苯二胺）；二是荷蘭迪尼瑪公司的超高分子量聚乙烯纖維（以下簡稱迪尼瑪）。

高性能纖維的機械性能

芳綸、迪尼瑪和鋼的機械性能以及幾種高性能纖維的強度和模量比較見下面的表和圖。

從表中數(shù)據(jù)和圖中看出，芳綸、碳纖維和迪尼瑪?shù)臋C械強度和彈性模量都比鋼強很多。其中迪尼瑪?shù)男阅芨鼊僖换I。以迪尼瑪SK77為例，它的強度是鋼的17 倍，模量是鋼的5倍，密度為0.97g/cm3，是鋼密度（7.8g/cm 3)的1/8。。

再來看看高性能纖維的耐腐蝕性能。從迪尼瑪和芳綸纖維耐腐蝕試驗結果（見表2）可以看出，迪尼瑪材料有很好的耐酸、耐堿等腐蝕性能。芳綸材料經(jīng)不住強酸、強堿腐蝕，但對其他溶液的耐腐蝕性能還是很好。

防彈衣質(zhì)量估算

按我國防彈衣軍標要求和迪尼瑪公司提供的資料，對防彈衣質(zhì)量進行估算（見表3）。

按中國標準，防56式7.62mm普通彈V級防彈衣的質(zhì)量為8.53kg，顯然這個級別的質(zhì)量不可能為部隊普遍接受，只能在個別特定的條件下使用；使用迪尼瑪材料，同等條件的V級防彈衣質(zhì)量為4.37kg，這種質(zhì)量級別的防彈衣，部隊完全可以接受；迪尼瑪材料質(zhì)量約4.5kg的防彈衣，基本能防御各種自動步槍彈的侵徹。

此外，從迪尼瑪公司提供的資料看，防M193普通彈要求的面密度為16kg/m2 。而防M193穿甲彈要求的面密度為25kg/m2。這說明彈頭結構對防彈衣的侵徹是有影響的。

槍彈侵徹威力現(xiàn)狀分析

槍彈威力是指槍彈侵徹威力和殺傷威力。侵徹威力又分為對硬目標的侵徹威力和對軟目標的侵徹威力。對硬目標的侵徹威力用槍彈的速度（臨界穿甲速度）和動能（潛在因素）來衡量。對軟目標的侵徹威力用槍彈的斷面比能衡量。用高強度、高模量纖維制造的防彈衣，屬于硬目標？軟目標？還是硬軟均具備的綜合性能目標？這一問題現(xiàn)在還無法判定，有待進一步研究。

現(xiàn)對兩種槍彈的外彈道存速、存能和斷面比能進行對比，概略分析槍彈侵徹威力的現(xiàn)狀。

53式7.62mm普通彈和88式5.8mm機槍彈

53式7.62mm普通彈和88式5.8mm機槍彈在0～1000m的存速、存能、斷面比能對比。

口徑減小的最大優(yōu)點是槍口沖量大幅度下降，53式槍彈的槍口沖量為11.9Ns，88 式槍彈的槍口沖量為6.5Ns，降低45％，槍的可控性得到根本改善。同時全彈質(zhì)量由22g降到13g，減輕41％；

0～1000m全射程，53式槍彈的動能比88式高38～50％；

0～800m射程，88式槍彈的存速比53式彈高3～10％，900～1000m存速基本相同；

200～600m射程，88式彈的斷面比能比53式彈高3～17％，其他射距53式彈比88式彈高4～12％。

總體分析：

（1）53式槍彈存能較88式槍彈高38～50％。動能雖是侵徹威力的潛在因素，不能直接表明侵徹威力的大小，但對防彈衣的侵徹作用是明顯的。我們曾做過試驗：在一定距離上，56式7.62mm槍彈和5.8mm普通彈不能穿透迪尼瑪防彈衣，53式彈則能穿透。這說明對防彈衣的侵徹，動能也是一個不可忽略的因素？

（2）88式彈的存速和比能基本上與53式彈接近。88式槍彈彈頭采用穿甲彈頭結構設計，充分利用存速和斷面比能的優(yōu)勢，使1000m處侵徹2mm厚的50號冷軋鋼板＋25mm厚松木板2塊達到53式彈的水平。

56式7.62mm普通彈與5.56mmSS109彈

56式彈是中間威力型槍彈，適用于自動步槍。56式彈與SS109彈在0～600m 的存速、存能、斷面比能對比（見表5）。

從表5看出：

槍口沖量SS109彈槍口沖量較56式彈小24％，這是小口徑槍彈共同的優(yōu)點。

動能0～600m射程，56式彈的存能都大于SS109彈，但200～400m射程， 56式彈僅高出20～90J（3～11％）；

速度0～600m射程，SS109彈存速高于56式彈28～39％；

斷面比能0～600m射程，SS109彈斷面比能比56式彈高43～68％。

總體分析：

（1) 600m射程內(nèi)，56式彈的存能比SS109彈略高，潛能相差不大，因此兩種彈的能量屬于同一數(shù)量級：

（2） SS109彈存速和斷面比能分別比56式彈大28～39％和43～68％，這對侵徹硬目標和軟目標都有利，因此對硬、軟目標侵徹效果較56式彈好；

（3）按一般分析認為，SS109彈對防彈衣的侵徹威力應該比56式彈高。但試驗結果表明，能防56式彈的防彈衣（V級）也能防SS109彈和5.8mm普通彈。因此，可以認為現(xiàn)今世界各國的自動步槍用彈，對防彈衣的侵徹都屬于同一數(shù)量級。

小口徑槍彈在有效射程內(nèi)提高了存速和斷面比能。這對侵徹以鋼盔為代表的硬目標和以木板為代表的軟目標十分有利，可以大大地提高侵徹效果。

但小口徑帶來的問題是外彈道存能降低，對防彈衣侵徹效果不理想。

當今，世界各國步槍實現(xiàn)小口徑化，但小口徑步槍彈對防彈衣的侵徹能力，基本上與56式7.62mm普通彈屬于同一數(shù)量級，沒有更大突破。因此，步槍彈對防彈衣的侵徹能力急待提高。

槍彈發(fā)展探索

防彈衣性能已經(jīng)提高到相當高的水平，而且還在不斷發(fā)展。但槍彈目前仍停留在小口徑的旋風中，步槍小口徑了，機槍小口徑，手槍也小口徑，并乘勝向微口徑?jīng)_擊。槍彈發(fā)展到現(xiàn)在，雖然有很大進步，但侵徹方式和性能都沒有什么改變和提高。在這種矛不破盾的形勢下，槍彈如何發(fā)展是值得認真思考的問題。

沒有優(yōu)良的彈藥，哪來先進的武器。槍彈應該沿著什么方向發(fā)展？槍彈當前侵徹的主要目標是什么？槍彈應在什么射距上保證對這些目標的侵徹？當前槍彈研究與發(fā)展應該按什么步驟進行？在槍彈發(fā)展中，這些都是需要首先明確的問題。

確定侵徹目標，建立侵徹模型

當前，由于對槍彈侵徹的原理、方式、方法研究太少，沒有適用的技術儲備，面對高性能防彈衣，建立模型不可能一步到位。針對此情況，筆者認為應當分兩步進行。

第一步，按照纖維頭盔一側(cè)加25mm厚木板模型結構考核槍彈的改進與提高。

第二步，建立防彈衣侵徹模型。防彈衣應按迪尼瑪材料成衣的4～5kg質(zhì)量確定標準防彈衣級別。

合理確定侵徹射距

提高防護層性能設計的侵徹模型不可能要求槍彈在全射程都能擊穿。因此可以按照戰(zhàn)場的實際情況進行合理處理，即把射程分為有效射程和常用射程。比如步槍彈有效射程600m，而在300m射距射擊頻率占86％，因此可將300m定為常用射程。有效射程終點能量侵徹模型可按破片模型設計，常用射程終點能量侵徹模型則按防彈衣或頭盔模型設計。

終點侵徹模型和射距確定應由論證部門牽頭進行論證，這是槍彈發(fā)展的基礎。

槍彈發(fā)展方向

針對防彈衣侵徹目標，槍彈可從兩個方向發(fā)展：

提高槍彈的侵徹能量在沒有新的侵徹機理、結構等技術可借鑒的情況下，只有靠能量侵徹。增加能量的最好方式是加大口徑，增加彈重。估計這也是美國新研制6.8mm口徑武器的重要原因之一。當然增大口徑必然帶來沖量增加，彈頭質(zhì)量增大等弊病。

探索新的侵徹機理，尋求新的彈頭結構種種跡象表明，彈頭結構對防彈衣侵徹效果影響是很大的。如用54式 7.62mm手槍射擊，初速同為420m/s，但鋼心結構的51B式手槍彈的侵徹威力比 51式鉛心手槍彈威力大得多。又如對于5.56×45mmM193鉛心彈，迪尼瑪防彈衣應達到的面密度為16kg/m 2，而對于5.56×45mm穿甲彈，迪尼瑪防彈衣應達到的面密度為25kg/m 2。這說明，不同的彈頭結構對防彈衣的侵徹性能有很大的區(qū)別，而在這方面還有很大的潛力可挖掘。

對高性能纖維的侵徹機理目前還是一片空白。因此應該盡快開展對高性能纖維的性質(zhì)、侵徹過程中彈頭的變形和纖維的破斷等機理的專題研究工作，并從中尋求突破點，為彈頭新結構探索創(chuàng)造條件。