三土 明光

奇異的超空泡技術

2012年6月，挪威一家名為DSG（Defence & Security Group）的公司宣布，其研制出兩款“具有里程碑意義”的新型槍彈——一種是銅制實心自然超空泡（General Purpose Supercavitating，簡稱GPS）技術水下槍彈，另一種是鎢彈尖雙核超空泡（Dual—Core Supercavitating，簡稱DCS）技術水下穿甲彈。這兩類槍彈統(tǒng)稱為MEA（Multi—Environment Ammunition）彈藥，意即“多環(huán)境彈藥”。

DSG公司于2009年注冊成立，是挪威BOS（Bertel O. Steen）公司的子公司，其主要致力于國防和安全等領域的產品研發(fā)。據該公司宣稱，這兩種彈藥已經過各項測試，其性能獨特先進，可以滿足不同用戶的使用需求。

在介紹這兩種新型彈藥之前，首先需要了解超空泡的相關知識。超空泡（Supercavitating）是建立在瑞士科學家丹尼爾·伯努利于1738年發(fā)現(xiàn)的一種規(guī)律基礎之上的一種物理現(xiàn)象，即在同一流體系統(tǒng)（如水流、氣流）中，物體運動速度越快，流體對物體表面產生的壓力就越小。而對于水來說，沸點也會隨著壓力減小而降低，如果物體相對速度增加到一定程度，即使是在常溫下，物體表面的一部分水隨著壓力的減小也會由液態(tài)變?yōu)闅鈶B(tài)，由此產生了空泡。超空泡就是這種空泡的一種極端形式，當物體在水中的運動速度超過100節(jié)（約51.4m/s）時，物體前端就可能產生大型氣泡，即超空泡。超空泡的長度與物體本身的運動速度有關，速度越快氣泡就越長。通常物體在水下運動時，在阻礙其運動的各種因素中，最主要的是其與水摩擦所造成的黏性阻力，這種阻力大約是空氣阻力的1000倍。科學家們曾為克服物體在水下高速運動時的阻力問題而絞盡腦汁，最后發(fā)現(xiàn)可以利用這種超空泡效應，通過物體尖端外形的設計或是增加專門的氣泡生成裝置，在物體外表形成一種可持續(xù)更新的氣泡，包住物體表面，盡可能減小水與物體表面的接觸面積，從而大大降低黏性阻力。在這種低密度氣泡包裹下，物體就像是飛行在由自己制造的一個“氣囊”里，從而將水的阻力減小90%左右。這種技術最早應用在魚雷上，最成功的例子當屬裝備在俄羅斯“阿庫拉”級攻擊型核潛艇上的著名的“暴風”魚雷，通過使用超空泡技術，這種魚雷航行速度可以達到前所未有的230節(jié)（約133.6m/s）。

從形成原因來看，超空泡分為自然超空泡和人工通氣超空泡兩種。實現(xiàn)超空泡一般有三種途徑：一是提高物體運動速度；二是降低流場壓力；三是在低速情況下，可以利用人工通氣的方法保持空泡內部壓力。通過前兩種方法形成的即為自然超空泡，最后一種即為通氣超空泡。魚雷這類武器受制于體積、質量和推動技術的限制，屬于低速航行體，很難產生自然超空泡，需要采用人工通氣的方法。

“暴風”魚雷的頭部設計有專門的空泡發(fā)生器，將火箭發(fā)動機的燃氣導入魚雷頭部，通過發(fā)生器形成超空泡。而對于槍彈這類體型很小的彈藥，采用這種人工通氣方法來實現(xiàn)超空泡顯然是不切實際的。因此，DSG公司的多環(huán)境槍彈采用的是自然超空泡技術，通過精心設計彈頭的形狀以及彈尖的弧度，利用彈頭的高初速以及彈頭頂部的特殊外形來形成超空泡，達到在水下高速穩(wěn)定飛行以及順利侵徹目標的目的。

DSG公司的兩種超空泡新彈

GPS技術水下槍彈

目前，DSG公司研制的GPS技術水下槍彈能見到的實物只有7.62×51mm一種型號，但據其資料所稱，該公司還可以提供5.56×45mm、9×19mm和12.7×99mm等3種西方常見口徑的產品。

從結構來看，這種槍彈由黃銅彈殼、底火、發(fā)射藥和彈頭組成，其結構組成與普通槍彈并無任何不同，只是彈頭經過了特殊設計。該彈頭為實心結構，由黃銅棒經精密車制而成，表面光潔度較高，由圓柱體部分和頭部三段錐體組成。其中，第一錐體位于彈頭頂端，錐角較大，高度較低；第二錐體錐角較小，高度稍高；而第三錐體錐角最小，高度最高。正是彈頭頂端的這種特殊形狀，保持了彈頭在水中運動時形成超空泡的能力，以此降低了彈頭飛行的阻力，達到在水中飛行的速度要求。

據DSG公司宣稱，這種槍彈可以從岸上向水中發(fā)射，也可在水中對岸上的目標進行射擊，而完全在陸地和水下環(huán)境中使用更是不在話下，所以該彈才會被稱為多環(huán)境槍彈。GPS彈藥獨特的彈尖形狀，即使射手以較小的角度將其射入水中，也不致發(fā)生跳彈現(xiàn)象，只是當從空氣往水中射擊或在水中往空氣中射擊時，需要考慮水對光線的折射作用，提前對瞄準誤差進行修正。

7.62×51mm口徑的GPS彈頭質量為8g，在空氣中初速為870m/s，有效殺傷距離為800m，在水下有效殺傷距離為10～15m（視水深而定）；而相同口徑的北約標準步槍彈在水中的最大殺傷距離還不到2m，超過這一距離即會失去作用。GPS彈頭采用全銅材質，造價較為低廉，即使提供給射手用作日常訓練，費用也能夠保障。

據說這種槍彈還有一個極為可怕的特點，不論在空氣中還是在水中，當命中人體這樣含有大量水分的軟體目標時，其彈頭具有的超空泡現(xiàn)象將會繼續(xù)保持，由此不難想象這種彈頭造成的傷道和殺傷效果將是如何恐怖。除此之外，DSG公司對此種新彈的其他數據三緘其口，其具體性能尚有待更進一步披露。

DCS技術水下穿甲彈

DSG公司公布的DCS技術水下穿甲彈目前有兩種型號，一種是采用整體式復合彈頭的式樣，稱為雙核超空泡彈（Dual—Core Supercavitating，簡稱DCS）；另一種是帶有可分離彈托的式樣，稱為穿甲超空泡彈（Armor Piercing Supercavitating，簡稱APS），該彈具有更高的穿透能力。目前，展示的DCS雙核超空泡彈實物有5.56×45mm、7.62×51mm和12.7×99mm三種口徑，而APS穿甲超空泡彈實物有7.62×51mm和12.7×99mm兩種口徑。但根據DSG公司的公開資料，這兩種類型的彈藥均具有三種口徑，甚至還可以提供目前西方狙擊步槍廣泛使用的0.338英寸拉普阿口徑。這兩種型號的彈同樣能從岸上向水中發(fā)射，或是從水中發(fā)射攻擊岸上的目標，以及完全在陸地和水下環(huán)境中使用。

DCS雙核超空泡彈的技術含量主要集中在彈頭部分，其結構相對GPS技術水下槍彈彈頭而言更加復雜，由鎢合金硬質彈心和包裹在彈心后部不可分離的銅質彈托組成。銅質彈托主要起到嵌入膛線，減緩彈頭對膛線磨損的作用。之所以叫做雙核超空泡彈，是因為鎢合金彈心與銅質彈托上各設計有一道錐形環(huán)槽，鎢合金彈心上的環(huán)槽直徑較小，而彈托上的錐形環(huán)槽直徑較大。這種特殊的外形顯然增加了彈頭加工的難度，但正是這種雙錐形環(huán)槽的設計，使得彈頭更容易在水中形成超空泡，增加了水下的有效射程，同時堅硬的鎢合金彈心也更有利于侵徹可能遇到的氣瓶、潛水頭盔等硬目標。7.62×51mm DCS雙核超空泡彈的彈頭質量達14.2g，在空氣中初速為660m/s，有效殺傷距離為950m，在水下的有效殺傷距離為20m。在岸上使用時，由于彈頭質量較大，存速能力較強，該彈在950m距離上的性能與普通7.62×51mm NATO彈頭在100m處的性能基本相同。

APS穿甲超空泡彈的結構類似于DCS雙核超空泡彈，但彈心設計得更細，并且彈頭直徑也略小一些，彈頭外增設有一個可分離的銅質彈托，彈殼將彈托完全包裹，整體結構更類似于脫殼穿甲彈的設計，目的是提高彈頭初速，同時減小彈頭直徑，以提高彈頭斷面比能，有利于進一步增大彈頭的侵徹能力。鎢合金彈心的頂部被設計成了帶有較大錐角的鈍錐面，后部則是光潔度較高的細長的小錐角錐面，沒有錐形環(huán)槽，但在銅質彈托上設計有一個與雙核超空泡彈類似的錐形環(huán)槽，整個彈托包裹住彈頭的圓柱部位，彈頭全長略大于DCS雙核超空泡彈。7.62×51mm口徑的APS穿甲空泡彈彈頭質量16g，在空氣中初速為610m/s，有效殺傷距離為1040m，在水下的有效殺傷距離為25m。在岸上使用時，其彈頭在1040m處的性能相當于普通7.62×51mmNATO彈頭在190m處的水平。

12.7×99mm口徑的APS穿甲空泡彈彈頭結構與7.62×51mm口徑的彈類似，只是彈心被銅質彈托包裹住的部分更長，彈頭前部錐角更小，彈頭的流線形更加明顯。其彈頭質量為60g，在空氣中初速為780m/s，有效殺傷距離大于2000m，在水中的有效殺傷距離為60m。在岸上使用時，該彈在2000m處的性能要優(yōu)于相應型號的普通彈在200m處的性能。

DSG公司的其他產品

與上述多環(huán)境槍彈同時推出的，還有DSG公司研制的兩種專供狙擊步槍使用的高精度槍彈，其一是SST（Super Sniper Tactical）超級狙擊戰(zhàn)術彈，另一種稱為SSAP（Super Sniper Armor Piercing）超級狙擊穿甲彈。前者展出的實物只有7.62×51mm口徑一種，而后者則有5.56×45mm和7.62×51mm兩種口徑的實物展示。其實，這兩種槍彈的設計式樣也同樣適用于5.56×45mm、7.62×51mm、12.7×99mm和0.338英寸拉普阿4種不同口徑的式樣。

SST超級狙擊戰(zhàn)術彈的主要特點也是集中在彈頭的設計上，其彈頭采用硬黃銅整體精密車制而成，表面光潔度較高，彈頭外形尖銳。為減小彈頭的飛行阻力，彈尖部采用了雙錐形設計，尾部為過渡光滑的船尾形。據DSG公司介紹，該彈的最大特點是減小了側風的影響，相對于普通槍彈，側風影響要減小25%以上。不過，DSG公司并未提供這種槍彈的詳細精度指標。

SSAP超級狙擊穿甲彈彈頭外形與SST超級狙擊戰(zhàn)術彈類似，只是彈頭長度略短一點。其彈頭尖部為鎢合金材質，后半部分由黃銅制成。為了保證同軸度，彈心與彈托都是整體車制的，表面經過拋光。由于彈心材料的改變，這種槍彈不僅具有極高的精度，同時還具有優(yōu)異的侵徹性能。不過，DSG公司未展示該彈的具體數據。

有趣的是，在SST和SSAP彈的包裝盒右上角，均印有“多環(huán)境彈藥”字樣，但在同一面的左下角，又印有“For use in air”（僅在空氣中使用）的字樣，這兩者明顯存在矛盾。之所以如此，估計還是DSG公司出于宣傳目的，將他們推出的所有新彈均統(tǒng)稱為多環(huán)境彈藥，然后再在包裝盒上單獨注明每種槍彈的實際使用環(huán)境。像前面介紹的幾種真正的多環(huán)境槍彈，它們包裝盒左下角通常都注有“For use in air and water”，意即可以同時在空氣或水中使用。

超空泡彈藥的利弊與發(fā)展趨勢

平心而論，DSG公司真正具有劃時代意義的設計只有前述的兩類超空泡技術多環(huán)境槍彈，它們成功地利用了超空泡技術，有效減小了彈頭在密度遠大于空氣的的水下環(huán)境中的飛行阻力問題。通過特殊的外形結構設計，比較徹底地解決了彈頭從一種介質射入另一種密度和阻力均不相同的介質時存在的不穩(wěn)定問題，同時鎢合金材質的應用使這些槍彈具有存能大、侵徹力高的優(yōu)點，對有生目標的殺傷力不容小視。

很明顯，這兩種槍彈的潛在用戶是各國的兩棲特種作戰(zhàn)部隊，對于需要在岸上和水下兩種作戰(zhàn)環(huán)境中來回交替的用戶來說，這種多環(huán)境槍彈的優(yōu)勢是非常明顯的。雖然就水下性能進行單獨比較，5.56×45mm口徑的超空泡槍彈未必能夠比得上俄羅期5.45×39mm PSP水下槍彈，甚至不一定能夠超越俄羅斯在40年前研制的老式5.66×39mm MPS水下槍彈，但前者擁有在介質環(huán)境發(fā)生改變時彈頭依然能保持穩(wěn)定彈道以及殺傷力的獨特優(yōu)點，這是世界上任何一種槍彈都不具備的獨門絕技。此外，新彈藥的尺寸與現(xiàn)有北約標準制式槍彈保持通用，北約大多數現(xiàn)役槍械不需經過改裝，即可直接發(fā)射新彈，這也是超空泡槍彈的一個顯著優(yōu)勢。

當然，由于這些超空泡槍彈的彈心中含有金屬鎢，加上外形精細復雜、工藝要求較高，實際價格會比普通槍彈高出不少。同時，盡管現(xiàn)有槍械不經改裝就能發(fā)射這種槍彈，但畢竟它們在設計時并未考慮到在水下發(fā)射實彈的要求，強行發(fā)射勢必會對槍械本身造成一定的損害，嚴重時甚至會釀成事故，因此研制和列裝專用的水下槍械仍是必要的。另外，這種超空泡槍彈彈頭質量較大，導致全彈質量亦較大，因而士兵攜彈量有限。

目前，俄羅斯也已經意識到了超空泡槍彈在多種環(huán)境中具有的良好適應性，并著手開始研究超空泡技術在水下槍彈上的應用，其研制情況值得關注。

編輯/鄭雙雁