超级军网[转帖]复合材料炮弹弹体
来源：百度文库 编辑：超级军网 时间：2024/04/28 02:43:36
复合材料炮弹弹体
本文讨论了使用复合材料代替钢，制造携带载荷的155毫米 炮弹弹体的后勤优势。使用复合材料制造155毫米 炮弹弹体，可使每发炮弹减轻重量25～30％。轻型、快速部署部队利用复合材料炮弹以及未来的直接支援武器系统，即一种重226.8千克的155毫米 牵引榴弹炮，减轻重量的优点，可以装备155毫米 加农炮火力，使用具有四倍105毫米 加农炮发射炮弹杀伤力的炮弹，而该炮弹重量大约是105毫米 炮弹的两倍。这种轻型榴弹炮和炮弹系统大大提高了每后勤吨弹药的杀伤力。
1、引言
长期以来，加农炮发射的炮弹主要用钢制造，内含变量炸药，以便产生爆炸和破片效应。在第一次世界大战和第二次世界大战期间，20毫米～240毫米 口径的钢质弹体统治战场，它们除了携带高爆炸药之外，还携带其它载荷，例如烟幕剂和毒剂。在越南战争前夕和之中，发展了携带小型子弹的炮弹弹体。当用这种弹体攻击某些目标时，明显提高了其杀伤力。炮弹的这种现代化进程，给后勤工作带来了增加重量的负担。M198牵引榴弹炮的重量为7182 千克，炮弹的标称重量为45 千克。现代战争因为需要快速部署火力，而产生了快速部署和特种部队，它们需要重量轻、可空运和具有有效质量的武器，从而使每后勤吨弹药的杀伤力较高。这些部队具有"轻型"名称，能够在18小时之内以最小的后勤负担把杀伤火力部署到世界任何地方。
目前，为了能够完成陆军首创的"轻型部队"的许多任务，正在探索研究现代复合材料。在例如弹托、装甲、车辆结构和运输容器等武器部件中，可以应用复合材料。现代分析方法和尝试制造工艺产生了高强度复合材料，它们用于特殊目的，其单向强度如同钢的强度，而每单位体积的重量却是钢的1/3。高容量炮弹（HICAP）计划首次尝试了用现有的碳/环氧复合材料制造炮弹弹体。碳/环氧复合材料样品炮弹能够耐13000g以上的轴向重力加速度，并且能够与155毫米 系统的最大装药相容。海军的最佳购买计划以及陆军目前的轻型炮弹弹体项目，即释放子弹药的"75磅弹体"项目，广泛使用了高容量炮弹计划采用的技术，这是本文阐述的重点。
2、现有的技术
携带子弹的155毫米 系列两种炮弹是M483A1和 M864，后者是底部助燃、射程较远、杀伤力稍小类型的炮弹。上述的每一种炮弹释放M42/M46有效载荷，并把它们散布到目标区中。类似的炮弹是105毫米 XM915型炮弹，它将携带新型M80子弹，该子弹比其前身M42子弹小，具有可比的反装甲能力和新型自毁引信。子弹在摧毁某些敌人的目标时是分布的弹群，其杀伤力比例如M107这样的单点高爆弹高许多倍。轻型部队非常需要这种类型的炮弹，它们现在使用105毫米 榴弹炮完成直接的支援任务。另外一种携带载荷的炮弹是XM898，即传感、摧毁装甲（SADARM）炮弹，该弹释放两种子弹药，执行反击兵器群的任务。
美国陆军和英国正在发展XM777式155毫米 轻型牵引作战平台，该平台的重量将比M198牵引榴弹炮的重量轻40％。这种武器能够采用155毫米 系列的发射药装药，并发射155毫米 系列全部现有的炮弹。虽然155毫米 炮弹的标称杀伤力是105毫米 炮弹的四倍（取决于有效载荷），但是，155毫米 轻型牵引作战平台的重量是105毫米 榴弹炮的两倍多，发射弹药的重量是105毫米 炮弹的三倍。轻型、快速部署部队必须选择较重、具有杀伤力的155毫米 炮弹或者轻型、杀伤力小得多的105毫米 炮弹。轻型部队是否选择使用新型155毫米 系统或者保留105毫米 系统，或者前两者，不是本报告阐述的内容。
3、出现的新技术
下一代轻型火炮作战平台是未来的直接支援武器系统（FDSWS）。它是减少炮口动能的155毫米 系统。在该系统中，将探索研究轻型材料和减缓后坐力的新技术。减重技术将把这个系统的标称重量减少到2272 千克，使其接近现用105毫米 系统1909 千克的重量。这个系统打算发射155毫米 现有套组弹药，但减少了装药和射程（仍然相当于105毫米 系统的射程）。这个系统发射的炮弹的杀伤力还比105毫米 榴弹炮炮弹的大得多，该系统还具有与陆军其余弹药相容的优点。这个作战平台与155毫米 轻型弹体系统相结合，提供给轻型、快速部署部队一种按照每后勤弹药吨杀伤力计算质量有效的系统以及能用HMMWV车辆牵引的武器平台。
携带载荷的炮弹弹体总是用钢制造的两个原因是：第一是明显的结构上的需要，以便支持发射产生的后坐力负荷；第二是在弹体外径上需要一定质量，以便使弹丸保持旋转稳定。复合材料炮弹弹体比钢炮弹弹体轻得多，在减轻总重量25～30％时可具有与钢弹体相同的有效载荷。它们在外径上没有足够的质量，以便保持旋转稳定，因而需要用可展开的尾翼进行稳定。在1996年6月进行的高容量炮弹计划过程中，演示了可展开的复合材料尾翼。在采用顶区（8－S）装药的相同试验中，还演示了6毫米 厚的复合材料弹体。
1992年，美国陆军弹道研究实验室的Lylc Kaiser研究出一种稳定尾翼的新方法。该方法采用用气流使尾翼最长尺寸定向的设计，改进了原来的高容量炮弹尾翼组件。使可展开尾翼具有椭圆形进气边特色的一项新颖设计方法被引入到该设计中，获得了用足够大的表面稳定面积而阻力较小的效果。可能恢复大量前述的弹道系数损失。然而，尾翼侵入到药室中的程度比M549炮弹严重。M549炮弹是现有炮弹中具有最长船形尾翼的炮弹。药室被侵入可能由于干扰原因不容许在现有的155毫米 榴弹炮中使用M203A1装药。M119A2（7区，红色药包）装药可能有足够的空间容纳长船形尾翼。需要一种系统方法，利用该方法，可设计容纳长形尾翼炮弹的新榴弹炮药室。
4.高容量炮弹计划产生的技术
高容量炮弹计划是1991～1996年期间一个成功的陆军科学和技术目标（STO），也是此期间与军械和发展中心合作的一个应用研究项目。它是证明非常长（185厘米）的复合材料炮弹弹体、可展开的尾翼以及按扣连接发射结构完整性的第一个炮弹计划。1995年10月，在陆军研究实验室的超声速靶场，用M203A1（顶区）装药进行的一次发射完整性试验证明了高容量炮弹结构完好。1996年6月，五发高容量炮弹使用M203A1（顶区）装药飞完了全程，完成了演示计划。通过高容量炮弹计划产生的许多技术可用于供轻型部队使用的整体轻型弹体。
首先，用碳环氧复合材料制造的前弹体因为只需承受自身的重量而比较薄。前弹体常被称作流线型弹体，这意味着，其密封空间比后装载的结构支撑弹体大。前弹体通过快速燃烧动力学产生的内部压力发生爆炸，而散布有效载荷。散布M42子弹的实验室爆炸试验表明，子弹的径向最佳抛出速度为61米/秒，该速度有利于子弹在地面形成合格的散布密度。
因为树脂浸渍增强材料技术已经成熟，所以，能够制造薄壁厚弹体。使用小百分比数量的硼纤维也是提高环氧基复合材料固有强度的关键。可以把复合材料弹体的壁厚制造得非常薄，以便容纳许多子弹，复合材料弹体的标称壁厚是现用装载弹壁厚（3毫米）的1/4。在海军的最好买计划（即一个5英寸制导炮弹弹体计划）中，演示了这些超薄壁厚复合材料弹体。实际上，所有的高容量炮弹技术都通过一个陆军－海军合同备忘录（MOA）转让给了上述计划。
表1表明了155毫米轻型炮弹和可比的105毫米炮弹之间的差别。它们从炮弹的口径和质量效率两个方面进行了对比。
表1：两种炮弹的质量效率对比
炮弹型号 弹 径 载 荷 重 量 质量效率
XM915 105毫米 42枚M80子弹 34磅 1.2
75磅炮弹 155毫米 168枚M80子弹 75磅 2.2
上表说明，由于减少了炮弹的消极质量而最大限度地大量减轻了后勤负担。由于155毫米 75磅炮弹使用了复合材料，每吨弹药希望获得的破片破坏大约是105毫米 XM915炮弹的两倍。上述断言假定每发弹的子弹在地面上的散布密度相同。另外一个观点是，部队大约以目前一半的运输重量获得了相同数量的杀伤装载。用复合材料取代155毫米系统中的钢材的优点是，炮弹重量减轻25％。目前，没有携带M80子弹的155毫米炮弹，因此不可能直接作出对比。
5.结论
通过使用Kaiser尾翼减少空气动力学阻力而增加射程是用于轻型炮弹的一项重要技术。使用铝材已证明了该技术，计划使用复合材料进行进一步研究。把铝弹底掏空，并装入类似M864 155毫米炮弹底部排气组件那样的一个组件，是另外一种减轻阻力的技术方案。虽然现正在进行通过制造技术降低复合材料弹体成本的研究，但是，复合材料弹体的结构完整性和效率已获得可靠认可。
（宋继鑫 供稿）复合材料炮弹弹体
本文讨论了使用复合材料代替钢，制造携带载荷的155毫米 炮弹弹体的后勤优势。使用复合材料制造155毫米 炮弹弹体，可使每发炮弹减轻重量25～30％。轻型、快速部署部队利用复合材料炮弹以及未来的直接支援武器系统，即一种重226.8千克的155毫米 牵引榴弹炮，减轻重量的优点，可以装备155毫米 加农炮火力，使用具有四倍105毫米 加农炮发射炮弹杀伤力的炮弹，而该炮弹重量大约是105毫米 炮弹的两倍。这种轻型榴弹炮和炮弹系统大大提高了每后勤吨弹药的杀伤力。
1、引言
长期以来，加农炮发射的炮弹主要用钢制造，内含变量炸药，以便产生爆炸和破片效应。在第一次世界大战和第二次世界大战期间，20毫米～240毫米 口径的钢质弹体统治战场，它们除了携带高爆炸药之外，还携带其它载荷，例如烟幕剂和毒剂。在越南战争前夕和之中，发展了携带小型子弹的炮弹弹体。当用这种弹体攻击某些目标时，明显提高了其杀伤力。炮弹的这种现代化进程，给后勤工作带来了增加重量的负担。M198牵引榴弹炮的重量为7182 千克，炮弹的标称重量为45 千克。现代战争因为需要快速部署火力，而产生了快速部署和特种部队，它们需要重量轻、可空运和具有有效质量的武器，从而使每后勤吨弹药的杀伤力较高。这些部队具有"轻型"名称，能够在18小时之内以最小的后勤负担把杀伤火力部署到世界任何地方。
目前，为了能够完成陆军首创的"轻型部队"的许多任务，正在探索研究现代复合材料。在例如弹托、装甲、车辆结构和运输容器等武器部件中，可以应用复合材料。现代分析方法和尝试制造工艺产生了高强度复合材料，它们用于特殊目的，其单向强度如同钢的强度，而每单位体积的重量却是钢的1/3。高容量炮弹（HICAP）计划首次尝试了用现有的碳/环氧复合材料制造炮弹弹体。碳/环氧复合材料样品炮弹能够耐13000g以上的轴向重力加速度，并且能够与155毫米 系统的最大装药相容。海军的最佳购买计划以及陆军目前的轻型炮弹弹体项目，即释放子弹药的"75磅弹体"项目，广泛使用了高容量炮弹计划采用的技术，这是本文阐述的重点。
2、现有的技术
携带子弹的155毫米 系列两种炮弹是M483A1和 M864，后者是底部助燃、射程较远、杀伤力稍小类型的炮弹。上述的每一种炮弹释放M42/M46有效载荷，并把它们散布到目标区中。类似的炮弹是105毫米 XM915型炮弹，它将携带新型M80子弹，该子弹比其前身M42子弹小，具有可比的反装甲能力和新型自毁引信。子弹在摧毁某些敌人的目标时是分布的弹群，其杀伤力比例如M107这样的单点高爆弹高许多倍。轻型部队非常需要这种类型的炮弹，它们现在使用105毫米 榴弹炮完成直接的支援任务。另外一种携带载荷的炮弹是XM898，即传感、摧毁装甲（SADARM）炮弹，该弹释放两种子弹药，执行反击兵器群的任务。
美国陆军和英国正在发展XM777式155毫米 轻型牵引作战平台，该平台的重量将比M198牵引榴弹炮的重量轻40％。这种武器能够采用155毫米 系列的发射药装药，并发射155毫米 系列全部现有的炮弹。虽然155毫米 炮弹的标称杀伤力是105毫米 炮弹的四倍（取决于有效载荷），但是，155毫米 轻型牵引作战平台的重量是105毫米 榴弹炮的两倍多，发射弹药的重量是105毫米 炮弹的三倍。轻型、快速部署部队必须选择较重、具有杀伤力的155毫米 炮弹或者轻型、杀伤力小得多的105毫米 炮弹。轻型部队是否选择使用新型155毫米 系统或者保留105毫米 系统，或者前两者，不是本报告阐述的内容。
3、出现的新技术
下一代轻型火炮作战平台是未来的直接支援武器系统（FDSWS）。它是减少炮口动能的155毫米 系统。在该系统中，将探索研究轻型材料和减缓后坐力的新技术。减重技术将把这个系统的标称重量减少到2272 千克，使其接近现用105毫米 系统1909 千克的重量。这个系统打算发射155毫米 现有套组弹药，但减少了装药和射程（仍然相当于105毫米 系统的射程）。这个系统发射的炮弹的杀伤力还比105毫米 榴弹炮炮弹的大得多，该系统还具有与陆军其余弹药相容的优点。这个作战平台与155毫米 轻型弹体系统相结合，提供给轻型、快速部署部队一种按照每后勤弹药吨杀伤力计算质量有效的系统以及能用HMMWV车辆牵引的武器平台。
携带载荷的炮弹弹体总是用钢制造的两个原因是：第一是明显的结构上的需要，以便支持发射产生的后坐力负荷；第二是在弹体外径上需要一定质量，以便使弹丸保持旋转稳定。复合材料炮弹弹体比钢炮弹弹体轻得多，在减轻总重量25～30％时可具有与钢弹体相同的有效载荷。它们在外径上没有足够的质量，以便保持旋转稳定，因而需要用可展开的尾翼进行稳定。在1996年6月进行的高容量炮弹计划过程中，演示了可展开的复合材料尾翼。在采用顶区（8－S）装药的相同试验中，还演示了6毫米 厚的复合材料弹体。
1992年，美国陆军弹道研究实验室的Lylc Kaiser研究出一种稳定尾翼的新方法。该方法采用用气流使尾翼最长尺寸定向的设计，改进了原来的高容量炮弹尾翼组件。使可展开尾翼具有椭圆形进气边特色的一项新颖设计方法被引入到该设计中，获得了用足够大的表面稳定面积而阻力较小的效果。可能恢复大量前述的弹道系数损失。然而，尾翼侵入到药室中的程度比M549炮弹严重。M549炮弹是现有炮弹中具有最长船形尾翼的炮弹。药室被侵入可能由于干扰原因不容许在现有的155毫米 榴弹炮中使用M203A1装药。M119A2（7区，红色药包）装药可能有足够的空间容纳长船形尾翼。需要一种系统方法，利用该方法，可设计容纳长形尾翼炮弹的新榴弹炮药室。
4.高容量炮弹计划产生的技术
高容量炮弹计划是1991～1996年期间一个成功的陆军科学和技术目标（STO），也是此期间与军械和发展中心合作的一个应用研究项目。它是证明非常长（185厘米）的复合材料炮弹弹体、可展开的尾翼以及按扣连接发射结构完整性的第一个炮弹计划。1995年10月，在陆军研究实验室的超声速靶场，用M203A1（顶区）装药进行的一次发射完整性试验证明了高容量炮弹结构完好。1996年6月，五发高容量炮弹使用M203A1（顶区）装药飞完了全程，完成了演示计划。通过高容量炮弹计划产生的许多技术可用于供轻型部队使用的整体轻型弹体。
首先，用碳环氧复合材料制造的前弹体因为只需承受自身的重量而比较薄。前弹体常被称作流线型弹体，这意味着，其密封空间比后装载的结构支撑弹体大。前弹体通过快速燃烧动力学产生的内部压力发生爆炸，而散布有效载荷。散布M42子弹的实验室爆炸试验表明，子弹的径向最佳抛出速度为61米/秒，该速度有利于子弹在地面形成合格的散布密度。
因为树脂浸渍增强材料技术已经成熟，所以，能够制造薄壁厚弹体。使用小百分比数量的硼纤维也是提高环氧基复合材料固有强度的关键。可以把复合材料弹体的壁厚制造得非常薄，以便容纳许多子弹，复合材料弹体的标称壁厚是现用装载弹壁厚（3毫米）的1/4。在海军的最好买计划（即一个5英寸制导炮弹弹体计划）中，演示了这些超薄壁厚复合材料弹体。实际上，所有的高容量炮弹技术都通过一个陆军－海军合同备忘录（MOA）转让给了上述计划。
表1表明了155毫米轻型炮弹和可比的105毫米炮弹之间的差别。它们从炮弹的口径和质量效率两个方面进行了对比。
表1：两种炮弹的质量效率对比
炮弹型号 弹 径 载 荷 重 量 质量效率
XM915 105毫米 42枚M80子弹 34磅 1.2
75磅炮弹 155毫米 168枚M80子弹 75磅 2.2
上表说明，由于减少了炮弹的消极质量而最大限度地大量减轻了后勤负担。由于155毫米 75磅炮弹使用了复合材料，每吨弹药希望获得的破片破坏大约是105毫米 XM915炮弹的两倍。上述断言假定每发弹的子弹在地面上的散布密度相同。另外一个观点是，部队大约以目前一半的运输重量获得了相同数量的杀伤装载。用复合材料取代155毫米系统中的钢材的优点是，炮弹重量减轻25％。目前，没有携带M80子弹的155毫米炮弹，因此不可能直接作出对比。
5.结论
通过使用Kaiser尾翼减少空气动力学阻力而增加射程是用于轻型炮弹的一项重要技术。使用铝材已证明了该技术，计划使用复合材料进行进一步研究。把铝弹底掏空，并装入类似M864 155毫米炮弹底部排气组件那样的一个组件，是另外一种减轻阻力的技术方案。虽然现正在进行通过制造技术降低复合材料弹体成本的研究，但是，复合材料弹体的结构完整性和效率已获得可靠认可。
（宋继鑫 供稿）
本文讨论了使用复合材料代替钢，制造携带载荷的155毫米 炮弹弹体的后勤优势。使用复合材料制造155毫米 炮弹弹体，可使每发炮弹减轻重量25～30％。轻型、快速部署部队利用复合材料炮弹以及未来的直接支援武器系统，即一种重226.8千克的155毫米 牵引榴弹炮，减轻重量的优点，可以装备155毫米 加农炮火力，使用具有四倍105毫米 加农炮发射炮弹杀伤力的炮弹，而该炮弹重量大约是105毫米 炮弹的两倍。这种轻型榴弹炮和炮弹系统大大提高了每后勤吨弹药的杀伤力。
1、引言
长期以来，加农炮发射的炮弹主要用钢制造，内含变量炸药，以便产生爆炸和破片效应。在第一次世界大战和第二次世界大战期间，20毫米～240毫米 口径的钢质弹体统治战场，它们除了携带高爆炸药之外，还携带其它载荷，例如烟幕剂和毒剂。在越南战争前夕和之中，发展了携带小型子弹的炮弹弹体。当用这种弹体攻击某些目标时，明显提高了其杀伤力。炮弹的这种现代化进程，给后勤工作带来了增加重量的负担。M198牵引榴弹炮的重量为7182 千克，炮弹的标称重量为45 千克。现代战争因为需要快速部署火力，而产生了快速部署和特种部队，它们需要重量轻、可空运和具有有效质量的武器，从而使每后勤吨弹药的杀伤力较高。这些部队具有"轻型"名称，能够在18小时之内以最小的后勤负担把杀伤火力部署到世界任何地方。
目前，为了能够完成陆军首创的"轻型部队"的许多任务，正在探索研究现代复合材料。在例如弹托、装甲、车辆结构和运输容器等武器部件中，可以应用复合材料。现代分析方法和尝试制造工艺产生了高强度复合材料，它们用于特殊目的，其单向强度如同钢的强度，而每单位体积的重量却是钢的1/3。高容量炮弹（HICAP）计划首次尝试了用现有的碳/环氧复合材料制造炮弹弹体。碳/环氧复合材料样品炮弹能够耐13000g以上的轴向重力加速度，并且能够与155毫米 系统的最大装药相容。海军的最佳购买计划以及陆军目前的轻型炮弹弹体项目，即释放子弹药的"75磅弹体"项目，广泛使用了高容量炮弹计划采用的技术，这是本文阐述的重点。
2、现有的技术
携带子弹的155毫米 系列两种炮弹是M483A1和 M864，后者是底部助燃、射程较远、杀伤力稍小类型的炮弹。上述的每一种炮弹释放M42/M46有效载荷，并把它们散布到目标区中。类似的炮弹是105毫米 XM915型炮弹，它将携带新型M80子弹，该子弹比其前身M42子弹小，具有可比的反装甲能力和新型自毁引信。子弹在摧毁某些敌人的目标时是分布的弹群，其杀伤力比例如M107这样的单点高爆弹高许多倍。轻型部队非常需要这种类型的炮弹，它们现在使用105毫米 榴弹炮完成直接的支援任务。另外一种携带载荷的炮弹是XM898，即传感、摧毁装甲（SADARM）炮弹，该弹释放两种子弹药，执行反击兵器群的任务。
美国陆军和英国正在发展XM777式155毫米 轻型牵引作战平台，该平台的重量将比M198牵引榴弹炮的重量轻40％。这种武器能够采用155毫米 系列的发射药装药，并发射155毫米 系列全部现有的炮弹。虽然155毫米 炮弹的标称杀伤力是105毫米 炮弹的四倍（取决于有效载荷），但是，155毫米 轻型牵引作战平台的重量是105毫米 榴弹炮的两倍多，发射弹药的重量是105毫米 炮弹的三倍。轻型、快速部署部队必须选择较重、具有杀伤力的155毫米 炮弹或者轻型、杀伤力小得多的105毫米 炮弹。轻型部队是否选择使用新型155毫米 系统或者保留105毫米 系统，或者前两者，不是本报告阐述的内容。
3、出现的新技术
下一代轻型火炮作战平台是未来的直接支援武器系统（FDSWS）。它是减少炮口动能的155毫米 系统。在该系统中，将探索研究轻型材料和减缓后坐力的新技术。减重技术将把这个系统的标称重量减少到2272 千克，使其接近现用105毫米 系统1909 千克的重量。这个系统打算发射155毫米 现有套组弹药，但减少了装药和射程（仍然相当于105毫米 系统的射程）。这个系统发射的炮弹的杀伤力还比105毫米 榴弹炮炮弹的大得多，该系统还具有与陆军其余弹药相容的优点。这个作战平台与155毫米 轻型弹体系统相结合，提供给轻型、快速部署部队一种按照每后勤弹药吨杀伤力计算质量有效的系统以及能用HMMWV车辆牵引的武器平台。
携带载荷的炮弹弹体总是用钢制造的两个原因是：第一是明显的结构上的需要，以便支持发射产生的后坐力负荷；第二是在弹体外径上需要一定质量，以便使弹丸保持旋转稳定。复合材料炮弹弹体比钢炮弹弹体轻得多，在减轻总重量25～30％时可具有与钢弹体相同的有效载荷。它们在外径上没有足够的质量，以便保持旋转稳定，因而需要用可展开的尾翼进行稳定。在1996年6月进行的高容量炮弹计划过程中，演示了可展开的复合材料尾翼。在采用顶区（8－S）装药的相同试验中，还演示了6毫米 厚的复合材料弹体。
1992年，美国陆军弹道研究实验室的Lylc Kaiser研究出一种稳定尾翼的新方法。该方法采用用气流使尾翼最长尺寸定向的设计，改进了原来的高容量炮弹尾翼组件。使可展开尾翼具有椭圆形进气边特色的一项新颖设计方法被引入到该设计中，获得了用足够大的表面稳定面积而阻力较小的效果。可能恢复大量前述的弹道系数损失。然而，尾翼侵入到药室中的程度比M549炮弹严重。M549炮弹是现有炮弹中具有最长船形尾翼的炮弹。药室被侵入可能由于干扰原因不容许在现有的155毫米 榴弹炮中使用M203A1装药。M119A2（7区，红色药包）装药可能有足够的空间容纳长船形尾翼。需要一种系统方法，利用该方法，可设计容纳长形尾翼炮弹的新榴弹炮药室。
4.高容量炮弹计划产生的技术
高容量炮弹计划是1991～1996年期间一个成功的陆军科学和技术目标（STO），也是此期间与军械和发展中心合作的一个应用研究项目。它是证明非常长（185厘米）的复合材料炮弹弹体、可展开的尾翼以及按扣连接发射结构完整性的第一个炮弹计划。1995年10月，在陆军研究实验室的超声速靶场，用M203A1（顶区）装药进行的一次发射完整性试验证明了高容量炮弹结构完好。1996年6月，五发高容量炮弹使用M203A1（顶区）装药飞完了全程，完成了演示计划。通过高容量炮弹计划产生的许多技术可用于供轻型部队使用的整体轻型弹体。
首先，用碳环氧复合材料制造的前弹体因为只需承受自身的重量而比较薄。前弹体常被称作流线型弹体，这意味着，其密封空间比后装载的结构支撑弹体大。前弹体通过快速燃烧动力学产生的内部压力发生爆炸，而散布有效载荷。散布M42子弹的实验室爆炸试验表明，子弹的径向最佳抛出速度为61米/秒，该速度有利于子弹在地面形成合格的散布密度。
因为树脂浸渍增强材料技术已经成熟，所以，能够制造薄壁厚弹体。使用小百分比数量的硼纤维也是提高环氧基复合材料固有强度的关键。可以把复合材料弹体的壁厚制造得非常薄，以便容纳许多子弹，复合材料弹体的标称壁厚是现用装载弹壁厚（3毫米）的1/4。在海军的最好买计划（即一个5英寸制导炮弹弹体计划）中，演示了这些超薄壁厚复合材料弹体。实际上，所有的高容量炮弹技术都通过一个陆军－海军合同备忘录（MOA）转让给了上述计划。
表1表明了155毫米轻型炮弹和可比的105毫米炮弹之间的差别。它们从炮弹的口径和质量效率两个方面进行了对比。
表1：两种炮弹的质量效率对比
炮弹型号 弹 径 载 荷 重 量 质量效率
XM915 105毫米 42枚M80子弹 34磅 1.2
75磅炮弹 155毫米 168枚M80子弹 75磅 2.2
上表说明，由于减少了炮弹的消极质量而最大限度地大量减轻了后勤负担。由于155毫米 75磅炮弹使用了复合材料，每吨弹药希望获得的破片破坏大约是105毫米 XM915炮弹的两倍。上述断言假定每发弹的子弹在地面上的散布密度相同。另外一个观点是，部队大约以目前一半的运输重量获得了相同数量的杀伤装载。用复合材料取代155毫米系统中的钢材的优点是，炮弹重量减轻25％。目前，没有携带M80子弹的155毫米炮弹，因此不可能直接作出对比。
5.结论
通过使用Kaiser尾翼减少空气动力学阻力而增加射程是用于轻型炮弹的一项重要技术。使用铝材已证明了该技术，计划使用复合材料进行进一步研究。把铝弹底掏空，并装入类似M864 155毫米炮弹底部排气组件那样的一个组件，是另外一种减轻阻力的技术方案。虽然现正在进行通过制造技术降低复合材料弹体成本的研究，但是，复合材料弹体的结构完整性和效率已获得可靠认可。
（宋继鑫 供稿）复合材料炮弹弹体
本文讨论了使用复合材料代替钢，制造携带载荷的155毫米 炮弹弹体的后勤优势。使用复合材料制造155毫米 炮弹弹体，可使每发炮弹减轻重量25～30％。轻型、快速部署部队利用复合材料炮弹以及未来的直接支援武器系统，即一种重226.8千克的155毫米 牵引榴弹炮，减轻重量的优点，可以装备155毫米 加农炮火力，使用具有四倍105毫米 加农炮发射炮弹杀伤力的炮弹，而该炮弹重量大约是105毫米 炮弹的两倍。这种轻型榴弹炮和炮弹系统大大提高了每后勤吨弹药的杀伤力。
1、引言
长期以来，加农炮发射的炮弹主要用钢制造，内含变量炸药，以便产生爆炸和破片效应。在第一次世界大战和第二次世界大战期间，20毫米～240毫米 口径的钢质弹体统治战场，它们除了携带高爆炸药之外，还携带其它载荷，例如烟幕剂和毒剂。在越南战争前夕和之中，发展了携带小型子弹的炮弹弹体。当用这种弹体攻击某些目标时，明显提高了其杀伤力。炮弹的这种现代化进程，给后勤工作带来了增加重量的负担。M198牵引榴弹炮的重量为7182 千克，炮弹的标称重量为45 千克。现代战争因为需要快速部署火力，而产生了快速部署和特种部队，它们需要重量轻、可空运和具有有效质量的武器，从而使每后勤吨弹药的杀伤力较高。这些部队具有"轻型"名称，能够在18小时之内以最小的后勤负担把杀伤火力部署到世界任何地方。
目前，为了能够完成陆军首创的"轻型部队"的许多任务，正在探索研究现代复合材料。在例如弹托、装甲、车辆结构和运输容器等武器部件中，可以应用复合材料。现代分析方法和尝试制造工艺产生了高强度复合材料，它们用于特殊目的，其单向强度如同钢的强度，而每单位体积的重量却是钢的1/3。高容量炮弹（HICAP）计划首次尝试了用现有的碳/环氧复合材料制造炮弹弹体。碳/环氧复合材料样品炮弹能够耐13000g以上的轴向重力加速度，并且能够与155毫米 系统的最大装药相容。海军的最佳购买计划以及陆军目前的轻型炮弹弹体项目，即释放子弹药的"75磅弹体"项目，广泛使用了高容量炮弹计划采用的技术，这是本文阐述的重点。
2、现有的技术
携带子弹的155毫米 系列两种炮弹是M483A1和 M864，后者是底部助燃、射程较远、杀伤力稍小类型的炮弹。上述的每一种炮弹释放M42/M46有效载荷，并把它们散布到目标区中。类似的炮弹是105毫米 XM915型炮弹，它将携带新型M80子弹，该子弹比其前身M42子弹小，具有可比的反装甲能力和新型自毁引信。子弹在摧毁某些敌人的目标时是分布的弹群，其杀伤力比例如M107这样的单点高爆弹高许多倍。轻型部队非常需要这种类型的炮弹，它们现在使用105毫米 榴弹炮完成直接的支援任务。另外一种携带载荷的炮弹是XM898，即传感、摧毁装甲（SADARM）炮弹，该弹释放两种子弹药，执行反击兵器群的任务。
美国陆军和英国正在发展XM777式155毫米 轻型牵引作战平台，该平台的重量将比M198牵引榴弹炮的重量轻40％。这种武器能够采用155毫米 系列的发射药装药，并发射155毫米 系列全部现有的炮弹。虽然155毫米 炮弹的标称杀伤力是105毫米 炮弹的四倍（取决于有效载荷），但是，155毫米 轻型牵引作战平台的重量是105毫米 榴弹炮的两倍多，发射弹药的重量是105毫米 炮弹的三倍。轻型、快速部署部队必须选择较重、具有杀伤力的155毫米 炮弹或者轻型、杀伤力小得多的105毫米 炮弹。轻型部队是否选择使用新型155毫米 系统或者保留105毫米 系统，或者前两者，不是本报告阐述的内容。
3、出现的新技术
下一代轻型火炮作战平台是未来的直接支援武器系统（FDSWS）。它是减少炮口动能的155毫米 系统。在该系统中，将探索研究轻型材料和减缓后坐力的新技术。减重技术将把这个系统的标称重量减少到2272 千克，使其接近现用105毫米 系统1909 千克的重量。这个系统打算发射155毫米 现有套组弹药，但减少了装药和射程（仍然相当于105毫米 系统的射程）。这个系统发射的炮弹的杀伤力还比105毫米 榴弹炮炮弹的大得多，该系统还具有与陆军其余弹药相容的优点。这个作战平台与155毫米 轻型弹体系统相结合，提供给轻型、快速部署部队一种按照每后勤弹药吨杀伤力计算质量有效的系统以及能用HMMWV车辆牵引的武器平台。
携带载荷的炮弹弹体总是用钢制造的两个原因是：第一是明显的结构上的需要，以便支持发射产生的后坐力负荷；第二是在弹体外径上需要一定质量，以便使弹丸保持旋转稳定。复合材料炮弹弹体比钢炮弹弹体轻得多，在减轻总重量25～30％时可具有与钢弹体相同的有效载荷。它们在外径上没有足够的质量，以便保持旋转稳定，因而需要用可展开的尾翼进行稳定。在1996年6月进行的高容量炮弹计划过程中，演示了可展开的复合材料尾翼。在采用顶区（8－S）装药的相同试验中，还演示了6毫米 厚的复合材料弹体。
1992年，美国陆军弹道研究实验室的Lylc Kaiser研究出一种稳定尾翼的新方法。该方法采用用气流使尾翼最长尺寸定向的设计，改进了原来的高容量炮弹尾翼组件。使可展开尾翼具有椭圆形进气边特色的一项新颖设计方法被引入到该设计中，获得了用足够大的表面稳定面积而阻力较小的效果。可能恢复大量前述的弹道系数损失。然而，尾翼侵入到药室中的程度比M549炮弹严重。M549炮弹是现有炮弹中具有最长船形尾翼的炮弹。药室被侵入可能由于干扰原因不容许在现有的155毫米 榴弹炮中使用M203A1装药。M119A2（7区，红色药包）装药可能有足够的空间容纳长船形尾翼。需要一种系统方法，利用该方法，可设计容纳长形尾翼炮弹的新榴弹炮药室。
4.高容量炮弹计划产生的技术
高容量炮弹计划是1991～1996年期间一个成功的陆军科学和技术目标（STO），也是此期间与军械和发展中心合作的一个应用研究项目。它是证明非常长（185厘米）的复合材料炮弹弹体、可展开的尾翼以及按扣连接发射结构完整性的第一个炮弹计划。1995年10月，在陆军研究实验室的超声速靶场，用M203A1（顶区）装药进行的一次发射完整性试验证明了高容量炮弹结构完好。1996年6月，五发高容量炮弹使用M203A1（顶区）装药飞完了全程，完成了演示计划。通过高容量炮弹计划产生的许多技术可用于供轻型部队使用的整体轻型弹体。
首先，用碳环氧复合材料制造的前弹体因为只需承受自身的重量而比较薄。前弹体常被称作流线型弹体，这意味着，其密封空间比后装载的结构支撑弹体大。前弹体通过快速燃烧动力学产生的内部压力发生爆炸，而散布有效载荷。散布M42子弹的实验室爆炸试验表明，子弹的径向最佳抛出速度为61米/秒，该速度有利于子弹在地面形成合格的散布密度。
因为树脂浸渍增强材料技术已经成熟，所以，能够制造薄壁厚弹体。使用小百分比数量的硼纤维也是提高环氧基复合材料固有强度的关键。可以把复合材料弹体的壁厚制造得非常薄，以便容纳许多子弹，复合材料弹体的标称壁厚是现用装载弹壁厚（3毫米）的1/4。在海军的最好买计划（即一个5英寸制导炮弹弹体计划）中，演示了这些超薄壁厚复合材料弹体。实际上，所有的高容量炮弹技术都通过一个陆军－海军合同备忘录（MOA）转让给了上述计划。
表1表明了155毫米轻型炮弹和可比的105毫米炮弹之间的差别。它们从炮弹的口径和质量效率两个方面进行了对比。
表1：两种炮弹的质量效率对比
炮弹型号 弹 径 载 荷 重 量 质量效率
XM915 105毫米 42枚M80子弹 34磅 1.2
75磅炮弹 155毫米 168枚M80子弹 75磅 2.2
上表说明，由于减少了炮弹的消极质量而最大限度地大量减轻了后勤负担。由于155毫米 75磅炮弹使用了复合材料，每吨弹药希望获得的破片破坏大约是105毫米 XM915炮弹的两倍。上述断言假定每发弹的子弹在地面上的散布密度相同。另外一个观点是，部队大约以目前一半的运输重量获得了相同数量的杀伤装载。用复合材料取代155毫米系统中的钢材的优点是，炮弹重量减轻25％。目前，没有携带M80子弹的155毫米炮弹，因此不可能直接作出对比。
5.结论
通过使用Kaiser尾翼减少空气动力学阻力而增加射程是用于轻型炮弹的一项重要技术。使用铝材已证明了该技术，计划使用复合材料进行进一步研究。把铝弹底掏空，并装入类似M864 155毫米炮弹底部排气组件那样的一个组件，是另外一种减轻阻力的技术方案。虽然现正在进行通过制造技术降低复合材料弹体成本的研究，但是，复合材料弹体的结构完整性和效率已获得可靠认可。
（宋继鑫 供稿）