AutoCAD/SolidWorks含能穿甲燃烧枪弹的设计(5)
图1.3 MK211 MOD 0 API穿甲燃烧弹弹头
Lead Seal-铅封 Mild Steel Cup-低碳钢环 Zirconium power-锆粉
High Explosive-高爆炸药 Copper Jacket-铜质弹头壳
Incendiary Mix-混合燃烧剂 Tungsten Carbide Penetrator-钨合金弹芯
2 总体方案设计
如图1.2中所示的54式12.7mm穿甲燃烧弹的弹头示意图与弹壳图以及图1.3中的弹头剖视图所示，在本设计中将采用与这两种弹头相似的结构，并以这两种弹为依据选择所设计的含能穿甲燃烧弹各部分的材料。
2.1 穿甲弹芯
穿甲弹出现于19世纪60年代,最初主要用来对付覆有装甲的工事和舰艇。第一次世界大战出现坦克以后,穿甲弹在与坦克的斗争中得到迅速发展。普通穿甲弹采用高强度合金钢做弹体,头部采用不同的结构形状和不同的硬度分布,对轻型装甲的毁伤有较好的效果。在第二次世界大战中出现了重型坦克,相应地研制出碳化钨弹芯的次口径超速穿甲弹,由于减轻弹重,提高初速,增加了着靶比动能,提高了穿甲威力。20世纪60年代研制出了尾翼稳定超速脱壳穿甲弹，能获得很高的着靶比动能,穿甲威力得到大幅度提高。20世纪70年代后,这种弹采用钨合金和贫铀合金做弹芯,可击穿大倾角的装甲和复合装甲。
由于穿甲弹完全靠动能破坏装甲,所以弹芯的动能和弹芯的材料性能便成了最重要的性能指标。为了击穿坦克装甲,弹芯的硬度必须高,同时还要有足够的韧性。动能越大,穿甲威力越大;韧性好,膛内发射和碰击装甲时不易破碎。
我们常以穿甲弹在一定条件下所穿透的厚度作为弹丸威力的指标，有时也常用“极限穿透速度”的概念。所谓极限穿透速度是指一定条件下穿透给定钢甲时，弹丸所需的最小初速。在相同的初速下，弹丸的极限穿透速度愈小，表明该弹丸消耗于穿甲过程中的能量愈小，结构愈合理 [8]。
2.1.1材料选择
穿甲弹弹芯需要采用高密度金属制作，54式12.7mm穿甲燃烧弹采用钢芯，MK211 MOD 0 API穿甲燃烧弹采用钨芯，还有其他各种不同的材料作为穿甲弹芯使用。国外普遍采用钨、贫铀合金作为穿甲弹弹芯材料,这两种金属的密度都在19 g/cm3左右,大约是钢密度的2.5倍；同时这两种金属合金的硬度都很高,因此非常适合做穿甲弹弹芯,目前国外绝大多数国家装备的都是钨合金或者贫铀合金的穿甲弹 [9]。
贫铀（铀238）是生产铀235留下的副产品，为了防止它所造成的放射性污染，在相当长一段时间里，只能作为核废料加以处理。不过，由于贫铀具有高密度、高强度、高韧性的物理特性，把它用于制造穿甲弹，不仅可以变废为宝，而且可大大提高穿甲能力。但因为其具有一定的放射性，对人体及自然生态环境危害极大。
贫铀合金在杆式穿甲弹上得到了更加广泛的应用，这是因为贫铀合金具有比钨合金更好的穿甲性能。但是贫铀合金的弹性模量小，约为钨合金的1/2，钨合金在刚度方面优于贫铀合金。贫铀合金目前正向着贫铀钨复合合金的方向发展，以提高其弹性模量及强度。
图2.1 钨合金材料
钨合金是以钨为基础加入其他元素组成的合金。在金属中，钨的熔点最高，高温强度和抗蠕变性能以及导热、导电和电子发射性能都好；比重大，大量用于制造硬质合金和作为合金添加剂；钨及其合金广泛用于电子、电光源工业，也在航天、铸造、武器等部门中用于制作火箭喷管、压铸模具、穿甲弹芯、触点、发热体和隔热屏等。
高密度钨合金是一类以钨为基础（钨的质量分数通常为80%～97%），并添加有Ni、F、Mn、Co、Cu、Mo、Cr等于元素的合金，其密度高达16.5～19.0g/cm3。高密度钨合金不仅密度大，而且还具有一系列优异的性能，例如强度高、硬度高、延性好、机械加工性能好、热膨胀系数小、导热系数大、抗氧化和抗腐蚀性能好、可焊性好等。这些优异的性能使其在尖端科技领域、军事和民用工业中得到了广泛的应用，例如用作杆式动能穿甲弹的弹芯材料、平衡配重元件、惯性元件、射线屏蔽材料等。
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