【技术理论】空心装药破甲原理与门罗效应

1888年，美国一个工程师查理斯·E·门罗在一次寻常炸药实验中，发现了一个现象，当炸药爆炸以后，起爆炸产物在高温高压下基本上是沿着炸药表面的法线向外飞散的，当炸药爆炸以后，起爆炸产物在高温高压下基本上是沿着炸药表面的法线向外飞散的，由此导致带凹槽的炸药，在引爆以后，在凹槽的轴线上会出现一股汇聚在一起的，速度和压强极高的爆炸金属射流。在一定范围内将爆炸释放出来的化学能集中起来，可以穿透非常厚的物体，这就叫做门罗效应。

而空心装药，顾名思义，是按照门罗效应设计的，在战斗部中存在空腔部分的破甲弹头。

一般来说，破甲弹头在弹头的前部，或者弹头前方都会设置一个圆锥形的金属罩，锥口超前，锥尖朝后。金属罩的后面是炸药，前面是空腔。

从这张图来看，

这就是我说的锥体，里面是空腔。这个战斗部撞击目标，导致雷管起爆，战斗部爆炸以后的零时，我们用t0表示。

当爆炸物开始向外飞散的时候，原有椎体发生坍缩，锥尖开始融化，这个时刻被称为t1。

从t0——t1的过程，我们可以看出，金属罩锥顶点被迅速融化，整个锥体就像一个凹面镜一样聚焦到空心部分的中心。

t2时刻——锥体罩1、2、3、4部分被快速压缩成为一根长棒，称为杵体。

t3时刻——4、3、2部分相继快速向下传递能量并发生压缩性位移，形成一股金属射流。这股金属射流的压强和速度都极快，能达到最大11000米/秒。可以在一个非常小的面积上把装甲“冲”出一个洞来。冲破装甲之后，金属射流毁伤里面设备和人员。

举个例子，大家很多人用过高压水枪，你用它对准一块厚纸板，就会快速的冲出一个洞来，就是这个意思，这就叫空心装药。

二战时期的破甲弹主要采用圆柱形药柱，当战斗部炸药爆炸的时候，爆炸产物沿着近似于垂直于原药柱表面，向四周飞散，作用于钢板的仅仅是药柱端部的爆轰产物，作用的面积等于药柱端面积。

这就牵扯到了一个问题，锥体的顶高多少，锥体的底面半径多少，两者是不是有一定正负相关关系？二战前，经过德国一批科学家研究发现，锥角为120度，炸高为底面直径四倍到五倍的锥体，是破甲效率最好的。越接近5倍，破甲效率越好，但五倍是个上限，一旦超过，穿甲效率大幅降低。

所谓炸高就是指发生爆炸的时候，锥体底面圆与装甲之间的距离。

这张图展示了不同结构的破甲弹在穿甲时候的效率。有炸高的破甲弹，可以穿透更深的装甲。

但是如果把这个药锥变成金属的，比如紫铜，则破甲效率更是大大提升。

也就是说，所谓的空心装药破甲原理，其实就是起爆以后，爆炸能量压垮锥体，使之形成金属射流，使用高能金属射流穿透装甲。

需要补充一点说明的是，为什么需要炸高，因为要给t3时刻留出充分的时间和空间来，原有椎体的4\3\2部分下移，将杵体形成高温高压金属射流。

技术方面就是这样，有些地方可能晦涩难懂，大家可以多看看我讲解的具体过程。

那么下一部分我说说空心装药技术的发展。

自1888年门罗发现这一聚能效应（史称门罗效应）之后，1930年，美国另一个科学家伍德将他的实验进一步改进。他在圆锥孔的孔腔位置加上金属罩，并发现可以大大提高穿甲效率。

但这一发现，被瑞士人窃取，并于1938年展开了一系列的反坦克炸药试验。后来英国人探究其中内涵之后，将这一技术在本国开始研发。并研制出了世界上第一种使用空心装药破甲原理的反坦克武器——空心装药反坦克枪榴弹，并应用在李恩菲尔德步枪上。

穿甲弹是靠硬碰硬，动能穿透；被帽穿甲弹是在这基础上将被帽压扁，造成更大的接触面，穿杆穿透。HEAT是反坦克高爆弹，应对轻装甲目标和无装甲防护目标的。破甲弹就像我刚说的这些，而碎甲弹完全不同，碎甲弹是像一块胶皮糖一样，直接沾到对方装甲上面，然后靠爆炸威力崩落装甲背面的部分。造成毁伤。

也就是说，穿甲弹也好，破甲弹也好，都是有一个创面的，而碎甲弹你是在表面看不见多大创面，也没有穿透痕迹，但里面的人可能都死完了。根据不同目标运用不同弹药。

二战期间，为了提升穿甲效率，主要欧美参战国都使用了这些技术。比如美国，他们研发了巴祖卡反坦克火箭筒。里面的M1型火箭弹，就是用空心装药破甲弹。德军为了改良已经成为敲门砖称号的PAK36，在炮管前方加设了长柄破甲弹。

要知道PAK36的穿甲弹在1000米距离上仅能击穿22毫米的垂直装甲，在大战初期就非常过时了。但加装了这种长柄破甲弹之后，该炮穿甲能力能够达到110毫米以上。但这种武器有个致命的缺点，再装填是个很危险的事。射手必须绕到炮口前面装填，这样很容易造成伤亡。因此这种东西应用起来，除非旁边挖一条沟，要么就是打一炮以后人就赶紧跑。

于是为了有效解决这一问题，德军还是为步兵装备了大量的各型反坦克武器。

其中就包括这种磁性反坦克雷。大家可以看来，它也是一样应用了空心装药破甲原理。下面有三块永磁铁，直接吸在敌军坦克上。

坦克杀手反坦克火箭筒。

以及后来的铁拳反坦克火箭筒。

德军的坦克杀手是在北非缴获了巴祖卡以后，重新设计研发的。破甲效率能达到150以上。铁拳100的破甲效率能达到200毫米。

这是进行实弹测试之后的苏军坦克炮塔。

是这货干的。

至于坦克炮应用破甲弹，那就得是老虎的主炮应用的弹药了。右下方的这就是破甲弹，只不过人为加了一根穿杆。使之具备了穿甲弹和破甲弹两者的优点。

那么，对于这么强的弹药，作为坦克来说如何抵御呢？

这是第三部分——

可以通过加装附加装甲，放沙袋等手段，让破甲弹在到达装甲本体之外就提前引爆，从而改变金属射流方向。这样做对于预防破甲弹效果非常明显。

那么对于苏联人，没有安装附加装甲的习惯，他们怎么办？

柏林战役之前，为了有效抵御大量装备了铁拳反坦克火箭筒的德军国民掷弹兵，苏军在坦克侧面用了不少钢丝床改来的临时附加装甲。这些钢丝床都是苏军从德国老百姓家里“借”来的。

值得一提的是，破甲弹和穿甲弹，碎甲弹等等不同，它完全不需要动能和距离限制。所以破甲弹不需要太快的速度。拿铁拳来说，它的初速仅有不到100米/秒。关键在于聚能和金属射流的形成，而不是靠弹药本身的速度。

最后，我需要再强调一点，为什么我们见到的RPG、巴祖卡还有坦克杀手，他们的火箭弹都是尖头的？

我们仅就RPG而言，它的尖锥是为了形成更高的炸高（大于锥体底面直径4倍，接近于五倍），这样的炸高可以造成更高的穿深比，也就是说，当尖锥顶点撞击敌军坦克装甲的同时，战斗部就已经爆炸并在t1时刻形成聚能，加长的尖头更有助于射流的形成，并确保它的稳定。