三土 明光

奇異的超空泡技術(shù)

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(shù)水下槍彈，另一種是鎢彈尖雙核超空泡（Dual—Core Supercavitating，簡稱DCS）技術(shù)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(lǐng)域的產(chǎn)品研發(fā)。據(jù)該公司宣稱，這兩種彈藥已經(jīng)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(guān)知識。超空泡（Supercavitating）是建立在瑞士科學(xué)家丹尼爾·伯努利于1738年發(fā)現(xiàn)的一種規(guī)律基礎(chǔ)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(chǎn)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(chǎn)生了空泡。超空泡就是這種空泡的一種極端形式，當(dāng)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(chǎn)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(guān)，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(xué)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(yīng)，通過物體尖端外形的設(shè)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(shù)最早應(yīng)用在魚雷上，最成功的例子當(dāng)屬裝備在俄羅斯“阿庫拉”級攻擊型核潛艇上的著名的“暴風(fēng)”魚雷，通過使用超空泡技術(shù)，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(nèi)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(zhì)量和推動技術(shù)的限制，屬于低速航行體，很難產(chǎn)生自然超空泡，需要采用人工通氣的方法。

“暴風(fēng)”魚雷的頭部設(shè)計有專門的空泡發(fā)生器，將火箭發(fā)動機的燃?xì)鈱?dǎo)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(shù)，通過精心設(shè)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(biāo)的目的。

DSG公司的兩種超空泡新彈

GPS技術(shù)水下槍彈

目前，DSG公司研制的GPS技術(shù)水下槍彈能見到的實物只有7.62×51mm一種型號，但據(jù)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(chǎn)品。

從結(jié)構(gòu)來看，這種槍彈由黃銅彈殼、底火、發(fā)射藥和彈頭組成，其結(jié)構(gòu)組成與普通槍彈并無任何不同，只是彈頭經(jīng)過了特殊設(shè)計。該彈頭為實心結(jié)構(gòu)，由黃銅棒經(jīng)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(jù)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(biāo)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(dāng)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(zhǔn)誤差進行修正。

7.62×51mm口徑的GPS彈頭質(zhì)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(biāo)準(zhǔn)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(zhì)，造價較為低廉，即使提供給射手用作日常訓(xùn)練，費用也能夠保障。

據(jù)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(dāng)命中人體這樣含有大量水分的軟體目標(biāo)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(shù)據(jù)三緘其口，其具體性能尚有待更進一步披露。

DCS技術(shù)水下穿甲彈

DSG公司公布的DCS技術(shù)水下穿甲彈目前有兩種型號，一種是采用整體式復(fù)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(jù)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(biāo)，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(shù)含量主要集中在彈頭部分，其結(jié)構(gòu)相對GPS技術(shù)水下槍彈彈頭而言更加復(fù)雜，由鎢合金硬質(zhì)彈心和包裹在彈心后部不可分離的銅質(zhì)彈托組成。銅質(zhì)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(zhì)彈托上各設(shè)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(shè)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(biāo)。7.62×51mm DCS雙核超空泡彈的彈頭質(zhì)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(zhì)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(jié)構(gòu)類似于DCS雙核超空泡彈，但彈心設(shè)計得更細(xì)，并且彈頭直徑也略小一些，彈頭外增設(shè)有一個可分離的銅質(zhì)彈托，彈殼將彈托完全包裹，整體結(jié)構(gòu)更類似于脫殼穿甲彈的設(shè)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(shè)計成了帶有較大錐角的鈍錐面，后部則是光潔度較高的細(xì)長的小錐角錐面，沒有錐形環(huán)槽，但在銅質(zhì)彈托上設(shè)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(zhì)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(dāng)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(jié)構(gòu)與7.62×51mm口徑的彈類似，只是彈心被銅質(zhì)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(zhì)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(yīng)型號的普通彈在200m處的性能。

DSG公司的其他產(chǎn)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(shù)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(shè)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(shù)彈的主要特點也是集中在彈頭的設(shè)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(shè)計，尾部為過渡光滑的船尾形。據(jù)DSG公司介紹，該彈的最大特點是減小了側(cè)風(fēng)的影響，相對于普通槍彈，側(cè)風(fēng)影響要減小25%以上。不過，DSG公司并未提供這種槍彈的詳細(xì)精度指標(biāo)。

SSAP超級狙擊穿甲彈彈頭外形與SST超級狙擊戰(zhàn)術(shù)彈類似，只是彈頭長度略短一點。其彈頭尖部為鎢合金材質(zhì)，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(jīng)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(shù)據(jù)。

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(shè)計只有前述的兩類超空泡技術(shù)多環(huán)境槍彈，它們成功地利用了超空泡技術(shù)，有效減小了彈頭在密度遠(yuǎn)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(jié)構(gòu)設(shè)計，比較徹底地解決了彈頭從一種介質(zhì)射入另一種密度和阻力均不相同的介質(zhì)時存在的不穩(wěn)定問題，同時鎢合金材質(zhì)的應(yīng)用使這些槍彈具有存能大、侵徹力高的優(yōu)點，對有生目標(biāo)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(zhì)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(biāo)準(zhǔn)制式槍彈保持通用，北約大多數(shù)現(xiàn)役槍械不需經(jīng)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(dāng)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(xì)復(fù)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(jīng)改裝就能發(fā)射這種槍彈，但畢竟它們在設(shè)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(yán)重時甚至?xí)劤墒鹿?，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(zhì)量較大，導(dǎo)致全彈質(zhì)量亦較大，因而士兵攜彈量有限。

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

編輯/鄭雙雁