宋宏章等

2022年珠海航展上，湖南兵器工業(yè)集團(tuán)展出的一款12.7mm 穿甲燃燒彈，該彈采用高分子材料制作彈殼，僅有彈殼下部采用傳統(tǒng)的涂漆鋼

為什么采用塑料彈殼？答案是“減肥”

為了提高士兵的作戰(zhàn)能力和靈活性，世界各軍事強(qiáng)國(guó)不斷探索如何為士兵減負(fù)，比如在槍械打造上采用更輕的材料、采用小口徑槍彈，亦或減少單兵武器的數(shù)量等等。除此之外，各國(guó)也一直在探索減輕槍彈質(zhì)量的途徑。

槍彈的大部分質(zhì)量都在彈殼和底火上，而且彈頭質(zhì)量和裝藥量影響槍械的彈道性能，不能隨意改動(dòng)，所以只能從彈殼上做文章。以美軍采用的5.56mm SS109 北約步槍彈為例，全彈質(zhì)量12.4g，其中彈頭質(zhì)量約4g、發(fā)射藥質(zhì)量約1.7g，“底火+彈殼”質(zhì)量6.7g，占比超過一半。

彈殼的主要作用，一是承擔(dān)容納、連接槍彈各元件的作用，使之成為一個(gè)整體，通過底部安裝底火，內(nèi)裝發(fā)射藥，前端收口緊固彈頭實(shí)現(xiàn)；二是在發(fā)射時(shí)貼緊槍械膛壁，使得彈頭在槍管中加速時(shí)有一個(gè)良好的氣密性。

目前，世界上主流的用于制作彈殼的材料還是黃銅，因?yàn)辄S銅不僅抗腐蝕性好，利于槍彈儲(chǔ)存，同時(shí)還具有良好的延展性，在發(fā)射時(shí)能夠緊貼槍管彈膛，提供良好的氣密性，進(jìn)而提升射擊精度、射程。且銅制彈殼在抽殼時(shí)較為順暢，對(duì)彈膛磨損小，可以說是制作彈殼的絕佳材料。但銅制彈殼的槍彈質(zhì)量不輕，價(jià)格也比較昂貴，對(duì)于任何一個(gè)軍事大國(guó)來(lái)說，常以億發(fā)為生產(chǎn)制造單位的槍彈，所要使用的黃銅不是個(gè)小數(shù)目。因此，如果將黃銅換成塑料材質(zhì)，在減重的同時(shí)還能降低槍彈的造價(jià)。

G11 步槍采用的4.7mm 無(wú)殼彈（左）和M16 系步槍采用的5.56mm M855 彈（右）對(duì)比，前者體積較小

各種型號(hào)的無(wú)殼彈。其中，左四、左五為德國(guó)諾貝爾火炸藥公司推出的DM11 無(wú)殼彈

輕量化機(jī)槍（LWMG）的后續(xù)項(xiàng)目（LSAT）樣槍，該槍發(fā)射塑料彈殼埋頭彈（簡(jiǎn)稱CT 彈）或模壓無(wú)殼彈（簡(jiǎn)稱CL 彈）

探索之路，艱難中前進(jìn)

早在二戰(zhàn)時(shí)期，德軍就注意到彈殼這個(gè)嚴(yán)重拖垮槍彈的東西，不僅沉重還最終拋到戰(zhàn)場(chǎng)上無(wú)法回收。因此，德軍開始研發(fā)無(wú)殼彈，無(wú)彈殼最為減重也最省錢，但由于德軍研發(fā)的步子跨得太大，二戰(zhàn)期間德軍試圖研制無(wú)殼彈的計(jì)劃流產(chǎn)。

二戰(zhàn)結(jié)束后，西德以及美國(guó)都開始進(jìn)行無(wú)殼彈的研制工作，自1970 年開始，德國(guó)HK 公司前前后后研制了14 款無(wú)殼彈步槍，最終在1986 年定型為G11 步槍。發(fā)射無(wú)殼彈的G11 步槍相當(dāng)前衛(wèi)，也相當(dāng)燒錢，最終在柏林墻倒塌后不久，為了更好地投入經(jīng)濟(jì)建設(shè)，撤銷了望不到頭的G11 項(xiàng)目。

G11 無(wú)殼彈早期的原型就是將彈頭下半部分埋入模壓而成的發(fā)射藥柱內(nèi)，藥柱直接固定成型，不再需要彈殼當(dāng)容器，這樣一來(lái)槍彈的質(zhì)量就降得較小。

按照G11 項(xiàng)目的設(shè)想，同等負(fù)重的情況下，使用M16 系步槍能攜帶7 個(gè)30 發(fā)彈匣，共計(jì)210 發(fā)槍彈， 但使用G11 步槍可以攜帶10個(gè)50 發(fā)彈匣，共計(jì)500 發(fā)槍彈，這樣德軍步兵就算射擊精準(zhǔn)度再差，高密度、持續(xù)不斷的火力也會(huì)極大毀傷對(duì)方。

但是，取消彈殼的缺點(diǎn)也是致命的。比如藥柱直接暴露在外不利于儲(chǔ)存；發(fā)射藥直接接觸槍膛燃燒，容易腐蝕槍膛降低槍管壽命；無(wú)彈殼的隔絕，彈膛會(huì)迅速升溫。彈膛溫度過高的后果就是連續(xù)射擊后，無(wú)殼彈的藥柱接觸到高溫彈膛就會(huì)發(fā)生自燃走火，甚至槍械失控，造成人員自毀。

為解決隔熱和儲(chǔ)存問題，德國(guó)諾貝爾火炸藥公司又推出DM11 無(wú)殼彈，將彈頭全部埋入發(fā)射藥柱之內(nèi)，而且在藥柱之外增加涂層，這樣不僅能夠隔熱也更利于長(zhǎng)期儲(chǔ)存。雖然幾經(jīng)改進(jìn)，G11 項(xiàng)目最終依然落馬。

實(shí)用之路，上升中螺旋

上方為CT 彈，下方為CL 彈

一箱MK323 Mod0 .50 聚合物彈殼槍彈，攜行起來(lái)要輕很多

2003 年，美國(guó)三軍輕武器總規(guī)劃辦公室提出“輕量化機(jī)槍”（Light Weight Machine Gun， 簡(jiǎn)稱LWMG）計(jì)劃，其要求槍彈減重40% 以上。以目前的技術(shù)而言，要實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)唯有無(wú)殼彈。但在研制過程中，美軍發(fā)現(xiàn)無(wú)殼彈技術(shù)尚不成熟，于是在LWMG 的后續(xù)LSAT（輕量化輕武器技術(shù)，Lightweight Small ArmsTechnologies）項(xiàng)目中，改為塑料彈殼埋頭彈（Case Telescoped， 簡(jiǎn)稱CT 彈） 和模壓無(wú)殼彈（Caseless，簡(jiǎn)稱CL 彈）兩種方案并行開展。試驗(yàn)結(jié)果表明，一層塑料殼的CT彈更為靠譜，后來(lái)負(fù)責(zé)LSAT 項(xiàng)目的德事隆公司又將CT 彈應(yīng)用于步槍，開發(fā)出發(fā)射6.5mm CT 彈的步槍，并參加美軍“下一代班組武器”（Next Generation Squad Weapons，簡(jiǎn)稱NGSW）項(xiàng)目競(jìng)標(biāo)。然而，LSAT項(xiàng)目從2004 年一直走到2022 年，美軍雖然一直在探索新的彈殼減重方案，但最終卻選中最為保守的銅鋼混合彈殼。

2020 年， 美國(guó)海軍陸戰(zhàn)隊(duì)與MAC 公司簽訂一份近1000 萬(wàn)美元、多達(dá)240 萬(wàn)發(fā)（單價(jià)約4 美元/ 發(fā)）槍彈的合同。該彈命名為MK323Mod0 .50 槍彈，其采用透明聚合物材料作為彈殼且已經(jīng)在M2 重機(jī)槍上進(jìn)行了多次測(cè)試。結(jié)果顯示，該彈的性能與同口徑的普通彈基本無(wú)異。其塑料彈殼的.50 穿甲燃燒彈能夠減重25%，對(duì)于重機(jī)槍來(lái)說，攜彈量的提升是相當(dāng)顯著的，而更多的攜彈量也就是更持久的火力。

四大優(yōu)勢(shì)，改進(jìn)中完善

其一，技術(shù)優(yōu)勢(shì)。能夠滿足彈殼耐高溫、耐磨性指標(biāo)要求：槍械連續(xù)發(fā)射過程中，彈殼必須有較好的耐磨性并承受高達(dá)500℃以上的高溫。普通聚合物具有很好的潤(rùn)滑性，但其熱度變形比金屬材料大得多。即使耐高溫強(qiáng)度極大的改進(jìn)型聚苯酯，也超不過400℃。為了確保聚合物彈殼在高溫情況下不變形，工業(yè)強(qiáng)國(guó)大都運(yùn)用增強(qiáng)、摻混、改性等方法提高聚合物的熔點(diǎn)，還有一些國(guó)家采用以熱塑性聚合物材料取代熱固性聚合物材料，美國(guó)聚合物彈殼則通過在塑料中嵌入陶瓷的方法，以解決耐高溫難題。

其二，需求優(yōu)勢(shì)。透過各國(guó)對(duì)槍彈的探索過程，可以看到現(xiàn)階段國(guó)家層面對(duì)槍彈改革發(fā)展的新追求。以美國(guó)新型.50 聚合物彈殼槍彈公開的信息來(lái)看，項(xiàng)目由美國(guó)國(guó)防部辦公室和美國(guó)海軍陸戰(zhàn)隊(duì)聯(lián)合牽頭下達(dá)指標(biāo)?？梢?，美軍觀點(diǎn)明確、態(tài)度堅(jiān)決，已經(jīng)從行動(dòng)上表明軍方對(duì)傳統(tǒng)金屬?gòu)棜じ牧嫉臎Q心，并向傳統(tǒng)槍彈提出有力挑戰(zhàn)。

美軍采購(gòu)的透明或半透明聚合物彈殼槍彈，可以直接看到彈殼里面的發(fā)射藥

其三，材料優(yōu)勢(shì)。傳統(tǒng)槍彈彈殼材料以鋼、銅為主，造成金屬材料的巨大消耗，尤其是銅質(zhì)彈殼槍彈，造價(jià)更高。相比之下，以聚合物為代表的現(xiàn)代工程塑料材料，雖然在硬度、密度、抗沖擊強(qiáng)度等方面有所欠缺，但在抗腐蝕性、柔韌性等方面具有優(yōu)勢(shì)，尤其是聚合物材料品級(jí)多，可以通過材料的改性、增強(qiáng)、發(fā)泡以及填充不同材料比例，制備出諸多品級(jí)的聚合物。

其四，價(jià)格優(yōu)勢(shì)。以鋼、銅、硬鋁合金等金屬制作的彈殼雖然具有硬度大、抗沖擊能力強(qiáng)、密封效果好等優(yōu)點(diǎn)，但這些優(yōu)點(diǎn)是以增加材料的質(zhì)量和造價(jià)高昂為代價(jià)換取的，況且相比聚合物材料，其制作過程和成型工藝也相對(duì)復(fù)雜得多。據(jù)相關(guān)資料介紹，制作一枚.50 口徑彈殼，以黃銅為材料所花費(fèi)的費(fèi)用比使用聚合物材料高出30% ～ 50%，而以聚合物材料來(lái)制備，取材相當(dāng)方便，不需要像制備金屬材料那樣進(jìn)行鍛造、碾壓、淬火等復(fù)雜的深加工，僅需要根據(jù)配比進(jìn)行不同材料的填充，并且能夠一次加工成型，制備工藝簡(jiǎn)單。

前景如何？無(wú)明確結(jié)論

塑料彈殼槍彈前景如何？目前，無(wú)準(zhǔn)確而科學(xué)的結(jié)論。

究其原因，因?yàn)槿魏我环N新型槍彈的出現(xiàn)，本質(zhì)上取決于技術(shù)上是否過硬；能否滿足戰(zhàn)術(shù)技術(shù)要求，進(jìn)而達(dá)到預(yù)期的作戰(zhàn)效果；在設(shè)計(jì)上是否先進(jìn)合理，具有實(shí)效性；在工業(yè)制造過程中，可否提供物美價(jià)廉的產(chǎn)品。

其一，槍彈的穩(wěn)定性有待實(shí)戰(zhàn)環(huán)境檢驗(yàn)。彈殼脹殼是最大的問題。槍械在射擊過程中，火藥瞬間燃燒，會(huì)產(chǎn)生極大的燃?xì)鈮毫?，?duì)槍械及槍彈的抗壓能力要求極高。在金屬?gòu)棜ぜ庸み^程中，解決彈殼抗高壓而不變形方面，各國(guó)均采用添加其他物質(zhì)的方式加以解決。塑料本身抗壓能力極低，更需要通過聚合其他物質(zhì)提高其硬度、抗沖擊能力。然而，在連續(xù)射擊過程中，槍械的溫度急劇升高，聚合物彈殼在高溫火藥燃?xì)鈮毫ψ饔孟?，硬度將大幅下降，帶?lái)的后果是出現(xiàn)脹殼現(xiàn)象。

其二，射擊后的槍膛清理問題有待驗(yàn)證。在射擊過程中，槍械的高溫會(huì)使彈殼硬度下降，耐磨性下降。后果是在高溫作用下，一旦塑料附著在彈膛內(nèi)壁上或槍管膛線上，傳統(tǒng)的除銅劑和防護(hù)油均無(wú)法進(jìn)行清理，將極大影響槍械使用的穩(wěn)定性。

其三，槍械射擊過程中溫度升高過快有待解決。在射擊過程中，槍械的高溫釋放問題是槍械研發(fā)人員無(wú)法回避的。期間，大部分熱量伴隨火藥燃?xì)馀c彈頭一起噴出槍口，另一部分熱量則通過彈殼帶走，進(jìn)而降低膛壓和膛溫。金屬?gòu)棜さ臒醾鲗?dǎo)性明顯好于塑料彈殼，其結(jié)果就是通過塑料彈殼帶走熱量的能力下降。因此，帶來(lái)的后果是槍管溫度快速升高，從而影響射手操作?？梢?，以聚合物材料制作彈殼的技術(shù)，不是哪個(gè)國(guó)家輕易就能具備的，需要以國(guó)家的科技水平、工藝水平、材料加工水平等綜合能力為基礎(chǔ)以及應(yīng)用上的積淀才能做到。

其四，環(huán)境污染不容樂觀。在各種沖突和作戰(zhàn)過程中，大量遺棄彈殼和報(bào)廢槍械深埋在土壤之中，金屬類彈殼經(jīng)過歲月的洗禮，將逐漸分解。而塑料彈殼，特別是復(fù)合塑料彈殼基本不會(huì)發(fā)生分解，隨之而來(lái)的將是環(huán)境的嚴(yán)重污染。這也是美軍在研制新6.8mm 槍彈，暫時(shí)放棄塑料彈殼的原因之一。

編輯/ 曾振宇

一家美國(guó)公司聚合物彈殼槍彈的生產(chǎn)線