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Shang Hai / 2023.2 1. 北京熱塑性復(fù)合材料工程技術(shù)研究所子彈發(fā)展到今天，早已由過去的樣式簡單、功能單一，演變成為更具科技含量，功能也更加多樣化的產(chǎn)物。一枚完整的子彈通常是由彈丸、彈殼、激發(fā)藥和底火四部分組成，每一部分在制作過程中都是獨立完成的，在制作一枚子彈的過程中要經(jīng)過一百多道復(fù)雜的工序。圖1 子彈的結(jié)構(gòu) 圖2 復(fù)合材料彈殼子彈系列 眾所周知，子彈發(fā)射時，巨大的能量從彈殼內(nèi)擠出，那么對彈殼的要求就比較高了，首先就是要保證密封性，使彈頭更具殺傷能力。其次，要保證它的柔韌性，較好的柔韌性，在面臨高溫、高壓的環(huán)境下，不易發(fā)生變形，使槍械炸膛的可能性降低。最后，表面要光潔，需要做到對槍械的磨損達(dá)到最小程度，且不易生銹，能長時間保存。長期以來，在輕武器彈藥領(lǐng)域，世界發(fā)達(dá)國家一直在不斷探索。一直以來，生產(chǎn)彈殼的原材料以黃銅和鋼居多，我國和俄羅斯以鋼作為彈殼的原材料，歐美則以黃銅為主。而現(xiàn)在則出現(xiàn)了一種“復(fù)合材料彈殼”。 使用這些復(fù)合材料，比如纖維素、尼龍、聚氨酯預(yù)聚物等制備復(fù)合材料彈殼、殼肩和殼頸。這種子彈仍采用彈頭、底火和彈藥等，只是彈殼采用復(fù)合材料。復(fù)合材料彈殼采用注塑成型加工，然后再與黃銅彈殼底座冷加工成型。包括采用嵌入式注塑成型將彈頭裝入復(fù)合材料彈殼體內(nèi)，使彈殼口部自動密封，不必再用金屬彈殼普遍采用的緊口和涂外口工藝，就可以確保槍彈防水防潮。最近數(shù)年，為什么復(fù)合材料彈殼得以迅速發(fā)展，我們有必要先了解一下兩者之間的差異。圖3 RM277步槍 圖4 專為RM277開發(fā)的復(fù)合材料彈殼彈藥6.8TVCM 圖5 復(fù)合材料彈殼剖面（彈肩部分加厚以增加彈肩的強度，避免推彈過程中彈殼的損壞） 復(fù)合材料彈殼與黃銅彈殼相比，最重要的區(qū)別就是重量減輕高達(dá)30%~40%。對于普通消費者而言，這可能沒有什么吸引力，而對于軍隊而言卻有著非常重要的現(xiàn)實意義。這種輕質(zhì)子彈還具有更高的精度、初速和更好的彈道性能。當(dāng)改用聚合物彈殼的子彈時，你將能夠減輕負(fù)重攜帶更多的彈藥。士兵標(biāo)準(zhǔn)配備的7個30發(fā)彈匣，共計210發(fā)。如果換用復(fù)合材料彈殼的子彈，那么士兵在同樣負(fù)荷條件下可以攜帶300發(fā)子彈。如果依舊配備210發(fā)彈藥，那么士兵可以攜帶更多的水或者任務(wù)必須的裝備。而且彈藥的運輸費用也非常昂貴，每架飛機配備的槍炮，彈藥的重量都非?？捎^。子彈重量的減輕，可減少部隊后勤保障時使用運輸工具的數(shù)量或次數(shù)，大幅降低運輸費用,縮短運輸時間。圖6 北約彈藥(左)與復(fù)合材料彈殼彈藥(右) 圖7 專為RM277開發(fā)的6.8TVCM子彈及鋼制底緣圖8 復(fù)合材料彈殼剖面圖 復(fù)合材料彈殼的子彈的另一個優(yōu)勢在于它的熱傳導(dǎo)方式的不同。熱量是影響每一支槍械的重要因素。復(fù)合材料彈殼是一個絕緣體（如圖2），黃銅是一種導(dǎo)熱材料。使用黃銅彈殼子彈射擊時，子彈上的熱量和壓力會傳遞給槍膛和槍管，使槍膛內(nèi)形成高溫和高壓，加速槍管材料的磨損，縮短槍管使用壽命。使用復(fù)合材料彈殼子彈射擊時，由于復(fù)合材料的比熱容高，即熱傳導(dǎo)性差，子彈上的熱量不容易傳遞給槍膛和槍管，減少快速射擊過程中槍管上和槍膛內(nèi)的熱量累積，減緩槍管材料的磨損和燒蝕，延長槍管使用壽命。圖9 復(fù)合材料彈殼不傳導(dǎo)熱 熱傳遞也會影響彈藥在不同環(huán)境中的穩(wěn)定性。由于復(fù)合材料彈殼，不同的環(huán)境不會對子彈產(chǎn)生太大影響，復(fù)合材料彈殼的子彈在不同環(huán)境中往往表現(xiàn)得更穩(wěn)定。圖10 裝有復(fù)合材料彈殼彈藥的彈匣 圖11 M110步槍發(fā)射復(fù)合材料彈殼彈藥（6.8 TVCM） 子彈的精度取決于制造工藝的一致性，子彈必須具有同心度、相同的內(nèi)部容積和相同的尺寸，這樣彈藥才能具有相同的性能。傳統(tǒng)子彈的制造都是將小而厚的黃銅材料拉伸出藥筒的形狀，然后再進(jìn)行修整。這個過程很難對彈殼的所有尺寸進(jìn)行精密控制，彈殼壁的厚度可能因為拉伸過程中的速度和工具不同而產(chǎn)生細(xì)微差別從而影響精度。而復(fù)合材料彈殼則沒有這方面的問題，制造過程中可以對藥筒規(guī)格進(jìn)行精密控制，從而確保一致性。模具使用鋼制模具，采用包覆成型工藝制造復(fù)合材料彈殼，除了彈殼肩部和頸部之外，復(fù)合材料彈殼一次成型。彈殼壁的誤差可控制在0.0076mm之內(nèi)，非常精確。加工藥筒的肩部和頸部由另一臺設(shè)備完成，并保證厚度統(tǒng)一，這是以往任何加工手段都無法實現(xiàn)的。不僅如此，生產(chǎn)效率也是驚人，整套生產(chǎn)設(shè)備車間不到300平米，每年可生產(chǎn)3000萬發(fā)子彈。最終出廠前通過質(zhì)量監(jiān)測設(shè)備對每一枚子彈進(jìn)行快速相機檢測，以確保底火安裝到位及頸部是否由污漬等，不合格的子彈會被挑選出來分解回收。復(fù)合材料彈殼可以讓彈藥的拔彈力更一致，因此彈藥的精度潛力更高。圖12 復(fù)合材料彈殼的鋼制模具 圖13 子彈質(zhì)量檢測 圖14 美軍對復(fù)合材料彈殼子彈和黃銅子彈進(jìn)行射擊試驗對比 圖15 復(fù)合材料彈殼子彈的射擊試驗 復(fù)合材料成本低，有良好的經(jīng)濟效益，與鋼、銅等金屬材料相比，聚合物復(fù)合材料的原材料價格在國際上按體積單位計算要便宜許多，1升不銹鋼板材料的價格為15美元，1升銅板材料的價格為26美元，而1升尼龍聚合物材料的價格僅為6美元。其他聚合物材料，如酚醛樹脂、聚酰亞胺、聚碳酸酯、聚甲醛等均不超過10美元。這就意味著在制造同體積的物件時，采用聚合物材料價格會便宜得多。如果再將加工制造成本考慮進(jìn)去，就更能顯示出聚合物材料制品的經(jīng)濟優(yōu)越性。在自動化輕武器大量裝備各國軍隊情況下，輕武器作戰(zhàn)時的彈藥消耗量會成倍增加，努力降低彈藥成本價格顯得尤為重要。復(fù)合材料彈殼子彈具有復(fù)合材料輕質(zhì)、低導(dǎo)熱性的優(yōu)點，可多方面提升士兵作戰(zhàn)效能：一是重量更輕，士兵能攜帶更多彈藥，作戰(zhàn)時間更持久；二是子彈精度更高、射速更快，殺傷力更高；三是彈殼導(dǎo)熱性更低，有效降低炸膛率，安全性更高。復(fù)合材料彈殼子彈在增強遠(yuǎn)程作戰(zhàn)方面具有很大的潛力。首先，復(fù)合材料彈殼子彈重量更輕，可降低后勤保障壓力。此外其優(yōu)秀性能不僅表現(xiàn)在減輕槍彈重量和良好的彈膛隔熱性方面。它的優(yōu)化結(jié)構(gòu)，在抽殼穩(wěn)定性可靠性、彈頭安裝定位一致性，入膛準(zhǔn)確性、拔彈力和火藥燃?xì)饽芰坷寐市阅苌弦脖葌鹘y(tǒng)彈殼結(jié)構(gòu)更優(yōu)秀。比同時期的競爭對手埋頭彈也更優(yōu)秀和成熟。發(fā)展?jié)摿薮?，是未來的槍彈?yōu)化發(fā)展方向。圖16 復(fù)合材料彈殼的生產(chǎn) 圖17 彈頭和彈殼之間的密封 圖18 復(fù)合材料彈殼子彈生產(chǎn)線 圖19 復(fù)合材料彈殼子彈質(zhì)量檢查 來源：材料委天津院
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