追求极致：美军寻求轻武器使用的新型可燃弹壳

近日，美国政府在SBIR（小企业创新研究）计划网站上公布了为美国陆军寻求新型弹药的招标计划——新一代轻武器的可燃弹壳。


此举是为德事隆集团（Textron）正在研发的埋头弹机枪（LSAT）寻求更加先进的弹药方案。显然美军并不满足与现阶段推出的聚合物弹壳，追求更加极致的轻量化。


正如招标名字所提到的，美国陆军正在寻找一种新型材料来取代轻武器弹药的金属弹壳。首先，它应该是一种疏水性聚合物材料，可以制作成弹壳形状；这种材料必须完全可燃，发射后不会留下任何残留物；这种材料显然也应该是无毒的，无论是平时状态还是点燃后产生烟雾。图为现在的LSAT机枪所用的埋头弹，采用的是聚合物弹壳。


此外，美军还要求弹药的重量必须减少达到50%，与目前现役的弹药相比，弹道性能更好或相当，而且制造应该更加简单，成本也更低廉，同时不会牺牲穿甲性能，并满足长期储存的需要。显然这个真是一个理想化的目标，在技术方面有很多难题。图为LSAT机枪射击后，留下的聚合物弹壳，注意金属底火。


不过需要注意的是，如果美军真的得到这样的全可燃弹壳技术，那么武器系统也必然要进行重新设计。由于全可燃弹壳在发射时无法起到传统弹壳密封火药燃气的功能，所以如何保证发射全可燃弹药时的弹膛气密性，将是一个高难度的挑战。这是英国研制的40mm埋头弹，尽管优点很多，但对旋转弹膛的加工精度提出了非常高的要求。如果是5.56mm或6.5mm步枪来说，这样的旋转弹膛设计显然是不合适的。


随着科技的进步，步兵火力强度不断提升，所需弹药数量也直线上升，士兵负载越来越重。为了确保美军士兵能够在21世纪保持压倒性的优势，减少士兵负载已经成为陆军的当务之急。士兵最沉重的负担就是他们的弹药，通过轻质金属取代铜制造弹壳，因为成本和技术限制无法解决这个问题。


过去50多年间，世界各国尝试用轻质聚合物取代黄铜制作弹壳，只能减少25%的弹药重量，并且无法保证弹道性能和满足长期储存的需要。可燃弹壳技术已经成功应用于大口径弹药，与传统的金属弹壳相比，可燃弹壳具有很多优势，如：减少弹膛磨损；提高发射能量（可燃弹壳充当部分发射药的功能）；提高发射药燃烧效率；降低回收成本；可燃弹壳可以在储存、运输、装填时保护发射药。


近来，在小口径武器系统使用现有的毡合纤维可燃弹壳技术，以实现轻量化弹药的研究引起各国的极大兴趣。然而将毡化纤维技术应用到轻武器弹药，取代传统的铜/钢弹壳还是非常具有挑战性的。技术障碍包括这种材料缺乏机械强度、高孔隙率、可燃树脂容易被水和水蒸汽渗透、弹药的运输和使用安全等。图为破碎的120mm坦克炮弹，现阶段可燃弹壳的强度无法满足轻武器的使用需要。


这个SBIR项目看起来简单，其实涵盖了材料学、物理、化学、设计、数据模拟、力学等多学科的综合研究和开发工作。如何寻找新型可燃聚合物，并优化小口径弹壳的设计，并确定其生产可行性，每个都有很有挑战性。


首先需要开发适用于轻武器的新型聚合物材料，并分析不同温度、湿度和制造工艺下的燃烧残余物，寻找最佳可燃聚合物的配比。接下来还要对弹壳的生产工艺进行开发，选择合适的弹壳外形，并进行综合分析模拟，以验证新型子弹的内外弹道性能。最后对可燃弹壳材料的机械和物理特性进行调查，并评估使用轻质全可燃弹壳子弹的枪械生产问题及可行性。

如果此项目成功，这种全可燃埋头弹弹壳技术将广泛应用于军事和民用方面。包括轻武器（5.56mm、7.62mm、12.7mm）、中口径火炮（20mm、25mm、30mm、40mm）以及大口径火炮（60mm、81mm、105mm、120mm），民用狩猎、射击竞赛和执法机构使用的弹药。

全可燃弹壳必须满足的参数指标：弹壳完全可燃，燃烧后不应留下任何残留物；弹壳应完全防水；制造相对容易；材料机械强度比目前大口径弹药的可燃弹壳要高25%；新型弹药的弹道性能与现有弹药相当或更好；重量是传统弹药的50%；材料完全无毒；能够满足标准操作需要；弹壳材料老化不能对性能或安全产生重大影响。


在之前美军曝光的复合材料弹壳子弹，现在可以看作是保守方案（参见2017年11月28日《美国复合材料弹壳子弹新动态 中国应该做什么？》）。而本文提及的全可燃弹壳显然是一种最激进的方案。这种“洋跃进”项目是否能够顺利完成，让我们拭目以待。

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