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Shang Hai / 2023.2 子弹发展到今天，早已由过去的样式简单、功能单一，演变成为更具科技含量，功能也更加多样化的产物。一枚完整的子弹通常是由弹丸、弹壳、激发药和底火四部分组成，每一部分在制作过程中都是独立完成的，在制作一枚子弹的过程中要经过一百多道复杂的工序。图1 子弹的结构 图2 复合材料弹壳子弹系列 众所周知，子弹发射时，巨大的能量从弹壳内挤出，那么对弹壳的要求就比较高了，首先就是要保证密封性，使弹头更具杀伤能力。其次，要保证它的柔韧性，较好的柔韧性，在面临高温、高压的环境下，不易发生变形，使枪械炸膛的可能性降低。最后，表面要光洁，需要做到对枪械的磨损达到最小程度，且不易生锈，能长时间保存。长期以来，在轻武器弹药领域，世界发达国家一直在不断探索。一直以来，生产弹壳的原材料以黄铜和钢居多，我国和俄罗斯以钢作为弹壳的原材料，欧美则以黄铜为主。而现在则出现了一种“复合材料弹壳”。 使用这些复合材料，比如纤维素、尼龙、聚氨酯预聚物等制备复合材料弹壳、壳肩和壳颈。这种子弹仍采用弹头、底火和弹药等，只是弹壳采用复合材料。复合材料弹壳采用注塑成型加工，然后再与黄铜弹壳底座冷加工成型。包括采用嵌入式注塑成型将弹头装入复合材料弹壳体内，使弹壳口部自动密封，不必再用金属弹壳普遍采用的紧口和涂外口工艺，就可以确保枪弹防水防潮。最近数年，为什么复合材料弹壳得以迅速发展，我们有必要先了解一下两者之间的差异。图3 RM277步枪 图4 专为RM277开发的复合材料弹壳弹药6.8TVCM 图5 复合材料弹壳剖面（弹肩部分加厚以增加弹肩的强度，避免推弹过程中弹壳的损坏） 复合材料弹壳与黄铜弹壳相比，最重要的区别就是重量减轻高达30%~40%。对于普通消费者而言，这可能没有什么吸引力，而对于军队而言却有着非常重要的现实意义。这种轻质子弹还具有更高的精度、初速和更好的弹道性能。当改用聚合物弹壳的子弹时，你将能够减轻负重携带更多的弹药。士兵标准配备的7个30发弹匣，共计210发。如果换用复合材料弹壳的子弹，那么士兵在同样负荷条件下可以携带300发子弹。如果依旧配备210发弹药，那么士兵可以携带更多的水或者任务必须的装备。而且弹药的运输费用也非常昂贵，每架飞机配备的枪炮，弹药的重量都非常可观。子弹重量的减轻，可减少部队后勤保障时使用运输工具的数量或次数，大幅降低运输费用,缩短运输时间。图6 北约弹药(左)与复合材料弹壳弹药(右) 图7 专为RM277开发的6.8TVCM子弹及钢制底缘图8 复合材料弹壳剖面图 复合材料弹壳的子弹的另一个优势在于它的热传导方式的不同。热量是影响每一支枪械的重要因素。复合材料弹壳是一个绝缘体（如图2），黄铜是一种导热材料。使用黄铜弹壳子弹射击时，子弹上的热量和压力会传递给枪膛和枪管，使枪膛内形成高温和高压，加速枪管材料的磨损，缩短枪管使用寿命。使用复合材料弹壳子弹射击时，由于复合材料的比热容高，即热传导性差，子弹上的热量不容易传递给枪膛和枪管，减少快速射击过程中枪管上和枪膛内的热量累积，减缓枪管材料的磨损和烧蚀，延长枪管使用寿命。图9 复合材料弹壳不传导热 热传递也会影响弹药在不同环境中的稳定性。由于复合材料弹壳，不同的环境不会对子弹产生太大影响，复合材料弹壳的子弹在不同环境中往往表现得更稳定。图10 装有复合材料弹壳弹药的弹匣 图11 M110步枪发射复合材料弹壳弹药（6.8 TVCM） 子弹的精度取决于制造工艺的一致性，子弹必须具有同心度、相同的内部容积和相同的尺寸，这样弹药才能具有相同的性能。传统子弹的制造都是将小而厚的黄铜材料拉伸出药筒的形状，然后再进行修整。这个过程很难对弹壳的所有尺寸进行精密控制，弹壳壁的厚度可能因为拉伸过程中的速度和工具不同而产生细微差别从而影响精度。而复合材料弹壳则没有这方面的问题，制造过程中可以对药筒规格进行精密控制，从而确保一致性。模具使用钢制模具，采用包覆成型工艺制造复合材料弹壳，除了弹壳肩部和颈部之外，复合材料弹壳一次成型。弹壳壁的误差可控制在0.0076mm之内，非常精确。加工药筒的肩部和颈部由另一台设备完成，并保证厚度统一，这是以往任何加工手段都无法实现的。不仅如此，生产效率也是惊人，整套生产设备车间不到300平米，每年可生产3000万发子弹。最终出厂前通过质量监测设备对每一枚子弹进行快速相机检测，以确保底火安装到位及颈部是否由污渍等，不合格的子弹会被挑选出来分解回收。复合材料弹壳可以让弹药的拔弹力更一致，因此弹药的精度潜力更高。图12 复合材料弹壳的钢制模具 图13 子弹质量检测 图14 美军对复合材料弹壳子弹和黄铜子弹进行射击试验对比 图15 复合材料弹壳子弹的射击试验 复合材料成本低，有良好的经济效益，与钢、铜等金属材料相比，聚合物复合材料的原材料价格在国际上按体积单位计算要便宜许多，1升不锈钢板材料的价格为15美元，1升铜板材料的价格为26美元，而1升尼龙聚合物材料的价格仅为6美元。其他聚合物材料，如酚醛树脂、聚酰亚胺、聚碳酸酯、聚甲醛等均不超过10美元。这就意味着在制造同体积的物件时，采用聚合物材料价格会便宜得多。如果再将加工制造成本考虑进去，就更能显示出聚合物材料制品的经济优越性。在自动化轻武器大量装备各国军队情况下，轻武器作战时的弹药消耗量会成倍增加，努力降低弹药成本价格显得尤为重要。复合材料弹壳子弹具有复合材料轻质、低导热性的优点，可多方面提升士兵作战效能：一是重量更轻，士兵能携带更多弹药，作战时间更持久；二是子弹精度更高、射速更快，杀伤力更高；三是弹壳导热性更低，有效降低炸膛率，安全性更高。复合材料弹壳子弹在增强远程作战方面具有很大的潜力。首先，复合材料弹壳子弹重量更轻，可降低后勤保障压力。此外其优秀性能不仅表现在减轻枪弹重量和良好的弹膛隔热性方面。它的优化结构，在抽壳稳定性可靠性、弹头安装定位一致性，入膛准确性、拔弹力和火药燃气能量利用率性能上也比传统弹壳结构更优秀。比同时期的竞争对手埋头弹也更优秀和成熟。发展潜力巨大，是未来的枪弹优化发展方向。图16 复合材料弹壳的生产 图17 弹头和弹壳之间的密封 图18 复合材料弹壳子弹生产线 图19 复合材料弹壳子弹质量检查 来源：材料委天津院
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