请选择 进入手机版 | 继续访问电脑版

战列舰

 找回密码
 成为会员

QQ登录

只需一步,快速开始

搜索
查看: 11352|回复: 19

甲弹对抗简史 - 20世纪前半页的海军装甲与穿甲弹的发展

[复制链接]

中将

七年服役纪念章钻石金双剑金橡叶铁十字勋章荣誉勋章维多利亚十字勋章行政立法委骑士团勋章海武魂旗手TIME TRAVELER终身荣誉会员

发表于 2016-7-13 12:49:49 | 显示全部楼层 |阅读模式
本帖最后由 seven_nana 于 2016-7-13 19:49 编辑

甲弹对抗简史 - 20世纪前半页的海军装甲与穿甲弹的发展

本帖内容未经允许不得转载




前言

甲弹对抗是神教一直以来比较关注的领域,同时也是许多爱好者们颇感兴趣的话题。然而由于资料的匮乏与长期以来的以讹传讹,许多爱好者对甲弹对抗问题的理解存在着不少的误区。神教认为有必要从宏观发展的角度,简单地介绍一下20世纪前半页的海军甲弹对抗的发展史。

装甲篇



一块在战后的弹道测试中被美国海军的16英寸穿甲弹击穿的日本海军VH装甲板(厚度660mm)

舰用装甲的发展历程简介

首先,我们来简单地回顾一下舰用装甲的发展历程。

最早的舰用装甲是由锻铁制成的,英国海军的武士号、法国海军的光荣号、以及美国内战中双方所用的铁甲舰等早期的装甲军舰,采用的都是锻铁装甲。
舰用装甲材质的第一个重大突破,是钢甲的诞生。在19世纪中后期,随着平路炼钢法等技术的出现,钢甲逐渐替代了铁甲。在19世纪后期时,法国人在钢装甲制造领域上处于领先地位。与此几乎同时,英国人发明了钢面铁甲(Compound Armour,一种表层为钢,内层为铁的复合结构装甲板),其性能与法国人的钢甲处于伯仲之间,两者在出口市场上形成了激烈的竞争(例如竞争意大利主力舰装甲的采购订单)。

舰用装甲的第二个重大突破,是镍钢。1889年时,法国的施耐德公司在钢甲中加入了4%的镍,使得钢材的强度和韧性都得到了有效提升。

紧接着的第三个重大突破,与前两个重大突破不同,并不是在合金成分上的改进,而是在钢材处理方式上的创新。美国人哈维在1890年时发明了一种在镍钢装甲的表面进行渗碳处理的方法,使得其表层的碳含量得到大幅提升。在经过渗碳和热处理之后,这种装甲的抗弹性能得到了大幅提升。

舰用装甲材质的最后一个重大突破,是由德国的克虏伯公司完成的。在镍钢中加入铬,能使得装甲的硬度得到明显提升,然而在19世纪末期时,量产镍铬钢装甲在技术上存在着较大的难度。克虏伯公司是第一个成功掌握了量产镍铬钢所需技术的企业,这种含镍量在3.5-4%,含铬量在1.5-2%的合金钢,成为了以后数十年中各种装甲钢的标准基材。与此同时,克虏伯公司在这种性能更强的钢材的基础上,结合了经改进的渗碳工序和热处理技术,制造出了著名的克虏伯渗碳硬化装甲。从19世纪末期至战列舰退出历史舞台,克虏伯渗碳硬化装甲、以及以其为基础发展出来的各型渗碳硬化装甲,占据了几乎所有的大厚度装甲钢市场。

不同类型装甲的性能差异



根据英国海军于1915年发布的炮术手册:

在面对无被帽穿甲弹时,15英寸的锻铁=12英寸的钢面铁甲=12英寸的钢甲=7.5英寸的哈维硬化装甲=5.75英寸的克虏伯硬化装甲

世纪之交时的英国战列舰的装甲类型与厚度



从1889年开工的君权级,到1896年开工的克诺珀斯级,在短短的数年间,英国海军主力舰所采用的装甲类型,经历了从钢面铁甲到哈维硬化装甲再到克虏伯硬化装甲的变迁。由于哈维装甲与克虏伯装甲的性能,相比钢面铁甲有了显著的提升,因此在装甲类型发生变更的同时,装甲的厚度也在发生变化。从君权级的18英寸钢面铁甲,到庄严级的9英寸哈维硬化装甲,再到克诺珀斯级的6英寸克虏伯硬化装甲以及可畏级的9英寸克虏伯硬化装甲,装甲带的厚度有了大幅的缩减。这一切都体现着装甲技术进步带来的红利。

表面硬化装甲的具体介绍

在镍铬钢及克虏伯渗碳硬化装甲出现后的半个世纪中,舰用装甲钢的合金成分,基本都稳定在4%镍2%铬的水平(一战后出现了加入少量钼成分的趋势);而装甲钢的类型,则被分为了表面硬化装甲与均质装甲两种,这两者在化学成分上非常相近(有时甚至完全相同,例如日本VH和NVNC的化学成分就完全相同),主要区别就在于处理工序上。均质装甲,顾名思义,就是从表至里,性能材质均一的装甲钢,这个均质是与表面硬化相对应的概念。而表面硬化装甲,顾名思义,就是通过硬化工序,使得其表面硬度高于基材硬度的一种装甲。

各国海军的表面硬化装甲,具体可细分为渗碳硬化装甲与非渗碳硬化装甲两种类型。从制造工序的角度上看,两者的最大区别在于,前者采用了需要耗费大量工时的渗碳工艺,而后者不需要采用这种工序,因此后者的制造成本较低;而从装甲材质的角度上看,由于渗碳硬化装甲的表层上有一层高硬度的渗碳层,而非渗碳硬化装甲上并没有这层渗碳层,因此前者的表层硬度要比后者高不少(克虏伯渗碳硬化装甲、及以其为基础发展出来的各型渗碳硬化装甲,其表面最大硬度可达600-700BHN,而作为非渗碳硬化装甲中的典型代表,日本VH装甲的表面最大硬度通常在500-525BHN范围内)。渗碳硬化装甲的典型代表就是上文中提到的哈维硬化装甲和克虏伯渗碳硬化装甲,而非渗碳硬化装甲的典型代表是日本的VH装甲(但非渗碳硬化装甲并非日本独有,美英德都制造过非渗碳硬化装甲)。

渗碳硬化装甲的制造工序

以下是英国档案中记录的渗透硬化装甲的硬化方式:



1)通过锻压和轧制,将钢锭加工成厚度略大于成品装甲板厚度的钢板。
2)对装甲板的表面进行精加工,为渗碳工序做好准备。
3)将装甲板两两相对放置在加热炉中,并将渗碳剂铺在两块装甲板之间,随后缓慢地(2-3天)加热到渗碳所需的温度(900-950摄氏度),随后保持这个温度2-3周时间。成品装甲板上的渗碳层厚度,便取决于渗碳工序时所采用的温度与时间。渗碳剂通常是木炭或骨灰,但也可采用液化石油气、照明气等碳氢化合物气体来代替固体渗碳剂。
4)完成渗碳工序后,将装甲板保留在加热炉中慢慢冷却,随后再对其施以油淬处理。
5)对装甲板进行软化处理,为尺寸加工做好准备,随后将其加工至成品尺寸,并完成钻孔(成品装甲板是通过螺栓固定的,需要在制造时预留好安装孔)。
5)对装甲板进行加热,随后在装甲板正反两面喷水,进行硬化处理(对于14英寸装甲板来说,这个工序需耗费3小时时间和5000吨以上的水)。

图解渗碳硬化装甲的制造工序

以下是美国海军官方教范中的插图资料:

等待加工成装甲的钢锭



用水压机对钢锭进行锻压



对装甲进行渗碳处理

夹在两块装甲板之间的便是固体渗碳剂



对完成渗碳处理的装甲进行喷水处理



渗碳硬化装甲成品的断面展示

可以看到渗碳层、硬化层、以及基材的显著差异



渗碳硬化装甲的断面图



这块装甲是德国生产的KC n/A装甲(间战及二战时期生产的经过改良的克虏伯渗碳硬化装甲)。在其断面(左侧为表面,右侧为背面)上,在其断面(上方为表面,下方为背面)上,我们看到装甲表层上通过渗碳工艺形成的渗碳层、以及通过热处理工序形成的硬化层。这层高硬度的区域有机会对炮弹结构造成破坏,起到破坏弹体结构以阻挡其穿透装甲、或破坏装药/引信部分以使其失去有效起爆能力的作用。这块装甲的厚度为320mm,而渗碳层与硬化层的总厚度则达到130mm,占装甲总厚度的41%。

渗碳硬化装甲的表层碳含量



从这份美国战后调查档案中的图表中可以看到,日本海军的渗碳硬化装甲(VC),其表层的最大碳含量可达到1.0-1.4%,而在距离装甲表层1英寸左右时降低到与基材相同的0.5%的范围。这一段碳含量高于基材的区域,便是通过渗碳工艺形成的渗碳层。

渗碳硬化装甲与非渗碳硬化装甲在制造工序上的差异

以VH装甲为代表的非渗碳硬化装甲,在制造工序上与渗碳硬化装甲的最大差异,便在于硬化工序的不同。



420mm厚度的VH装甲板和VC装甲板的制造与处理方式:

处理工序VH装甲板VC装甲板
冶炼使用3台70吨级的酸性平炉进行冶炼使用3台70吨级的酸性平炉进行冶炼
浇铸浇铸成厚度1900mm,重量175吨的钢锭浇铸成厚度1900mm,重量175吨的钢锭
粗锻32小时加热至1200℃,保持10-15小时32小时加热至1200℃,保持10-15小时
通过锻压将钢锭厚度从1900mm降低至1550mm通过锻压将钢锭厚度从1900mm降低至1550mm
通过锻压将钢锭厚度从1550mm降低至1350mm通过锻压将钢锭厚度从1550mm降低至1350mm
精锻25小时加热至1200℃,保持8-10小时25小时加热至1200℃,保持8-10小时
通过锻压将钢锭厚度从1350mm降低至1100mm通过锻压将钢锭厚度从1350mm降低至1100mm
粗轧20小时加热至1200℃,保持8小时20小时加热至1200℃,保持8小时
通过轧制将钢锭厚度从1100mm降低至850mm通过轧制将钢锭厚度从1100mm降低至850mm
通过轧制将钢锭厚度从850mm降低至600mm通过轧制将钢锭厚度从850mm降低至600mm
软化退火28小时加热至650℃,保持32小时,随后空气冷却28小时加热至650℃,保持32小时,随后进行冷却
28小时加热至650℃,保持30小时,随后空气冷却28小时加热至650℃,保持30小时,随后空气冷却
精轧缺陷处理缺陷处理
25小时加热至1200℃,保持8小时25小时加热至1200℃,保持8小时
轧制成420×4100×6500mm的钢板轧制成420×4100×6500mm的钢板
软化退火20小时加热至650℃,保持22小时,随后空气冷却20小时加热至650℃,保持22小时,随后空气冷却
18小时加热至650℃,保持20小时,随后空气冷却18小时加热至650℃,保持20小时,随后空气冷却
表面精加工无需进行进行表面精加工
表面渗碳处理无需进行进行表面渗碳处理
淬火22小时加热至860℃,保持20小时,随后用菜籽油淬火22小时加热至860℃,保持20小时,随后用菜籽油淬火
回火18小时加热至650℃,保持16小时,随后喷水冷却18小时加热至650℃,保持16小时,随后喷水冷却
18小时加热至650℃,保持16小时,随后喷水冷却18小时加热至650℃,保持16小时,随后喷水冷却
淬火22小时加热至860℃,保持20小时,随后用菜籽油淬火22小时加热至860℃,保持20小时,随后用菜籽油淬火
回火18小时加热至700℃,保持12小时,对装甲板进行校正,随后喷水冷却18小时加热至660-670℃,保持12小时,对装甲板进行校正,随后喷水冷却
20小时加热至650℃,保持18小时,随后喷水冷却20小时加热至650℃,保持18小时,随后喷水冷却
20小时加热至640℃,保持18小时,随后喷水冷却20小时加热至640℃,保持18小时,随后喷水冷却
20小时加热至640℃,保持16小时,随后喷水冷却20小时加热至640℃,保持16小时,随后喷水冷却
表面硬化处理进行表面硬化处理(方法详见附录)无需进行
成品处理处理后的成品尺寸为420×3800×5700mm处理后的成品尺寸为420×3800×5700mm(允许有10mm的厚度增幅)

我们可以看到,VH与VC在制造处理工序上的主要区别就在于,VC需要在板材尺寸确定后进行表面渗碳处理,随后再进行淬火和回火热处理;而VH则是在淬火和回火热处理后完成后再进行表面硬化处理工序。

VH装甲的表面硬化方式

前期准备:

1)使用发生炉煤气,将西门子反射炉预加热至1100-1150℃。
2)在装甲板上进行钻孔,深度约为装甲板厚度的70%,随后在装甲板表面以及钻出的孔中各放置一个热电偶。
3)将装甲板放置在厚度与其大致相当的湿沙上,并在湿沙下方放置2块3-4英寸厚度的钢板。

关于装甲板的准备方式,请参考此图:



硬化过程:

1)将准备好的装甲板放入反射炉,并进行迅速加温,直至钻孔中的温度达到730℃,此时装甲表面温度至少应已达到850℃。
2)将装甲板取出反射炉,随后进行喷水,完成表面硬化工序。

关于硬化工序,请参考此图:



以上就是VH装甲的硬化工序。由于装甲板的背面垫有湿沙,因此经过西门子反射炉的加热后,装甲板的正面和背面温度会有所不同,所以喷水淬火后会得到梯度硬度。而那两个热电偶,则是用来监控装甲表面与内侧的温度,来保证能够有效达成理想的硬度变化曲线的。

VH的硬化方式绝不是中文界长期错误流传的所谓“渗氮硬化”,而是通过局部热处理的方式进行表层硬化的。

渗碳硬化装甲与非渗碳硬化装甲的对比

硬度曲线 - 德国



纵坐标为BHN硬度,横坐标为测量深度(0=装甲正面表层,按厚度绘制)

KC tief gehärtet = 深硬化层的克虏伯渗碳硬化装甲
KC normal gehärtet = 正常硬化层的克虏伯渗碳硬化装甲
KNC normal gehärtet = 正常硬化层的克虏伯非渗碳硬化装甲

从这份德国人绘制的图表中可以看到,两种渗碳硬化装甲的表层最大硬度都可达到或超过700BHN,这样的超高硬度便是由渗碳硬化层提供的。而非渗碳硬化装甲的表层最大硬度则略低一些,在515BHN左右(日本VH装甲的表层最大硬度通常也在这个范围)。同时我们还可以看到,在20mm深度之后,正常硬化层的渗碳硬化装甲与非渗碳硬化装甲,在硬度曲线上是几乎重合,这是由于渗碳工序只会加强最表层的硬度,较深位置的硬度变化都是通过热处理工序达成的,因此在硬度上基本相同。

硬度曲线 - 日本



纵坐标为SHN硬度,横坐标为测量深度(0=装甲正面表层,按厚度百分比绘制)

VC = Vickers Cemented = 维克斯渗碳硬化装甲
VH = Vickers Hardened = 维克斯硬化装甲(非渗碳)

从这份美国战后调查档案中的图表中可以看到,日本海军的渗碳硬化装甲,其表层硬度同样要高于非渗碳硬化装甲。同样,除了表层以外的其他区域,在硬度上并无显著差距。

感应硬化装甲

我们前面讲过,各国海军采用的表面硬化装甲,具体可细分为渗碳硬化装甲与非渗碳硬化装甲两种类型。然而德国人在二战时期另辟蹊径,用感应硬化的方式成功制造了表面硬化装甲。

以下是英国海军调查档案中对于德国感应硬化装甲的介绍:



德国人于1938年开始初期研究,随后建造了生产设备。用于生产海军装甲的大型设备,最大可制造16英寸(40.6cm)左右厚度的装甲板,其硬化层深度在20%左右。

硬度曲线



曲线上带有采样点的为英国海军获得的德国感应硬化装甲(100mm厚度),作为对比的是160磅(4英寸)厚度的英国渗碳硬化装甲。请注意,德国感应硬化装甲的硬度曲线展现出了双曲率的特性,这与渗碳硬化装甲或日本VH这样的非渗碳硬化装甲是截然不同的。

英国人对这块装甲进行了冶金和弹道测试,其基材与同厚度的Wh装甲(克虏伯内部标号PP7393)相同,镍含量1.4%、铬含量2.5%、钼含量0.3%,合金成分偏向于强调抗拉强度。这块装甲的弹道测试的结果并不十分理想,尽管其弹道极限略高于用作对比的英国装甲,然而也存在被第一发测试炮弹打的直接裂成两半的问题。

神教点评

通过上述介绍内容,相信各位读者已经对表面硬化装甲有了一定的了解。至于均质装甲,由于其合金成分基本与表面硬化装甲相同,在制造工序上除了没有渗碳/硬化工序外,与表面硬化装甲也是大体相似的,因此就不再做特别的介绍了。无论是渗碳硬化装甲还是均质装甲,其合金成分与制造工序在镍铬钢和克虏伯渗碳硬化法出现后的约50年时间内都没有非常显著的变化,因而读者也可以想象到,其在性能上的提升也是相对较为有限的。至于VH那样的非渗碳硬化装甲,或者德国人研究的感应硬化装甲,其基材也并没有任何特殊之处,只是在硬化方式上与渗碳硬化有所不同而已;且从结果上来看,这些不同的硬化方式也并未在抗弹性能上达成突破。可以说在这50年内,装甲钢的水准只是在小幅改进,而未获得突破性的进展。

关于装甲命名方式的补充说明

对于舰用装甲的名称,各国都有各自的命名方式,有些国家并不会为每种型号的装甲赋予专门的名称,而是采用按照大类进行区分。美国海军和英国海军,就是按大类区分的典型代表。

根据英国海军的定义,其装甲钢可分为C、FH、NC这三大类。C是Cemented的缩写,字面意思是渗碳,泛指各类渗碳硬化装甲;FH是Face-Hardened的缩写,字面意思是表面硬化,实际泛指各类非渗碳硬化装甲;NC是Non-Cemented的缩写,字面意思是非渗碳,实际泛指各类均质装甲。

根据美国海军的定义,其装甲钢可分为Class A、Class B、STS这三大类。其中Class A泛指各类表面硬化装甲(渗碳硬化与非渗碳硬化都归入Class A范围内),而Class B与STS都是均质装甲。通常来说STS仅局限于小厚度范围内,主要用作装甲结构两用钢;而Class B通常都是大厚度均质装甲,仅用作防护用途。

穿甲弹篇



一枚在卡萨布兰卡海战中击中了让巴尔号的美国16英寸穿甲弹的残体

舰用穿甲弹的发展历程简介

谈完装甲之后,我们再来简单地回顾一下舰用穿甲弹的发展历程。

在锻铁装甲出现之前,军舰的防护是由木质的船壳提供的。随着锻铁装甲出现后,原先用于对抗木质船壳的火炮和炮弹自然是陷入了威力不足,无法穿甲的困境。在这样的背景下,英国人发明了一种叫做Palliser的铸铁穿甲弹。这种炮弹经过热处理工序,弹头部分得到了硬化,能够对当时的锻铁装甲形成威胁。当装甲技术不断更新后,铸铁穿甲弹已经难以满足穿甲的需求,此时法国人又发明了一种叫做Holtzer的锻钢穿甲弹。然而随着哈维硬化装甲和克虏伯渗碳硬化装甲的横空出世,装甲这一方在甲弹对抗的竞争中占据了压倒性的优势地位,甲弹对抗的天平完全倾向了装甲一方。

被帽穿甲弹的出现与进化

由于渗碳硬化装甲主要是依靠高硬度的表面嗑碎弹体,从而起到防护作用,因此便有设计师想出对炮弹进行保护,以起到避免炮弹被嗑碎的作用。被帽最早是由谁发明的,这个问题很难给出回答,较为常见的说法是英国人发明的,但也有说是俄国人或美国人的。或许,有可能是在相近的时间段上,由多方在互不知晓的情况下各自独立发明出来的。被帽的出现,使得炮弹对抗表面硬化装甲的能力得到了大幅提升,甲弹对抗的天平,在接下来的半个世纪中得以逐渐恢复平衡。

穿甲弹的进化 - 从无被帽到有被帽



上图中的两枚炮弹为20世纪初期的9.2英寸穿甲弹,左侧为无被帽弹,右侧为被帽弹。图中的这种被帽属于最原始的被帽构型,就是单纯的一块覆盖在弹头尖端的钢质保护层。我们姑且将这种被帽称之为最早期的被帽设计。

英国设计



以上所展示的,分别是Hadfield与Cammell这两家企业所设计的供12英寸穿甲弹使用的被帽。

德国设计



以上所展示的,分别是德国海军的21cm与17cm被帽穿甲弹,前者主要配备于装甲巡洋舰的主炮,后者主要配备于前无畏舰的副炮,都属于世纪之交时的产物。

我们可以看到,两种英国设计与两种德国设计非常相似。由于当时的英国企业和德国企业经常展开技术交流,因此会出现这样的结果是毫不奇怪的。

穿甲弹的进化 - 风帽与被帽的结合

大约在1910年前后,英国厂商拿出了一种新的被帽设计,其典型特征是在弹头处开有一个空尖,并在被帽顶端安装了一个能起到优化外弹道特性的风帽。在英国海军的官方档案中,这种被帽被称为Firth-Hadfield被帽。

英国设计









以上所展示的,分别是Hadfield、EOC(Elswick Ordnance Company,隶属于Armstrong旗下)、Vickers、Firth这四家企业所设计的供15英寸穿甲弹使用的被帽。

德国设计



以上所展示的,分别是德国海军的30.5cm与28cm被帽穿甲弹,这两者都配备于德国海军的战列舰与战列巡洋舰。

我们同样可以看到,英国设计(特别是EOC的那个设计)与德国设计同样非常相似。

穿甲弹的进化 - 硬被帽的诞生

早期的被帽,是没有经过硬化热处理的,其硬度要低于经过了硬化热处理的炮弹本身,同时也低于表面硬化装甲。而所谓的硬被帽,则是指经过了硬化热处理的,被帽硬度与炮弹本身相当的被帽。硬被帽究竟是由谁发明的,这个问题同样存在着一些历史迷雾。美国人Nathan Okun称硬被帽是由奥匈帝国的斯柯达公司于1908年发明的,随后德国人于1911年时引进了硬被帽的技术。

然而下图中的英国海军官方档案中明确指出,一战时期德国海军所用的被帽,与英国海军的一样,都是Firth-Hadfield被帽,与英国并无区别。



下图是英国海军在一战末期开展的一项剥被帽实验的测试结论,明确指出这种剥被帽装置能够对抗老式英国炮弹或一战德国炮弹这样的软被帽弹,但无法对抗新式硬被帽弹。



有一点是非常明确的:英国海军最早的硬被帽穿甲弹,是在一战末期研发成功的,这种炮弹被英国官方称之为New-Type(新式),而此前的软被帽弹则被称为Old-Type(老式)。为了便于同老式炮弹进行区分,这种新式炮弹上涂有绿色油漆,因此得到了Greenboy(绿弹)的诨名。

英国老式与新式穿甲弹的对比

左侧为老式的15英寸软被帽穿甲弹,右侧为新式的15英寸硬被帽穿甲弹。



两者在结构设计上存在着三个主要的区别:

1)老式穿甲弹的弹头更尖(2crh),而新式穿甲弹的弹头更钝(1.6crh),钝弹头有利于在较大的入射角下对抗装甲。
2)老式穿甲弹的装药腔较大(装药量60.7磅),而新式穿甲弹的装药腔较小(装药量45.7磅),较小的装药腔有利于提高弹体结构强度,进而有利于在较大的入射角下对抗装甲。
3)老式穿甲弹采用的是软被帽,且重量较小,而新式穿甲弹采用的是硬被帽,且重量较大,后者能更有效地对抗表面硬化装甲。这种新型被帽上带有一个小凸起,英国人将其称为“Knobbed Cap”。

此外,新式穿甲弹在装药的化学成分上,以及引信的设计上也有所改进,用钝感的装药和新式的延迟引信替换了原先的敏感的苦味酸装药和无延迟的引信,有效提升了炮弹的性能,基本满足了在有一定入射角的情况下穿透大厚度装甲并在进入舰体后有效起爆的要求。

关于Greenboy的设计,有一个流传非常广的谣言——那就是Greenboy是仿制日德兰海战时得到的德国穿甲弹的。先前我已经贴出了一战时期德国穿甲弹的结构图,读者可以将其与此处贴出的Greenboy结构图进行对比,两者间的区别(尤其是被帽的区别)显而易见,这个谣言显然是毫无根据的。

穿甲弹的进化 - 风帽的改进

先前我们已经提到,风帽的作用是优化炮弹的外弹道特性。在一战及间战时期,由于火控技术的迅速发展,炮战距离得以大幅增加,从一战前的10km以内迅速增长到了间战时期的20km以上。在这样的背景下,各国纷纷开始设计新式的又长又尖的风帽。

火炮的穿甲性能,不仅仅取决于火炮本身,同时也取决于搭配的炮弹。作为一门一战时期便已经服役的老炮,英国15" Mark I型火炮之所以能在二战时期继续作战,新式的6crh炮弹的引入是功不可没的。所谓的6crh弹,就是一种采用了更尖更长的风帽,从而获得了更好的外弹道性能的炮弹,相对的,原先的较短的炮弹则被称为4crh弹。由于前者的外弹道性能更好,因此在较远距离上的存速更高、落角也较小,因此垂直穿甲能力会明显由于4crh弹。然而由于弹体长度有了明显变化,因此在换装这种炮弹时,需要对火炮的供弹机构进行改进,因而并不是所有的15寸炮老舰都配备了这种炮弹,例如胡德就没用配备6crh弹,而只有4crh弹。

英国4crh与6crh穿甲弹的对比

左侧为4crh穿甲弹(实际的风帽形状为3.05crh),右侧为6crh穿甲弹(实际的风帽形状为10crh)。



请注意,这两枚炮弹的被帽形制都与先前所展示的那枚Greenboy的被帽有所不同,这两发炮弹的被帽都是Hadfield形制的,左侧那枚采用了名为“Rounded Cap”的被帽形制,右侧那枚则在前者基础上加了个平头小凸起。

穿甲弹的进化 - 四世同堂的德国28cm穿甲弹

四种不同时期的德国海军28cm穿甲弹



左一为前无畏舰时期的28cm被帽穿甲弹,采用了最早期的被帽设计,没有风帽,弹头形状为2crh。
左二为无畏舰时期的28cm被帽穿甲弹,采用了空尖的Firth-Hadfield被帽,并引入了风帽。其弹头形状较尖,与一战时的英国软被帽穿甲弹一样,都是2crh。
右二为德意志级所配备的28cm被帽穿甲弹,其被帽形态与先前给出的Greenboy类似,比较像是一个草帽,在中央部位带有一个凸起。同时其弹头形状变钝了(1.5crh),风帽形状变尖了(8.5crh)。
右一则为沙恩霍斯特级所配备的28cm被帽穿甲弹,其被帽变得更大更重,装药腔大小有所缩减。同时其弹头形状变得更钝了(1.3crh),风帽形状变得更尖了(10crh)。

我们可以看到,德国海军穿甲弹的进化进程,与英国海军的炮弹展现出了惊人的相似性,都经历了从无被帽到软被帽再到硬被帽、从无风帽到短风帽再到长风帽、从大装药腔到小装药腔、以及从尖弹头到钝弹头的演化过程。由于我无法得知各个企业间的具体技术交流情况,因此无法回答这两国的炮弹设计之间究竟存在着怎样的渊源,但毫无疑问的是,这四个趋势得到了两国的共同认同,基本可说是穿甲弹演化过程中的总体趋势所在。

二战时期的被帽穿甲弹的具体细节

讲完被帽穿甲弹的演化进程后,接下来我们再来看看二战时期的各国的被帽穿甲弹的具体细节。

二战时期的英国海军穿甲弹

这个时期的英国海军穿甲弹,主要就是由Firth与Hadfield两家负责。两家设计的被帽存在着较为明显的差异,Firth设计的被帽在中央部位带有明显凸起,而Hadfield设计的被帽则没有那么明显的凸起。

英国15英寸穿甲弹的被帽结构与硬度分布(Firth设计)



英国15英寸穿甲弹的弹体结构与硬度分布(Firth设计)



Firth设计中,被帽的最大硬度达到了80SHN,而弹体的最大硬度达到了85SHN,弹体硬度自上而下逐渐降低。

英国15英寸穿甲弹的被帽结构与硬度分布(Hadfield设计)



英国15英寸穿甲弹的弹体结构与硬度分布(Hadfield设计)



Hadfield设计中,被帽的最大硬度达到了627BHN,而弹体的最大硬度达到了601BHN,弹体硬度自上而下逐渐降低。

二战时期的美国海军穿甲弹

美国穿甲弹的结构图

左侧为14" Mark 16 Mod 8型,右侧为16" Mark 8 Mod 6型穿甲弹。



美国穿甲弹的设计指标

炮弹型号炮弹直径炮弹长度炮弹长径比炮弹重量炮弹重量系数弹体长度弹体重量弹体重量系数被帽长度被帽重量被帽重量系数风帽长度风帽重量风帽重量系数装药量装填系数
14" Mark 16 Mod 814英寸56英寸4.01500磅0.54636.5英寸1203磅80.2%6.0英寸153磅10.2%23.7英寸35磅2.3%22.9磅1.5%
16" Mark 8 Mod 616英寸72英寸4.52700磅0.65949.8英寸2191磅81.1%6.8英寸312磅11.6%19.65英寸32磅1.2%40.9磅1.5%

14英寸弹的风帽安装位置较为靠后,因此其风帽的重量比例要大于16英寸弹。我们可以看到,二战时期的美国穿甲弹,具备小装药腔(1.5%装填系数)、厚被帽的特征,且其被帽与Hadfield设计有一定的相似之处。

14" Mark 16 Mod 8的结构与硬度分布



被帽和弹体的最大硬度都达到了578,弹体硬度自上而下逐渐降低,同时自外而内也是逐渐降低。

16" Mark 8 Mod 6的结构与硬度分布



被帽和弹体的最大硬度都达到了555,弹体硬度自上而下逐渐降低,同时自外而内也是逐渐降低。

二战时期英美两国穿甲弹的对比

二战时期时,英国海军曾向美国企业下达过穿甲弹的生产订单,英国人在受到美国企业生产的炮弹后,与本国企业生产的炮弹进行了对比,这些对比内容非常有趣,勾勒出了两国穿甲弹设计上的典型差异。

9.2英寸被帽穿甲弹 - Crucible vs Hadfield

左侧为美国企业Crucible所生产的9.2英寸被帽穿甲弹,右侧则为英国企业Hadfield所生产的9.2英寸被帽穿甲弹。



Crucible所生产的炮弹,由于是按照英国需求设计的,因此其装药腔较大(装填系数3.4%);然而除此之外,这种炮弹完全体现出了美国式的设计特征,与上面展示过的美国14" Mark 16 Mod 8型穿甲弹非常相似。而Hadfield所生产的炮弹,除了装药腔较大(装填系数3.4%)之外,其他方面与同社的15英寸被帽穿甲弹是非常相似的。

两种9.2英寸被帽穿甲弹的重量分解比较

组件CrucibleHadfield
弹体299磅301.2磅
弹带9磅8.9磅
被帽39.5磅41.9磅
风帽15.9磅11.4磅
装药容器0.75磅0.75磅
装药13磅13磅
引信2.9磅3磅
总重380磅380磅

美国炮弹的风帽形状=92/9.2=10crh,被帽形状=2.5/9.2=0.27crh,弹头形状=15/9.2=1.6crh(但尖端处变得更钝,形状=5/9.2=0.54crh);英国炮弹的风帽形状=92/9.2=10crh,被帽形状=7.5/9.2=0.815crh,弹头形状=12.9/9.2=1.4crh。

我们可以看到,整体来看美国炮弹的弹体和被帽都更钝一些,而英国炮弹的弹体和被帽则略尖一些。尽管美国被帽看上去很厚,英国被帽看上去较薄,然而由于对弹体侧面的覆盖范围较少,故重量实际还要比侧面范围覆盖较大的英国被帽更低一些。此外由于美国风帽的安装位置较低,因此重量偏大,可说是浪费了一定重量(风帽不参与穿甲,因此越轻越好)。

两种9.2英寸被帽穿甲弹的弹体硬度分布

左侧为美国企业Crucible所生产的9.2英寸被帽穿甲弹,右侧则为英国企业Hadfield所生产的9.2英寸被帽穿甲弹。



Crucible炮弹的弹体最大硬度达到了618BHN,而Hadfield炮弹的弹体最大硬度达到了639BHN。

在硬度分布上,美国炮弹与英国炮弹最大的差异并不在最大硬度上,而是在于硬度的分布变化上。请读者仔细观察,两者都是越靠近弹头处越硬,越靠近弹底处越软;然而美国炮弹的弹体外侧(靠近表面的部分)的硬度,要明显高于弹体内侧(靠近装药腔的部分)的硬度,可说是外硬内软;而英国炮弹上则没有这种特征,其内外侧硬度则并没有显著差异。这是由于两国所采取的热处理方式不同导致的。这样的特征,在前述的英国15英寸穿甲弹和美国14英寸及16英寸穿甲弹上也同样有所体现。

二战时期的德国海军穿甲弹

二战时期的德国海军,主要使用的穿甲弹分为L3.7系列(用于15cm SK C/25与28cm SK C/28)和L4.4系列(用于20.3cm SK C/34、28cm SK C/34、38cm SK C/34、40.6cm SK C/34)两种。L4.4系列是德国海军最新式的穿甲弹,其中28cm的型号是原型,其余口径的型号都是由28cm发展而来的,故神教选择以28cm L4.4型穿甲弹作为德国穿甲弹的代表进行介绍。

28cm L4.4型穿甲弹的结构图



英国档案中关于德国海军穿甲弹的介绍



长径比4.4,风帽形状10crh,穿甲体形状1.3crh,被帽重量比例14%,装填系数2%。

被帽尖端硬度697VDH(折合654BHN),肩部硬度600VDH(折合560BHN),弹体尖端硬度600VDH(折合560BHN),肩部硬度600VDH(折合560BHN)。

德国人同样采用了外硬内软的弹体结构,英国人称这种硬化模式为“Sheath Hardening”。英国人在调查报告中称,德国人是基于实弹测试的结果而发展出这种硬化模式的,且只用于大口径炮弹,而不用于小口径炮弹。对大口径炮弹来说,这种硬化模式能够避免在射击大厚度装甲时发生弹体碎裂的情况。

二战时期的日本海军穿甲弹

大口径91式穿甲弹的结构图



日本海军的91式穿甲弹,在弹体设计上展示出了许多不同于欧美设计的特征,从图中我们可以看到:

1)英美德三国的炮弹,风帽都带有一定弧度,而日本91式穿甲弹则是锥形风帽(纳尔逊级的16英寸穿甲弹采用的也是锥形风帽,或许对日本人造成的影响也未可知)。
2)英美德三国的炮弹都是圆柱形弹底,而日本91式则是船尾弹底。
3)英美德三国的被帽都是单独一个(美国被帽隐约有Hadfield式的特征,德国被帽非常类似于Firth式),而日本91式则是有两个被帽。

锥头和船尾都是能够优化外弹道性能的设计,而两个被帽的设计则是为了优化水中弹道(前面的小被帽会在入水后脱落,后面的平头被帽能够优化水中弹道)。

91式穿甲弹的弹体硬度分布

左侧为美日英三国的14英寸穿甲弹的硬度分布对比,右侧为46cm穿甲弹的硬度分布。



从图中可以看到,91式穿甲弹的弹体硬度分布既不同于美国式的外硬内软,也不同于英国炮弹,而是兼备两者的特征,有些折衷的意思。

二战时期的法国海军穿甲弹

法国人向来是特立独行的,在海军领域也并不例外。二战时期法国海军所配备的穿甲弹上,确实存在独创的特征,然而也有一些不太恰当的设计。

330mm穿甲弹的结构图

左侧为早期型号、右侧为带有染色剂的晚期型号



不知是缺乏技术交流的缘故,还是缺乏系统性的弹道测试的缘故,总之法国海军的330mm穿甲弹,尽管在外形设计上非常前卫,获得了优秀的外弹道性能,然而在内部结构上却存着不小的缺点——其被帽和弹头形状都相当的尖,这与其他国家做出的选择是背道而驰的,显然不利于在较大的入射角下对抗装甲。

此外由于330mm穿甲弹的装药腔较大,其结构强度恐怕是不如其他国家的穿甲弹的,在入射角较大或对抗大厚度装甲时(最差的情况大概是在有一定航向角的情况下对抗沙恩霍斯特级)恐怕是要吃亏的。

380mm穿甲弹的结构图

左侧为法国自产版本、右侧为美国企业生产的版本



在380mm穿甲弹上,法国人引入了一个相当钝的弹体(比同期英德炮弹更钝),然而其被帽形状依然非常尖,实在无法理解法国人到底是怎么考虑的,这样的被帽在大角度下显然是相当不利的。相比之下,美国企业为其生产的穿甲弹,则具备了鲜明的美式特征(非常厚的钝头硬被帽、钝头弹体),在神教看来更能适应二战时期的实际作战环境需求。

神教点评

英德两国穿甲弹的结构一直是相当接近的,两国在一战时期的穿甲弹,都具备尖弹头(两国都是2crh)、轻型软被帽、短风帽、大装药量(装填系数3%以上)的特征;而两国在二战时期的穿甲弹则都具钝弹头(德国1.3crh,英国1.4crh)、重型硬被帽、长风帽、大长径比(德国4.4,英国4.3-4.5)、小装药量(装填系数,德国2-2.5%,英国2.5%)的特征。

而美日两国的穿甲弹,虽然在设计上与英德两国有一定差异,但也同样遵循了钝弹头(美国弹头是变曲率的,弹尖处比英德更钝,日本的也很钝)、重型硬被帽、长风帽/大长径比(4以上)、小装药量(装填系数,美国1.5%,日本1.5-2.5%)的特征。

至于法国人的穿甲弹,尽管在长风帽/大长径比(5)上比起其他国家有过之而无不及,但在弹体设计上却有些与国际趋势相背离,如此尖锐的被帽和弹体在对抗倾斜装甲时恐怕颇为吃亏的。

尽管各国炮弹在设计上存在着这样那样的差异,然而从宏观发展的角度看,我们还是能够归纳出被帽穿甲弹在20世纪前半页的发展趋势的:被帽越来越大(为了更好地对抗表面硬化装甲)、弹头越来越钝(为了在入射角较大的情况下有效对抗装甲)、风帽和弹体长径比越来越长(为了获得更好的外弹道性能)、装药腔越来越小(为了获得更高的弹体结构强度)。

甲弹对抗篇



日本海军的20cm 91式穿甲弹与美国海军的160mm Class A炮座装甲的对抗——炮弹卡在了装甲中,未能完全穿透。

在看过了舰用装甲和穿甲弹的分别介绍之后,我们最后来看一下炮弹与装甲的对抗结果。由于甲弹对抗的研究属于实验科学的范畴,且早期的研究并非十分科学,因此神教此处只选择了二战时期的研究数据与结论。

美国海军对Class A与Class B装甲的测试结果

在二战结束后,美国海军对其获得的日本装甲进行了实弹射击测试,在这份测试报告中,美国海军同时列出了本国炮弹对抗本国装甲的数据,以形成对比。



14英寸Mark 16 Mod 8型穿甲弹,在30度入射角下射击13英寸厚度的日本VH装甲时经验式得分为87%,而射击13英寸级别的美国Class A装甲时经验式得分的平均值为89.7。



14英寸Mark 16 Mod 8型穿甲弹,在30度入射角下射击15英寸厚度的日本VH装甲时经验式得分为82%(这块装甲硬度偏低,有劣质品的嫌疑),射击15英寸级别的美国Class A装甲时经验式得分的平均值为89.6,射击15英寸厚度的德国表面硬化装甲时经验式得分为97-98%。



14英寸Mark 16 Mod 8型穿甲弹,在30度入射角下射击12英寸厚度的日本NVNC装甲时经验式得分为91%,射击13.5英寸级别的美国Class B装甲时经验式得分的平均值为95.1,射击12英寸厚度的德国均质装甲时经验式得分为90%。

测试所用的表面硬化装甲与均质装甲在厚度上存在一些差异,但区别并不十分显著,可进行粗略的横向比较。由于经验式得分越高,说明装甲的弹道极限越高,即装甲的抗弹性能越好,因此我们大致可以看出,德国均质装甲的表现明显不如表面硬化装甲,日本均质装甲的表现略优于表面硬化装甲,美国均质装甲的表现明显优于表面硬化装甲。

英美两国炮弹的对比测试数据

英美两国海军,曾使用各自的14英寸穿甲弹,以各种不同的测试条件(入射角/厚度/装甲类型)进行过对比测试。其中与本文相关性较大,有较大参考价值的,是射击13.5英寸级别的美国Class A装甲与美国Class B装甲的两组测试。

13.5英寸厚度,均质装甲,30度入射角



美国炮弹

测试编号装甲厚度入射速度炮弹情况装甲情况
No.3354613.31英寸1717英尺/秒达成穿透,弹体完整形成14英寸×15.5英寸的穿孔
No.3354813.25英寸1662英尺/秒达成穿孔,弹体基本完整形成11英寸×12英寸的穿孔

这组测试的经验式得分应介于93.5%至96.2%之间。

英国炮弹

测试编号装甲厚度入射速度炮弹情况装甲情况
No.3355213.25英寸1665英尺/秒达成穿透,弹体完整形成14英寸×15英寸的穿孔
No.3355313.19英寸1624英尺/秒向后弹回,弹体完整成功抵挡

这组测试的经验式得分应介于94.4%至96.4%之间。

13.5英寸厚度,深硬化层的渗碳硬化装甲,30度入射角



美国炮弹

测试编号装甲厚度入射速度炮弹情况装甲情况
No.3336513.63英寸1678英尺/秒达成穿透,弹体完整形成14英寸×20英寸的穿孔
No.3347413.63英寸1622英尺/秒向后弹回,弹体完整形成13英寸×24英寸的穿孔

这组测试的经验值得分应介于89.1%至92.2%之间,且炮弹完整击穿了装甲,并未被嗑碎。

英国炮弹

测试编号装甲厚度入射速度炮弹情况装甲情况
No.3346613.66英寸1593英尺/秒达成穿透,弹体完整形成17英寸×28英寸的穿孔
No.3346813.66英寸1540英尺/秒弹体破损成功抵挡
No.3347313.75英寸1566英尺/秒达成穿透,弹体完整形成16.5英寸×25英寸的穿孔

这组测试的经验值得分应介于86.9%至89.9%之间,很可能在87.9%左右,且炮弹完整击穿了装甲,并未被嗑碎。

从以上测试数据中可以看到,无论是英国炮弹还是美国炮弹,在30度入射角下射击13.5英寸级别的美国装甲时,均质装甲的抗弹性能都要高于渗碳硬化装甲。

注释:二战时期的美国Class A装甲,在小厚度级别上的表现是很好的,但在大厚度级别上存在一些性能缺陷,在对抗最新式的穿甲弹时的表现不如Class B装甲。

英国海军对C、FH、NC三类装甲的对比测试

英国海军在1945-1950年间,根据其在战争时期取得的经验,就甲弹对抗问题开展了大量的实验。

其中的一个议题,是就渗碳硬化装甲(英国海军称之为Cemented Armour,简称C)、非渗碳硬化装甲(英国海军称之为Face-Hardened Armour,简称FH)、以及均质装甲(英国海军称之为Non-Cemented Armour,简称NC)的性能进行横向比较。且这些实验中所使用的装甲,还运用了各种不同的制造方法,既有电炉钢(Electric Steel)也有平炉钢(Open Hearth Steel),既有锻造钢(Forged Steel)也有轧制钢(Rolled Steel)。

这些测试的具体测试条件,是在45度入射角下,使用14英寸穿甲弹射击320磅厚度(8英寸)的装甲板。

渗碳硬化装甲的测试结果展示



首先神教来解释一下这张图的阅读方式。对于甲弹对抗的结果,英国人将其归纳为以下12种可能性:

1)实心黑圈,代表炮弹完整穿透,能够有效起爆。
2)实心黑圈,左下角附有字母A,代表炮弹完整穿透,但弹底栓脱落,无法有效起爆。
3)实心黑圈,圈上划有十字,代表装甲上形成穿孔,炮弹碎裂,碎块均落在装甲板后方。
4)一半实心黑圈,一半空心白圈,圈上划有十字,代表装甲上形成穿孔,炮弹碎裂,碎块落在装甲板前后两侧。
5)空心白圈,圈上划有十字,代表装甲上形成穿孔,炮弹碎裂,碎块均落在装甲板前方。
6)空心白圈,圈中附有字母L,代表装甲上形成穿孔,炮弹完整嵌入装甲,能够有效起爆。
7)空心白圈,圈中附有字母L,左下角附有字母A,代表装甲上形成穿孔,炮弹完整嵌入装甲,但弹底栓脱落,无法有效起爆。
8)空心白圈,圈中附有字母R,代表装甲上形成穿孔,炮弹完整跳飞。
9)字母R,左下角附有字母F,代表装甲背部有碎块剥落,炮弹完整跳飞。
10)字母R,代表装甲背部无碎块剥落,炮弹完整跳飞。
11)十字,左下角附有字母F,代表装甲背部有碎块剥落,炮弹碎裂。
12)十字,代表装甲背部无碎块剥落,炮弹碎裂。

英国人将弹道极限细分为穿孔极限(Penetration Limit)与穿透极限(Perforation Limit)两种,上述的状态1至状态3符合穿透标准的要求,状态4至状态8符合穿孔标准的要求,状态9至状态12则属于穿甲失败。穿透极限采用黑色实线标示,穿孔极限则采用黑色虚线标示。

穿透极限还可细分为穿透且弹体完整(Perforation Whole)与穿透但弹体破损(Perforation Broken)两种,状态1与状态2属于穿透且弹体完整,状态3属于穿透但弹体破损。

简单地说,实心黑圈即穿透,非实心圈则为穿孔,无圈则属于穿甲失败,十字代表炮弹碎裂,文字A(Adapor的缩写)代表弹底栓脱落从而无法有效起爆,文字L(Lodge的缩写)代表炮弹嵌入装甲,文字R(Rebound的缩写)代表发生跳弹,文字F(Flake off的缩写)代表装甲背部有碎块剥落。

回到数据本身,从上表中可以看出,该组实验总共使用了24块渗碳硬化装甲板,其穿孔极限(Penetration Limit)大致在1100-1275f/s的范围内,穿透极限(Perforation Limit)大致在1175-1550f/s的范围内。

非渗碳硬化装甲及均质装甲的测试结果展示



从上表中可以看出,该组实验总共使用了6块非渗碳硬化装甲和6块均质装甲。非渗碳硬化装甲的穿孔极限(Penetration Limit)大致在1115-1310f/s的范围内,穿透极限(Perforation Broken Limit)大致在1215-1370f/s的范围内;均质装甲的穿孔极限(Penetration Limit)大致在1275-1515f/s的范围内,穿透极限(Perforation Broken Limit)大致在1275-1570f/s的范围内。

测试结果分析

通过比较炮弹在穿透装甲后的状态,我们可以看到:硬化嗑碎炮弹的能力较强,未能穿透装甲的炮弹,有相当大一部分都发生了较大程度的破损,即便是穿透了装甲的炮弹,也有一部分发生了一定程度的破损。而均质装甲则较擅长使炮弹发生跳弹,但那些穿透了均质装甲的炮弹则无一发生破损。但同时我们也必须注意到,均质装甲的弹道极限本身就比硬化装甲高,在相同的着速下,很可能是均质装甲直接弹开了炮弹,而表面硬化装甲虽然嗑碎了炮弹,但装甲本身也发生了破损,导致炮弹或装甲碎块进入舰体内。

英国海军官方给出的结论



14英寸Mark VIII B型穿甲弹,以45度入射角,射击320磅(8英寸)厚度,抗拉强度在47-53长吨/平方英尺(74-83kg/mm2)的装甲板时:

在每一组按照相同方式生产的非渗碳硬化装甲和均质装甲的对比中(电炉钢与电炉钢比,平炉钢与平炉钢比,轧制钢与轧制钢比,锻造钢与锻造钢比),非渗碳硬化装甲的穿孔极限和穿透极限都低于对应的均质装甲,且平炉钢的差异要比电炉钢的差异更大。

在每一组按照相同方式生产的渗碳硬化装甲和均质装甲的对比中(电炉钢与电炉钢比,平炉钢与平炉钢比,轧制钢与轧制钢比,锻造钢与锻造钢比),除了有一组是两者相当之外,其余渗碳硬化装甲的穿孔极限和穿透极限都低于对应的均质装甲,且同样是平炉钢的差异要比电炉钢的差异更大。

在23枚击中非渗碳硬化装甲的炮弹中,有10枚发生了破损;作为对比,在22枚击中均质装甲的炮弹中,只有2枚发生破损。然而,在穿透了非渗碳硬化装甲的炮弹中(总共有8枚),只有1枚发生了破损。在炮弹是否发生破损这个问题上,穿透了装甲的炮弹显然更有意义,因此在这个问题上,相比均质装甲,非渗碳硬化装甲并无多大优势。

英国海军对C与FH两类装甲的对比测试

英国海军在二战后取得了一块日本海军的VH装甲,并对其进行了弹道测试,结果发现其抗弹性能明显高于英国海军自家的渗碳硬化装甲。为了探究这块装甲的奥秘,英国人按照日本人的生产规格仿制了两块装甲,并对其进行了测试。

测试结果展示



英国海军官方给出的结论



面对以30度角入射的英国15英寸Mark XVII B型被帽穿甲弹时,英国海军为480磅(12英寸)装甲板订下的穿孔极限标准为1320f/s,用作对比的渗碳硬化装甲的穿孔极限在1230-1410f/s的范围(平均值1326f/s),而两块非渗碳硬化装甲的穿孔极限则分别达到1380f/s与1370f/s,接近渗碳硬化装甲中的最佳样本。

结论:由平炉炼钢法制成的480磅厚度的英国非渗碳硬化装甲(镍含量4%、铬含量2%、碳含量0.5%),其弹道性能要略优于由平炉炼钢法制成的480磅厚度的英国渗碳硬化装甲(镍含量4%、铬含量2%、碳含量0.3%)。

英国海军对日本NVNC装甲的测试

神教并未找到英国大厚度均质装甲的测试结果,但英国海军在战后测试过一块大厚度的日本NVNC装甲,其结果有一定的参考价值。



面对以30度角入射的英国15英寸Mark XVII B型被帽穿甲弹时,这块12英寸厚度的NVNC装甲,按照480磅的规格修正后,穿孔极限为1300f/s,穿透极限为1370f/s。

由于这块装甲的厚度与上面提到的那组测试中的相同,测试条件也相同,因此完全可以进行横向比较。相比英国海军为480磅(12英寸)装甲板订下的穿孔极限标准(1320f/s),以及上文提到的那8块英国渗碳硬化装甲的成绩(穿孔极限在1230-1410f/s的范围内),这块日本NVNC装甲的性能完全是可圈可点的。

这份档案中还提到,这些英国人原本预计在30度入射角下,均质装甲的表现会不如渗碳硬化装甲,然而结果却是这块装甲的性能出乎他们意料之外了。如果说美国大厚度Class A的表现不如美国Class B,还可以归结为大厚度Class A性能欠佳的话,那么面对这块日本NVNC的弹道测试结果不逊于以性能优异而闻名的英国渗碳硬化装甲的事实,恐怕就很难再找出什么借口了。

神教点评

神教已经尽可能列出了所能找到的相关数据,这些数据涵盖了美、英、德、日四个主要国家,测试条件也较为接近二战时期实际可能发生的甲弹对抗条件(均为大口径舰炮射击中、大厚度装甲的测试,且涵盖了30-45度的入射角范围)。

客观来说,这些数据还是存在一些缺憾的,例如:

使用美国炮弹开展的测试中,没有在45度角下射击的数据,这是由于美国海军在测试Class A装甲时,采用的入射角基本都是30度或35度,我并没有找到45度角下的测试数据。

使用英国炮弹开展的测试中,没有在30度角下射击英国产的大厚度均质装甲的数据,这是由于英国海军的军舰上并不使用大厚度的均质装甲,因而并未找到相关测试数据,无法与30度角下射击大厚度渗碳硬化装甲的测试结果进行对比。

但是,神教认为,尽管存在这些缺憾,但并不妨碍我们就这个问题形成一个大致的印象。在30-45度的入射角下,对抗二战水准的最新式穿甲弹时,有些数据显示均质装甲略胜一筹,另一些数据则显示表面硬化装甲略胜一筹,但两者之间的差距并不十分明显,因此神教认为,在以上的给定条件下,均质装甲与表面硬化装甲所表现出的抗弹能力,大致是处在伯仲之间的,并无非常明显的优劣之分。

出现这样的结论,可能出乎于很多人的意料之外,但实际却是合乎情理的。在表面硬化装甲出现之后,各国都投入了大量的人力物力,来设法提升穿甲弹对抗这种装甲的能力,因此越是到后期,炮弹对抗这种装甲的能力就越强,因而其与均质装甲的差距也就越小。在部分情况下,由于装甲已经无法有效嗑碎炮弹,然而其本身的韧性却又不如均质装甲,因此甲弹对抗的结果,反而是硬化装甲的表现不如均质装甲。

至于渗碳硬化装甲与非渗碳硬化装甲,两者之间也很难分出优劣,前者固然有渗碳层带来的超高表面硬度,但由于穿甲弹的弹头与被帽同样具备超高硬度,并不会被轻易嗑碎,因此从实弹测试的结果来看,两者的性能也并无多大差别。不过需要说明的是,在弹道测试中表现极好的两块日本装甲(美国测试的那块7英寸装甲与英国测试的那块15英寸装甲),其表面硬度恰恰就明显高于普通的VH装甲(普通VH的表面硬度为BHN515左右,美国测试的那块7寸VH达到535BHN,英国测试的那块15英寸VH达到575BHN)。这两块装甲的优异表现,或许与其较高的表面硬度有一定的因果关系也未可知。

当然了,以上的所有内容,都是建立在用于垂直防护的前提下开展的数据展示和分析。如果将话题转为水平防护的话,那么结论则不会有任何悬念——由于表面硬化装甲在大角度入射下易于发生崩裂,因此均质装甲是水平防护的唯一合理选择,只有在只需要面对无被帽穿甲体(例如二战时期的穿甲炸弹)时,才有必要考虑采用表面硬化装甲来嗑碎无被帽穿甲体。

在水平防护上采用表面硬化装甲,只会导致灾难性的结果——法国人就在其战列舰的炮塔顶部上采用了表面硬化装甲,其结果也几乎是众所周知的——在米尔斯克比尔海战中,胡德号发射的一枚15英寸穿甲弹在敦刻尔克号的炮塔顶部凿出了一个破孔,导致半个炮塔失去了战斗力。如果换做是均质装甲的话,在当时那样较近的距离上,炮弹只会被完整的弹开,基本上是不会对该舰造成损害的。

结语

克虏伯渗碳法、镍铬合金钢、被帽穿甲弹,这些技术都诞生于世纪之交时。在随后的半个世纪中,装甲制造这个领域中并没有出现革命性的变化:渗碳硬化技术并没有得到再度革新,有的只是各国对渗碳处理工序与硬化热处理工序的细节调整;镍铬合金钢的基础化学成分也得到了延续,有的只是加入钼成分这样的较小的调整;而非渗碳硬化的处理手法,由于其在抗弹性能上与渗碳硬化相比并未能高出一筹,因而也谈不上是革命性的进步;即便是德国人研究的感应硬化处理,其在抗弹性能也依然没有形成突破;可以说,在20世纪的整个前半页,装甲的进步是较为缓慢的。

然而在同一时期内,穿甲弹则在多个方面都经历了显著的性能提升:被帽的出现及持续进步,强化了炮弹对抗表面硬化装甲的能力;风帽的出现及持续优化,强化了炮弹的外弹道性能,提升了其射程与远距离垂直穿甲能力;穿甲体的钝头化,提升了其在较大入射角下对抗装甲的能力;以上进步的结果,在炮弹的穿甲性能上得到了淋漓尽致的体现——二战时期的炮弹,其穿甲能力相比一战时期的同口径炮弹,有了巨大的提升!这还是建立在二战时期的装甲性能也比一战时期有一定提升的前提下呢!即便是曾经风光一时的表面硬化装甲,在二战时期的最新式穿甲弹的打击下,也变得和均质装甲一样容易、甚至是更容易击穿了。相比无被帽时代的情况,显然是形成了巨大的反差。

这样的事实,充分说明了甲弹对抗中的一个永恒的定律:甲弹任何一方都不可能取得永久性的优势,即便其中一方在一定时间段内占据优势,另一方也会在接下来的时间段内扳回劣势、甚至完成反超。古代的盔甲与武器间的竞争如是(中世纪中期的锁子甲会被长弓发射的锥头箭能轻易射穿,而中世纪晚期的板甲则能在很大程度上抵挡长弓发射的锥头箭),二战后坦克的甲弹对抗同样如是(50年代的坦克装甲很难抵挡HEAT,80年代的坦克的复合装甲和反应装甲则能非常有效的抵挡HEAT)。

中将

七年服役纪念章钻石金双剑金橡叶铁十字勋章荣誉勋章维多利亚十字勋章行政立法委骑士团勋章海武魂旗手TIME TRAVELER终身荣誉会员

 楼主| 发表于 2016-7-13 12:55:21 | 显示全部楼层
本帖最后由 seven_nana 于 2016-7-13 12:59 编辑

扩展阅读

本文主要介绍的是20世纪前半页的海军装甲与穿甲弹的发展情况,对于19世纪后半页的情况,读者可参考反贼44所写的这两篇资料贴:

装甲的历史

19~20世纪之交的穿甲弹

列兵

三年服役纪念章

发表于 2016-7-13 15:48:39 | 显示全部楼层
本帖最后由 跛子与雷神 于 2016-7-13 16:00 编辑

垂直防护方面硬化装甲对抗穿甲弹相对于均质装甲总体并无优势,这个结论纠正了我以前的一些认知,学习了,感谢神教的科普

中将

七年服役纪念章钻石金双剑金橡叶铁十字勋章荣誉勋章维多利亚十字勋章行政立法委骑士团勋章海武魂旗手TIME TRAVELER终身荣誉会员

 楼主| 发表于 2016-7-13 16:24:52 | 显示全部楼层
跛子与雷神 发表于 2016-7-13 15:48
垂直防护方面硬化装甲对抗穿甲弹相对于均质装甲总体并无优势,这个结论纠正了我以前的一些认知,学习了,感 ...

这个结论是有前提条件的,我列举的都是使用二战时期的英美两国最新式穿甲弹打出的测试结果。

要是换成一战时期的炮弹去打,结论肯定是表面硬化装甲更好。

中将

七年服役纪念章钻石金双剑金橡叶铁十字勋章荣誉勋章维多利亚十字勋章行政立法委骑士团勋章海武魂旗手TIME TRAVELER终身荣誉会员

 楼主| 发表于 2016-7-13 20:15:06 | 显示全部楼层
本帖最后由 seven_nana 于 2016-7-13 20:25 编辑

关于英国被帽设计的多样性的补充说明

神教在正文中展示了许多种不同类型的英国被帽设计。可能会有读者想问:“为什么会有这么多不同的设计?为什么没有选择出一种最优秀的然后进行统一?”

这个就要从英国人的军队物资采购方式说起了。对于炮弹、装甲等物资,英国人采取的是模式,是官方机构设定验收标准、以及验收结果明显优于标准时的奖励,而制造厂商负责制造出能够通过验收标准的物资。换句话说,官方只设定规则,而企业也并不是拿着官方给的设计图做代工,而是完成从研发到生产的一条龙服务。官方不会管你造出来的是黑猫还是白猫,只要能抓到老鼠,就是好猫。

在这种体系下,验收标准的存在保障了采购物资的性能,而奖励标准的存在则激励了企业的创新精神和竞争意识,多家企业共同竞争以及官民沟通机制的存在又保障了这种创新和发展的可持续性——如果某一家的产品明显不如另一家,官方会介入进行调查,并帮助较差的一家进行改进(二战时期Hadfield造的14寸炮弹很好,但15寸不行,而Firth的15寸炮弹很好,14寸却不行,海军部就介入并进行了调查)。

这样的机制,其优点是显而易见的,然而也并不是没有缺点——其缺点就是,如果官方设定的验收标准不合理、脱离了实际需求,那么企业所追求的方向就不合理了,最终就会导致生产出来的物资不符合实际需求。例如一战时期的英国炮弹问题,就与海军部所设定的标准是脱不开干系的——海军部设定的验收标准是0度入射角进行测试,这样的标准放在1905年的环境下问题不大,放在1910年后有效交战距离迅速提升、入射角动辄20度的环境下,就很有问题了。

这个故事告诉我们,管理者必须要对自己所需管理的领域有充分的认识。如果认识不够充分,定出的规则有偏差,那么自然会造成不理想的、甚至是灾难性的结果——因为做事的人都是循利而动的,你设定怎样的规则,做事的人就会尽可能在规则下最大化自己的利益——别人可不会管做出来的东西是不是符合实际需求的呢,反正是符合规则要求,能让自己获益的就行了。因此,想要获得怎样的结果,就必须设定具有引导性的规则,来引导做事的人往你想要的方向去努力。这种管理方式,既是一门学问,也是一门艺术。

上尉

八年服役纪念章旗手

发表于 2016-7-14 12:45:09 | 显示全部楼层
给神教这篇集大成的甲蛋之作点个赞
Hadfield一战控股的美国公司给美国军械局供货到20年代初,并且产品在美国试射中取得了明显优势,还在老美注册专利,我觉得老美2战穿甲弹,应该算Hadfield的徒子徒孙了。

中将

七年服役纪念章钻石金双剑金橡叶铁十字勋章荣誉勋章维多利亚十字勋章行政立法委骑士团勋章海武魂旗手TIME TRAVELER终身荣誉会员

 楼主| 发表于 2016-7-14 14:46:04 | 显示全部楼层
akagizuo 发表于 2016-7-14 12:45
给神教这篇集大成的甲蛋之作点个赞
Hadfield一战控股的美国公司给美国军械局供货到20年代初,并且产品在美 ...

Hadfield的rounded cap和后来的多了个平头凸起的两种被帽形制,在美国穿甲弹上也有延续,估计是有些渊源的。不过美国人后来自己造的被帽厚度明显增加了,倒是也挺有意思的。

上尉

八年服役纪念章旗手

发表于 2016-7-14 15:48:25 | 显示全部楼层
seven_nana 发表于 2016-7-14 14:46
Hadfield的rounded cap和后来的多了个平头凸起的两种被帽形制,在美国穿甲弹上也有延续,估计是有些渊源 ...

老美解密的AD310017档案记录43年老美用3寸M79炮弹弹体配合试验各种被帽测试8-16寸重型火炮的被帽形式的资料我觉得比较有代表性
硬软被帽,被帽形状,蛋重比例等参数都被系统测试了,推荐的就是后来美国新式大口径炮弹的设计
我想神教肯定有类似资料,我也就不废话了
Hadfield注册的专利是被帽系数12%附近,老美后来是从薄到后都试了,试验出了最顺手的比例和形式

中将

七年服役纪念章钻石金双剑金橡叶铁十字勋章荣誉勋章维多利亚十字勋章行政立法委骑士团勋章海武魂旗手TIME TRAVELER终身荣誉会员

 楼主| 发表于 2016-7-14 16:08:39 | 显示全部楼层
本帖最后由 seven_nana 于 2016-7-14 16:11 编辑
akagizuo 发表于 2016-7-14 15:48
老美解密的AD310017档案记录43年老美用3寸M79炮弹弹体配合试验各种被帽测试8-16寸重型火炮的被帽形式的资 ...

你提到的这份档案我看了下,发现挺有意思的,表现最好的M61制式弹的被帽,有点像Hadfield被帽和美国海军大口径弹被帽的折衷形态,比Hadfield的厚一些,比美国海军大口径弹的薄一些。

中士

八年服役纪念章

发表于 2016-7-14 16:27:53 | 显示全部楼层
赞一个,终于盼到吞拿鱼大大这篇文章了。楼上提到的档案最后结论是啥?装备部队了么?

二等兵

五年服役纪念章

发表于 2016-7-14 22:18:44 | 显示全部楼层
本帖最后由 墨冥 于 2016-7-14 22:21 编辑

看了资料及图片   依然不能确定主装甲板的尺寸   能不能厚颜请楼主分享下您的资料(指战列舰的侧胘主装甲)



感谢您及大家的奉献。








这里  是不是最后的成品要切掉周边的缺陷?



本帖子中包含更多资源

您需要 登录 才可以下载或查看,没有帐号?成为会员

x

列兵

四年服役纪念章

发表于 2016-7-19 19:43:15 | 显示全部楼层
学习了,另外请问一战时奥匈的硬被帽有证据存在吗?

列兵

四年服役纪念章

发表于 2016-7-22 22:19:08 来自手机 | 显示全部楼层
7爷我想问一下,日本650毫米的VH板加工之前也要留出螺栓孔么?

列兵

六年服役纪念章

发表于 2016-7-24 11:12:50 | 显示全部楼层
精读了两遍,五体投地!!真正明白了战列舰为何是吞金兽,一块硬化装甲板生产周期竟然如此之长!渗碳装甲板更是工艺复杂啊,真正体现了“20年白云边”和“5年白云边”的差异!

难怪说到了大和,日本放弃了渗碳装甲。而美国到蒙大拿,干脆用起了均质的CLASS B,反正面对被帽穿甲弹,效果都差不多呢。

列兵

发表于 2016-7-25 08:42:41 | 显示全部楼层
报告神教大大=。=木有看到意大利的穿甲弹结构,所以自己尝试着在Google查了几个意大利单词 corazzate modello 1934 palla 之类的,然后发现了一本书:
《Le armi delle navi italiane nella seconda guerra mondiale》
——脑补翻译一下:二战意大利海军武器?有两个版本1978年的和2010年的
在Google图书里面检索出来的:

也不知道是大概画的示意图还是 modello 1934 的穿甲弹结构。

苦逼的野鸡小白表示这本书值不值得买回来看看哇。。。。


本帖子中包含更多资源

您需要 登录 才可以下载或查看,没有帐号?成为会员

x

上士

五年服役纪念章

发表于 2016-8-9 11:35:37 | 显示全部楼层
超级大笨鹰 发表于 2016-7-24 11:12
精读了两遍,五体投地!!真正明白了战列舰为何是吞金兽,一块硬化装甲板生产周期竟然如此之长!渗碳装甲板 ...

日本造大和用VH是似乎是制造成本工艺的原因吧,并不是放弃硬化装甲
蒙大拿的主装依然是Class A

上士

五年服役纪念章

发表于 2016-8-9 12:39:12 | 显示全部楼层
本帖最后由 Claret 于 2016-8-9 12:44 编辑

最近在网上看到一份英国文件WO195/4978,内容主要是KGV的14寸减装药打水平装甲的讨论,里面有一段关于常装药和减装药的对比

这里面第一段说MkVII常装药在28000码可以击穿6寸水平装甲,相对应的减装药击穿同样装甲距离是25300码,后面跟了一句“But this is conditional on actual success being attained at these angles”,然后还提到了如果常装药在50度或40度着角可以成功,分别对应的减装药击穿距离和对比,我感觉像是进行三种假设,但是不太确定,所以想请教一下这是不是假设。
如果是假设的话,英国人自己也不确定MKVII击穿6寸水平装甲需要什么条件吗?还是说大角度击穿装甲条件波动比较大,这三种情况都有可能,或者是其他情况

本帖子中包含更多资源

您需要 登录 才可以下载或查看,没有帐号?成为会员

x

列兵

二年服役纪念章

发表于 2017-2-19 17:08:59 | 显示全部楼层
本帖最后由 c1937 于 2017-2-19 23:57 编辑

你好,这篇文章读了好多遍了。突然想到一个问题,想请教一下。
如果是同类型的穿甲弹。射的靶子也相同。假设入射角,末端着弹弹速等完全相同。那么随着穿甲弹口径的变化,击穿难度是不是越来越大呢?个人觉得是的,毕竟受力面积都增大了。但同时口径越大,代表着质量越大,如果弹速差不多,带着的动能也越大。那么,体积比截面积增加得快,穿甲能力应该有提升吧。

所以,即使炮弹大到与靶子一样大,只要速度能保持,一样是击碎靶子而不是撞飞对吧?

列兵

二年服役纪念章

发表于 2017-2-19 17:15:43 | 显示全部楼层
Claret 发表于 2016-8-9 12:39
最近在网上看到一份英国文件WO195/4978,内容主要是KGV的14寸减装药打水平装甲的讨论,里面有一段关于常装 ...

这是老打字机打的吧。感觉应该是计算结果,因为 全是 figures are 、would be之类的

列兵

五年服役纪念章

发表于 2017-2-20 21:20:52 | 显示全部楼层
既然渗碳和非渗碳硬化装甲在性能上差别不大,那在其他方面有什么区别呢?比如加工难度、造价等方面也差不多吗?

手机版|Archiver|© 2010-2019 zhanliejian.com, All Rights Reserved ( 沪ICP备13004737号 )

GMT+8, 2019-8-24 06:01 , Processed in 0.093886 second(s), 11 queries , File On.

Powered by Discuz! X3.4

© 2001-2017 Comsenz Inc.

快速回复 返回顶部 返回列表