塑料彈殼能讓槍彈“減肥”成功嗎？

宋宏章等

2022年珠海航展上，湖南兵器工業(yè)集團展出的一款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，世界各軍事強國不斷探索如何為士兵減負，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，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，一是承擔容納、連接槍彈各元件的作用，使之成為一個整體，通過底部安裝底火，內(nèi)裝發(fā)射藥，前端收口緊固彈頭實現(xiàn)；二是在發(fā)射時貼緊槍械膛壁，使得彈頭在槍管中加速時有一個良好的氣密性。

目前，世界上主流的用于制作彈殼的材料還是黃銅，因為黃銅不僅抗腐蝕性好，利于槍彈儲存，同時還具有良好的延展性，在發(fā)射時能夠緊貼槍管彈膛，提供良好的氣密性，進而提升射擊精度、射程。且銅制彈殼在抽殼時較為順暢，對彈膛磨損小，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，價格也比較昂貴，對于任何一個軍事大國來說，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小數(shù)目。因此，如果將黃銅換成塑料材質(zhì)，在減重的同時還能降低槍彈的造價。

G11 步槍采用的4.7mm 無殼彈（左）和M16 系步槍采用的5.56mm M855 彈（右）對比，前者體積較小

各種型號的無殼彈。其中，左四、左五為德國諾貝爾火炸藥公司推出的DM11 無殼彈

輕量化機槍（LWMG）的后續(xù)項目（LSAT）樣槍，該槍發(fā)射塑料彈殼埋頭彈（簡稱CT 彈）或模壓無殼彈（簡稱CL 彈）

探索之路，艱難中前進

早在二戰(zhàn)時期，德軍就注意到彈殼這個嚴重拖垮槍彈的東西，不僅沉重還最終拋到戰(zhàn)場上無法回收。因此，德軍開始研發(fā)無殼彈，無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殼彈的計劃流產(chǎn)。

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

G11 無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，不再需要彈殼當容器，這樣一來槍彈的質(zhì)量就降得較小。

按照G11 項目的設想，同等負重的情況下，使用M16 系步槍能攜帶7 個30 發(fā)彈匣，共計210 發(fā)槍彈， 但使用G11 步槍可以攜帶10個50 發(fā)彈匣，共計500 發(fā)槍彈，這樣德軍步兵就算射擊精準度再差，高密度、持續(xù)不斷的火力也會極大毀傷對方。

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

為解決隔熱和儲存問題，德國諾貝爾火炸藥公司又推出DM11 無殼彈，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期儲存。雖然幾經(jīng)改進，G11 項目最終依然落馬。

實用之路，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，攜行起來要輕很多

2003 年，美國三軍輕武器總規(guī)劃辦公室提出“輕量化機槍”（Light Weight Machine Gun， 簡稱LWMG）計劃，其要求槍彈減重40% 以上。以目前的技術(shù)而言，要實現(xiàn)這一目標唯有無殼彈。但在研制過程中，美軍發(fā)現(xiàn)無殼彈技術(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）項目中，改為塑料彈殼埋頭彈（Case Telescoped， 簡稱CT 彈） 和模壓無殼彈（Caseless，簡稱CL 彈）兩種方案并行開展。試驗結(jié)果表明，一層塑料殼的CT彈更為靠譜，后來負責LSAT 項目的德事隆公司又將CT 彈應用于步槍，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，簡稱NGSW）項目競標。然而，LSAT項目從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， 美國海軍陸戰(zhàn)隊與MAC 公司簽訂一份近1000 萬美元、多達240 萬發(fā)（單價約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 重機槍上進行了多次測試。結(jié)果顯示，該彈的性能與同口徑的普通彈基本無異。其塑料彈殼的.50 穿甲燃燒彈能夠減重25%，對于重機槍來說，攜彈量的提升是相當顯著的，而更多的攜彈量也就是更持久的火力。

四大優(yōu)勢，改進中完善

其一，技術(shù)優(yōu)勢。能夠滿足彈殼耐高溫、耐磨性指標要求：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500℃以上的高溫。普通聚合物具有很好的潤滑性，但其熱度變形比金屬材料大得多。即使耐高溫強度極大的改進型聚苯酯，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)強國大都運用增強、摻混、改性等方法提高聚合物的熔點，還有一些國家采用以熱塑性聚合物材料取代熱固性聚合物材料，美國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。透過各國對槍彈的探索過程，可以看到現(xiàn)階段國家層面對槍彈改革發(fā)展的新追求。以美國新型.50 聚合物彈殼槍彈公開的信息來看，項目由美國國防部辦公室和美國海軍陸戰(zhàn)隊聯(lián)合牽頭下達指標?？梢?，美軍觀點明確、態(tài)度堅決，已經(jīng)從行動上表明軍方對傳統(tǒng)金屬彈殼改良的決心，并向傳統(tǒng)槍彈提出有力挑戰(zhàn)。

美軍采購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。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，尤其是聚合物材料品級多，可以通過材料的改性、增強、發(fā)泡以及填充不同材料比例，制備出諸多品級的聚合物。

其四，價格優(yōu)勢。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、密封效果好等優(yōu)點，但這些優(yōu)點是以增加材料的質(zhì)量和造價高昂為代價換取的，況且相比聚合物材料，其制作過程和成型工藝也相對復雜得多。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的費用比使用聚合物材料高出30% ～ 50%，而以聚合物材料來制備，取材相當方便，不需要像制備金屬材料那樣進行鍛造、碾壓、淬火等復雜的深加工，僅需要根據(jù)配比進行不同材料的填充，并且能夠一次加工成型，制備工藝簡單。

前景如何？無明確結(jié)論

塑料彈殼槍彈前景如何？目前，無準確而科學的結(jié)論。

究其原因，因為任何一種新型槍彈的出現(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，進而達到預期的作戰(zhàn)效果；在設計上是否先進合理，具有實效性；在工業(yè)制造過程中，可否提供物美價廉的產(chǎn)品。

其一，槍彈的穩(wěn)定性有待實戰(zhàn)環(huán)境檢驗。彈殼脹殼是最大的問題。槍械在射擊過程中，火藥瞬間燃燒，會產(chǎn)生極大的燃氣壓力，對槍械及槍彈的抗壓能力要求極高。在金屬彈殼加工過程中，解決彈殼抗高壓而不變形方面，各國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氣壓力作用下，硬度將大幅下降，帶來的后果是出現(xiàn)脹殼現(xiàn)象。

其二，射擊后的槍膛清理問題有待驗證。在射擊過程中，槍械的高溫會使彈殼硬度下降，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)的除銅劑和防護油均無法進行清理，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)人員無法回避的。期間，大部分熱量伴隨火藥燃氣與彈頭一起噴出槍口，另一部分熱量則通過彈殼帶走，進而降低膛壓和膛溫。金屬彈殼的熱傳導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)，不是哪個國家輕易就能具備的，需要以國家的科技水平、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，特別是復合塑料彈殼基本不會發(fā)生分解，隨之而來的將是環(huán)境的嚴重污染。這也是美軍在研制新6.8mm 槍彈，暫時放棄塑料彈殼的原因之一。

編輯/ 曾振宇

一家美國公司聚合物彈殼槍彈的生產(chǎn)線