成型炸薬弾
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成形炸薬弾(せいけいさくやくだん、英語: shaped charge、成型炸薬弾とも表記)は、成形炸薬を用いた砲弾弾頭である。モンロー/ノイマン効果を利用しており、主に対戦車用砲弾および対戦車ミサイルに用いられる。戦車を標的として開発されたことより対戦車榴弾(HEAT:high-explosive anti-tank)と呼ばれるが、対潜水艦兵器の弾頭としても使用されている[1]

APFSDS(装弾筒付翼安定徹甲弾)などの運動エネルギー弾に対して「化学エネルギー弾」に分類される。
原理詳細は「モンロー/ノイマン効果」を参照成形炸薬弾の模式図(一例)
①風帽で空気抵抗を減らし射程を伸ばす。ただし滑腔砲用はスパイクノーズタイプが多い。
②プローブ。メタルジェットを阻害しないよう中空の内部構造を持ち、目標との最適距離(スタンドオフ)で起爆するように長さが決められている。
③金属の内張り(ライナー)メタルジェットを発生させる。
④起爆薬。炸薬の後部に置かれ炸薬を後部から起爆する(PIBD方式)。
⑤円錐形のくぼみを持つ炸薬。モンロー効果を発生させる。
⑥衝撃信管で着弾と同時に起爆薬を起爆させる

成形炸薬弾は、円柱状の炸薬(現在RDXHMX系が主流)の片側を漏斗状にへこませ、そこに同様な形状に金属板(ライナー)を装着した形状をしている。

へこませた側と反対側から起爆させることで発生した爆轟波によりライナーは動的超高圧になり崩壊する。金属のような固体でもユゴニオ弾性限界を超える圧力に曝される場合、液体に近似した挙動を示す。この結果、爆轟波の進行に伴い漏斗中心に発生したスタグネーションポイント(圧力凝集点)によって底部から先端まで絞りだされるように液体金属の超高速噴流(メタルジェット)が起こる。これがモンロー/ノイマン効果である。

爆轟波が進行していくと生成されたジェット自体は速度勾配によって細長く伸び、やがてブレークアップする。最も良く用いられる、ライナーをとしたモデルの場合、一般に約8-9km/sの高速のメタルジェットとなり、戦車などの装甲を侵徹する。その原理は、接触したメタルジェットの運動エネルギーで今度は装甲との相互作用面がユゴニオ弾性限界を超える超高圧状態となり、装甲材自体の機械的強度は無視され、ほぼ液体として振舞う中、ジェットが突き進むためである。これは、装甲侵徹技術としてAPFSDS登場以前の運動エネルギー弾とは異なった威力を示している。

進行するジェットはやがて速度と圧力が減少し、断片化し侵徹能力を失う。最後にジェットに成りきれなかったライナーがスラグとして飛んで行くが、既に実用上の効果は失った残滓である。

弾体が高速で旋転していると、その干渉でメタルジェットの収束が阻害され断片化し易くなるため、滑腔砲や低初速の施条砲からの発射が望ましいが、現在ではスリップリングの取り付けにより数rpm程度の回転数に押さえることで、高初速大口径施条砲から発射された場合でも効果を大きく減ずることはない。この場合弾道安定はAPFSDS同様に安定翼により行われる。

なお、侵徹力を増すためには、弾頭を大型(特に口径を)にする以外に、漏斗形状やライナーの加工精度の改善の他、効率良くメタルジェットが生成するよう、球面爆轟波を平面波とするため不活性物質のウェーブシェーパーを組み込んで爆速を調節したり、爆速の異なる2種類の炸薬を組み合わせた爆薬レンズ構造を用いたりしている。将来的にはより高爆速の炸薬(CL-20など)を用いたりする他、ライナーを銅より高密度高延性なタンタルや、モリブデンなどの合金に材料を変更するなども研究されている。別の工夫として侵徹口を塞ぐ恐れのあるスラグ排除のためインヒビターを装着することもある。
温度と圧力に関する誤解

成形炸薬の装甲侵徹原理とこれによる装甲車両への破壊効果について、「高温のガス・メタルジェットによって装甲を融かして穴を開ける」「高温のガス・メタルジェットが車内に吹き込むため、これにより車内が焼き尽くされる」というような誤解がなされていることがあるが[2]、前述した通り、装甲が液体として振舞うのは主として温度ではなく圧力による。たしかにメタルジェットは高温であり液体として挙動するが、固相の金属その物であり断熱系のため、ジェットの発生しているような短時間に爆発の熱が装甲に伝導し溶融するほどの高温にはならない。

確かに、衝撃インピーダンスが低い物質(気体など)は動的なエネルギーなどで圧縮を受けると熱に変換されやすい。この現象は宇宙船大気圏再突入時にも起こる。大気圏突入時に宇宙船は高温に曝されるが、この時の熱は、ここで挙げたような、大気が進行方向への圧縮によって高温のホットスポットを生みそれが機体に輻射されることによるものである。また、超高速の領域では衝突時の作用面の温度上昇は無視できないパラメータとなり、例えば固体でも相対速度10km/s以上の衝突を再現する軌道プラットホームのホイップルバンパーへの耐デブリ実験では、投射体とバンパーの命中箇所が高圧と高温により蒸発してしまうレベルになりうる。


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出典: フリー百科事典『ウィキペディア(Wikipedia)
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