鬼扯！给大家聊聊预制破片具体是怎样的

刚看了一个视频，博主这样搞的：

然后发射出去就是这样：

妥妥的一个山寨版的集束炸弹就做出来了。不过有好事者这样评论：

W君就回复了一句“不行”。那么问题就来了，我们在很多的弹药中往往都会像回复信息的人想的样子一样，在炸药的周围放钢珠。然后就会天真的认为这样就可以增加弹药的杀伤力了。

在很多弹药的设计中的确是用这种方法的，例如M57手榴弹。

其实采用的方式就是这位回复中所想的方案。很多人也是觉得这枚爆炸利用内部的炸药能量将钢珠“崩”出去就可以提高杀伤力了。

那么为什么W君说“不行”，这里的道理到底是什么呢？这件事就说明了一下爱好者的想法和真正的武器设计中工程学上的巨大鸿沟了，构想≠实际，就是想当然的“鬼扯”了。

当然了，这篇文章不会告诉大家怎么做炸弹，咱们就是就着这个话题来说一个工程概念。——一个很多军事爱好者根本不会意识到的概念。

首先，我们得知道，一枚弹药的爆炸能力是和弹药中的主装药有关系的。这是一个最直观的特性，一枚炮弹也好一枚手榴弹也好内部装的炸药是什么类型就决定了这枚弹药的最基础杀伤力。

不过，目前大部分弹药中的主装药都不是完全的TNT。例如最常用的配方B（Composition B）炸药，是由59.5% RDX（黑索金，旋风炸药），39.4% TNT （梯恩梯），附加 1% 石蜡组成。原因就在于黑索金炸药本身的爆炸速度为8750 m/s，远高于传统TNT的6900m/s。在相同的装药剂量下可以发挥出更大的威力。

配方B炸药装填的手榴弹

这时候会有人问为什么不用纯RDX？其主要原因是因为RDX的爆炸威力远高于TNT的同时，RDX的感度也高出TNT很多——RDX的撞击感度为7.5焦耳，而TNT在通常实验环境中的撞击感度为15-20焦耳，并且大部分TNT制剂则被标记为撞击不敏感。所以在RDX中适当的添加TNT是可以降低RDX的敏感度的。例如配方B炸药本身的撞击敏感度则被调节成了10焦耳左右。有助防止弹药发射、运输甚至是跌落所引发的潜在爆炸风险。

说回正题，如果是以爆炸冲击波为主要杀伤手段的弹药基本上是不会考虑预制破片的。例如M795高爆榴弹：

我们可以很清晰的看出来这是一枚薄壳弹，虽然在爆炸后依然会产生一定数量的弹片，但是这种弹药主要还是依靠爆炸冲击波对软/硬目标进行杀伤。被它的弹片击中属实是运气不佳。

但是，对于软目标（人员、车辆）的杀伤，单纯依靠爆炸冲击波作用距离就有限了。毕竟我们要知道的一个基本原理就是爆炸冲击波和距离的立方成反比。简单的说就是爆炸冲击波虽然威力巨大但是依旧是“气”，随着到爆心的距离增长冲击波的威力会迅速下降。

这时候我们就需要一些“固体”，携带动能打击更远处的目标。这些“固体”就是破片。

这张动图就能很好的诠释冲击波的作用距离以及破片的作用距离。在冲击波的作用区域和破片的作用区域之间似乎有一个“安全地带”，这个“安全地带”其实就是冲击波已经没有力量扬起地面的尘土，而破片从上空飞过还没有落地的一个区域，当然了，这个“安全地带”内如果有人的话大概率会被杀伤。

了解这些背景知识，我们就回到今天的主题。预制破片到底是怎么搞的，真的是在炸药外面放钢珠就可以提高杀伤力吗？如果直接这样认为就是鬼扯了！

在《亮剑》里面李云龙吐槽边区造手榴弹，一炸变两半，这是因为当年我们边区兵工厂在制作手榴弹的时候普遍采用了简单的浇铸工艺，是在砂模中直接浇入铁汁做成的。

这样的好处是成形很快，方便手工大规模生产，但是坏处就是由于设备简陋浇铸工艺难以保障外形，往往会造成壳体的应力不均匀造成手榴弹在爆炸的时候会沿着铸造瑕疵破裂。

这就是一种不可控的随缘炸裂了，当然了，李云龙能意识到的问题几乎在所有使用过手榴弹的战场指挥官眼中都是一个相同的问题，这个事情并不是李云龙察觉敏锐而是一个“秃子头上的虱子”明摆着的事。

其实，在很长的一段时间内，人们在制作弹药的时候都会用到一些预制的破片结构。以至于在早期手榴弹还没有真正成型的时候，在弹体上就被有意识的做了预制破片槽。

这是早期的“木棍雷”，在法国1890年代出现。算是现代手榴弹的鼻祖之一，已经有了明显的破片槽，但是被暴露出爆炸杀伤力随缘的特性，比咱们的边区造也好不到哪里去。

但是法国人对此进行各种改进，直至1915年出现了Besozzi手榴弹。这是一个和现代手榴弹相同思路的弹药。

通过拉绳点燃手榴弹引信投掷，采用了预制破片的结构从设计上大大的提高了杀伤力。但是理想很丰满现实很骨感。

这种手榴弹爆炸后几乎还是无法按照设计思路去产生破片，大部分依旧是在铸造瑕疵位置破裂。

那么为什么预制破片的概念早就出现了，但早期手榴弹的破片依旧靠“炸开靠命”？

这其实是一个数学问题。

是的，预制破片设计，本质上是一个数学问题，而不是“炸药+带有刻痕的壳体”或者“炸药+钢珠”的物理直觉游戏。准确来说，这是一组高能冲击下的瞬时结构响应数学模型——它要求你对能量的分布、材料的断裂路径、破片的速度向量、空气阻力对弹道影响，以及空间分布的概率密度都做出明确控制。

简单概括就是预制破片结构和炸药装置的“耦合度”。

我们来看一个简单的例子，这是目前最丧心病狂的一型手榴弹——瑞士的HG85

内部包含了1600枚钢珠，再加上外部的预制破片壳体在爆炸的时候可以释放出超过1800枚破片。

爆炸后方圆10米范围内的无防护人员会受到致命伤。

在感叹巨大威力之余我们来简化结构：如果这枚手榴弹的设计只包含一块炸药和枚钢珠应该怎么设计呢？

例如这样：

当图中的方块爆炸，暴轰波作用于球体的时候，爆炸所产生的压力会推动球体加速运动。但由于这是一个开放结构，爆炸的能量就无法完全作用到球体上。那么我们就有一个很重要的观点来进行设计了，球体的直径越大，就能占据爆轰波的截面越大，作用到球体上的爆炸能量就越大。就会有越多的爆炸能量转化为球体的动能。如果按照数学上来说就是球体受到的力f和球体直径D的平方成正比。因此，我们第一个直观感受就是球越大越好。但从直觉上就又会觉得不靠谱对吧？这里还有问题就是球的质量m和直径D的立方成正比，简单的说就是球的直径越大受到的力就越大，但相应的质量就越大也就越难推。例如我们把D扩大到原来的两倍，那么作用在球上的f则成了原来的4倍，但是球的质量m则成了原来的8倍。

所以，这里面就有一个算法方程了，做出图表是这样的：

理想条件下，一枚0.1mm的钢球在距离1克TNT 1厘米的位置上被TNT爆炸的能量推动可以达到2245米/秒的速度，而一枚50mm直径的钢球在相同条件下其实可以获得的初速是28.83米/秒。

速度相差接近了100倍对吧？但是，一枚0.1mm直径的钢球在2245米/秒的速度下动能只有0.01焦耳，即使是崩到10米以外的人身上也属于不疼不痒的范畴。反观，如果是50mm直径的钢球虽然只有28.83米/秒的速度，却包含了213.52焦耳的动能，远超过致死的78焦耳动能。

这时候，我们就可以再在这张图表上绘制一条动能曲线了：

但是，现在的新问题来了，即便是50mm直径的钢球具有了在这个例子里面理论上最大的动能，相比1克TNT炸药爆炸所产生的4184焦耳的动能来看还是小了很多。确切的说仅仅利用到了5%的爆炸能量。

那么如何最大限度的利用炸药所产生的能量呢？一边是弹丸，一边是炸药，这时候你想到什么？没错，这就是一枚子弹：

但子弹的好处是有枪膛进行约束，让火药气体只向一个方向扩张用来推动弹丸加速前进。而爆炸的的钢珠和预制破片并没有约束，是在开放空间进行的。

这时候我们就要考虑像HG85一样在炸药的四周密布钢珠的。原因就是一个钢球不能很好的利用所有能量，那么最好的方式就是在炸药周围多放钢球。

放很多钢球就是为了充分利用炸药爆炸的能量。但还有一个问题！我们的计算是基于理想的能量转换的，真实的爆炸并不会那么高效的传递能量。

虽然从主观上我们觉得能量转化是没有时间界限瞬间完成的。

但是在客观上，火药气体推动物体运动有点像航母上弹射飞机，是有一个作用时间的。

和舰载机弹射不同的是火药气体的膨胀虽然可以带动钢球前进，但是这层气体本身的扩散速度极高，也可以超过钢球运动。所以本质上钢球能不能“快速起步”尽量多的利用火药气体加速才是这个问题的最大症结所在。

所以前面的图表的计算还需要修正。这时候，我们就可以通过计算找到最适合、最有能量的钢球直径大小，以确保一枚手榴弹在既定距离上有最佳的杀伤力。

这个计算就叫做预制破片结构和炸药装置的“耦合度计算”。当然了，这只是一个简单的计算方向，我们还没有考虑加入破片在空气中飞行所遇到的能量损失、不同配方、不同重量的炸药在爆炸过程中的调节参数等更多深入细节的内容。

但通过这过程，大家就应该理解一个基本概念——炮弹、手榴弹、导弹的战斗部爆炸炸出来的破片实际上是经过设计的。绝对不是很多普通人觉得的在炸药外面加钢珠这么简单的。在我们这行里是有理论基础的。

其实设计嘛，就是有用途、有目标、有使用环境、有各种限制的一个最优解。

例如上面是过时的山毛榉导弹（9M38M1）。

而这个则是我们的新设计：

如果你能看得懂其中的小心思，也就回发现这玩意都是挺有意思的。