埋头弹火炮系统会成装甲车载火炮的主流吗？

几十年来一直炒得火热，但却“只听楼梯响，不见人下来”的埋头弹火炮系统，终于服役了！作为全世界第一个“吃螃蟹”的，英国不仅中其陆军装甲部队未来的中坚力量——“阿贾克斯”重型装甲车族配备了CT-40型埋头弹火炮系统，而且在升级245辆“武士”步兵战车时，也用这款新概念火炮替换了L21A1型30毫米“拉登”机关炮。

无独有偶，法军也打算在6×6轮式“美洲豹”EBRC侦察车上配备了同款火炮。

2016年第11届珠海航展上，中国兵器装备集团研发的CS∕AA5型40毫米埋头弹多功能突击炮武器系统首度公开亮相。据悉国内在研的埋头弹火炮系统，还不止这一款。

将上述事实给人一种埋头弹火炮系统业已成熟，即将“遍地开花”的强烈感觉。这种新概念武器究竟强在哪里？它真是装甲车载火炮未来发展方向吗？要探讨这些问题，就得辩证地分析研发厂商的广告软文，全面分析其中的利与弊。

中国兵器装备集团研发的CS∕AA5型40毫米埋头弹多功能突击炮武器系统

指标惊人

上世纪50年代，美国空军率先提出了埋头弹的概念。到80年代，美国陆军一度也对埋头弹火炮系统产生了兴趣，并论证出45毫米口径的埋头弹火炮系统最适宜在装甲战车上使用，但因工程技术难题无法在短期内解决，所以最终也放弃了。

1994年，英国皇家防务公司和法国陆军武器工业集团联合组建了埋头弹国际公司（英文缩写CTAI，现已归属英国BAE系统公司旗下），专门开发这种新概念火炮。短短2年时间，CTAI便推出了CT-2000型45毫米埋头弹火炮的样炮，并于1999年将样炮装上了M2“布莱德雷”步兵战车做试验，但CTAI很快便放弃了CT-2000，转而发展40毫米口径的CT-40型埋头弹火炮系统。个中缘由，CTAI说是“通盘考虑在车辆平台上的组装与杀伤力要求”，但说穿了就是CT-2000未获得预期技术收益。从1998年首门样炮上靶场，CT-40花了20年光景才真正成熟。

CT-40埋头弹火炮系统

CT-40配用6种弹药，分别是曳光尾翼稳定脱壳穿甲弹、曳光碰炸榴弹、曳光碰炸空爆通用榴弹、防空空爆弹、曳光训练弹，以及在狭窄训练场专用、只能模拟1500米之内的外弹道特征的近距离曳光训练弹。以上6种弹药外形均为直径65毫米、存储长度220毫米的圆柱体。前端为易碎盖，后端为底火，弹丸深藏在圆柱形药筒内。药筒是伸缩结构，工作时将长度延伸至255毫米。

曳光尾翼稳定脱壳穿甲弹全重1.8千克，弹丸重450克。其弹芯、弹托和弹带分别由钨合金、铝和尼龙材料制成。弹芯穿甲体直径10.3毫米，长165毫米，重250克，炮口初速1640米∕秒，1500米距离垂直穿深150毫米。

曳光碰炸榴弹、曳光碰炸空爆通用榴弹的弹丸前端均设计成半球形。弹全重2.2千克，弹丸重1千克，内装120克炸药，炮口初速1000米∕秒。曳光碰炸空爆通用榴弹装有可编程引信。碰炸模式下能击穿210毫米厚的的水泥预制板。空炸模式时下有效杀伤范围12×40米。在6×16米范围内对有防弹衣的目标致死率约为50%，

CTAI为CT-40研发的配套弹药剖视图。

CT-40采用了独特的旋转自动机和二级点火击发方式。其弹膛为通孔结构，且与炮管分开。输弹时弹膛逆时针旋转90°，其径向轴线与火炮耳轴重合。埋头弹通过供弹机从右耳轴方向推入弹膛。弹药装填到位后，弹膛顺时针回旋90°对准炮管。底火被击发后，辅助发射药燃烧并将弹丸推离药筒，推入炮管。与此同时，伸缩式药筒自动伸展，以密闭旋转自动机与炮管间的空隙。待弹丸脱离药筒后，辅助发射药火焰引燃主装药，主装药产生的高温高压燃气推动弹丸飞离身管。击发后，火炮后坐并复进，弹膛逆时针旋转90°回到装填位置，下一发埋头弹在被推入弹膛的同时，将前一发药筒向前顶出，完成一个射击循环。

CT-40采用70径倍身管，使用寿命为1万发，发射曳光尾翼稳定脱壳穿甲弹时，散布精度小于0.35密位。该炮不含弹药时重218千克，与博福斯40毫米车载炮的365千克重量相比，下降40%左右。前者炮尾体积仅为后者的55%。如果算上相同储弹量的弹舱体积，前者在炮塔内占用体积仅为后者的40%。

CTAI宣称，CT-40炮口动能比同口径常规弹药高出至少15%，穿甲能力是25毫米弹药的2倍；杀伤力是30毫米榴弹的6倍；而后坐力约9吨，为美制M242型25毫米链式炮的三分之二。因此，许多人将埋头弹的优点总结为体积小、重量轻、威力大、成本低，将埋头弹火炮系统描述为结构紧凑、全寿命费用低，后坐力小。事实果真如此吗？

40毫米埋头弹与其他中口径自动炮配用弹药的对比

体积悖论

首先来分析弹药体积。常规定装式炮弹的弹丸呈流线形，头部有较大锥度。为便于抽壳方便，药筒往往会设计有相对较小的锥度。因为双锥度的存在，常规定装式炮弹外形不够规则，会浪费存储空间，但炮弹内部空间的利用率却并无问题。

埋头弹的情况正好相反。其整弹外形是圆柱体，对存储空间的利用率明显高于常规定装式炮弹。由于弹丸全被埋入药筒中，所以埋头弹药筒外径必然明显超过弹径。由于弹丸在发射时有个被辅助发射药向前推入炮管的过程，因此从弹丸弹带（或马鞍型弹托后部）至药筒前部的这段空间，无法装填主发射药。内部空间存在浪费现象。

因此，所谓埋头弹体积小，严谨表述应该是“在同等技术条件下，占用的存储空间小”。因为存在内部空间无法充分利用的固疾，埋头弹的实际体积未必真比常规定装炮弹小。为什么要强调同等技术条件呢？举个例子，根据公开资料，国产外贸型40毫米埋头弹弹长300毫米，而国内另一款35毫米埋头弹却比它更长更重。个中缘由，可能是技术基础不同，可能是两种埋头弹技术指标有较大差异，也可能设计水平有高低。

40毫米埋头弹内部结构

减重真相

其次，埋头弹当真重量轻吗？和常规定装炮弹相比，埋头弹要想维持威力不下降，在同等技术基础条件下，弹丸和主发射药均无减重空间，而且还多出了辅助发射药的额外重量。

有资料称，埋头弹可用压实发射药以提高能量密度，从而减轻主装药重量。不过，弹药技术发展到今天，已经相当成熟。为控制发射药燃烧，获得更理想的P-T曲线，当代炮弹几乎没有采用粉末状发射药的了。发射药被制成小粒、多孔柱形、扁球、方片、条带、长管开槽等等，不一而足，装填密度已近极限。如果没有革命性的新型发射药出现，要在现有技术基础上进一步提高能量密度，即所谓的“压实发射药”，也不是完全不可能。但一则提升的空间极其有限，二则为此付出的经济代价很难承受。所以，“采用压实发射药减重”是个伪命题。退一万步说，如果非要不惜代价地这么做，那么常规定装炮弹也可如法炮制。因此这并非埋头弹重量轻的根源所在。埋头弹减重的真正途径，是采用高分子复合材料制造药筒。

埋头弹火炮系统的自动机采用旋转闭锁原理，要求自动机供弹和退壳同步完成，利用后一发弹将前一发弹发射后留下的药筒顶出，这就对药筒的贴膛力提出了较高要求。传统的金属药筒由于贴膛力过大，难以满足埋头炮火炮系统的需求，因此只能另辟蹊径。

CT-40火炮的左右耳轴上开有通孔，输弹时弹膛向右旋转90度，埋头弹通过供弹机从右耳轴被推入弹膛，随后弹膛回转与弹膛成直线。

高分子复合材料可以被理解为塑料的一种。该材质比重小、耐腐蚀、摩擦系数小、比强度高，在保持良好的延伸率同时，受压变形后无硬化现象，能满足埋头弹火炮系统的要求。公开论文透露，国产35毫米埋头弹采用金属与塑料耦联结构。筒身为聚乙烯材质（PE）拉伸强度为25兆帕，断裂伸长率为60%。两端金属部件用45号钢制造，能承受400兆帕极限膛压及发射过程中供弹、退壳时的冲击载荷。其最大抽壳力仅300牛，能很好地满足采用旋转闭锁原理的埋头弹自动机连发射击要求。和铜8.7克∕厘米²、钢7.8克∕厘米²的密度相比，聚乙烯的密度仅有0.95克∕厘米²。

当然，埋头弹药筒采用了金属与塑料耦联，筒壁厚度也不可能和金属药筒完全一致，这些都是增重因素。但即便如此，药筒的减重效果仍是很可观的。博福斯40毫米L∕70曳光燃烧榴弹全弹重2.51千克，弹丸重0.96千克，发射药重0.475千克，黄铜药筒重1.075千克。而CT-40配用的曳光碰炸榴弹在弹丸重量微增到1千克的情况下，全弹重为2.2千克。假设二者主发射药重量相等，再算上少量辅助发射药，那么其药筒重量约为0.72千克，同比减重约三分之一。如果按全弹重计算，整弹减重约12%。

药筒换材质后减重效果明显，但这个优势绝非埋头弹独有。传统定装炮弹同样也可采用高分子复合材质药筒实现减重。甚至在一些大口径炮弹上，已应用了半可燃药筒或可燃药筒，减重效果更加显著。究竟采用哪种材质的药筒，要综合权衡。所以，埋头弹重量轻的优势并不稳固。

威力疑云

CTAI宣称CT-40炮口动能比同口径常规弹药高出至少15%，穿甲能力是25毫米弹药的2倍；杀伤力是30毫米榴弹的6倍。这些也都经不起推敲。

炮口动能的大小决定于弹丸重量及出膛速度。前面已经分析了，在目前技术水平下，若无新型发射药出现，在现有发射药基础上，让能量密度提升15%，而价格还要能承受得起的装填方案几乎不存在。那么唯一的办法就是增加发射药重量的同时，强化火炮身管，使之能承受更大膛压。鉴于CT-40是门全新设计的火炮，它采取这些技术措施非常方便。但这样取得的炮口动能增益，只能说是CT-40这个型号较既有的博福斯40毫米炮有优势，而不能说是埋头弹较常规定装药的优势。如果相关研发单位愿意为博福斯40毫米换装膛压更高的身管（现在是318.7兆帕）并加大发射药装填量，那么CT-40炮口动能优势将不复存在。

火炮威力大小，最终得靠弹丸来体现。CT-40口径为40毫米，它的穿甲能力达到25毫米弹药的2倍，杀伤力达到30毫米榴弹的6倍，是天经地义的。不处于同一水平线上的比较，并不能推导出令人信服的结论。

CTAI展示CT-40配用的曳光尾翼稳定脱壳穿甲弹、弹芯及穿甲效果

就尾翼稳定脱壳穿甲弹的威力而言，CT-40据称能在1500米距离上能击穿150毫米厚均质装甲板。博福斯40毫米炮发射同样弹种时，1000米垂直穿深180毫米，在1500至2000距离上垂直穿深110毫米。后一个数据，因为无法确认究竟是在什么距离上测得的，所以不好直接与CT-40比较。不过，CT-40配用的钨合金尾翼稳定脱壳穿甲弹弹芯长径比为16，博福斯同类弹种的相应数据是15。前者发射该弹种时炮口初速1640米∕秒，后者相应数据为1600米∕秒。因此，CT-40发射尾翼稳定脱壳穿甲弹威力确实要比博福斯大一些，但优势却并不明显。

不过，埋头弹要将弹丸全部深埋在药筒中，而药筒长度又是固定的，一但定型即无法改动，所以其尾翼稳定脱壳穿甲弹威力难有提升空间。要提高长径比，只能缩减弹径，但这却会减轻弹芯重量，实际穿甲威力可能不升反降。反观传统结构尾翼稳定脱壳穿甲弹，可用让弹芯向药筒延伸的办法来提高弹芯长径比和重量，改进潜力要大得多。

当然，埋头弹要提升穿甲威力，还有更换贫铀合金弹芯这条途径。但这招常规定装炮弹也能用。所以，埋头弹家族中的尾翼稳定脱壳穿甲弹这个弹种威力大的说辞非常片面。

那么榴弹呢？同样是曳光榴弹，CT-40配用的弹丸内装120克炸药，而博福斯的装填115克炸药，差距仅有4%。而且多出来的5克炸药还是将弹丸头部曲线从传统的尖锐流线改为半球形后，才获得的装填空间。如此改变弹丸头部外形，会对外弹道产生多大影响？CTAI公司绝口不提。从该公司文宣中只拿25毫米、30毫米榴弹和CT-40比较来看，其榴弹真实威力可能与博福斯40毫米榴弹相差无几。

40毫米埋头药教具

成本问题

炮弹是由弹丸、引信、发射药和药筒这四部分组成的。和常规定装炮弹相比，埋头弹弹丸、引信、主发射药在同等条件下，成本无甚差别。埋头弹多出的辅助发射药重量虽不大，算下来多花不了几个钱，但却让药筒和底火设计变得复杂了。独特的二级点火机理，对辅助发射药和主发射药燃烧间隔的控制要求非常苛刻，不仅要花更多的研制费用解决问题，而且复杂的结构必然会抬高生产成本。

因为采用二级点火，为保证发射时旋转自动机与炮管尾部的气密性，埋头弹药筒不得不设计成可伸缩式，这无疑又进一步提高了生产成本。高分子复合材料虽是塑料的一种，但性能要求很高，其配方和制造工艺颇为复杂。而且埋头弹火炮系统对炮管与弹膛的同轴度、输弹路线的准确性及埋头弹外廓尺寸制造工艺要求极高。误差稍大，就有可能让弹进不了弹膛、炮管。复合材料的成本优势，能否抵消工艺复杂化对造价的负面影响，很难以下定论。

弹药成本难下定论，火炮的全寿命成本就更说不清了。高温、光照和低温，都会对高分子复合材料药筒性能造成负面影响。埋头药的存储条件肯定比常规金属药筒定装弹更严苛，成本也将水涨船高。如果高分子复合材料药筒寿命不如金属药筒，那么弹药更新频率就得加快，火炮的全寿命成本又怎么降得下来？

CT-40埋头弹火炮系统左侧的抛壳口

后坐不小

CTAI公司称CT-40后坐力仅为M242型25毫米链式炮的三分之二。乍一看，颇为惊人，但细琢磨，却满不是这么回事。

能量是守恒的，既不可能凭空产生，亦不可能凭空消失。在炮口动能相同的情况下，要想降低火炮后坐力，技术途径无非是以下三种：采用高效率炮口制退器、延长后坐距离、想办法消耗更多的后坐能量。最终将后坐力降低到何种程度，设计师必须综合考虑各方面因素才能做出取舍。

在这方面，埋头弹火炮系统并无特殊的优势。如果非要说有，那只能说由于全弹长明显缩短，所以自动机行程变短了，整个炮尾能因此变短，在同等情况下，能为火炮延长后坐距离提供条件。可如此一来，埋头弹火炮系统占用车内空间小的这个优点就没了。、

此外，埋头弹火炮系统是靠后坐能力完成自动机循环的，是典型的内能源炮。和其他内能源炮相比，埋头弹火炮系统采用弹舱无链供弹，供弹线路简单且供弹行程小，因此消耗的能量也少。加之后弹向前推出上一发药筒所需能量，远低于先向后拔壳，再抛壳。所以埋头弹火炮系统在自动机循环过程中的耗能是低于其他内能源炮的。M242是外能源炮，由电动机驱动链条实现自动发射，后坐能量几乎没有被利用。这种建立在不同技术基础上的比较，如何能证明埋头弹的优越呢？

CT-40与其他中口径自动炮体积对比

真正优势

那么，埋头弹的真正优势在哪呢？

笔者以为，首先是因为埋头弹外形规整，所以供弹机构可以设计得相对简单。越简单的东西就越可靠。传统的定装式炮弹因为存在锥度，即便是采用无链供弹，几枚炮弹在弹舱内叠加后，位于上层的炮弹会向下倾斜很大一个角度。待发弹状态不一致，容易造成供弹不可靠。如果采用弹链供弹，这个问题就更严重。改用弹夹供弹情况会好些，但火力持续性会明显下降。而且自动机多了个抛空弹夹的动作，待发弹舱打完后还得由人工手动补充新弹夹，加重了人员负担。以博福斯40毫米炮为例，其待发弹舱里只有3个弹夹，每个弹夹装8发弹。打完24发待发弹后，需耗时20秒实施人工补弹。因此虽然其理论射速为300发∕分，但战斗射速却只有60发∕分。

由于埋头弹药筒呈圆柱形，极大的简化了供弹系统。图为CT-40火炮的自动装弹机，拨弹轮上已经有弹药。

其次，埋头弹虽然存在无法充分利用内部空间的问题，但因为外形规整，其存储空间的利用率明显高于传统定装炮弹。这不仅对于内部空间狭小的装甲车辆和飞行器来说意义非常重大，而且非常适宜应用在方应未艾的无人武器站上，方便装甲战车结构设计和配置。

第三，由于埋头弹短粗，自动机行程明显缩短，因此炮尾长度也较常规火炮大为缩短。博福斯40毫米L70型炮弹药筒长度364毫米，整弹长度535毫米。而CT-40配用的埋头弹存储状态长度仅有220毫米。由此带来的炮尾缩短增益是非常显著的。缩短炮尾，为扩大火炮仰俯范围提供了可能。在这方面，博福斯40毫米炮装到CV90步兵战车后后，最大仰角仅有40°，问题特别突出。若换成炮尾体积仅有前者55%的CT-40，情况就会大为改善。装甲车载火炮可用仰角增大，其所带来的好处并非火炮曲射距离得以延长，因为超出装车车辆火控系统作用范围的射程没太大意义。也不是可以更有效地对付空中目标，因为在没有复杂昂贵的对空火控系统的情况下，装甲车载炮对空射击也就是意思意思。其真正的意义是在城市战环境中，能让装甲战车更好地对付高楼层目标。这在当前国际和地区形势下，显得越来越重要。

CT-40也曾装上CV90战车做试验

适用范围

以上优势，让埋头弹火炮系统看似适用范围很广，但其实不然。它的自动原理，严重限制了射速的提高，而且还很难调整。目前CT-40所能达到的200发∕分理论射速，很可能就是这种新概念火炮所能达到的极限。当然，理论上它也可以结合航空机炮上广泛运用的转膛、转管原理以提高理论射速，但多炮膛要同时在两个自由度上实施旋转，系统的复杂程度将呈几何级数增长，可靠性呈断崖式下降，炮尾体积却呈爆发式增长，是得不偿失之举。

所以，追求高射速、低重量、小体积的固定翼飞机机炮，是不会考虑埋头弹火炮系统的。直升机载火炮倒是射速要求没那么高，但同样以重量轻和结构简单可靠的链式炮射速可调范围大，能同时满足对空、对地不同的使用要求，其地位也不会被埋头弹火炮系统撼动。装甲车载火炮分为对地、对空两大类。以对空射击为主的车载高炮要求高射速，埋头弹火炮系统无法满足。CT-40已经装备英军、即将装备法军，说明有国家对这种新概念武器充当步兵战车车载中口径机关炮表示认可。那么，埋头弹火炮系统能否更进一步，成为坦克主炮呢？

法国推出新型T40M数字化双人炮塔，炮塔内装备的也是CT-40埋头弹火炮系统

其实早在上世纪80年代，美国陆军已探讨过研发90至105毫米埋头弹火炮系统充当坦克主炮的可行性，最终得出了否定的结论。西方的120毫米滑膛坦克炮的正常膛压在550兆帕左右，远高于中口径车载炮不到400兆帕的最高膛压，这就对高分子复合材质药筒在高温高压下的稳定性和气密性提出了极高的要求。满足技能要求和将成本降至可承受范围内，是个不得兼得的选项。

以美制M829A3尾翼稳定脱壳穿甲弹为例，全弹长982毫米，贫铀合金弹芯尾部几乎顶到了弹壳底。如果改成埋头弹，不仅长度无法缩短，而且药筒外径会明显加粗，存储所需空间不降反升。虽然可能会缩短火炮炮尾长度，但因炮弹要在自动机内旋转，炮尾横向尺寸将爆增，这对容积有限的坦克炮塔内空间来说，很难接受。勉强接爱的话，也需要对经过几十年实践检验、业已非常成熟的炮塔内布局进行重大调整，可能会带来许多不确定风险。埋头弹火炮系统供弹路线简短的优点，对于人工装填的坦克炮来说没有意义。对于采用自动装弹机的坦克来说，埋头弹的圆柱体外形，对取弹臂抓稳、抓牢炮弹也是不利的。

法国“美洲豹”EBRC装甲侦察车装备了CT-40埋头弹火炮系统

综上所述，埋头弹火炮系统的特质，决定了其适用范围只能是中小口径的装车车载机关炮。至于它是否能在这个领域成为主流，得视各国的实际情况，具体情况具体分析。

CTAI一直在打用CT-40改装M2“布莱德雷”步兵战车的主意，但美军却并不上心。个中缘由，是在美军的作战体系下，M2“布莱德雷”步兵战车上的M242型25毫米链式炮只承担对付有生力量和轻装甲目标的任务。该炮性能完全可以胜任。

反观英军和法军，没有美军那般完备的作战体系和强悍的火力，它们装备的装甲车很多时候得充当轻型坦克使用。除了打地面目标，还得兼顾防空。

此前这两国装备的“拉登”L21A1型30毫米机关炮、GIAT811型25毫米机关炮、M693（F2）型20毫米机关炮都是上世纪70年代定型生产的，技术老旧，性能已不能满足英法军队的需求，被CT-40取代是顺理成章之事。