徹甲フィン安定型投棄サボ

サボ分離点におけるAPFSDS

徹甲フィン安定型投射サボ（APFSDS）、ロングダート貫通弾、あるいは単にダート弾と呼ばれるこの弾は、現代の車両の装甲を攻撃するために使用される運動エネルギー貫通弾の一種です。主力戦車の兵装としては、小口径および中口径の兵器システムで現在も使用されている徹甲フィン安定型投射サボ（APDS）弾の後継です。

第二次世界大戦後、自動車の推進システムとサスペンションシステムの改良により、現代の主力戦車は機動性と速度を過度に犠牲にすることなく、より厚く重い装甲を徐々に搭載できるようになりました。その結果、砲弾で深い装甲貫通を達成するには、より短い装甲徹甲弾（APDS）よりも、より長い対装甲弾を、より高速な砲口速度で発射する必要が生じました。

歴史

APFSDS発射のGIF

徹甲弾（APDS）は、当初、運動エネルギー（KE）貫通弾の主な設計でした。論理的な流れとして、弾頭をより長く細くすることで断面密度を高め、運動エネルギーをより狭い範囲に集中させました。しかし、細長い弾頭は空気力学的に不安定で、飛行中に回転しやすく、精度も低下します。伝統的に、砲弾は砲身のライフリングによって飛行中のジャイロスコープのような安定性を得ており、これにより砲弾に回転が与えられます。ある限度まではこれは効果的ですが、発射体の長さが直径の6～7倍を超えると、砲身のライフリングによって与えられるジャイロスコープ効果は効果が少なくなります。^{[ 1 ]}代わりに、矢羽根のように砲弾の基部にフィンを追加することで、飛行中の安定性を高めています。^{[ 2 ]}

標準的なライフリングによる回転により、これらの弾丸の性能は低下します (ライフリングにより摩擦が増加し、直線運動エネルギーの一部が回転運動エネルギーに変換されるため、弾丸の速度、射程距離、衝撃エネルギーが低下します)。フィン安定装置付き発射体の非常に高い回転も空気抵抗を増加させ、衝撃速度をさらに低下させます。これらの理由から、APFSDS 発射体は一般的に滑腔砲から発射され、この方法は西側諸国と東側諸国で戦車砲に採用されています。ただし、APFSDS 弾薬の初期の開発では、M60/A1/A3 主力戦車に搭載された105 mm M68/M68E1 砲や、チャレンジャー 2戦車のイギリス製 120 mmロイヤル オードナンス L30砲など、既存のライフル砲身が使用されていました (現在も使用されています)。ライフル銃身を使用する際のスピンレートを低減するため、「スリップ・オブチュレーター」が組み込まれています。これにより高圧の推進ガスは密閉されますが、ライフル銃身全体のスピンレートが弾丸に伝わることはありません。弾丸は銃身から排出される際に若干の残留スピンを持ちますが、そのレートは許容範囲内に抑えられています。さらに、ある程度のスピンレートはフィンスタビライザーを備えた弾丸にとって有益であり、空気力学的アンバランスを平均化し、精度を向上させます。滑腔砲身のAPFSDS弾であっても、飛行中にスピンを発生させるためにわずかに傾斜したフィンが組み込まれており、APFSDS弾を発射するための非常に低ツイストのライフル銃身も開発されています。

デザイン

現代の120mm戦車砲弾

現代の戦車に搭載されるKE貫通弾は、直径が一般的に2～3cm（0.787～1.18インチ）で、長さは80cm（31.5インチ）にまで及ぶことがあります。より構造的に効率的な貫通弾とサボの設計が開発されるにつれて、視線方向の装甲厚を克服するために、貫通弾の長さは長くなる傾向があります。

液体の浸透

長いロッド貫通体を用いた装甲破壊の概念は、流体力学的貫通現象の実際的な応用である。^{[ 3 ]}

実際の貫通体と標的の材料は衝突前は流体ではないが、衝突速度が十分に高くなると結晶質の材料であっても高度に塑性的な流体のような挙動を示すようになる。^{[ 4 ] [ 5 ]}

長棒弾は文字通り流体を貫通しますが、これは単に標的の装甲の密度と、貫通体の密度と長さによって決まります。貫通体は、貫通体の長さに貫通体と標的の密度の平方根を掛けた深さまで標的を押し進め続けます。より長く、より密度の高い貫通体はより深く貫通することがすぐに分かります。これが長棒対装甲弾の開発の基礎となりました。^{[ 4 ]}

したがって、効果的な長棒貫通体にとって重要なパラメータは、標的に対して非常に高い密度、硬い標的表面を貫通するための高い硬度、衝撃で棒が砕けないように非常に高い靭性（延性）、そして砲の発射加速だけでなく、斜めの角度で命中したり爆発反応装甲などの対抗手段に耐えたりするなど、標的の衝撃の変動にも耐えられる非常に高い強度である。^{[ 4 ]}

タングステンと劣化ウラン

貫通体の形状は反応装甲対策に適応していますが、タングステン重合金（WHA）と劣化ウラン合金（DU）は依然として好まれる材料です。どちらも密度、硬度、靭性、延性、強度に優れており、いずれも深部装甲貫通に適した優れた特性を備えています。それぞれの材料は独自の貫通特性を示し、特定の対装甲用途に最適な選択肢となる可能性があります。

例えば、劣化ウラン合金は自然発火性です。貫通体の加熱された破片は衝突後、空気と接触して発火し、目標車両内の燃料や弾薬に引火します。これにより、装甲後方の致死率が大幅に高まります。さらに、劣化ウラン貫通体は顕著な断熱せん断帯を形成します。よくある誤解として、衝突時にこれらのせん断帯に沿った破断によって貫通体の先端が継続的に材料を剥離し、先端の円錐形状が維持されるというものがあります。一方、被覆されていないタングステンなどの他の材料は、効果の低い丸みを帯びた形状に変形する傾向があり、「マッシュルーム状」と呼ばれる現象が見られます。断熱せん断帯の形成は、実際には「マッシュルーム状」の側面が早期に剥離する傾向があり、正面衝突時の衝撃が小さくなることを意味しますが、それでも「マッシュルーム状」の衝撃は顕著に残ります。^{[ 6 ]}

試験の結果、劣化ウラン弾によって開けられる穴の直径は、同様のタングステン弾によって開けられる穴の直径よりも狭いことが示されています。両物質は密度、硬度、靭性、強度はほぼ同じですが、これらの変形特性の違いにより、劣化ウランは鋼鉄製の標的に対して、同長さのタングステン合金よりも貫通力が大きい傾向があります。^{[ 7 ]}劣化ウランは、優れた性能特性を持つにもかかわらず、政治的および人道的な議論を巻き起こしますが、タングステンよりも安価で入手しやすいため、一部の国では依然として好ましい材料となっています。タングステン自体は生物学的に有害であることが判明しており、劣化ウランよりもやや軽度の被曝リスクしか引き起こしません。

微粒子タングステン

韓国など一部の国では、多段階サイクリック熱処理^{[ 8 ] [ 9 ]}や微細組織制御などの特殊な熱処理工程をタングステン貫通体に適用することで、金属粒子組織を細かく分離し、従来のタングステン合金の慢性的な問題であったキノコ状変形を大幅に改善し、貫通力を8～16%、衝撃靭性を300%向上させています。その結果、微粒子タングステン貫通体はDU貫通体と同等の自己発刃挙動を示します。^{[ 10 ] [ 11 ] [ 12 ] [ 13 ]}

サボのデザイン

APFSDS弾の典型的な初速は、メーカーや銃口長・種類によって異なります。典型的な例として、アメリカのジェネラル・ダイナミクス社製KEW-A1の銃口初速は1,740 m/s（5,700 ft/s）です。^{[ 14 ]}これは、M16ライフルから発射された5.56mm弾の約914 m/s（3,000 ft/s）に相当します。APFSDS弾は通常、1,400～1,800 m/s（4,593～5,906 ft/s）の範囲で作動します。標的の材料強度パラメータを大幅に克服するために必要な最小衝突速度を超える場合、衝突速度よりも貫通体の長さの方が重要になります。その一例として、ベースモデルのM829は新型モデルのM829A3よりも約200メートル/秒（656フィート/秒）速く飛行しますが、長さは約半分しかなく、最先端の装甲アレイを破壊するには全く不十分です。^{[ 15 ]}

事態を複雑にしているのは、軍事力の海外展開や輸出市場を考慮すると、 DU貫通体発射用に特別に設計されたサボは、たとえ全く同じ形状であっても、代替のWHA貫通体発射にそのまま使用することはできないということです。これら2つの材料は、高圧、高発射加速度下で異なる挙動を示すため、砲身内部の構造的完全性を維持するためには、全く異なる形状のサボ材料（可能であれば、場所によって厚くしたり薄くしたり）が必要となります。

多くの場合、より大きな技術的課題は、現在では長さ80cm（31インチ）に迫る極めて長い貫通弾を発射するために効率的なサボを設計することです。細長い飛翔弾を発射する際に砲身を満たすために必要なサボは、寄生重量となり、弾丸全体の潜在的な砲口速度を低下させます。数万Gの加速度下で長距離飛行する発射体の砲身内の構造的完全性を維持することは容易なことではなく、1980年代初頭には6061や6066-T6などの入手しやすい低コストで高強度の航空宇宙用アルミニウムが使用されていたサボの設計から、高強度でより高価な7075-T6アルミニウム、マルエージング鋼、実験的な超高強度7090-T6アルミニウム、そして現在では最先端の高価なグラファイト繊維強化プラスチックが使用され、発射体全体の打ち上げ質量のほぼ半分になることもあるサボの寄生質量をさらに減らすようになっています。^{[ 14 ]}

散弾銃から放出されるサボの花びらは非常に高い銃口速度で飛び散るため、分離後も数百フィートも飛行し続ける可能性があり、その速度は兵士にとって致命的であり、軽車両にも損傷を与える可能性があります。そのため、戦車の砲手は近くの兵士への危険を常に意識していなければなりません。

サボテッド・フレシェットは、ライフル弾におけるAPFSDS（装填式対空徹甲弾）に相当する。フレシェットを発射するライフル、すなわち特殊用途個人兵器（ SP-IV）はアメリカ陸軍で開発中であったが、計画は中止された。

参照

• 小型運動エネルギーミサイル
• 衝撃の深さ
• 運動エネルギーによる爆撃
• MGM-166 ロサット

参考文献

1. 「弾丸飛行特性の制御のための設計、AMCP 706-242」（PDF）。アメリカ陸軍資材司令部。1966年。2017年2月24日時点のオリジナル（PDF）からアーカイブ。 2017年3月22日閲覧。
2. 「MIL-HDBK-762、空力的に安定化された自由ロケットの設計」 Every spec . 1990年。2017年3月23日時点のオリジナルよりアーカイブ。2017年3月22日閲覧。
3. Charles E. Anderson Jr; Dennis Orphal; Roland R. Franzen; James Walker (1998).長尺ロッド貫通における流体力学的近似について. Research gate (Report) . 2017年3月23日閲覧。
4. Anderson, Charles E. Jr. (2016). 「貫通力学：解析モデル化」(PDF) . DTIC. 2017年3月23日時点のオリジナル(PDF)からアーカイブ。
5. Winter, DF (1969).長棒弾による標的の貫通(PDF) . AD0595793. フォート・ハルステッド：王立兵器研究開発施設. p. 1.
6. Magness, Lee S. (1994-03-01). 「弾道衝撃時の運動エネルギー貫通体材料の高ひずみ速度変形挙動」 .材料力学. 17 (2): 147– 154. Bibcode : 1994MechM..17..147M . doi : 10.1016/0167-6636(94)90055-8 . ISSN 0167-6636 . 
7. JB Stevens; RC Batra. 「軸対称衝撃および貫通問題における断熱せん断バンド」 VT. 2008年10月7日時点のオリジナルよりアーカイブ。
8. 米国陸軍省(1997). 「附属書E. 国際軍備戦略陸軍科学技術マスタープラン (ASTMP 1997)」 .アメリカ科学者連盟. 2001年7月13日時点のオリジナルよりアーカイブ。 2023年4月10日閲覧。
9. 米国陸軍省(1998年). 「1998年陸軍科学技術マスタープラン」 .アメリカ科学者連盟. 2000年9月29日時点のオリジナルよりアーカイブ。2023年4月10日閲覧。
10. “국방과학연구소 50주년” . www.add.re.kr (韓国語) 。2022-09-26に取得。
11. 防衛開発庁(2001 年 8 月 1 日)。「환경오염 문제가 전혀 없는 대 전차 탄용 텅스텐 중합금 재료 개발」(PDF)。韓国防衛産業協会。2023 年 4 月 10 日のオリジナル(PDF)からアーカイブ。2023 年4 月 10 日に取得。
12. ホ・ソンム (2016 年 11 月 22 日). 「미세입자 텅스텐 중합금 관통자의 관통 성능과 셀프샤프닝 거동」。韓国科学技術情報研究院。2023年5月6日のオリジナルからアーカイブ。2023 年5 月 6 日に取得。
13. Heung Sub Song; Eun Pyo Kim; Kyung Jin Park; Joo Ha You (2004年10月1日). 「運動エネルギー貫通体用タングステン重合金複合材料の製造」(PDF) .国防開発庁. 2021年10月17日時点のオリジナル(PDF)からアーカイブ。 2021年10月17日閲覧。
14. 「120mm戦車砲KE弾薬」。ディフェンス・アップデート。2006年11月22日。2007年8月5日時点のオリジナルよりアーカイブ。 2007年9月3日閲覧。
15. ロバート・E・ディロン (1991年5月13日).「砂漠の嵐作戦における120mm M829の遮蔽の分析」 (PDF). 2025年3月14日閲覧

さらに読む

• Cai WD; Li Y.; Dowding RJ; Mohamed FA; Lavernia EJ (1995). 「運動エネルギー透過材としてのタングステン基合金のレビュー」Reviews in Particulate Materials 3 : 71–131 .