APFSDS

APFSDS（装弾筒付翼安定徹甲弾）について

APFSDS（Armor-Piercing Fin-Stabilized Discarding Sabot）とは、戦車砲などで使用される徹甲弾の一種であり、特に戦車などの装甲を貫くことに特化した砲弾です。日本語では「装弾筒付翼安定徹甲弾」と称されます。開発当初はAPDS（装弾筒付徹甲弾）との対比としてAPDS-FSと呼ばれていました。

侵徹の物理

APFSDSは、従来の徹甲弾よりも高い飛翔速度を持ち、それにより大きな侵徹力を有します。1960年代に実用化され、発射時の初速は概して1,500m/s以上です。この高速での衝突では、侵徹体先端が塑性変形しながら装甲に侵入し、マッシュルーム状に広がりながらめり込みます。侵徹体は塑性変形によって先端から失われてゆくため、急速に長さを失い、十分な長さがなければ穴だけが残り、長さがあれば残端が装甲内部に飛び込みます。

このようなAPFSDSの侵徹を表現するモデルは、1966年と1967年にTateとAlekseevskiiによって独立に提案されました。侵徹体の消耗を伴う侵徹は、成形炸薬弾の侵徹様式を表現するモデルを基に、装甲と侵徹体の強度を考慮したモデルが提案されています。これらのモデルは、侵徹体と装甲の振る舞いを流体力学的に取り扱うことで侵徹先端速度を求め、侵徹性能を導出します。

これらのモデルによれば、APFSDSの侵徹性能の上限は装甲の強度に強く依存しますが、侵徹体の強度にはあまり依存しません。また、侵徹体の長さあたりの侵徹深さは、衝突速度に対して上に凸の依存性を示し、上限が存在します。この上限は、侵徹体の密度と装甲の密度の比の平方根によって定まります。

しばしば、「装甲が流体のように振る舞うことで強度を失う」という説明がなされますが、これは誤りです。1995年にAndersonとWalkerは、連続体力学的な取り扱いからAPFSDSの侵徹モデルを提案し、従来の徹甲弾とAPFSDSを統一的に取り扱うモデルを提案しています。

タングステン合金弾が鋼製装甲板に穿孔する場合、850m/sec以上、鋼製の侵徹体が鋼製装甲板に穿孔する場合は1,100m/sec以上の速度がないと、侵徹体の消耗を伴う侵徹は停止します。また、APFSDSは装甲に対してほぼ平行に着弾した場合を除き跳弾を起こすことはなく、避弾経始はほとんど機能しません。貫通には、着弾時の速度、侵徹体の長さ、靱性、展性の高さが必要です。

構造

APFSDSは、細長い棒状の侵徹体、風防、安定翼、軽金属の装弾筒、曳光筒で構成されます。ライフル砲から発射する際には、スリッピング・バンドが加わります。

侵徹体

侵徹体は、タングステン合金や劣化ウラン合金などの重金属で構成されます。中央部側面に装弾筒が噛み合うための刻みが入れられています。APFSDSの特徴として、従来のAPやAPDSと比較して細長いことが挙げられます。細長いことで、質量が同じでも侵徹体長さを大きくでき、敵の装甲板に対する貫徹力が高まります。また、正面面積が小さいため、飛翔時の空気抵抗が少なく、飛翔時の減速を小さくできます。そのため、貫徹力が高まるとともに、飛翔時間が短く、低伸弾道となるため命中率も高められます。

細長さは、長さ（Length）/ 直径（Diameter）の値、LD比（L/D）で表されます。APFSDSのLD比は増加を続けており、1970年代には15程度でしたが、1990年代には30に達するものも現れています。このような高L/D比化の背景には、より高強度・高靭性な侵徹体材料の開発があります。

風防

風防は、アルミニウム合金で作られており、飛翔時の空気抵抗を小さくし、着弾時に潰れながら侵徹体と目標の装甲板との間で衝撃を緩和して侵徹体の破砕を防ぎます。また、浅い角度で入射した際の跳弾を防ぐ役割も担っています。先端が超音速飛翔時の空気の断熱圧縮による高温で溶けるのを防ぐために、チップと呼ばれる部品が付けられることもあります。

装弾筒

装弾筒（Sabot）は、発射時のガス圧を受け、砲弾を加速させる役割を担います。砲身内では侵徹体と固く結合しており、砲口から出た後には、侵徹体から素早く分離します。装弾筒によって発射装薬の運動エネルギーが侵徹体に集中して与えられ、空気抵抗を極限まで減らした状態で侵徹体を飛ばすことができます。

安定翼

侵徹体の尾部に付いた安定翼によって弾道を安定させますが、横風の影響を受けやすく、また加工誤差によって弾道のバラツキが生じることがあります。弾道の安定のため、ライフリングによる高速回転を相殺する工夫をした上で、安定翼によって弱い回転を与えます。

曳光筒

安定翼の尾部中央には、飛翔中に発火する曳光筒が埋め込まれており、射撃者が弾着を確認しやすくなっています。

スリッピング・バンド

APFSDSは高速回転させると弾道が不安定になるため、滑腔砲での発射が理想的ですが、スリッピング・バンドによってライフル砲でも安定した発射が可能になっています。

材質

侵徹体の材質としては、タングステン合金や劣化ウラン合金が使用されます。

タングステン合金

初期の砲弾では、タングステン合金の強度が不十分で単体で侵徹体を構成できず、マルエージング鋼製の保持筒に詰めた構造でした。その後、タングステン合金単体の弾体が開発され、実戦でT-72を撃破したことで注目されました。タングステンを主体とし、ニッケルや鉄などが加えられています。

劣化ウラン合金

アメリカやロシアなどでは、タングステンより容易に入手できる劣化ウラン合金が使用されています。しかし、重金属としての毒性や残留放射能による健康被害も懸念されています。劣化ウラン合金には、侵徹時の穿孔過程で先端外縁部が断熱せん断により早期に脱落し、先鋭化する「セルフ・シャープニング効果」があり、タングステン合金よりも高い侵徹力を発揮することがあります。また、装甲板貫徹後には、破砕物が運動エネルギーの熱変換によって溶融・焼夷効果をもたらす特性も持ちます。

貫徹力

装甲を貫く力は、均質圧延鋼装甲（RHA）を貫ける厚さで表現されます。120mm滑腔砲で使用されるAPFSDSは、500-1,000mm程度のRHAを貫通できます。APFSDSの侵徹性能は密度に強く依存するため、鋼製の侵徹体は同じ長さのタングステン合金や劣化ウラン製の侵徹体と比較して、1/2程度の貫徹力です。また、劣化ウラン製の侵徹体は、セルフ・シャープニング効果によってタングステン合金製よりも10%ほど貫徹力に勝ります。ただし、高速度域では両者の貫徹力は同等となります。

APFSDSの侵徹深さは、衝突速度に対して上限が存在します。そのため、高速度化は必ずしも最適ではなく、最適な速度が存在します。運動エネルギーおよびL/D比を一定とした場合、現用弾では1,500m/sec前後で着弾しますが、将来高速弾が実現してもタングステン弾芯の場合は2,000m/s程度、劣化ウランの場合は1,600m/s強で穿孔の効率が最大となり、それ以上では侵徹深さが小さくなります。

現代の戦車が対戦車用に使用する砲弾はほとんどがAPFSDSです。成形炸薬弾（HEAT）も対戦車用ですが、複合装甲に対してはAPFSDSに大きく劣るため、戦車砲で使用されることはあまりありません。

加害

飛散物

侵徹体が装甲板を貫通すると、侵徹体と装甲板の高温溶融物、侵徹体の残余、装甲板内側の破砕片が飛散します。これらは侵徹孔を中心とした約60度の範囲に飛散すると言われています。劣化ウラン弾では焼夷効果によってさらに高温化した飛散物が生じます。APFSDSの加害は主にこの飛散物によってもたらされる運動量と高熱によるものです。

衝撃波

APFSDSが装甲に衝突すると、大きな衝撃波が生じます。これは、装甲内側金属の飛散、搭載装置の破壊、搭乗員への肉体的・精神的被害を引き起こします。現代型の戦車では装甲内側にケブラーなどの内張りが設けられており、飛散物を受け止めたり、飛散角度を小さくする工夫がされています。

歴史

1961年、ソビエト連邦軍で世界初の115mm APFSDS実用弾であるBM-3の運用が開始されました。1970年代中頃には、米国のM60戦車などに使用される105mm砲用のM735というAPFSDS砲弾が登場しました。その後、1970年代後半には、タングステン合金の侵徹体を劣化ウラニウム合金に置き換えたM735A1やモノブロック構造のM774が登場しました。

1978年には、イスラエルのM-111が実用化され、レバノンでの戦闘でT-72を撃破したことで高い評価を得ました。このM-111はNATOで選定試験を受け、西ドイツのディール社がライセンス生産することで、DM23として販売されました。

その後、DM13、DM33、DM53といったAPFSDS弾が開発され、貫徹力を向上させてきました。日本でもM735が導入され、ライセンス生産が行なわれ、独自開発の120mm APFSDS弾も配備が進められています。

価格比較

APFSDSは高価なため、訓練用にはTPFSDSという訓練弾が使用されます。これは、タングステン弾体と同じ飛翔特性を持つものの、一定距離を飛翔すると弾体が分割し、急激に減速します。これにより、狭い演習場での実弾演習が可能になります。

その他

被弾した装甲表面には、穴の周囲に十字などのAPFSDS特有のマークが残ることがあります。

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