徹甲弾

第一次世界大戦前および大戦中に使用された砲弾は、一般的に、ポットで溶かした特殊なクロム鋼から鋳造された。その後、鍛造して形を整え、徹底的に焼きなまし、芯の後端をくり抜き、外側を旋盤で削り出した。^{[ 3 ]}砲弾の仕上げは、上記で説明した他の砲弾と同様の方法で行われた。砲弾本体に必要な硬度/靭性プロファイル（差動硬化）を与える最終処理、つまり焼き戻し処理は、厳重に守られた秘密であった。^{[ 3 ]}

これらの砲弾の後部空洞には、砲弾全体の重量の約2%に相当する少量の炸薬を装填することができた。この炸薬が使用される場合、砲弾はショットではなくシェルと呼ばれる。信管の有無にかかわらず、砲弾の高性能爆薬は、貫通能力を超える装甲に命中すると爆発する傾向があった。^{[ 3 ]}

第二次世界大戦中、砲弾にはニッケル・クロム・モリブデンを含む高合金鋼が使用されていたが、ドイツではこれらの鋼種が不足したため、シリコン・マンガン・クロムをベースとした合金に変更せざるを得なかった。後者の合金は、同程度の硬度まで硬化させることはできたものの、脆く、傾斜の強い装甲に命中すると破砕する傾向があった。破砕した砲弾は貫通力が低下したり、完全に貫通できなかったりする。徹甲榴弾（APHE）の場合、これは高性能爆薬の早期爆発につながる可能性があった。この時期、特にドイツの兵器産業によって、砲弾を段階的に硬化させる高度で精密な方法が開発された。その結果、砲弾は先端部で高硬度（低靭性）から後部で高靭性（低硬度）へと徐々に変化し、着弾時の破損が大幅に減少した。

戦車砲用のAPHE砲弾は、この時期のほとんどの軍隊で使用されていたが、イギリス軍では使用されなかった。この時期にイギリス軍が戦車用に開発した唯一のAPHE砲弾は、2ポンド対戦車砲用のShell AP Mk1であったが、貫通時に信管が本体から分離する傾向があることが判明したため、使用が中止された。信管が分離せず、システムが正しく機能した場合でも、内部への損傷は実弾とほとんど変わらなかったため、砲弾版を製造する時間とコストをかける価値はなかった。イギリス軍は1870年代から1880年代にかけて1.5%の高性能炸薬を含むパリサー砲弾が発明されて以来APHEを使用しており、信頼性、損傷、高性能炸薬の割合、貫通力の間のトレードオフを理解しており、戦車砲用としては信頼性と貫通力が最も重要であると考えていた。この時期の海軍用APHE砲弾は、はるかに大型で、砲弾全体の重量の約1～3%の炸薬を使用していたが^{[ 3 ]}、対戦車用では、はるかに小型で高速の砲弾は、約0.5%しか使用しなかった。例えば、パンツァーグラナート39は、高性能爆薬の充填量がわずか0.2%だった。これは、砲弾のサイズに対して装甲貫通力がはるかに高かったためである（例えば、対戦車用では口径の2.5倍以上であるのに対し、海軍用では口径の1倍未満）。したがって、対戦車用に使用されるほとんどのAPHE砲弾では、炸薬の目的は、装甲貫通後に砲弾によって生成される破片の数を増やすことであり、破片のエネルギーは、炸薬ではなく、高速対戦車砲から発射された後の砲弾の速度から生じる。これには注目すべき例外がいくつかあり、海軍口径の砲弾が対コンクリート砲弾や対装甲砲弾として使用されたが、装甲貫通能力は大幅に低下していた。充填物は後部に取り付けられた遅延信管によって起爆された。APHE弾に使用される爆薬は、早期起爆を防ぐために衝撃に非常に鈍感でなければならない。米軍は通常、この目的のために爆薬D、別名ピクリン酸アンモニウムを使用した。同時期の他の戦闘部隊は、適切に鈍感化された（通常は爆薬にワックスを混ぜることによって）さまざまな爆薬を使用した。

キャップサフィックス（C、BC、CBC）は、従来、キャップ付きのAP、SAP、APHE、SAPHEタイプの砲弾（下記参照）にのみ適用され、例えば「APHEBC」（装甲貫通高性能爆薬弾道キャップ付き）のように表記されますが、キャップ付きのAPHEおよびSAPHE砲弾ではHEサフィックスが省略される場合もあります（例：APHECBC > APCBC）。曳光弾が装着されている場合は、「-T」サフィックスが追加されます（APC-T）。

徹甲榴弾（APHE）は、爆薬を充填した徹甲弾であり、当初は非爆薬の「ショット」と区別するために「砲弾」と呼ばれていました。これは主にイギリスの慣習によるもので、1877年に発明された最初の徹甲弾である、 1.5%の高性能爆薬（HE）を含むパリサー砲弾に由来します。第二次世界大戦が始まる頃には、炸裂弾頭を備えた徹甲弾は「HE」という接尾辞で区別されることもありました。APHEは、すでに広く使用されていたはるかに大型の海軍用徹甲弾との類似性から、75mm口径以上の対戦車 砲弾で一般的でした。戦争が進むにつれて、兵器設計は進化し、APHE（徹甲榴弾）の炸薬量はますます小さくなり、特に小口径砲弾では炸薬がほとんど含まれていないものもあった。例えば、パンツァーグラナート39は、高性能爆薬の充填率がわずか0.2%だった。

現代の対戦車戦における主要な砲弾は、APFSDSなどの脱着式サボット式運動エネルギー貫通弾である。全口径徹甲弾はもはや対戦車戦の主要な手段ではない。50mm以上の口径の砲では依然として使用されているが、装甲貫通能力は劣るものの、対物・対人効果ははるかに高い半徹甲榴弾（SAPHE  ）を使用する傾向にある。これらの砲弾は弾道キャップ、硬化弾体、底部信管を備えているが、弾体材質ははるかに薄く、炸薬含有量ははるかに高い（4～15%）。

現代の徹甲弾および半徹甲弾の一般的な用語（および略語）は以下のとおりです。

• HEI-BF – 高性能焼夷弾（基本信管）
• SAPHE – 半徹甲高性能爆薬
• SAPHEI – 半徹甲高性能焼夷弾
• SAPHEI-T – 半徹甲型高性能焼夷曳光弾

高性能対戦車榴弾（HEAT ）は、装甲車両を撃破するために使用される成形炸薬の一種です。通常の鋼鉄装甲を貫通するのに非常に効果的ですが、後期の複合装甲や反応装甲に対しては効果が劣ります。このような砲弾の有効性は速度、つまり射程距離に依存しません。100メートルでも1000メートルでも同じ効果を発揮します。これは、HEAT砲弾は距離が離れても貫通力が低下しないためです。兵士が戦車の装甲板に磁気地雷を仕掛ける場合、速度はゼロになることもあります。HEAT弾は、目標の前方の特定の最適な距離で起爆すると最も効果的です。HEAT砲弾は通常、砲弾本体の前方に突き出た細長い先端部によって識別され、適切な距離で起爆します（例：PIAT爆弾）。HEAT砲弾は、ライフル砲から発射されるときのように回転すると効果が低下します。

HEAT弾は第二次世界大戦中に開発された、超塑性状態の金属の非常に高速な粒子流を生成するためにマンロー効果を利用した成形炸薬弾頭で、車両の装甲を貫通するために使用された。HEAT弾は第二次世界大戦後期に初めて導入されたとき、対戦車戦に革命をもたらした。歩兵1人が手持ちの武器で既存の戦車を効果的に破壊できるようになり、機動作戦の性質を劇的に変化させた。第二次世界大戦中、HEAT弾頭を使用する兵器は、中空炸薬弾頭または成形炸薬弾頭を持つことで知られていた。^{[ 4 ]}

発明の優先権の主張は、その後の歴史的解釈、秘密主義、スパイ活動、国際的な商業的関心のために解決が難しい。^{[ 5 ]}成形炸薬弾頭は、第二次世界大戦前にこの兵器を展示したスイスの発明家ヘンリー・モハウプトによって国際的に宣伝された。1939年以前に、モハウプトは英国とフランスの兵器当局に自分の発明を実演した。戦争中、フランスは技術を米国兵器局に伝え、米国はモハウプトを米国に招き、そこで彼はバズーカ計画のコンサルタントとして働いた。1940年半ばまでに、ドイツは砲から発射される最初のHEAT弾、すなわちIV号戦車 のKw.K.37 L/24とIII号突撃砲（7.5 cm Gr.38 Hl/A、後の版はBとC）から発射される7.5 cm弾を導入した。 1941年半ば、ドイツはHEATライフルグレネードの生産を開始し、最初は空挺部隊に、1942年までには正規軍部隊に支給された。1943年には、Püppchen、Panzerschreck、Panzerfaustが導入された。PanzerfaustとPanzerschreck、すなわち「戦車恐怖」は、イギリスのPIATとは異なり、比較的容易な使用と訓練で、ドイツ歩兵に戦場のあらゆる戦車を50～150mの距離から破壊する能力を与えた。  

最初に開発され配備されたイギリスの HEAT 兵器は、銃身の先端に2 + 1/2インチ(63.5 mm) カップ ランチャーを使用するライフル グレネードで、1940 年にイギリス陸軍に配備されたイギリス No. 68 AT グレネードです。1943年までに、HEAT 弾頭とスピゴット モルタル投下システムを組み合わせた PIAT が開発されました。扱いにくい兵器でしたが、ついにイギリス歩兵が遠距離から装甲車両を攻撃できるようになりました。以前の磁気手榴弾や地雷では、自殺行為のように接近する必要がありました。^{[ 6 ]}第二次世界大戦中、イギリスはマンロー効果を爆薬の空洞効果と呼んでいました。^{[ 4 ]} 

第二次世界大戦初期の高速砲から発射されたキャップなし徹甲弾（AP弾）は、近距離（100m）では口径の約2倍の貫通力を持っていた。しかし、 より遠距離（500～1,000m  ）では、初期の小径弾の弾道形状の悪さと空気抵抗の増加により、貫通力は1.5～1.1口径低下した。1942年1月、アーサー・E・シュネル^{[ 7 ]} は、 20mmおよび37mm徹甲弾用に 、棒鋼を500トンの圧力でプレスし、弾頭の先細り部分に「流れ線」をより均一にするプロセスを開発し、これにより砲弾が装甲目標に向かってより直接的な先端軌道をたどることができるようになった。紛争後期には、 大口径・高速砲（75～128mm  ）から近距離（100m）で発射されたAPCBCは、口径に比べてはるかに厚い装甲（2.5倍）を貫通することができ、また長距離（1,500～2,000m）でもより厚い装甲（2～1.75倍）を貫通することができた 。

空気抵抗を低減し、中距離から長距離での着弾速度を向上させるため、徹甲弾には弾道キャップが取り付けられた。中空の弾道キャップは、弾丸が標的に命中すると分離する仕組みになっていた。これらの弾丸は、徹甲弾道キャップ付き弾丸（APBC）に分類された。

徹甲弾頭は1900年代初頭に開発され、第一次世界大戦中はイギリスとドイツの両艦隊で使用されていた。砲弾は一般的に炸薬を内蔵したニッケル鋼製の本体と、重装甲を貫通するための硬化鋼製の先端部から構成されていた。高速で硬化鋼板に衝突すると砲弾に大きな力が加わり、標準的な徹甲弾は特に斜めの角度で衝突した場合、貫通せずに破砕する傾向があったため、砲弾設計者は砲弾の先端部に軟鋼製のキャップを追加した。より柔軟な軟鋼は衝撃で変形し、砲弾本体に伝わる衝撃を軽減する。砲弾の設計は様々で、中空のキャップが付いているものと、中実のキャップが付いているものがあった。^{[ 8 ]}

最高の性能を持つ貫通キャップは空力特性があまり良くなかったため、後に抗力を低減するために追加の弾道キャップが取り付けられました。その結果できた弾丸は、装甲貫通キャップ付き弾道キャップ（APCBC）に分類されました。中空の弾道キャップにより弾丸の先端が鋭くなり、抗力が低減され、着弾時に分離しました。^{[ 9 ]}

半徹甲弾（SAP弾）は、軟鋼製の固体弾（徹甲弾（AP弾）の高炭素鋼製弾頭の代わりに軟鋼製）である。現代の高炭素鋼製弾頭に比べて貫通力は劣るものの、低コストの弾薬として機能する。

イギリスの命名法では装甲貫通複合硬弾( APCR ) 、アメリカの命名法では高速装甲貫通弾( HVAP ) とも呼ばれ、別名「硬質コア弾」(ドイツ語: Hartkernprojektil ) または単に「コア弾」(スウェーデン語: kärnprojektil ) とも呼ばれるこの弾丸は、炭化タングステンなどの高密度硬質材料のコアを、より軽量な材料 (例えばアルミニウム合金) の全口径シェルで囲んだものである。しかし、 APCR の断面密度が低いため、空気抵抗が大きくなる。炭化タングステンなどのタングステン化合物は、不均質で廃棄されたサボット弾に少量使用されたが、この元素はほとんどの場所で不足していた。ほとんどのAPCR弾は標準的なAPCBC弾と同じ形状をしているが（ドイツのPzgr.40やソ連の一部の設計では短い矢のような形をしている）、重量は同口径の標準的なAP弾の最大半分程度と軽量である。軽量化により初速が上昇する。弾丸の運動エネルギーはコアに集中し、着弾面積が小さくなるため、標的装甲の貫通力が向上する。着弾時の破砕を防ぐため、APC弾と同様にコアと外側の弾道シェルの間に衝撃緩衝キャップが配置されている。しかし、弾丸は軽量化されているものの全体サイズは同じであるため、弾道特性は劣り、長距離では速度と精度が低下する。APCRは、砲身から発射された後に外側の軽合金シェルが不要になったAPDSに取って代わられた。軽量金属で覆われた重くて小径の貫通体という概念は、後に小火器の徹甲焼夷弾やHEIAP弾に採用された。

イギリスの命名法では装甲貫通複合非剛性弾( APCNR ) は、^{[ e ]}別名「フランジ弾」(スウェーデン語: flänsprojektil ) またはあまり一般的ではないが「装甲貫通超高速弾」とも呼ばれ、スクイーズボア武器 (「テーパーボア」武器とも呼ばれる)で使用される小口径弾である。スクイーズボア武器は、銃口に向かってテーパー状になっている銃身または銃身延長部を備えた武器であり、ゲルリッヒ原理として知られるシステムである。この弾丸の設計は APCR の設計と非常によく似ており、軟鉄または他の合金のシェル内に高密度のコアを備えているが、弾丸の直径をより大きな口径にするために、弾丸の外壁に沿って軟金属のフランジまたはスタッドが追加されている。この口径は最初のフルボア口径であるが、外殻はテーパーを通過する際に変形する。テーパー部分にフランジまたはスタッドが圧着されているため、砲口から出ると弾丸の断面積全体が小さくなります。^{[ 9 ]}これにより、断面積密度が高くなり、飛行特性が向上し、同じ重量の変形していない砲弾よりも長距離での速度維持性能が向上します。APCRと同様に、弾丸の運動エネルギーは着弾点の中心部に集中します。砲口に向かって砲身の断面積が減少することで、弾丸の初速が大幅に増加し、膨張する推進ガスの速度も相応に増加します。

ドイツ軍は第二次世界大戦初期に、最初の設計を軽対戦車兵器である2.8cm schwere Panzerbüchse 41として配備し、その後4.2cm Pak 41と7.5cm Pak 41を配備した。榴弾も使用されたが、重量はわずか93グラムで効果は低かった。^{[ 10 ]}ドイツ軍のテーパーは砲身の固定部分であった。 

一方、イギリス軍は必要に応じて着脱可能なリトルジョン式スクイーズボアアダプターを使用した。このアダプターは、QF 2ポンド砲よりも大きな砲を搭載できなかった装甲車や軽戦車の用途を拡大した。あらゆる種類の砲弾や散弾が使用可能だったものの、戦闘中にアダプターを交換することは通常現実的ではなかった。

APCNRは、テーパーのない銃身に対応したAPDS設計に取って代わられた。

重要な徹甲弾の開発の一つに、徹甲弾分離サボット（APDS）がある。初期のバージョンは、フランスのエドガー・ブラント社に勤務する技術者によって開発され、1940年の仏独休戦協定の直前に2つの口径（75 mm Mle1897/33対戦車砲 用の75 mm/57  mm 、いくつかの37 mm砲タイプ用の37 mm/25 mm）で実戦配備された。 ^{[ 11 ]}イギリスに疎開していたエドガー・ブラント社の技術者たちは、そこで進行中のAPDS開発作業に参加し、その概念と実現に大きな改良をもたらした。APDS弾は、1941年から1944年にかけて、兵器研究部門の2人の設計者、L. パーマッターとSW コッポックによってイギリスでさらに開発された。 1944年半ば、APDS弾はイギリスのQF 6ポンド対戦車砲に初めて採用され、その後1944年9月にはQF-17ポンド対戦車砲にも採用された。^{[ 12 ]}そのアイデアは、より強く密度の高い貫通体材料を小型化することで空気抵抗を減らし、着弾速度と装甲貫通力を向上させることだった。   

徹甲弾の概念では、標的の装甲厚よりも高い貫通能力が求められます。貫通体は高密度材料の尖った塊で、形状を維持し、可能な限り多くのエネルギーを標的の奥深くまで伝えるように設計されています。一般的に、徹甲弾の貫通能力は、弾丸の運動エネルギーと、そのエネルギーが狭い領域に集中することで向上します。したがって、貫通力を高める効率的な方法は、弾丸の速度を上げることです。しかし、弾丸が装甲に高速で衝突すると、より大きな衝撃が発生します。材料にはそれぞれ固有の最大耐衝撃レベルがあり、それを超えると粉砕したり、崩壊したりする可能性があります。比較的高い衝突速度では、鋼は徹甲弾に適した材料ではなくなります。タングステンおよびタングステン合金は、非常に高い耐衝撃性と耐粉砕性、そして高い融点と沸点を持つため、さらに高速の徹甲弾にも適しています。また、密度も非常に高いです。航空機や戦車の砲弾には、劣化ウランを芯材として用いるものがある。劣化ウラン弾は、着弾時に自然発火し、自己研磨する性質を持つため、標的の装甲のごく一部に強烈な熱とエネルギーを集中させることができる。また、一部の砲弾は、厚い装甲の貫通を容易にするために、炸薬や焼夷弾頭を使用している。高性能炸薬焼夷徹甲弾は、炭化タングステン製の貫通体と、焼夷弾頭および炸薬弾頭を組み合わせたものである。

エネルギーは、軽量の外側キャリアであるサボット（フランス語で木靴を意味する）で囲まれた、直径の小さいタングステン弾頭を使用することで集中されます。この組み合わせにより、直径が小さく（したがって質量、空気抵抗、貫通抵抗が低い）弾頭を、膨張する推進剤の「押し出し」面積が大きい状態で発射することが可能になり、より大きな推進力とそれに伴う運動エネルギーが得られます。砲身から出ると、サボットは遠心力と空気力の組み合わせによって剥がれ落ち、弾頭の飛行中の空気抵抗を低く抑えます。同じ口径であれば、APDS弾を使用することで、砲の対戦車性能を実質的に2倍にすることができます。

徹甲フィン安定式分離サボット（APFSDS）は、英語では「矢の発射体」または「ダーツの発射体」（ドイツ語：Pfeil-Geschoss、スウェーデン語：pilprojektil、ノルウェー語：pilprosjektil）とも呼ばれ、サボット付きの小口径高断面積密度発射体で、一般的にはロングロッド貫通弾（LRP）として知られ、弾道安定化（いわゆる空気抵抗安定化）のために後端に固定フィンが取り付けられています。フィンによる安定化により、APFSDS小口径発射体は、非常によく似たスピン安定化弾薬タイプAPDS（徹甲分離サボット）と比較して、小口径の厚さに対してはるかに長くすることができます。スピン安定化（縦軸回転）を使用する弾丸は、正確な飛行のために長さと直径（口径）の質量比が一定である必要があり、従来は長さ対直径比が10未満（高密度弾丸の場合はそれ以上）でした。スピン安定化弾丸が長すぎると、飛行中に不安定になり、回転します。これは、APDSサブ弾丸の長さとサブ口径の関係を制限し、その結果、十分な運動エネルギー（射程と貫通力）を得るために弾丸の質量が軽くなりすぎないようにサブ弾丸をどれだけ薄くできるかを制限し、その結果、弾丸の空力特性（口径が小さいほど空気抵抗が少なくなる）を制限し、速度を制限するなどといった問題が生じます。この問題を回避するために、APFSDSサブ弾丸は、サブ弾丸の底部にフィンを取り付けて大きな金属製の矢のようにすることで、空力抵抗安定化（縦軸回転なし）を使用しています。 APFSDSサブ弾は、APDS弾よりも全長対直径比がはるかに高いため、サブ口径比（サブ口径とフル口径の比）がはるかに高くなり、空気抵抗を低減するために極めて小さな前面断面積を持つことができ、その結果、銃口速度をより良く維持できる。同時に、長い形状を維持することで、長さによる質量を大きく保ち、運動エネルギーを増やすことができる。速度と運動エネルギーは、弾丸の射程と貫通力を決定する。この細長い形状は断面密度も高く、結果として貫通力を高める。

大口径（105 mm以上）のAPFSDS弾は、通常、滑腔（非ライフリング）砲身から発射されます。これは、フィンによる安定化により、ライフリングによる回転安定化が不要になるためです。従来のAPFSDS弾は、ライフリングによる激しい回転によって弾頭のフィンなどが損傷・破壊されるため、ライフリング砲から発射することはできません。しかし、サボットに「スリップ駆動バンド」（サボットから自由に回転する駆動バンド）を使用することで、この問題は解決できます。このような弾薬は、1970年代から1980年代にかけて、西部王立兵器廠L7や東部D-10Tなどのライフリング付き大口径戦車砲などに導入されました。^{[ 13 ]}しかし、そのような砲は2000年代初頭から退役しているため、ライフル付きAPFSDSは主に小口径から中口径（60mm未満 ）の兵器システムで使用され、主に従来のフル口径弾薬を発射するため、ライフル加工が必要となります。

APFSDS弾は通常、タングステン重合金（WHA）や劣化ウラン（DU）などの高密度金属合金で作られています。初期のソ連製弾薬にはマルエージング鋼が使用されていました。DU合金は他の合金よりも安価で、密度が高く自己研磨性があるため貫通力に優れています。ウランは自然発火性があり、特に弾丸が装甲を貫通して酸化していない金属が露出すると、偶発的に発火する可能性がありますが、金属の破片や粉塵が戦場を有毒物質で汚染します。米国とロシアを除くほとんどの国では、毒性の低いWHAが好まれています。