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成形炸薬（空洞を持つ形状の場合は中空炸薬とも呼ばれる）は、爆薬のエネルギー効果を集中させるために成形された爆薬である。様々な種類の成形炸薬は、金属の切断や成形、核兵器の起爆、装甲の貫通、石油・ガス産業における油井の穿孔など、様々な目的に使用される。
成形炸薬の有効性は、製造技術によって大きく左右されます。成形炸薬の軍事および民間での使用から、円錐形の空洞に金属ライナーを備え、従来技術と従来のライナー材料を使用して製造された典型的な現代の成形炸薬は、硬化鋼の障壁を最大で6炸薬径（CD）の深さまで貫通できることが知られています。しかし、成形炸薬の製造精度を高め、ライナー材料と爆薬のすべての品質要件を満たし、高性能爆薬の充填に高度な方法を使用し、爆発面を正確に制御できる起爆システムを使用することで、この限界を8～10炸薬径まで高めることが可能です。最終的に、完全に製造された成形炸薬では、鋼の障壁を12口径または炸薬径に相当する深さまで貫通できると期待されています。[ 1 ] [ 2 ]
誤解されがちですが、おそらくHEAT（高性能対戦車爆薬）という頭字語から生じた誤解とは異なり、成形炸薬はその効果を発揮するために加熱や溶融に全く依存しません。つまり、成形炸薬からのジェットは装甲を溶かすのではなく、その効果は純粋に運動エネルギーによるものです。[ 3 ]ただし、このプロセスではかなりの熱が発生し、貫通後にはしばしば大きな二次的な焼夷効果があります。
爆発物からの衝撃波は、爆発物の表面に垂直です。円錐の内部は衝撃波を円錐の軸に沿った点に集中させます。爆発が起爆点から進行するにつれて、集中した衝撃波は円錐の軸に沿って進み、その過程でエネルギーを蓄積します。[ 4 ]
ライナーを追加することで、円錐部から高速ジェットとして噴出される重い質量が得られ、爆発の効果が増大する。
マンロー効果またはノイマン効果とは、爆薬の表面に切り込まれた空洞によって爆風エネルギーが集中する現象である。中空爆薬に関する最初の記述は1792年に遡る。当時ドイツの鉱山技師であったフランツ・クサヴァー・フォン・バーダー（1765～1841）は、鉱山雑誌で爆薬の先端に円錐形の空間を設けることで爆薬の効果を高め、火薬を節約できると提唱した。[ 5 ] 1805年頃、このアイデアは一時的にノルウェーとドイツのハルツ山地の鉱山で採用されたが、当時入手可能な爆薬は火薬のみであり、火薬は高性能爆薬ではないため、成形爆薬効果に必要な衝撃波を発生させることができなかった。 [ 6 ]
最初の真の空洞炸薬効果は、1883年にドイツのヴァルスローデにあるウォルフ＆カンパニーのニトロセルロース工場の責任者であったマックス・フォン・フェルスター（1845-1905）によって達成された。[ 7 ] [ 8 ]
1886年までに、ドイツのデュッセルドルフのグスタフ・ブルームは、爆発の効果を軸方向に集中させるための半球状の空洞を持つ金属雷管に関する米国特許第342,423号を出願した。 [ 9 ]
マンロー効果は、1888 年にそれを発見したチャールズ E. マンローにちなんで名付けられました。ロードアイランド州ニューポートの米国海軍魚雷基地で民間化学者として働いていた彼は、製造者の名前が刻印された爆薬綿の塊を金属板の隣で爆発させると、文字が金属板に刻まれることに気づきました。逆に、爆薬の表面より浮き彫りにされた文字があれば、金属板の文字も金属板の表面より浮き上がります。[ 10 ] 1894 年、マンローは最初の粗雑な成形炸薬を製作しました。[ 11 ] [ 12 ]
行われた実験の中には、鉄と鋼の板でできた、厚さ4インチと4分の3の壁を持つ、一辺29インチの安全な立方体に関するものがあった。[...] 重さ9ポンド半の圧縮されていないダイナマイトの中空装薬をその上で爆発させたところ、直径3インチの穴が壁を貫通した。[...] 中空カートリッジは、ダイナマイトの棒をブリキ缶の周りに縛り付け、ブリキ缶の開口部を下向きにして作られた。
—チャールズ・E・マンロー、『爆発物の応用』[ 13 ]
マンローによる成形炸薬の実験は1900年に『ポピュラーサイエンス・マンスリー』で広く報道されたが、中空炸薬のブリキ缶の「ライナー」の重要性はその後44年間認識されなかった。[ 14 ] 1900年の記事の一部は1945年2月号の『ポピュラーサイエンス』に再掲載され、[ 4 ]成形炸薬弾頭の仕組みが説明された。第二次世界大戦中、アメリカ陸軍のバズーカが装甲車両に対して実際にどのように機能したのかを一般の人々にようやく明らかにしたのは、この記事であった。
1910年、ドイツのエゴン・ノイマンは、通常鋼板をへこませるだけのTNTの塊が、爆薬に円錐形のへこみがあると穴を開けることを発見した。 [ 15 ] [ 16 ]マンローとノイマンの研究の軍事的有用性は長い間評価されなかった。両世界大戦の間に、ソビエト連邦のミロン・ヤコブレヴィチ・スハレフスキー[ 17 ] 、イギリスのウィリアム・H・ペイマンとドナルド・ウィットリー・ウッドヘッド[ 18 ]、アメリカのロバート・ウィリアムズ・ウッド[19]など、いくつかの国の学者が、爆発中に飛翔体が形成される可能性があることを認識した。
1932年、ウィーン工科大学で物理学を学んでいたフランツ・ルドルフ・トマネクは、中空弾頭効果に基づいた対戦車砲弾を考案した。オーストリア政府がこのアイデアの実現に興味を示さなかったため、トマネクはベルリン工科大学に移り、弾道学の専門家カール・ユリウス・クランツの下で研究を続けた。[ 20 ] 1935年、彼はヘルムート・フォン・フッテルンと共に対戦車砲弾の試作機を開発した。この兵器の性能は期待外れだったものの、トマネクはブラウンシュヴァイクのドイツ空軍兵器研究所でフーベルト・シャルディンと協力し、開発作業を続けた。 [ 21 ]
1937年までに、シャルディンは中空炸薬効果は衝撃波の相互作用によるものだと考えていた。この考えを検証していた1938年2月4日、トーマネクは成形炸薬爆薬（または中空炸薬ライナー効果）を考案した。 [ 22 ] （ 1938年にグスタフ・アドルフ・トーマーがフラッシュラジオグラフィーで成形炸薬爆発によって生成された金属ジェットを初めて可視化した。[ 23 ]）一方、スイスの化学技師ヘンリー・ハンス・モハウプトは1935年に独自に成形炸薬弾薬を開発し、スイス、フランス、イギリス、アメリカの軍隊に実証した。[ 24 ]
第二次世界大戦中、成形炸薬弾はドイツ（パンツァーシュレック、パンツァーファウスト、パンツァーヴルフミーネ、ミステル）、イギリス（No.68対戦車手榴弾、PIAT、ビーハイブ爆薬）、ソビエト連邦（RPG-43、RPG-6）、アメリカ（M9ライフル手榴弾、バズーカ）[ 25 ] [ 26 ] 、イタリア（各種砲用のエフェット・プロント・スペチアーレ砲弾） [ 27 ]、日本（三式手榴弾、ルンゲ地雷） [ 28 ] [ 29 ]によって開発された。成形炸薬の開発は対戦車戦に革命をもたらした。戦車は歩兵や航空機が携行できる兵器に対して深刻な脆弱性を抱えることになった。
成形炸薬の初期の使用例の 1 つは、 1940 年にドイツのグライダー部隊がベルギーのエベン・エマエル要塞に対して使用したものです。 [ 30 ]ドイツ兵器局のヴエルフケン博士によって開発されたこれらの爆破用炸薬は、裏地のない爆薬であり[ 31 ]、現代の HEAT 弾頭のように金属ジェットを生成しませんでした。金属ライナーがないため、砲塔を揺らすことはできましたが破壊することはできず、他の空挺部隊が砲塔に登って砲身を叩き壊す必要がありました。[ 32 ]
成形炸薬弾頭の軍事用語における一般的な名称は、高性能対戦車炸薬（HEAT）弾頭です。HEAT弾頭は、対戦車誘導ミサイル、無誘導ロケット、砲弾（回転安定型と非回転型）、ライフルグレネード、地雷、小型爆弾、魚雷、その他様々な兵器に頻繁に使用されています。
第二次世界大戦中、この爆薬の構造精度と起爆方式は、現代の弾頭に比べて劣っていた。この精度の低さにより、ジェットはより早い段階で、つまりより短い距離で曲がって分裂した。結果として生じる拡散により、一定の円錐直径に対する貫通深度が減少し、最適なスタンドオフ距離も短くなった。爆薬はスタンドオフ距離が長くなると効果が低下するため、一部のドイツ戦車に通常の対戦車ライフル[ 33 ]から保護するために取り付けられたサイドスカートや砲塔スカート（シュルツェンとして知られる）は、ジェットが拡散する余地を与え、HEAT弾の貫通力も低下させることがわかった。
装甲車両に追加された間隔のある装甲スカートを使用すると、場合によっては逆の効果が生じ、成形炸薬弾頭の貫通力が増加する可能性があります。発射体/ミサイルの長さの制約により、多くの弾頭に組み込まれたスタンドオフは最適距離よりも短くなっています。このような場合、スカートは装甲と目標の間の距離を効果的に増加させ、弾頭は最適スタンドオフに近い位置で爆発します。[ 34 ]スカートは、主にRPG-7発射体の信管システムを損傷するために使用されるケージ装甲と混同してはなりませんが、HEAT発射体が衝突時に上下に傾き、成形炸薬の貫通流の貫通経路を長くすることもできます。ノーズプローブがケージ装甲のスラットの1つに衝突した場合、弾頭は通常どおり機能します。
非軍事用途では、成形炸薬は建物や構造物の爆破解体、特に金属製の杭、柱、梁の切断[ 35 ] [ 36 ] [ 37 ]や穴あけ[ 38 ]に使用されます。製鉄では、スラグで詰まったタップを貫通するために小型の成形炸薬がよく使用されます[ 38 ] 。また、採石、氷の砕き、丸太の詰まりの解消、木の伐採、杭穴の掘削にも使用されます[ 38 ] 。
成形炸薬は、石油および天然ガス産業、特に油井およびガス井の完成において最も広く使用されており、油井およびガス井の金属ケーシングに一定間隔で穴を開けて油やガスの流入を可能にするために爆破される。[ 39 ] [ 40 ]この産業におけるもう1つの用途は、火から酸素を奪うことで油やガスの火災を消火することである。
はやぶさ2ミッションでは、小惑星162173リュウグウに対して4.5kg （9.9ポンド）の成形炸薬が使用された。探査機は小惑星上に爆薬を投下し、探査機を遮蔽物で覆った状態で爆破した。爆破により幅約10メートルのクレーターが掘られ、小惑星の原始的なサンプルを採取できるようになった。[ 41 ]
典型的な装置は、一方の端に金属で裏打ちされた円錐形の空洞を持つ固体の爆薬円筒と、もう一方の端に中央の起爆装置、起爆装置アレイ、または爆轟導波管から構成される。爆発エネルギーは爆薬の表面から垂直な方向に放出されるため、爆薬の形状を調整することで、空洞内に爆発エネルギーを集中させることができる。空洞が適切に、通常は円錐形に成形されている場合、爆薬の爆発によって発生する巨大な圧力により、空洞内の裏打ち材が内側に押し込まれ、中心軸を中心に崩壊する。
その結果生じる衝突によって、金属粒子の高速ジェットが形成され、軸方向に前方へ噴射される。ジェットの大部分はライナーの最内層、すなわち厚さの約10～20％の層から発生する。ライナーの残りの部分は、よりゆっくりと移動する塊状の物質を形成し、その形状から「ニンジン」と呼ばれることもある。
ライナーに沿った崩壊速度のばらつきにより、ジェットの速度も全長に沿って変化し、先端から徐々に低下します。このジェット速度のばらつきによってジェットは引き伸ばされ、最終的には粒子に分裂します。時間が経つにつれて、粒子は整列を崩す傾向があり、長距離での貫通深度が減少します。
円錐の頂点、つまりジェットの最先端部では、ライナーはジェットの一部を形成する前に完全に加速する時間がありません。そのため、ジェットのごく一部が、その背後で形成されるジェットよりも低い速度で噴射されます。結果として、ジェットの初期部分が合体し、先端部が顕著に幅広くなります。
ジェットの大部分は極超音速で移動する。先端は7～14 km/s、ジェット尾部はそれより低い速度（1～3 km/s）、弾頭はさらに低い速度（1 km/s未満 ）で移動する。正確な速度は、爆薬の形状と閉じ込め、爆薬の種類、使用される材料、および爆薬の起爆モードによって異なる。典型的な速度では、貫通プロセスによって非常に大きな圧力が発生するため、流体力学的とみなすことができる。ジェットと装甲は、材料強度を無視して、粘性のない圧縮性流体として扱うことができる（例えば、[ 43 ]を参照）。
磁気拡散分析を用いた最近の手法では、飛行中の銅製ジェット先端の体積の外側50%の温度が1100Kから1200Kの間であることが示され[ 44 ] 、これは以前想定されていたよりも銅の融点(1358K)にずっと近い値である[ 45 ] 。この温度は、実験全体をシミュレートした流体力学的計算と一致している[ 46 ] 。これに対し、1970年代後半の2色放射測定では、さまざまな成形炸薬ライナー材料、コーン構造、および爆薬充填剤の種類に対してより低い温度が示されている[ 47 ] 。
銅ライナーと尖った円錐形の先端を持つComp-B装填成形炸薬は、5回のショットサンプリングでジェット先端温度が668 Kから863 Kの範囲であった。丸い円錐形の先端を持つOctol装填炸薬は一般的に表面温度が高く、平均810 Kであった。また、Comp-Bを充填した錫鉛ライナーの温度は平均842 Kであった。錫鉛ジェットは液体であると判断されたが、銅ジェットは銅の融点よりかなり低い。しかし、これらの温度は、回収された軟らかい銅ジェット粒子が中心部で溶融の兆候を示し、外側部分は固体のままであるという証拠と完全に一致するものではなく、バルク温度と同一視することはできない。[ 48 ]
爆薬の位置は、標的に対して最適な位置にあることが、2 つの理由から極めて重要である。爆薬が近すぎると、ジェットが完全に発達するのに十分な時間がない。しかし、ジェットは比較的短い距離、通常は 2 メートル未満で崩壊して拡散する。このような距離では、ジェットは粒子に分裂し、貫通軸から外れて回転して漂う傾向があるため、連続する粒子は穴を深くするのではなく、広げる傾向がある。非常に長い距離では、空気抵抗によって速度が失われ、貫通がさらに低下する。通常、通常の距離は円錐直径の 1.5 倍である。[ 42 ]
成形炸薬の有効性に関するもう1つの重要な要素は、その直径です。標的を貫通し続けると、穴の幅が狭くなり、特徴的な「拳から指へ」の動きが生じます。最終的な「指」のサイズは、元の「拳」のサイズに基づいています。一般的に、成形炸薬は、炸薬の品質に応じて、直径の150%から700% [ 49 ]の厚さの鋼板を貫通することができます。この数値は基本的な鋼板に関するものであり、複合装甲、反応装甲、またはその他のタイプの現代装甲に関するものではありません。
ライナーの最も一般的な形状は円錐形で、内頂角は 30 ～ 90 度です。[ 50 ] [ 51 ]頂角が異なると、ジェットの質量と速度の分布も異なります。頂角が小さいと、ジェットが分岐したり、ジェットが全く形成されなかったりすることがあります。これは、崩壊速度が一定の閾値を超えているためで、通常はライナー材料のバルク音速よりわずかに高い値です。その他広く使用されている形状には、半球、チューリップ、トランペット、楕円、双円錐などがあります。さまざまな形状によって、ジェットの速度と質量の分布が異なります。
ライナーは、さまざまな金属[ 52 ]やガラスなど、多くの材料で作られています。最も深い貫通は、高密度で延性のある金属で達成されますが、もちろん、これらが唯一の条件ではありません。そうでなければ、鉛はこの目的にもっと普及しているはずです。代わりに、銅が非常に一般的な選択肢となっています。現代の対装甲兵器の一部では、モリブデンと、タングステン充填材と銅結合材の擬似合金(9:1、したがって密度は約 18 Mg/m 3 ) が採用されています。アルミニウム、タングステン、タンタル、劣化ウラン、鉛、スズ、カドミウム、コバルト、マグネシウム、チタン、亜鉛、ジルコニウム、モリブデン、ベリリウム、ニッケル、銀、さらには金やプラチナなど、ほぼすべての一般的な金属元素が試されています。[ 53 ]材料の選択は、貫通するターゲットに依存します。例えば、アルミニウムはコンクリートの標的に対して有利であることがわかっている。[ 54 ]
初期の対戦車兵器では、銅がライナー材として使用されていました。その後、1970年代には、タンタルは銅よりもはるかに高い密度と高ひずみ速度での非常に高い延性を持つため、銅よりも優れていることがわかりました。他の高密度金属や合金は、価格、毒性、放射能、または延性の不足の点で欠点がある傾向があります。[ 55 ]
最も深い貫通においては、純金属が最良の結果をもたらします。純金属は最も高い延性を示し、ジェットが伸びる際に粒子に分裂するのを遅らせるからです。しかし、油井の仕上げ作業における充填材では、貫通したばかりの穴を塞ぎ、石油の流入を妨げる固体の塊、いわゆる「ニンジン」が形成されないことが不可欠です。そのため、石油業界では、ライナーは一般的に粉末冶金法によって製造され、多くの場合、焼結されていない擬似合金から作られます。擬似合金は、主に分散した微細な金属粒子からなるジェットを生成します。
しかし、焼結されていない冷間プレスライナーは防水性がなく、脆い傾向があるため、取り扱い中に損傷しやすい。通常は亜鉛ライニングされた銅のバイメタルライナーを使用できる。ジェット形成中に亜鉛層が蒸発し、スラグは形成されない。欠点は、コストが増加し、ジェット形成が2つの層の接合品質に依存することである。低融点（500 ℃未満）のはんだまたはろう付けのような合金（例：Sn 50 Pb 50、Zn 97.6 Pb 1.6、または鉛、亜鉛、カドミウムなどの純金属）を使用できる。これらは坑井ケーシングに到達する前に溶融し、溶融金属が孔を塞がない。その他の合金、二元共晶合金（例えば、Pb 88.8 Sb 11.1、Sn 61.9 Pd 38.1、または Ag 71.9 Cu 28.1 ）は、延性のあるマトリックスと脆い樹枝状結晶からなる金属マトリックス複合材料を形成します。このような材料はスラグの形成を抑制しますが、成形が困難です。
低融点材料の離散的な介在物を含む金属マトリックス複合材も別の選択肢です。介在物は、ジェットが坑井ケーシングに到達する前に溶融して材料を弱めるか、または亀裂の核生成サイトとして機能し、スラグは衝突時に破砕されます。第2相の分散は、銅に不溶な低融点金属（ビスマス、1～5%のリチウム、または最大50%（通常15～30%）の鉛など）を含む鋳造合金（銅など）でも実現できます。介在物のサイズは熱処理によって調整できます。介在物の不均一な分布も実現できます。他の添加剤によって合金の特性を変化させることができます。スズ（4～8%）、ニッケル（最大30%、多くの場合スズと併用）、最大8%のアルミニウム、リン（脆いリン化物を形成）、または1～5%のシリコンは、亀裂の発生サイトとして機能する脆い介在物を形成します。材料コストを削減し、追加の脆性相を形成するために、最大30%の亜鉛を添加することができる。[ 56 ]
酸化物ガラスライナーは低密度のジェットを生成するため、貫通深さが小さくなります。密度は低いが自然発火性のある金属（例えばアルミニウムやマグネシウム）の層を1層とする二重層ライナーは、装甲貫通作用後の焼夷効果を高めるために使用できます。爆発溶接は、金属間の界面が均質で、金属間化合物がほとんど含まれておらず、ジェットの形成に悪影響がないため、これらのライナーの製造に使用できます。[ 57 ]
貫通深さは、ジェットの最大長さに比例し、これはジェット先端速度と粒子化までの時間の積です。ジェット先端速度はライナー材料中のバルク音速に依存し、粒子化までの時間は材料の延性に依存します。達成可能な最大ジェット速度は、材料中の音速の約 2.34 倍です。[ 58 ]速度は 10 km/s に達し、爆発後約 40 マイクロ秒でピークに達します。円錐先端は約 2500 万 g の加速度を受けます。ジェット尾部は約 2～5 km/s に達します。ジェット先端とターゲット間の圧力は 1 テラパスカルに達することがあります。この巨大な圧力により金属は液体のように流れますが、X 線回折では金属が固体のままであることが示されています。この挙動を説明する理論の 1 つは、ジェットの溶融コアと固体シースを提案しています。最も延性に優れた面心立方金属が最良の材料であるが、黒鉛や延性ゼロのセラミックコーンでもかなりの貫通が見られる。[ 59 ]
最適な貫通力を得るためには、通常、高い爆速と爆圧を持つ高性能爆薬が選ばれます。高性能対装甲弾頭に最も一般的に使用される爆薬はHMX（オクトゲン）ですが、純粋な形では感度が高すぎるため使用されません。通常は、ポリマー結合爆薬（PBX）LX-14のように、数パーセントの何らかのプラスチック結合剤と混合されるか、TNTなどの感度の低い別の爆薬と混合され、オクトールを形成します。その他の一般的な高性能爆薬はRDXをベースとした組成物で、これもPBXとして、またはTNT（コンポジションBおよびシクロトールを形成）やワックス（シクロナイト）との混合物として使用されます。一部の爆薬は、爆発と爆轟温度を上げるために粉末アルミニウムを配合していますが、この添加は一般的に成形炸薬の性能低下につながります。高性能だが敏感な爆薬CL-20を成形炸薬弾頭に使用する研究が行われてきたが、現状ではその敏感さのため、PBX複合材LX-19（CL-20とエスタン結合剤）の形で使用されている。[ 60 ]
「ウェーブシェイパー」とは、爆薬内部に挿入される不活性材料（通常は固体または発泡プラスチックだが、金属や中空の場合もある）の物体（通常は円盤または円筒形のブロック）で、爆轟波の経路を変えることを目的としている。その効果は、コーンの崩壊とそれに伴うジェットの形成を変化させ、貫通性能を高めることである。ウェーブシェイパーは、スペースを節約するためによく使用される。ウェーブシェイパーを使用した短い装薬は、ウェーブシェイパーを使用しない長い装薬と同じ性能を達成できる。[ 60 ] [ 61 ]可能な波形の空間は無限であるため、機械学習法が開発され、計算設計によって成形炸薬の性能を向上させることができる、より最適なウェーブシェイパーを設計している。[ 62 ]
もう1つの便利な設計上の特徴は、サブキャリブレーション、つまり爆薬よりも直径（口径）の小さいライナーを使用することです。通常の爆薬では、円錐の底部付近の爆薬が非常に薄いため、隣接するライナーを効果的なジェットを形成するのに十分な速度まで加速することができません。サブキャリブレーションされた爆薬では、この部分が効果的に切り取られ、同じ性能でより短い爆薬が得られます。[ 60 ]
成形炸薬にはいくつかの種類がある。
線状成形炸薬（LSC）は、V字型断面で長さが変化するライニングを備えています。ライニングは爆薬で囲まれ、爆薬は適切な材料で覆われ、爆薬を保護し、爆発時に閉じ込め（圧縮）する役割を果たします。「爆発時には、爆薬の高圧波が側壁に入射する際に集中することで、LSCの金属ライニングが崩壊し、切断力が生じます。」[ 63 ]爆発はライニングに投影され、連続したナイフのような（平面状の）ジェットを形成します。ジェットは、炸薬のサイズと使用されている材料に応じて、経路上のあらゆる材料を切断します。一般的に、ジェットは炸薬の幅の約1～1.2倍[ 63 ]まで貫通します。複雑な形状を切断するために、線状成形炸薬の柔軟なバージョンもあり、これらは鉛または高密度フォームの被覆と延性/柔軟性のあるライニング材（これも多くの場合鉛）を備えています。LSCは、圧延鋼梁（RSJ）や、建物の制御解体などの他の構造ターゲットの切断によく使用されます。LSCは、多段ロケットの各段を分離し、軌道が外れたときに破壊するためにも使用されます。[ 64 ]
爆発成形貫通弾 (EFP) は、自己鍛造破片 (SFF)、爆発成形発射体 (EFP)、自己鍛造発射体 (SEFOP)、板状装薬、およびミスネイ・シャルダン(MS) 装薬とも呼ばれます。EFP は、爆薬の爆轟波 (および、より小さい程度では爆轟生成物の推進効果) を利用して、延性のある金属 (銅、鉄、またはタンタルなど) の板または皿を、一般的にスラグと呼ばれるコンパクトな高速発射体に射出および変形させます。このスラグは、毎秒約 2 キロメートルの速度で標的に向かって射出されます。従来の (円錐形など) 成形炸薬に対する EFP の主な利点は、非常に大きな距離での有効性であり、その距離は、炸薬の直径の数百倍 (実用的な装置ではおそらく 100 メートル) に相当します。[ 66 ] [ 67 ]
EFPは第一世代の反応装甲の影響を比較的受けにくく、空気抵抗によって装甲を貫通するのに速度が効果的でなくなるか、目標に命中することが問題となるまで、おそらく1000チャージ直径（CD）まで移動できます[ 68 ]。ボールまたはスラグEFPの衝突は通常、直径は大きいが比較的浅い穴（最大でも数CD）を引き起こします。EFPが装甲を貫通すると、剥離と広範囲にわたる装甲後方影響（BAE、装甲後方損傷、BADとも呼ばれる）が発生します。
BAEは主に、高温かつ高速の装甲および弾丸の破片が内部空間に注入され、この破片によって引き起こされる爆風過圧によって発生します。より現代的なEFP弾頭バージョンは、高度な起爆モードを使用することで、長棒（引き伸ばされた弾丸）、マルチスラグ、およびフィン付き棒/弾丸発射体も生成できます。長棒はBAEを多少犠牲にする代わりに、より深い装甲を貫通することができ、マルチスラグは軽目標または面目標の破壊に優れており、フィン付き発射体ははるかに高い精度を備えています。
この弾頭タイプの使用は、主に主力戦車（MBT）の上部、下部、後部装甲部などの軽装甲部分に限定されています。他の装甲の薄い戦闘車両（AFV）への攻撃や、物的目標（建物、掩蔽壕、橋脚など）の破壊に適しています。新しい棒状の弾頭は、MBTのより重装甲の部分に対して効果的である可能性があります。EFP原理を使用した兵器は既に戦闘で使用されており、 2003年のイラク戦争で米空軍と海軍が使用したCBU-97クラスター爆弾の「スマート」子弾はこの原理を採用しており、米陸軍はSADARM （Seek And Destroy ARMor）計画の下で精密誘導砲弾の実験を行っていると報じられています。 EFP原理を利用した他の様々な砲弾（BONUS、DM 642）、ロケット子弾（Motiv-3M、DM 642）、地雷（MIFF、TMRP-6）も存在する。EFP弾頭の例としては、米国特許5038683 [ 69 ]およびUS6606951 [ 70 ]が挙げられる。
現代の対戦車ロケット（RPG-27、RPG-29）やミサイル（TOW-2、TOW-2A、Eryx、HOT、MILAN）の中には、タンデム弾頭成形炸薬を使用するものがあり、これは通常、互いに一定の距離を置いて、2つの別々の成形炸薬が前後に配置されている。TOW-2Aは1980年代半ばに初めてタンデム弾頭を使用したもので、NATOの対戦車ミサイルが新しいERAボックスを装備したソ連戦車に対して効果がないという懸念から、米陸軍は報道機関や議会の圧力によりこの兵器の特徴を明らかにしざるを得なかった。陸軍は、 TOW-2とTOW-2Aの折りたたみ式プローブの先端に40mmの先駆成形炸薬弾頭が取り付けられていることを明らかにした[ 71 ]。
通常、前方の炸薬は後方の炸薬よりもやや小さく、主にERAボックスやタイルを破壊することを目的としている。タンデム弾頭の例としては、米国特許7363862 [ 72 ]および米国特許5561261 [ 73 ]がある。米国のヘルファイア対戦車ミサイルは、同じ直径の2つの成形炸薬を1つの弾頭に積み重ねるという複雑な工学的偉業を達成した数少ないミサイルの1つである。最近、ロシアの兵器会社が、同じ直径の2つの成形炸薬を前後に1つずつ配置した125mm戦車砲弾を公開したが、後方の成形炸薬はオフセットされているため、その貫通流が前方の成形炸薬の貫通流と干渉しない。ヘルファイアとロシアの125mm 弾薬の両方がタンデムで同じ直径の弾頭を持つ理由は、貫通力を高めるためではなく、装甲を超えた効果を高めるためである。
1964年、ソ連の科学者が、もともと厚い鋼鉄装甲を貫通するために開発された成形炸薬を衝撃波を加速する用途に転用することを提案した。[ 74 ]その結果できた装置は、風洞に少し似ており、ボイテンコ圧縮機と呼ばれている。[ 75 ]ボイテンコ圧縮機は、まず可鍛鋼板で試験ガスと成形炸薬を分離する。成形炸薬が爆発すると、そのエネルギーの大部分が鋼板に集中し、鋼板を前方に押し出し、試験ガスをその前方に押し出す。エイムズ研究所はこのアイデアを自己破壊型衝撃波管に応用した。66ポンドの成形炸薬が、長さ2メートル、直径3cmのガラス壁の管内でガスを加速した。結果として生じた衝撃波の速度は毎秒22万フィート（67km /s）であった。爆発にさらされた装置は完全に破壊されたが、その前に有用なデータが抽出された。[ 75 ] [ 76 ]
典型的なボイテンコ圧縮機では、成形炸薬が水素ガスを加速し、それが薄い円盤を約 40 km/s まで加速します。[ 77 ] [ 78 ]ボイテンコ圧縮機の概念を少し変更したものが超圧縮爆轟です。[ 79 ] [ 80 ]これは、従来のガス混合物の代わりに、鋼鉄製の圧縮室で圧縮可能な液体または固体燃料を使用する装置です。[ 81 ] [ 82 ]この技術をさらに拡張したものが爆発ダイヤモンドアンビルセルです。[ 83 ] [ 84 ] [ 85 ] [ 86 ]これは、水素などの単一の鋼鉄製カプセル燃料に複数の対向する成形炸薬ジェットを噴射します。 [ 87 ]これらの装置で使用される燃料は、二次燃焼反応と長い爆風インパルスとともに、燃料空気爆薬や熱圧爆薬で遭遇するのと同様の条件を作り出します。[ 88 ] [ 89 ] [ 90 ] [ 91 ]
提案されたオリオン計画の原子力推進システムでは、宇宙船の反動加速のために核成形炸薬の開発が必要だった。核爆発によって駆動される成形炸薬効果は推測的に議論されてきたが、実際に生成されたことは知られていない。 [ 92 ] [ 93 ] [ 94 ]例えば、初期の核兵器設計者であるテッド・テイラーは、成形炸薬に関して、「適切に成形された1キロトンの核分裂装置は、直径10フィート（3.0メートル）の穴を堅固な岩盤に1000フィート（305メートル）開けることができる」と述べたと伝えられている。 [ 95 ]また、 1960年代には、終末弾道ミサイル防衛のために核駆動の爆発成形貫通体が提案されたようだ。 [ 96 ] [ 97 ]
{{cite journal}}:ジャーナルを引用するには|journal=（ヘルプ）{{cite journal}}:ジャーナルを引用するには|journal=（ヘルプ）。ほとんどの高性能対戦車 (HEAT) 弾薬の場合、空洞角度は 42 ～ 45 度です。即席の装薬は、空洞角度が 30 ～ 60 度の場合に機能します。
使用する高性能爆薬の爆発力と金属ライナーの内側頂角によって決まります。角度が小さいほどジェットの速度は速くなります。しかし、角度が小さすぎるとジェットが分岐したり、ジェットが全く形成されなかったりする可能性があります。そのため、「適切な」妥協点を見つける必要があります（通常は40～90°）。
{{cite journal}}: CS1 maint: 複数の名前: 著者リスト (リンク)一部の高度な EFP は、100 メートルを超える距離でも効果があることが示されています。
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