徹甲弾
徹甲弾は、金属板や軽金属で作られた被帽と鋼鉄で作られた弾体から構成される。弾体の中に少量の炸薬を詰め込み、貫徹後の内部破壊を期待する徹甲榴弾も用いられる。
初期の徹甲弾は、艦砲で発達が始まり、「相手の装甲より硬く、そして充分に重い砲弾をぶつけてやれば装甲は破壊できる。さらに矢のように先端を尖らせておけば突き刺さりやすい」と言う思想で開発されていた。そして敵艦の舷側装甲水線部を打ち破ることが目的とされた。
しかし、表面硬化装甲が開発されると、正撃の場合は弾体が砕け、斜撃の場合は砲弾が滑るという事態が発生するようになった。これにより日露戦争時頃には戦艦主砲砲弾の対戦艦貫通力は不足した。
そのため、先頭を丸くし、金属板や軽金属で作られたキャップを取り付けることで、着弾時の衝撃による弾体の破壊を防ぎ、相手の装甲への食い付きを良くした被帽付き徹甲弾が開発され、以後の主流となった。また加工された被帽は着弾時に潰れながら、装甲表面硬化層に対して破砕を及ぼし、弾体の貫通を助ける。これらにより艦砲の砲弾は第一次世界大戦頃には貫徹力が増大した。
また弾道を安定させ、空気抵抗を減らすための先端が尖った被帽(仮帽・風帽)も砲弾頭部に取り付けられた。これは弾着時には飛散して外れ、残った貫通用の被帽と共に弾体が相手の装甲へ食い込んだ。
APFSDS、HEAT(成形炸薬)といった高速度で侵徹が生じる徹甲弾では、装甲から受ける抵抗により弾体の塑性変形・消耗が生じる。この時、侵徹速度は弾体の速度とは異なるために上記議論では侵徹深さを求めることが出来ない。Birkhoff、McDougall、Pugh、Taylorは成形炸薬のような弾体が柔らかく、また衝突速度が高いために装甲の強度を考慮しなくてもいい侵徹が生じる場合について、運動量保存則に基づいて立式し、流体力学的な取り扱いにより侵徹速度と侵徹深さを導出した。このような背景から、弾体が消耗する侵徹はHydrodynamic penetrationと呼ばれる。
Birkhoffらの理論によれば、侵徹速度(弾体先端の速度) u {\displaystyle u} と弾体速度(弾体後端の速度) v {\displaystyle v} の間には
1 2 ρ p ( v − u ) 2 = 1 2 ρ t u 2 {\displaystyle {\frac {1}{2}}\rho _{p}\left(v-u\right)^{2}={\frac {1}{2}}\rho _{t}u^{2}}
の関係があり、上式から定まる侵徹速度と弾体が消失するまでの時間から、侵徹深さ P {\displaystyle P} は
P / L = ρ p ρ t {\displaystyle P/L={\sqrt {\frac {\rho _{p}}{\rho _{t}}}}}
と表される。ここで、 ρ p {\displaystyle \rho _{p}} 、 ρ t {\displaystyle \rho _{t}} は弾体および装甲の密度であり、 L {\displaystyle L} は弾体の初期長さである。このことは、十分に高速な速度域では、その侵徹深さは弾体の、装甲の密度と弾体の初期長さによって決まることを示している。
一方、APFSDSのような弾体の強度が高く、衝突速度が低い弾体では、弾体、装甲の強度が侵徹速度、侵徹深さに影響しうる。TateおよびAlekseevskiiは弾体と装甲の強度を考慮したモデルを独立に提案している。本モデルに基づけば、衝突速度が十分に高いとき、侵徹深さは密度比によって決定されるものの、APFSDS程度の速度域(1~2 km/s)では、装甲の強度はその侵徹深さに大きく影響する。
AndersonおよびWalkerはこのような弾体が消耗する侵徹を連続体力学の観点から取り扱い、弾体が消耗する侵徹と弾体が健全な侵徹とを統一的に取り扱うモデルを提案している