Under första världskriget började krigförarna använda personligt pansarskydd för infanterister i form av stålhjälmar och kuirasser, som på ett visst avstånd inte kunde penetreras av låghastighets handeldvapen. För närvarande kan SIBZ med sammansatta plattor av borkarbid med en tjocklek på 9 mm inte penetreras av pansargenomträngande kulor med en stålkärna av kalibrer 5, 45x39 mm, 5, 56x45 mm, 7, 62x39 mm, 7, 62x51 mm och 7, 62x54 mm på ett avstånd på mindre än 100 meter …
För att övervinna detta hinder använder pansargenomträngande kulor av handeldar alltmer en kärna gjord av en sammansatt legering av volframkarbid med kobolt av typen VK8 med en kornstorlek på mindre än 1 μm, vars yttersta styrka vid böjning är 2 GPa, i komprimering av 4 GPa vid hårdhet HRA 85 enheter. Ännu mer lovande är en metalllegering av volframtyp VNZh97 analogt med kärnorna i rustningsgenomträngande artilleriskal. SIBZ -plattorna har emellertid också en reserv för att öka motståndet både genom att öka andelen borkarbid i kompositen och med tjockleken på plattorna (med hänsyn till tendensen att gå över till användning av passiva exoskeleton som en del av infanteriutrustning).
Dessutom är den klassiska ogival-skalkulan en extremt ineffektiv bärare av en rustningsgenomträngande kärna, eftersom den kräver användning av en blyjacka för att passera genom geväret utan att förstöra dem vid kontakt med kärns hårda legering. Som ett resultat reduceras själva kärnans massa till ett minimum. Till exempel väger en kula med en patron 7N24M av kaliber 5, 45x39 mm med en bimetalljacka, en blyjacka och en pansargenomträngande kärna av VK8-legering 4,1 gram, varav kärnans vikt bara är 1,8 gram. Vid kollision med SIBZ-plattan läggs dessutom en del av kulans kinetiska energi på att krossa det bimetalliska skalet, genomborra det med en pansargenomträngande kärna och riva av huvudmanteln.
En mer effektiv metod för att öka pansarpenetrationen hos handeldvapen är att öka deras initialhastighet och minska tvärsnittsarean. Den första åtgärden ökar kulans kinetiska energi, den andra ökar den specifika belastningen i kulans kontaktlapp med hindret. Kulhastigheten begränsas av det maximala trycket för pulvergaserna i fatet, som för närvarande når 4500 atmosfärer och bestäms av fatstålets hållfasthet. Denna begränsning övervinns genom att minska kulans massa och diameter samtidigt som samma borrdiameter bibehålls - d.v.s. genom att byta till sub-kaliber kulor. För att styra en underkaliberkula i hålet används utvecklade ledande remmar på kärnans yta eller en polymerpall, vars materialtäthet är 9-11 gånger mindre än densiteten av mässing eller bly.
Den första konstruktiva lösningen på detta område är tysken Harold Gerlichs kula, utvecklad under 1900 -talets första tredjedel och utrustad med två ledande koniska bälten. Kulan under flygning stabiliserades genom rotation, gevärspipan hade en varierande diameter, avsmalnande mot slutet, vilket gjorde det möjligt att uppnå en ännu högre effektivitet vid användning av pulvergasernas energi. Som ett resultat accelererade en kula som vägde 6,5 gram till en hastighet av 1600 m / s och genomborrade en stålplatta 12 mm tjock på ett avstånd av 60 mm. En gevärspipa med variabel diameter var dock för dyr att tillverka, och noggrannheten vid avfyrning med kulor med ledande bälten, skrynklig vid avfyrning, lämnade mycket att önska.
Den andra designlösningen inom området sub-kaliber kulor är utvecklingen av det amerikanska företaget AAI, under ledning av dess chef Irwin Barr, som 1952 utvecklade en 12-gauge gevärpatron utrustad med 32 pilformade slagelement placerade i en behållare -typ tryckpall. Tester har visat att pilformade kulor har en stor skadlig effekt, men de har låg avfyrningsnoggrannhet på grund av omöjligheten att ge en given riktning av kulornas flygning efter deras gruppavgång från tunnan
Initiativet fortsatte under US Army SALVO forskningsprogram. AAI har utvecklat en enkelkulspatron XM110 kaliber 5, 6x53 mm med en stor förlängningshylsa, utrustad med en stålpilformad subkaliberkula med en diameter på 1, 8 mm och kaliber svans. Som en ledande anordning användes en dragkärl gjord av magnesiumlegering, som skärs i delar av en nosfäste efter att kulan lämnat pipan. Skjutningen utfördes från handeldvapen med en slät pipa, stabiliseringen av kulan under flygning gavs av svansenheten. Aerodynamiska fasningar på empennage -planen ställer in en liten vinkelrotationshastighet för kulan för att genomsnittliga effekten på rakheten hos tillverkningsfel vid tillverkningen.
Under experimenten utvecklades en förbättrad version av patron 5, 77x57V XM645, som använde en sammansatt fyrsegment dragkärl av glasfiber med teflonbeläggning, som hölls på kulan i fatet på grund av friktionskrafter och sönderdelades i segment under påverkan av lufttrycket efter att kulan matats ut från pipan. Patronens längd var 63 mm, längden på den pilformade kulan var 57 mm, kulans vikt var 0,74 gram, pallen var 0,6 gram, kulans noshastighet var 1400 m / s
Men i ett försök att ge den största förlängningen av kulan, AAI var tvungen att gå för att förlänga patronhöljet, vilket negativt påverkade tillförlitligheten för omladdningsmekanismen på grund av hög friktion i kammaren, och också ledde till en ökning av storleken och vikten på mottagaren av handeldvapen.
Därför, i nästa program för den amerikanska armén, kallad SPIW, var ledaren patronen 5, 6x44 XM144, utvecklad av Frankfort Arsenal i formfaktor för lågimpulspatronen 5, 56x45 mm. En förbättrad version av XM216 SFR-patronen hade en standardhylsa, kassettens längd var 49,7 mm, längden på den pilformade kulan var 45 mm, kulans vikt var 0,65 gram, pallens vikt var 0,15 gram var kulans noshastighet 1400 m / s
Experimentell avfyrning utförd inom ramen för SALVO- och SPIW-programmen med hjälp av subkaliber-pilformade ultra-lågmassakulor avslöjade de dödliga nackdelarna med sådana kulor-ökad sidledrift under påverkan av vind och en betydande avvikelse från den angivna banan när skjuter i regnet.
I Sovjetunionen utvecklades den första patronen 7, 62 / 3x54 mm med en underkaliber pilformad kula under ledning av Dmitry Shiryaev i början av 1960-talet vid NII-61 (framtida TsNIITOCHMASH). Den pilformade kulan skilde sig från sina amerikanska motsvarigheter i sin större massa, lägre förlängning (3x51 mm), frånvaron av förträngning i svansområdet och, viktigast av allt, metoden för att ansluta pallen och kulan med hjälp av en kam appliceras på pilaxeln. Denna lösning gjorde det möjligt att ge det nödvändiga greppet med en större dragkraft från pallens sida för att driva en kula med en massa av massan än dess amerikanska motsvarigheter
Två-sektionspallen var gjord av aluminiumlegering, därför utgjorde det en viss fara för närliggande skyttar när de flög isär efter att ha lämnat pipan. Dessutom vidhäftade aluminium intensivt ytan på fathålet, vilket krävde kemtvätt av pipan var 100-200 skott. Men den mest negativa egenskapen hos pilformade kulor visade sig vara deras låga dödliga effekt på arbetskraften-höghastighetskulor genomborrade pansar och, liksom nålar, passerade genom mjuka vävnader, utan att orsaka en stötvattenhammer och utan att bilda en sårkanal med stor diameter.
I samband med dessa omständigheter, 1965, under ledning av Vladislav Dvoryaninov, började utvecklingen av en ny patron av 10/4, 5x54 mm kaliber med en pilformad kula av en modifierad design med en vikt som ökade till 4,5 gram. Under utvecklingen användes ett polymermaterial för att tillverka en pall som inte förorenar tunnans hål under ett skott, en svansförträngning av axeln (som i amerikanska motsvarigheter) användes för att öka den ballistiska koefficienten och ett tvärsnitt av axeln bildades i kammarregionen och platt på kulpunkten i syfte att följaktligen konstruktiv försvagning av kulan för att bryta upp i två delar och välta kulan i processen att tränga in i mjukvävnader
Dessa tekniska lösningar gjorde det möjligt att öka den dödliga effekten av pilformade kulor, men reducerade samtidigt penetrationsgraden för personligt pansarskydd för infanterister, eftersom en kula som passerar genom en fast barriär också upplever böjspänningar (ökar med en ökning av mötesvinkeln för en kula med ett hinder), vilket leder till förstörelsen av kulaaxeln, försvagas två gånger (med en kam och ett snitt) i den mest kritiska sektionen, direkt intill punkten. Vinsten i dödlig verkan och förlusten i den genomträngande åtgärden tillät inte antagande av pilkvalvade subkaliberkulor utformade av Dvoryaninov et al.
Studiet av flödesprocessen runt olika kroppar i en vindtunnel med supersoniskt luftflöde avslöjade att pilformade kulor av vilken design som helst har en icke-optimal aerodynamisk form-de genererar fem chockvågfronter samtidigt:
- huvud fram;
- framsidan vid punkten för övergången till axeln;
- fram på svans främre kanter;
- fram på svansens bakkant;
- framsidan vid axelns svansförträngning.
Som jämförelse genererar en ogivalformad kaliberkula med överljudshastighet endast tre chockvågfronter:
- huvud fram;
- framsidan vid spetsens övergångspunkt till den cylindriska delen;
- svans fram.
Det mest optimala ur aerodynamiken för överljudsflygning är kulans koniska form utan sprickbildning på den genererande ytan och utan svansen, som bara genererar två fronter av chockvågen: huvud och svans. I detta fall är öppningsvinkeln för huvudets framsida på den koniska kulan flera gånger mindre än öppningsvinkeln för huvudets framsida på den svepade kulan på grund av den mindre öppningsvinkeln på den första spetsen jämfört med öppningsvinkeln på den första andra konen. Dessutom kännetecknas den pilformade kula, som avfyras från en slät pipa och avrundad under flygning (för att kompensera för tillverkningsfel) på grund av svansens fas, genom ökad bromsning på grund av valet av en del av kinetiken energi för att linda upp kulan.
I samband med de angivna bristerna i pilformade kulor erbjuds en innovativ patron under titeln "Spear" / SPEAR, utrustad med en subkaliber konisk kula med en skjutform som inte kräver en kam på kulans kropp. Patronen är tillverkad i en teleskopisk formfaktor för att minimera förpackningsvolymen, som endast bestäms av längden och största diametern på hylsan. Patronen är avsedd som en ammunition för handeldvapen utrustade med en pipa med en oval skruvborrning, uttråkad som Lancaster i syfte att vrida kulan i processen att passera fatets borrning. En kula under flygning upprätthåller stabilitet både på grund av det gyroskopiska momentet och på grund av förskjutningen av tyngdpunkten i förhållande till centrum för det aerodynamiska trycket genom bildandet av ett inre hålrum i kulans svans.
Den koniska kula som avfyras från Lancaster-fatet har en förbättrad ballistisk koefficient jämfört med både ogive och pilformade kulor av följande skäl:
- det minsta antalet chockvågfronter som genereras under supersonisk flygning;
- ingen förlust av rörelseenergi för kulspinning på grund av det inkommande luftflödet.
En konisk kula med ett inre hålrum i svansdelen har också en ökad penetrationsförmåga - i processen att passera genom en fast barriär skrynklas svansdelen inåt och diametern på konens bas minskar till kulans diameter i delen av början av kaviteten. Kulans tvärgående belastning är nästan fördubblad. I detta fall förblir skärpan för den bevarade koniska ytan på kulan större än för en ogiv eller pilformad kula med lika lång längd. Frånvaron av en kam och tvärgående snitt på ytan av den koniska kulan ökar ytterligare dess penetration i jämförelse med den pilformade kula designad av Dvoryaninov et al.
Samtidigt har en konisk kula med ett inre hålrum i svansdelen en hög dödlig effekt, eftersom:
- det är på gränsen till stabilitet på grund av den mjuka vinkeln på skruvgängan på Lancaster -hålet;
- efter att ha brutit igenom en pansarbarriär minskar dess stabilitet på grund av krossning av svansdelen och förskjutning av tryckcentrum bortom tyngdpunkten.
Förlusten av rörelseenergi för att bryta igenom en pansarbarriär i en konisk kula med ett inre hålrum ligger i nivå med pilformade och ogivalkulor: i den förra läggs energi på att krossa kroppen i kavitetsområdet, i det andra, på skärning av svansenheten, i det tredje, på att krossa och riva skalet och skjortan från kärnan.
Den koniska kulans kropp motsvarar funktionellt kärnan i den mantlade kulan, det finns ingen blymantel, istället för ett skal av tung och dyr mässing används en pall av lätt och billig plast. Å andra sidan använder en konisk kula mest rationellt styrkaegenskaperna hos dess konstruktionsmaterial i jämförelse med en pilformad kula, artificiellt försvagad på kammens och tvärsnittets plats. Därför kan massan av en konisk kula signifikant minimeras i jämförelse med en ogival och pilformad kula med lika penetration. Detta gör det möjligt att göra ett ekonomiskt motiverat val av konstruktionsmaterialet för den koniska kulan till förmån för volframmetalllegeringen, som har den högsta densiteten.
På grund av den begränsade inre volymen för teleskopkassetten föreslås att man använder en drivladdning i form av en pressad pulverkontroll med tillsats av kristallina HMX -granuler (vars storlek är mindre än den kritiska diametern för detonation av ett sprängämne) för att säkerställa konstruktionsförbränningshastigheten för laddningen för den valda fatlängden på handeldvapen. För att minska patronens totala vikt som konstruktionsmaterial i hylsan föreslås att man använder en sammansatt legering av aluminium och dispergerad fiber av aluminiumoxid, skyddad av en galvaniserad mässingsbeläggning och en antifriktionspolymerbeläggning med grafitfyllning, beskrivs i artikeln "Lovande patroner för gevärsvapen" ("Military Review" daterad 9 december 2017).
Följande tabell ger en jämförande bedömning av olika typer av patroner och handeldvapen:
Som du kan se från tabellen är "Spear" / SPEAR -patronen ledande när det gäller minsta förpackningsvolym, längd och vikt, såväl som i sidkraft för en kula. Den totala rekylmomentet för dess kula-, panna- och pulvergaser är cirka 1/3 högre än den totala rekylmomentet för kula och pulvergaser i patronen 5, 45x39 mm, medan nosenergin för den förra överskrids med 1/7 jämfört med den andra.
Dessutom, när det avfyras en kula i en polymerpall från ett fat med en oval skruvborrning, finns det praktiskt taget inget termoplastiskt slitage på piphålet på grund av frånvaron av spår. I detta avseende kommer en ökning med mer än 1,5 gånger den initiala hastigheten för en kula inte att påverka resursen för handeldvapen. Dessutom skapar ett slitstarkt skott en reserv för att öka eldhastigheten i fasta utbrott till nivån 2000-3000 omgångar per minut, vilket rekommenderades av GRAU-kommissionen vid Ryska federationens försvarsministerium efter resultaten från Abakan konkurrens för att öka noggrannheten i automatisk avfyrning från obekväma positioner.
Förutom ammunition för handeldvapen kan "Spear" / SPEAR-patronen användas som ammunition för jaktvapen med Lancaster-fat av IZH-27-typen med hjälp av vanliga plasthylsor fyllda med mejslade koniska kulor av stål eller mässing i en segmenterad pall tillverkad av gjuten termoplast. Medan vapnets rekyl upprätthålls vid avfyrningsnivån för ett konventionellt 12-gauge-skott kommer en subkaliberkula som väger 9 gram att accelerera i en 70 cm fat till en hastighet av 900 m / s, vilket motsvarar egenskaperna hos Mosin tre-linjers gevär.
Geometriska egenskaper hos olika typer av koniska kulor (längd, konens öppningsvinkel, rundhetsgrad / bikonitet i huvudänden, närvaro av ett kontaktområde på spetsen för att krossa en pansarbarriär eller ett expansivt hålrum för dödlig skytte på ett stort djur, djup och tjocklek på svanshålens väggar), med hänsyn till de angivna flyghastigheterna och de mål som ska träffas kan bestämmas på grundval av simulering av kulor i luft, gel eller fasta medier med hjälp av den inhemska mjukvaruprodukten FlowVision.
