По време на Първата световна война воюващите страни започват да използват лична бронезащита за пехотинци под формата на стоманени каски и кираси, които на определено разстояние не могат да бъдат проникнати от куршуми с малко оръжие. В момента SIBZ с композитни плочи от бор карбид с дебелина 9 mm не може да бъде проникнат от бронебойни куршуми със стоманена сърцевина от калибри 5, 45x39 mm, 5, 56x45 mm, 7, 62x39 mm, 7, 62x51 mm и 7, 62x54 мм на разстояние по -малко от 100 метра …
За да се преодолее това препятствие, бронебойните куршуми от стрелковото оръжие все повече използват сърцевина, изработена от композитна сплав от волфрамов карбид с кобалт тип VK8 с размер на зърната по-малък от 1 μm, чиято максимална здравина при огъване е 2 GPa, при компресия от 4 GPa при твърдост HRA 85 единици. Още по-обещаващо е метална сплав от волфрам тип ВНЖ97 по аналогия с ядрата на бронебойни артилерийски снаряди. Въпреки това, плочите SIBZ също имат резерв за увеличаване на съпротивлението както чрез увеличаване на процента на борния карбид в композита, така и чрез дебелината на плочите (като се вземе предвид тенденцията да се премине към използването на пасивни екзоскелети като част от пехотното оборудване).
В допълнение, класическият куршум от огивал е изключително неефективен носител на бронебойно ядро, тъй като изисква използването на оловно яке, за да премине през нарезката на цевта, без да ги разрушава при контакт с твърдата сплав на сърцевината. В резултат на това масата на самата сърцевина се намалява до минимум. Например, куршум от патрон 7N24M с калибър 5, 45x39 mm с биметално яке, оловна риза и бронебойно ядро от сплав VK8 тежи 4,1 грама, от които теглото на сърцевината е само 1,8 грама. Освен това, при сблъсък с плочата SIBZ, част от кинетичната енергия на куршума се изразходва за смачкване на биметалната обвивка, пробиването й с бронебойно ядро и откъсване на оловната риза.
По-ефективен метод за увеличаване на бронепробиваемостта на куршумите от стрелково оръжие е да се увеличи първоначалната им скорост и да се намали площта на напречното сечение. Първата мярка увеличава кинетичната енергия на куршума, втората увеличава специфичното натоварване в контактната част на куршума с препятствието. Скоростта на куршума е ограничена от максималното налягане на праховите газове в цевта, което в момента достига 4500 атмосфери и се определя от здравината на стоманената цев. Това ограничение се преодолява чрез намаляване на масата и диаметъра на куршума при запазване на същия диаметър на отвора - т.е. чрез преминаване към подкалибрени куршуми. За насочване на куршум от подкалибър в отвора се използват разработени водещи ленти на повърхността на сърцевината или полимерна палета, чиято плътност на материала е 9-11 пъти по-малка от плътността на месинга или оловото.
Първото конструктивно решение в тази област е куршумът на германеца Харолд Герлих, разработен през първата трета на 20 век и оборудван с два водещи конусовидни колана. Куршумът в полет се стабилизира чрез въртене, нарезната цев има променлив диаметър, стесняващ се към края, което дава възможност да се постигне равномерна и по -голяма ефективност при използване на енергията на праховите газове. В резултат на това куршум с тегло 6,5 грама се ускори до скорост 1600 м / сек и проби стоманена плоча с дебелина 12 мм на разстояние 60 мм. Нарезна цев с променлив диаметър обаче беше твърде скъпа за производство и точността на стрелба с куршуми с водещи колани, смачкани при стрелба, остави много да се желае.
Второто дизайнерско решение в областта на подкалиберните куршуми са разработките на американската компания AAI, оглавявана от нейния ръководител Ъруин Бар, която през 1952 г. разработи патрон с 12-калибърна пушка, оборудван с 32 стреловидни удрящи елемента, поставени в контейнер -типов палет. Тестовете показаха, че куршумите с форма на стрела имат голям увреждащ ефект, но имат ниска точност на изстрелване поради невъзможността да се осигури определена насоченост на полета на куршумите след тяхното групово излизане от цевта.
Инициативната работа продължи в рамките на изследователската програма SALVO на американската армия. AAI разработи патрон с един куршум XM110 калибър 5, 6x53 мм с голяма удължителна втулка, снабден със стоманена подкалиберна стрела с диаметър 1, 8 мм и опашка с калибър. Като водещо устройство беше използван теглещ тиган, изработен от магнезиева сплав, който беше нарязан на части чрез муцуна, след като куршумът излезе от цевта. Стрелбата се извършва от стрелково оръжие с гладка цев, стабилизирането на куршума в полет се осигурява от опашката. Аеродинамичните скосявания на равнините на импенажа задават малка ъглова скорост на въртене на куршума, за да се усредни ефектът върху правотата на полета на производствените дефекти при неговото производство.
По време на експериментите е разработена подобрена версия на патрон 5, 77x57V XM645, който използва композитен четирисегментен теглещ тиган, изработен от фибростъкло с тефлоново покритие, задържан върху куршума в цевта поради сили на триене и се разпада на сегменти под влияние на въздушното налягане след изстрелване на куршума от цевта. Дължината на патрона е 63 мм, дължината на куршума с форма на стрела е 57 мм, теглото на куршума е 0,74 грама, палетът е 0,6 грама, дулната скорост на куршума е 1400 м / сек
Въпреки това, в опит да осигури най -голямо удължаване на куршума, AAI трябваше да продължи удължаването на гилзата, което се отрази отрицателно на надеждността на механизма за презареждане поради голямото триене в камерата, а също така доведе до увеличаване на размера и теглото на приемника на малки оръжия.
Следователно, в следващата програма на американската армия, наречена SPIW, лидер беше патронът 5, 6x44 XM144, разработен от Frankfort Arsenal във форм-фактора на нискоимпулсния патрон 5, 56x45 mm. Подобрената версия на патрона XM216 SFR имаше стандартна втулка, дължината на патрона беше 49,7 мм, дължината на куршума с форма на стрела беше 45 мм, теглото на куршума беше 0,65 грама, теглото на палета беше 0,15 грама, скоростта на муцуната на куршума е 1400 m / s
Експерименталното изстрелване, проведено в рамките на програмите SALVO и SPIW с помощта на подкалибрени куршуми със свръхмасова маса под формата на стрела, разкрива фаталните недостатъци на такива куршуми-увеличено странично отклонение под въздействието на вятъра и значително отклонение от посочената траектория, когато стрелба под дъжда.
В Съветския съюз първият патрон 7, 62 / 3x54 мм с подкалибрен стрелообразен куршум е разработен под ръководството на Дмитрий Ширяев в началото на 60-те години на NII-61 (бъдещ ЦНИИТОЧМАШ). Стреловидният куршум се различаваше от американските си колеги по по-голямата си маса, по-ниското удължение (3x51 mm), липсата на стесняване в областта на опашката и най-важното-метода за свързване на палета и куршума с помощта на гребен приложена към вала на стрелката. Това решение даде възможност да се осигури необходимото сцепление с по -голямо тягово усилие отстрани на палета, за да се задвижва куршум с кратно на масата от американските му колеги
Двусекционният палет е изработен от алуминиева сплав, поради което, когато се разнася, след като напусне цевта, представляваше известна опасност за съседните стрелци. В допълнение, алуминият интензивно се прилепва към повърхността на отвора на цевта, което изисква сухо почистване на цевта на всеки 100-200 изстрела. Но най-отрицателното свойство на куршумите с форма на стрела се оказва ниският им смъртоносен ефект върху живата сила-високоскоростните куршуми перфектно пробиват броня и, подобно на игли, преминават през меки тъкани, без да причиняват удар с воден удар и без да образуват канал за рана с голям диаметър.
Във връзка с тези обстоятелства през 1965 г., под ръководството на Владислав Дворянинов, започва разработването на нов патрон с калибър 10/4, 5х54 мм със стрелообразна куршум с модифициран дизайн с тегло, увеличено до 4,5 грама. По време на разработването е използван полимерен материал за направа на палет, който не замърсява отвора на цевта по време на изстрел, опашка стесняване на вала (както в американските колеги) е използвана за увеличаване на балистичния коефициент и напречен разрез на валът е оформен в областта на гребена и е плосък върху точката на куршума с цел съответно конструктивно отслабване на куршума за счупване на две части и преобръщане на куршума в процеса на проникване в меките тъкани
Тези технически решения направиха възможно да се увеличи смъртоносният ефект на куршумите с форма на стрела, но в същото време намали степента на проникване на лична бронирана защита за пехотинци, тъй като куршумът, преминаващ през твърда бариера, също изпитва напрежения на огъване (нараства с увеличаване на ъгъла на срещане на куршум с препятствие), които водят до разрушаване на вала на куршума, два пъти отслабен (с гребен и разрез) в най -критичния участък, непосредствено в съседство с точката. Печалбата в смъртоносно действие и загубата в проникващото действие не позволиха приемането на подкалибрени куршуми със стрела, проектирани от Дворянинов и др.
Изследването на процеса на обтекане на различни тела във аеродинамичен тунел със свръхзвуков въздушен поток разкри, че куршумите във всяка форма имат неоптимална аеродинамична форма-те генерират пет фронта на ударна вълна наведнъж:
- глава отпред;
- предната част в точката на преход на точката към вала;
- отпред на предните ръбове на опашката;
- отпред на задните ръбове на опашката;
- предната част в точката на свиване на опашката на вала.
За сравнение, куршум с калибър с форма на огивал със свръхзвукова скорост генерира само три фронта на ударна вълна:
- глава отпред;
- отпред в точката на преход на върха в цилиндричната част;
- опашка отпред.
Най -оптималното от гледна точка на аеродинамиката на свръхзвуковия полет е конусовидната форма на куршума без счупване на генериращата повърхност и без опашката, която генерира само два фронта на ударната вълна: главата и опашката. В този случай ъгълът на отваряне на челната предна част на конусовидния куршум е няколко пъти по -малък от ъгъла на отваряне на челната предна част на изметения куршум поради по -малкия ъгъл на отваряне на върха на първия в сравнение с ъгъла на отваряне на втори конус. В допълнение, куршумът с форма на стрела, изстрелян от гладка цев и размотан по време на полет (с цел компенсиране на производствени дефекти) поради скосите на опашката, също се отличава с повишено спиране поради избора на част от кинетичния енергия за развиване на куршума.
Във връзка с посочените недостатъци на куршуми с форма на стрела се предлага иновативен патрон под заглавието „Копие“/ SPEAR, оборудван с подкалибрен коничен куршум с бутаща тава, която не изисква гребен по тялото на куршума. Патронът е направен в телескопичен форм -фактор, за да се сведе до минимум обемът на опаковката, който се определя само от дължината и най -големия диаметър на втулката му. Патронът е предназначен за боеприпаси за стрелково оръжие, снабдено с цев с отвор с овален винт, пробит като Lancaster с цел усукване на куршума в процеса на преминаване на отвора на цевта. Куршумът в полет поддържа стабилност както поради жироскопичния момент, така и поради изместването напред на центъра на тежестта спрямо центъра на аеродинамичното налягане чрез образуването на вътрешна кухина в опашката на куршума.
Коничният куршум, изстрелян от цевта на Ланкастър, има подобрен балистичен коефициент в сравнение с куршумите с огневи и стреловидни форми по следните причини:
- най -малкият брой фронтове на ударна вълна, генерирани по време на свръхзвуков полет;
- без загуба на кинетична енергия за въртене на куршума поради входящия въздушен поток.
Коничен куршум с вътрешна кухина в опашната част също има повишена проникваща способност - в процеса на преминаване през твърда бариера опашната част се смачква навътре и диаметърът на конусовата основа намалява до диаметъра на куршума в участък от началото на кухината. Напречното натоварване на куршума е почти двойно. В този случай остротата на запазената конусовидна повърхност на куршума остава по-голяма от тази на куршум с огива или стрела с еднаква дължина. Отсъствието на гребен и напречни разрези на повърхността на конусовидния куршум допълнително увеличава проникването му в сравнение със стреловидния куршум, проектиран от Dvoryaninov et al.
В същото време коничен куршум с вътрешна кухина в опашната част има висок летален ефект, тъй като:
- той е на ръба на стабилността поради нежната стъпка на винтовата резба на отвора на Lancaster;
- след пробиване на бронирана бариера, стабилността му намалява поради смачкване на опашната част и изместване на центъра на натиск извън центъра на тежестта.
Загубата на кинетична енергия за пробиване на бронирана бариера в конусовиден куршум с вътрешна кухина е на нивото на стреловидни и огивални куршуми: в първата енергия се изразходва за смачкване на тялото в областта на кухината, във втория, при отрязването на опашката, в третия, при смачкването и откъсването на черупката и ризата от сърцевината.
Корпусът на конусовидния куршум функционално съответства на сърцевината на обвития куршум, няма оловна риза, вместо черупка от тежък и скъп месинг се използва палет от лека и евтина пластмаса. От друга страна, коничен куршум най-рационално използва якостните характеристики на своя структурен материал в сравнение с куршум с форма на стрела, изкуствено отслабен на мястото на гребена и напречния разрез. Следователно, масата на коничен куршум може да бъде значително сведена до минимум в сравнение с огивален и стреловиден куршум с еднакво проникване. Това дава възможност да се направи икономически обоснован избор на строителния материал на коничния куршум в полза на волфрамовата метална сплав, която има най -висока плътност.
Поради ограничения вътрешен обем на телескопичния патрон се предлага използването на горивен заряд под формата на пресована прахообразна проверка с добавяне на кристални гранули HMX (чийто размер е по -малък от критичния диаметър на взривяване на експлозив), за да се осигури проектната скорост на изгаряне на заряда за избраната дължина на цевта на малки оръжия. За да се намали общото тегло на патрона като конструктивен материал на втулката му, се предлага използването на композитна сплав от алуминий и дисперсно влакно от алуминиев оксид, защитено с поцинковано месингово покритие и антифрикционно полимерно покритие с графитен пълнеж, описани в статията „Обещаващи патрони за оръжия с нарезки“(„Военен преглед“от 9 декември 2017 г.).
Следващата таблица предоставя сравнителна оценка на различни видове патрони и куршуми за малки оръжия:
Както можете да видите от таблицата, патронът "Spear" / SPEAR е лидер по отношение на минималния обем на опаковката, дължината и теглото, както и по страничното натоварване на куршума. Общият импулс на откат на куршума, тавата и праховите газове е с около 1/3 по -висок от общия импулс на отката на куршума и праховите газове на патрона 5, 45x39 mm, докато енергията на дулото на първия е надвишена с 1/7 в сравнение с втория.
В допълнение, при изстрелване на куршум в полимерен палет от цев с пробиване с овален винт, практически няма термопластично износване на отвора на цевта поради липсата на канали. В тази връзка увеличаването на над 1,5 пъти началната скорост на куршума няма да повлияе на ресурса на стрелковото оръжие. Нещо повече, без износването създава резерв за увеличаване на скоростта на огън при фиксирани изстрели до ниво 2000-3000 изстрела в минута, което беше препоръчано от комисията на GRAU към Министерството на отбраната на Руската федерация след резултатите от Абакан конкуренция, за да се увеличи точността на автоматичното стрелба от неудобни позиции.
В допълнение към боеприпасите за стрелково оръжие патронът „Spear“/ SPEAR може да се използва като боеприпаси за лов на оръжия с цеви Lancaster от тип IZH-27, като се използват стандартни пластмасови втулки, пълни с изрязани конусовидни куршуми от стомана или месинг в сегментиран палет, изработен от формован термопласт. При запазване на отката на оръжието на ниво на изстрелване на конвенционален изстрел от 12 габарита, подкалиберният куршум с тегло 9 грама ще се ускори в 70 см цев до скорост 900 м / сек, което съответства на характеристиките на Трилинейна пушка Мосин.
Геометрични характеристики на различни видове конични куршуми (дължина, ъгъл на отваряне на конуса, степен на закръгленост / биконичност на главата, наличие на контактна зона на върха за смачкване на бронирана бариера или обширна кухина за смъртоносна стрелба по голямо животно, дълбочина и дебелина на стените на опашната кухина), като се вземат предвид посочените скорости на полета и целите, които трябва да бъдат ударени, могат да бъдат определени на базата на симулиране на преминаването на куршуми във въздух, гел или твърда среда с помощта на вътрешния софтуерен продукт FlowVision.
