Понастоящем водещите световни армии започнаха да изпълняват програми за разработване на нови видове стрелково оръжие (Ratnik в Русия и NGSAR в САЩ). Както показва повече от век опит в разработването на унитарни патрони, а след това и на междинни и нискоимпулсни патрони, най-обещаващото решение е напредналото разработване на нови видове боеприпаси.
След резултатите от Втората световна война се стигна до заключението, че е необходимо да се подобри конструкцията на най -консумативния вид боеприпаси (патрони за автоматично стрелково оръжие) и да се разшири ресурсната база за тяхното производство.
Патрони с метални втулки
Насищането на пехотни части с автоматични оръжия в отбранителната индустрия е причинило недостиг на мед, традиционно използван в патронен месинг (използван за производство на гилзи) и томпак (използван за направата на гилзи).
Най-ефективното решение на проблема с недостига на ресурси беше използването на мека стомана, покрита от двете страни с мед за защита от корозия, или без покритие, използвана по време на войната за производството на т. Нар. Сурогатни облицовки. В следвоенния период се усвоява технологията за покриване на стоманени втулки със специален лак, който ги предпазва от влага и намалява триенето в камерата (до определен температурен предел).
Въпреки сходните технически характеристики на меката стомана и медни сплави, последните имат предимства в пластичността и устойчивостта на корозия. Лаковото покритие на стоманени втулки има ниска износоустойчивост и в процеса на презареждане, при контакт с метални части на оръжието, има тенденция да се повреди и прехвърли към елементите на автоматизацията, като ги деактивира. Ако неизползваните патрони се извадят от цевта след края на изпичането, гилзите им се лишават от лаковото покритие поради изгарянето му при контакт с нагрятата повърхност на камерата, след което се ускоряват окисляването и патроните стават неподходящи за по -нататъшна употреба.
Увеличеното потребление на патрони от пехотинци, въоръжени с автоматични оръжия, послужи като основа за увеличаване на боеприпасите за носене чрез намаляване на теглото на патроните. До началото на 70-те години на миналия век основната посока за намаляване на теглото на носимите боеприпаси беше преходът първо към междинни, а след това към нискоимпулсни патрони, поради желанието да се увеличи точността на автоматичния огън от неудобни позиции. След приемането на щурмовата пушка АК-74 и автоматичната пушка М-16 този резерв за намаляване на теглото на носещите се боеприпаси е изчерпан-опитът да се използват по-леки стреловидни куршуми разкрива увеличения им вятър.
Понастоящем куршумите със стоманена сърцевина, оловна риза и риза томпак се използват главно като удрящи елементи. За да се увеличи бронепробиваемостта, армията на САЩ премина към използването на изцяло метални куршуми от патроните M80A1 EPR и M855A1 без оловна риза, състояща се от черупка от томбак и сърцевина със стоманена глава и опашка от бисмут.
Касети без кутия
През 80 -те години на миналия век в СССР и страните от НАТО беше направен опит за радикално решаване на проблемите с високата консумация на материали на класическите патрони чрез преминаване към боеприпаси без кутия. Най -голям напредък в тази посока е постигната от германската компания Heckler und Koch, която създава автоматичната пушка HK G11, която използва безпакетните патрони DM11, разработени от Dynamit Nobel.
Военната операция на серия от 1000 пушки HK G11 в граничната служба на ФРГ демонстрира опасността им за военния персонал поради редовното спонтанно изгаряне на гилзи в корпуса, независимо от структурата им, отделени от цевта на пушката. В резултат на това на германските граничари първо беше забранено да използват автоматичния режим на стрелба, а след това HK G11 беше изваден изцяло от експлоатация поради безсмисленото използване като оръжие с чисто самозареждане при наличието на прекалено сложна автоматизация (" часовник с кукувица").
Патрони с пластмасови втулки
Следващият опит за намаляване на материалната консумация на боеприпаси за стрелково оръжие и увеличаване на боеприпасите за носене е извършен през 2000 -те години в САЩ от AAI (сега Textron Systems, производствен отдел на Textron Corporation) като част от LSAT (Lightweight Small Arms Technologies)) програма, която доведе до създаването на лека картечница и автоматична карабина, предназначена за комбинирани боеприпаси с патрони с месингова втулка, пластмасова втулка и без корпус, направена в телескопичен форм -фактор.
Както се очакваше, безпатронните патрони бяха забелязани за спонтанно изгаряне в камерата на цевта, въпреки отделящия се дизайн, така че изборът в програмата LSAT беше направен в полза на патрони с пластмасова втулка. Желанието за намаляване на цената на боеприпасите доведе до грешен избор на вида пластмаса: като такъв беше използван полиамид, който има всички необходими характеристики, с изключение на една, но най -важната - максималната му работна температура не надвишава 250 градуса по Целзий.
Още през 50 -те години на миналия век, въз основа на резултатите от полеви тестове, беше установено, че дулото на картечница DP в условия на непрекъсната стрелба в рафтове с прекъсвания за смяна на магазините се нагрява до следните стойности:
150 изстрела - 210 ° C
200 изстрела - 360 ° C
300 изстрела - 440 ° C
400 изстрела - 520 ° C
С други думи, в условия на интензивен бой, след като се използват първите двеста патрона, цевта на лека картечница гарантирано ще достигне точката на топене на полиамид.
Във връзка с това обстоятелство програмата LSAT беше закрита през 2016 г. и въз основа на нея беше стартирана програмата CTSAS (Cased Telescoped Small Arms Systems) с цел разработване на телескопични патрони на нова материална база. Според интервю с администратора на програмата на американската армия Кори Филипс, дадено на thefirearmblog.com през март 2017 г., най-топлоустойчивият инженерен полимер досега, полиимид, е избран за пластмасовия материал на втулката, с максимална работна температура от 400 ° ° С.
Полиимидът като материал на гилзата има и друго ценно свойство - когато се нагрее над определеното ниво, той се овъгли, без да се стопи с отделянето на летливи вещества, които не замърсяват камерата на цевта, докато овъглената повърхност на гилзата служи като отличен антифрикционен материал, когато се извлича след изстрел. Здравината на джантата на облицовката се осигурява от метален фланец.
Температура от 400 градуса е допустимата граница за нагряване на цевите на малки оръжия, след което те се деформират, тъй като температурата на технологичното закаляване на цевите е от 415 до 430 градуса. Якостта на опън на полиимид при температури от 300 градуса или повече пада до 30 МРа, което съответства на налягане в камерата от 300 атмосфери, т.е. с порядък по -малък от максималното ниво на налягане на праховите газове в съвременните модели стрелково оръжие. Когато се прави опит за изваждане на изхабена гилза от камерата с класически дизайн, металният фланец ще се откъсне с шомпол, който ще избие остатъците от гилзата от цевта.
Нагряването на патрона в камерата с класически дизайн може да се контролира до известна степен чрез стрелба от отворен болт (картечници), но в случай на интензивна стрелба и стрелба от затворен затвор (картечници и автомати), загряването на патрона над 400 градуса е почти неизбежно.
Патрони с алуминиеви втулки
Друга алтернатива на медни сплави са алуминиевите сплави, които се използват в гилзите на серийни патрони за пистолети, при експериментална разработка на патрони за пушки и при серийни изстрели за 30-мм автоматични оръдия GAU-8A. Замяната на мед с алуминий ви позволява да премахнете ограничението на ресурсната база, да намалите цената на гилзата, да намалите теглото на боеприпасите с 25 процента и съответно да увеличите натоварването на боеприпаси за носене.
През 1962 г. ЦНИИТОЧМАШ разработва експериментални патрони с калибър 7, 62х39 мм с втулка от алуминиева сплав (код GA). Подложките са с антифрикционно графитно покритие. За да се предотврати електрохимична корозия, чашата на капсулата е направена от алуминиева сплав.
Използването на такива втулки обаче е възпрепятствано от единственото им отрицателно свойство - спонтанно запалване на алуминий и неговите сплави във въздуха при нагряване до 430 ° С. Топлината на изгаряне на алуминий е много висока и възлиза на 30,8 MJ / kg. Външната повърхност на продуктите е обект на спонтанно горене при нагряване до определена температура и увеличаване на пропускливостта на оксидния филм за кислород във въздуха или при нагряване до по -ниска температура в случай на повреда на оксидния филм. Непластичен керамичен оксиден филм (дебелина ~ 0,005 микрона) се разрушава, когато пластмасова метална втулка се деформира под действието на налягането на газове, пропускливостта на оксидния филм се постига в резултат на нагряване по време на интензивно изпичане. Втулките спонтанно се запалват само във въздуха след извличане от цевта, където се поддържа отрицателен кислороден баланс по време на изгарянето на праха.
Следователно алуминиевите гилзи са станали широко разпространени само като част от пистолетни патрони с калибри 9x18 PM и 9x19 Para, интензивността на огъня на които и достигнатата температура в камерата не могат да бъдат сравнени с тези показатели на картечници, автомати и картечници.
Алуминият беше използван и в експерименталния патрон 6x45 SAW Long, втулката на който беше снабдена с еластична силиконова обвивка, която стяга пукнатините в металния и оксиден филм. Това решение обаче доведе до увеличаване на линейните размери на патрона, свързаните с него размери на приемника и съответно теглото на оръжието.
Друго решение, но въведено в експлоатация, е артилерийският кръг 30x173 GAU с втулка от алуминиева сплав. Това стана възможно благодарение на използването на специален нискомолекулен "студен" горивен заряд. Термохимичният потенциал на праха е право пропорционален на температурата на горене и обратно пропорционален на молекулното тегло на продуктите от горенето. Класическите нитроцелулозни и пироксилинови горива имат молекулно тегло 25 и температура на горене 3000-3500 К, а молекулното тегло на новото гориво е 17 при температура на горене 2000-2400 К при същия импулс.
Обещаваща метална втулка
Положителният опит от използването на артилерийски изстрели с алуминиева втулка дава възможност да се разглежда този метал като конструктивен материал за гилзи с малки оръжия (дори без специален състав на гориво). За да се потвърди правилността на посочения избор, е препоръчително да се сравнят характеристиките на месинговите и алуминиевите сплави.
Месинг L68 съдържа 68 процента мед и 32 процента цинк. Плътността му е 8,5 g / cm3, твърдост - 150 MPa, якост на опън при 20 ° C - 400 MPa, удължение на опън - 50 %, коефициент на триене на плъзгане върху стомана - 0,18, точка на топене - 938 ° C, температурна зона на чупливост - от 300 до 700 ° C.
Като заместител на месинга се предлага използването на алуминий, легиран с магнезий, никел и други химични елементи в обемна част не повече от 3%, за да се повишат еластичните, термичните и отливащите свойства, без това да повлияе на устойчивостта на сплавта срещу корозия и напукване при натоварване. Якостта на сплавта се постига чрез подсилване с дисперсни влакна от алуминиев оксид (диаметър ~ 1 μm) в обемна част от 20%. Защитата срещу самозапалване на повърхността се осигурява чрез замяна на чупливия оксиден филм с пластмасово медно / месингово покритие (с дебелина ~ 5 μm), нанесено чрез електролиза.
Полученият металлокерамичен композит принадлежи към класа металокерамика и се формира в краен продукт чрез леене под налягане, за да се ориентират армиращите влакна по оста на облицовката. Анизотропията на якостните свойства дава възможност да се запази съответствието на композитния материал в радиална посока, за да се осигури плътен контакт на стените на втулката с повърхността на камерата под действието на налягането на праховите газове, за да се замъгли последната.
Антифрикционните и противозадирните свойства на облицовката се осигуряват чрез нанасяне на полиимид-графитово покритие (дебелина ~ 10 микрона) върху външната му повърхност с равни обемни фракции от свързващо вещество и пълнител, които могат да издържат натоварване при контакт 1 GPa и работна температура 400 ° C, използвани като покритие за бутала на двигатели с вътрешно горене.
Плътността на металокерамиката е 3,2 g / cm3, якост на опън в аксиална посока: при 20 ° C - 1250 MPa, при 400 ° C - 410 MPa, якост на опън в радиална посока: при 20 ° C - 210 MPa, при 400 ° C - 70 MPa, удължаване на опън в аксиална посока: при 20 ° C - 1,5%, при 400 ° C - 3%, удължение на опън в радиална посока: при 20 ° C - 25%, при 400 ° C - 60 %, точка на топене - 1100 ° C.
Коефициентът на триене на плъзгане на антифрикционното покритие върху стомана е 0,05 при контактно натоварване 30 MPa и повече.
Технологичният процес за производство на металокерамични втулки се състои от по-малко операции (смесване на метал с влакна, леене на втулки, горещо набръчкване на ръба и отвора, месингово покритие, нанасяне на антифрикционно покритие) в сравнение с броя на операциите в технологичен процес на производство на месингови втулки (отливане на заготовки, студено изтегляне в шест пасажа, студено нагъване на джантата и шията).
Теглото на месинговата втулка на патрона 5, 56x45 mm е 5 грама, теглото на металокерамичната втулка е 2 грама. Цената на един грам мед е 0,7 щатски цента, алуминий - 0,2 американски цента, цената на дисперсните алуминиеви влакна е 1,6 щатски цента, теглото им в подложката не надвишава 0,4 грама.
Обещаващ куршум
Във връзка с приемането на армейски бронежилетки клас 6B45-1 и ESAPI, непроникнати от куршуми от ръчно стрелково оръжие със стоманена сърцевина на разстояние 10 метра или повече, се планира да се премине към използването на куршуми с сърцевина от спечена сплав от волфрамов карбид (95%) и кобалтови прахове (5%) със специфично тегло 15 g / cc, без да се налага претегляне с олово или бисмут.
Основният материал на корпуса на куршумите е томбак, състоящ се от 90% мед и 10% цинк, чиято плътност е 8,8 g / cc, точката на топене е 950 ° C, якостта на опън е 440 MPa, натискът якост е 520 МРа, твърдост - 145 МРа, относително удължение - 3% и коефициент на триене на плъзгане върху стомана - 0,44.
Поради увеличаването на началната скорост на куршумите до 1000 и повече метра в секунда и увеличаването на скоростта на стрелба до 2000 и повече патрона в минута (AN-94 и HK G-11), гробницата вече не отговаря на изискванията за корпуса на куршумите поради висок термопластичен износен отвор поради високия коефициент на триене на плъзгане на медна сплав върху стомана. От друга страна, са известни артилерийски снаряди, при проектирането на които медните водещи колани се заменят с пластмасови (полиестерни), чийто коефициент на триене е на ниво 0, 1. Въпреки това, работната температура на пластмасата коланите не надвишават 200 ° C, което е половината от максималната температура на цевите на стрелковото оръжие до началото на тяхното изкривяване.
Следователно, като обвивка на обещаващ куршум с изцяло метална сърцевина се предлага използването на полимерен композит (дебелина ~ 0,5 мм), съдържащ полиимид от типа PM-69 в равни обемни фракции и колоиден графит с обща плътност 1,5 g / cc, якост на опън 90 MPa, якост на натиск 230 MPa, твърдост 330 MPa, натоварване при контакт 350 MPa, максимална работна температура 400 ° C и коефициент на триене при плъзгане върху стомана 0,05.
Черупката се образува чрез смесване на полиимидните олигомерни и графитни частици, екструдиране на сместа във форма с вградена част - сърцевината на куршума, и температурна полимеризация на сместа. Адхезията на корпуса и ядрото на куршума се осигурява от проникването на полиимид в порестата повърхност на сърцевината под въздействието на налягане и температура.
Обещаващ телескопичен патрон
Понастоящем най -прогресивният форм -фактор на патрона за малки оръжия се счита за телескопичен с поставянето на куршум вътре в пулверизатор с пресовано гориво. Използването на плътна пула вместо класически зърнен заряд с по -ниска насипна плътност позволява да се намали дължината на патрона и свързаните с него размери на приемника на оръжието с до един и половина пъти.
Поради конструкцията на механизма за презареждане (отделяща се цевна камера) на модели стрелкови оръжия (G11 и LSAT), използващи телескопични патрони, техните куршуми са вдлъбнати в пулверите за гориво под ръбовете на втулката. Отвореният край на вторичния горивен заряд от мръсотия и влага предпазва пластмасова капачка, която едновременно действа като предно запушване при стрелба (чрез блокиране на съединението между отделящата се камера и цевта след пробив на куршум). Както показва практиката на военна експлоатация на телескопични патрони DM11, такъв метод за сглобяване на патрона, който не осигурява акцент на куршума във входа на куршума на цевта, води до изкривявания на куршума при изстрел и съответно, загуба на точност.
За да се осигури определената последователност на работа на телескопичния патрон, неговият горивен заряд е разделен на две части - първичен заряд с относително ниска плътност (с по -висока скорост на горене), разположен директно между капсулата и дъното на куршума, и Вторник заряд с относително по -висока плътност (с по -ниска скорост на горене), разположен концентрично около куршума. След като грундът е пробит, първо се задейства първичният заряд, който избутва куршума в отвора и създава усилващо налягане за вторичния заряд, който премества куршума в отвора.
За да се запази проверката на вторичния заряд вътре в касетата, ръбовете на отворения край на втулката са частично навити. Задържането на куршума в патрона се извършва чрез натискане в блока на вторичния заряд. Поставянето на куршум по цялата му дължина в размерите на втулката намалява дължината на патрона, но в същото време създава празен обем на гилзата около огивалната част на куршума, което води до увеличаване на диаметъра на патрон.
За да се отстранят тези недостатъци, се предлага ново оформление на телескопичния патрон, предназначен за използване в стрелково оръжие с класическа интегрална барабанна камера с всякакъв тип презареждащ механизъм (ръчен, газов двигател, подвижна цев, полусвободен затвор и др.).) и метод на стрелба (с предна или задна ролка).
Предложеният патрон е снабден с куршум, който разширява огивалната си част от втулката и поради това се опира към входа на куршума на цевта. Вместо пластмасова капачка, отвореният край на горивния заряд е защитен от влагоустойчив лак, който изгаря при стрелба. Известно увеличение на дължината на предложената касета в сравнение с известните телескопични патрони се компенсира с намаляване на нейния диаметър поради елиминирането на незапълнени обеми вътре в ръкава.
Като цяло предложеният телескопичен патрон ще увеличи броя на патроните в боеприпасите за носене на пехотинец с една четвърт, както и ще намали разхода на материал, трудоемкостта и производствените разходи на гилзите.
