Under første verdenskrig begyndte krigsførerne at bruge personlig rustningsbeskyttelse til infanterister i form af stålhjelme og kuirasser, som på en vis afstand ikke kunne trænge igennem med lavhastighedshåndvåben. I øjeblikket kan SIBZ med sammensatte plader af borcarbid med en tykkelse på 9 mm ikke trænge igennem af panserbrydende kugler med en stålkerne af kaliber 5, 45x39 mm, 5, 56x45 mm, 7, 62x39 mm, 7, 62x51 mm og 7, 62x54 mm i en afstand på mindre end 100 meter …
For at overvinde denne forhindring bruger panserbrydende kugler af håndvåben i stigende grad en kerne fremstillet af en sammensat legering af wolframcarbid med kobolt af VK8-typen med en kornstørrelse på mindre end 1 μm, hvis ultimative styrke ved bøjning er 2 GPa, i komprimering af 4 GPa ved hårdhed HRA 85 enheder. Endnu mere lovende er en metallegering af wolframtype VNZh97 analogt med kernerne i panserbrydende artilleri-skaller. SIBZ -pladerne har imidlertid også en reserve til at øge modstanden både ved at øge andelen af borcarbid i kompositmaterialet og ved tykkelsen af pladerne (under hensyntagen til tendensen til at skifte til brug af passive exoskeletoner som en del af infanteriudstyr).
Derudover er den klassiske ogival shell-kugle en ekstremt ineffektiv bærer af en rustningsgennembrudende kerne, da det kræver brug af en blyjakke for at passere gennem tønderifflen uden at ødelægge dem ved kontakt med kernens hårde legering. Som et resultat reduceres massen af selve kernen til et minimum. For eksempel vejer en kugle af en patron 7N24M af kaliber 5, 45x39 mm med en bimetaljakke, en blyjakke og en rustningspiercingkerne lavet af VK8-legering 4,1 gram, hvoraf kernens vægt kun er 1,8 gram. Ved kollision med SIBZ-pladen bruges derudover en del af kuglens kinetiske energi på at knuse den bimetalliske skal, gennembore den med en panserbrydende kerne og rive blyjakken af.
En mere effektiv metode til at øge rustningspenetrationen af håndvåbenkugler er at øge deres initialhastighed og reducere tværsnitsarealet. Det første mål øger kuglens kinetiske energi, det andet øger den specifikke belastning i kuglens kontaktflade med forhindringen. Kuglehastigheden er begrænset af det maksimale tryk af pulvergasserne i tønden, som i øjeblikket når 4500 atmosfærer og bestemmes af tønde -stålets styrke. Denne begrænsning overvindes ved at reducere kuglens masse og diameter og samtidig bibeholde den samme boringsdiameter - dvs. ved at skifte til sub-kaliber kugler. For at styre en sub-kaliber kugle i boringen anvendes udviklede førende bælter på overfladen af kernen eller en polymerpalle, hvis materialets tæthed er 9-11 gange mindre end tætheden af messing eller bly.
Den første konstruktive løsning på dette område er den tyske Harold Gerlichs kugle, udviklet i den første tredjedel af det 20. århundrede og udstyret med to førende koniske bælter. Kuglen under flyvning blev stabiliseret ved rotation, den riflede tønde havde en variabel diameter, tilspidset mod enden, hvilket gjorde det muligt at opnå en endnu større effektivitet ved brug af pulvergassernes energi. Som et resultat accelererede en kugle på 6,5 gram til en hastighed på 1600 m / s og gennemborede en 12 mm tyk stålplade i en afstand af 60 mm. Imidlertid var en riflet tønde med variabel diameter for dyr at fremstille, og nøjagtigheden ved at skyde med kugler med førende bælter, krøllet ved affyring, lod meget tilbage at ønske.
Den anden designløsning inden for sub-kaliber kugler er udviklingen i det amerikanske firma AAI, ledet af hovedet Irwin Barr, der i 1952 udviklede en 12-gauge riffelpatron udstyret med 32 pilformede slagelementer placeret i en container -type skubbe palle. Test har vist, at pilformede kugler har en stor skadelig effekt, men de har lav affyringsnøjagtighed på grund af umuligheden af at give en given retningsbestemmelse af kuglernes flyvning efter deres gruppeafgang fra tønden
Initiativarbejdet fortsatte under den amerikanske hær SALVO -forskningsprogram. AAI har udviklet en enkeltkuglepatron XM110 kaliber 5, 6x53 mm med en stor forlængelseshylster, udstyret med en stålpilformet subkaliberkugle med en diameter på 1, 8 mm og kaliberhale. Som en førende enhed blev der brugt en trækpande lavet af magnesiumlegering, som blev skåret i dele af en snudefæstning, efter at kuglen forlod tønden. Skydning blev udført fra håndvåben med en glat tønde, stabiliseringen af kuglen under flyvning blev leveret af halenheden. Aerodynamiske affasninger på empennage -flyene indstiller en lille vinkelhastighed for kuglens rotation for at gennemsnitlige virkningen på flyvejernets flyveformighed ved fabrikationsfejl i dens fremstilling.
Under eksperimenterne blev der udviklet en forbedret version af patron 5, 77x57V XM645, som brugte en sammensat firesegment-trækpande lavet af glasfiber med en teflonbelægning, der blev holdt på kuglen i tønden på grund af friktionskræfter og gik i opløsning i segmenter under påvirkning af lufttryk, efter at kuglen blev skubbet ud fra tønden. Patronens længde var 63 mm, længden af den pilformede kugle var 57 mm, kuglens vægt var 0,74 gram, pallen var 0,6 gram, kuglens snudehastighed var 1400 m / s
I et forsøg på at opnå den største forlængelse af kuglen måtte AAI imidlertid gå efter at forlænge patronhylsteret, hvilket påvirkede pålidelighedsmekanismens pålidelighed negativt på grund af høj friktion i kammeret og også førte til en stigning i størrelsen og vægten af modtageren af håndvåben.
Derfor var lederen i det næste program i den amerikanske hær, kaldet SPIW, patronen 5, 6x44 XM144, udviklet af Frankfort Arsenal i formfaktoren for lavimpulspatronen 5, 56x45 mm. En forbedret version af XM216 SFR-patronen havde en standard ærme, patronens længde var 49,7 mm, længden af den pilformede kugle var 45 mm, kuglens vægt var 0,65 gram, pallens vægt var 0,15 gram var kuglens snudehastighed 1400 m / s
Eksperimentel affyring udført inden for rammerne af SALVO- og SPIW-programmerne ved hjælp af sub-kaliber pilformede ultra-lavmassekugler afslørede de fatale ulemper ved sådanne kugler-øget lateral drift under påvirkning af vind og en betydelig afvigelse fra den angivne bane, når skyder i regnen.
I Sovjetunionen blev den første patron 7, 62 / 3x54 mm med en underkaliber pilformet kugle udviklet under ledelse af Dmitry Shiryaev i begyndelsen af 1960'erne ved NII-61 (fremtidig TsNIITOCHMASH). Den pilformede kugle adskilte sig fra sine amerikanske modstykker med sin større masse, lavere forlængelse (3x51 mm), fraværet af indsnævring i halearealet og vigtigst af alt metoden til at forbinde pallen og kuglen ved hjælp af en kam anvendt på pileakslen. Denne løsning gjorde det muligt at give det nødvendige greb med en større trækkraft fra pallens side for at drive en kugle med en multiplum af massen end dens amerikanske modstykker
Den to-sektionspalle var fremstillet af aluminiumlegering, derfor udgjorde den, når den fløj fra hinanden efter at have forladt tønden, en vis fare for naboskytter. Derudover klæbte aluminium intensivt til overfladen af tøndeboringen, hvilket krævede rensning af tønden for hver 100-200 skud. Men den mest negative egenskab ved pilformede kugler viste sig at være deres lave dødelige virkning på arbejdskraft-højhastigheds-kugler perfekt gennemboret rustning og, som nåle, passerede gennem blødt væv uden at forårsage en stødvandshammer og uden at danne en sårkanal af stor diameter.
I forbindelse med disse omstændigheder blev der i 1965 under ledelse af Vladislav Dvoryaninov startet udviklingen af en ny patron af 10/4, 5x54 mm kaliber med en pilformet kugle af et modificeret design med en vægt øget til 4,5 gram. Under udviklingen blev et polymermateriale brugt til at lave en palle, der ikke forurener tøndeboringen under et skud, en haleindsnævring af akslen (som i amerikanske modstykker) blev brugt til at øge den ballistiske koefficient og et tværsnit af skaftet blev dannet i kammens område og fladt på kuglepunktet med det formål i overensstemmelse hermed konstruktiv svækkelse af kuglen til at bryde i to dele og vælte kuglen i processen med at trænge ind i blødt væv
Disse tekniske løsninger gjorde det muligt at øge den dødelige virkning af pilformede kugler, men reducerede samtidig graden af indtrængning af personlig pansret beskyttelse for infanterister, da en kugle, der passerer gennem en solid barriere, også oplever bøjningsspændinger (øges med en stigning i mødevinklen for en kugle med en forhindring), hvilket fører til ødelæggelse af kugleakslen, svækket to gange (med en kam og et snit) i den mest kritiske sektion, direkte ved siden af punktet. Gevinsten i dødelig handling og tabet i den gennemtrængende handling tillod ikke vedtagelse af underkaliber pilformede kugler designet af Dvoryaninov et al.
Undersøgelsen af strømningsprocessen omkring forskellige kroppe i en vindtunnel med supersonisk luftstrøm afslørede, at pilformede kugler af ethvert design har en ikke-optimal aerodynamisk form-de genererer fem stødbølgefronter på én gang:
- hoved foran;
- fronten ved punktets overgang til akslen;
- foran på haleens forreste kanter;
- foran på bagkanterne af halen;
- fronten ved aksens haleindsnævring.
Til sammenligning genererer en ogival-formet kaliberkugle ved supersonisk hastighed kun tre stødbølgefronter:
- hoved foran;
- front ved spidsens overgang til den cylindriske del;
- hale foran.
Det mest optimale set fra aerodynamikken ved supersonisk flyvning er kuglens koniske form uden brud på den frembringende overflade og uden halen, som kun genererer to fronter af stødbølgen: hoved og hale. I dette tilfælde er åbningsvinklen for hovedet foran på den koniske kugle flere gange mindre end åbningsvinklen på hovedet foran den fejede kugle på grund af den mindre åbningsvinkel på spidsen af den første i forhold til åbningsvinklen på den første anden kegle. Desuden kendetegnes den pilformede kugle, der er affyret fra en glat tønde og afviklet under flyvning (for at kompensere for produktionsfejl) på grund af halefaserne, ved øget bremsning på grund af valg af en del af kinetikken energi til at afvikle kuglen.
I forbindelse med de angivne mangler ved pilformede kugler tilbydes en innovativ patron under titlen "Spear" / SPEAR, udstyret med en sub-kaliber konisk kugle med en skubbe, der ikke kræver en kam på kuglens krop. Patronen er fremstillet i en teleskopisk formfaktor for at minimere emballagemængden, som kun bestemmes af længden og den største diameter af dens ærme. Patronen er beregnet som en ammunition til håndvåben udstyret med en tønde med en oval skrueboring, boret som Lancaster med det formål at vride kuglen i processen med at passere tøndeboringen. En kugle under flyvning bevarer stabiliteten både på grund af det gyroskopiske moment og på grund af forskydningen af tyngdepunktet i forhold til midten af det aerodynamiske tryk ved dannelsen af et indre hulrum i kuglens hale.
Den koniske kugle, der blev affyret fra Lancaster-tønden, har en forbedret ballistisk koefficient sammenlignet med både ogive og pilformede kugler af følgende årsager:
- det mindste antal chokbølgefronter, der genereres under supersonisk flyvning
- intet tab af kinetisk energi til kuglespinning på grund af den indgående luftstrøm.
En konisk kugle med et indre hulrum i halesektionen har også en øget indtrængningsevne - i processen med at passere gennem en fast barriere krummes halesektionen indad, og keglens bunddiameter falder til kuglens diameter i sektion af hulrumets begyndelse. Kuglens tværgående belastning er næsten fordoblet. I dette tilfælde forbliver skarpheden af den bevarede koniske overflade af kuglen større end for en ogiv eller pilformet kugle af lige længde. Fraværet af en kam og tværgående snit på overfladen af den koniske kugle øger dens penetration yderligere i sammenligning med den pilformede kugle designet af Dvoryaninov et al.
På samme tid har en konisk kugle med et indre hulrum i halesektionen en høj dødelig effekt, da:
- det er på grænsen til stabilitet på grund af den lette skråning af skruegevindet på Lancaster -boringen;
- efter at have brudt gennem en pansret barriere falder dens stabilitet på grund af knusning af halesektionen og forskydning af trykcentret ud over tyngdepunktet.
Tabet af kinetisk energi til at bryde igennem en pansret barriere i en konisk kugle med et indre hulrum er på niveau med pilformede og ogivalkugler: i førstnævnte bruges energi på at knuse kroppen i hulrummet, i den anden, om at skære i halenheden, i den tredje, på at knuse og rive skallen og skjorten fra kernen.
Den koniske kugles krop svarer funktionelt til kernen i den kappede kappe, der er ingen blyjakke, i stedet for en skal lavet af tung og dyr messing bruges en palle af let og billig plast. På den anden side bruger en konisk kugle mest rationelt styrkeegenskaberne for dets strukturmateriale i sammenligning med en pilformet kugle, kunstigt svækket i stedet for kammen og tværsnittet. Derfor kan massen af en konisk kugle minimeres betydeligt i sammenligning med en ogival og pilformet kugle med lige penetration. Dette gør det muligt at foretage et økonomisk begrundet valg af konstruktionsmaterialet i den koniske kugle til fordel for wolframmetallegeringen, som har den højeste densitet.
På grund af den begrænsede indre volumen af teleskoppatronen foreslås det at anvende en drivladning i form af en presset pulverkontrol med tilsætning af krystallinske HMX -granulater (hvis størrelse er mindre end den kritiske diameter af detonation af et eksplosivstof) for at sikre konstruktionsforbrændingshastigheden for ladningen for den valgte tøndelængde på håndvåben. For at reducere patronens samlede vægt som konstruktionsmateriale i dens ærme foreslås det at anvende en sammensat legering af aluminium og dispergeret fiber af aluminiumoxid, beskyttet af en galvaniseret messingcoating og en antifriktionspolymerbelægning med grafitfyldning, beskrevet i artiklen "Lovende patroner til riflede våben" ("Military Review" Dateret 9. december 2017).
Følgende tabel giver en sammenlignende vurdering af forskellige typer patroner og håndvåben:
Som du kan se fra tabellen, er "Spear" / SPEAR -patronen førende med hensyn til minimum pakningsvolumen, længde og vægt samt i sidelast af en kugle. Den samlede rekylmoment for dens kugle-, gryde- og pulvergasser er omkring 1/3 højere end den samlede rekylmoment for kugle- og pulvergasserne i patronen 5, 45x39 mm, mens næsens næseparti overskrides med 1/7 i forhold til det andet.
Derudover er der praktisk talt ingen termoplastisk slid på tøndeboringen på grund af fraværet af riller, når der affyres en kugle i en polymerpalle fra en tønde med en oval skrueboring. I denne henseende vil en stigning på mere end 1,5 gange den oprindelige hastighed for en kugle ikke påvirke ressourcen af håndvåben. Desuden skaber et slidløst skud en reserve til forøgelse af ildfrekvensen i faste bursts til niveauet 2000-3000 runder i minuttet, som blev anbefalet af GRAU-kommissionen i Den Russiske Føderations forsvarsministerium efter resultaterne af Abakan konkurrence for at øge nøjagtigheden af automatisk fyring fra ubehagelige positioner.
Ud over håndvåben ammunition kan "Spear" / SPEAR patronen bruges som ammunition til jagtvåben med Lancaster tønder af IZH-27 typen ved hjælp af standard plast ærmer fyldt med mejslede koniske kugler lavet af stål eller messing i en segmenteret palle fremstillet af støbt termoplast. Medens våbenets rekyl vedligeholdes på affyringsniveauet for et konventionelt 12-gauge-skud, vil en sub-kaliber kugle på 9 gram accelerere i en 70 cm tønde til en hastighed på 900 m / s, hvilket svarer til egenskaberne ved Mosin tre-line rifle.
Geometriske egenskaber ved forskellige typer koniske kugler (længde, keglens åbningsvinkel, afrundingsgrad / bikonitet i hovedenden, tilstedeværelsen af et kontaktområde på spidsen til at knuse en pansret barriere eller et ekspansivt hulrum til dødelighed ved at skyde på et stort dyr, dybde og tykkelse af halekavitetens vægge), under hensyntagen til de angivne flyvehastigheder og de mål, der skal rammes, kan bestemmes på grundlag af simulering af kuglens passage i luft, gel eller faste medier ved hjælp af det indenlandske softwareprodukt FlowVision.
