Počas prvej svetovej vojny začali bojujúci používať pre pešiakov osobnú pancierovú ochranu vo forme oceľových prilieb a kyrysov, do ktorých sa v určitej vzdialenosti nedali preniknúť guľky z ručných zbraní s nízkou rýchlosťou. V súčasnosti nie je možné do SIBZ s kompozitnými doskami z karbidu bóru s hrúbkou 9 mm preniknúť pancierové strely s oceľovým jadrom kalibrov 5, 45x39 mm, 5, 56x45 mm, 7, 62x39 mm, 7, 62x51 mm. a 7, 62x54 mm vo vzdialenosti menšej ako 100 metrov …
Na prekonanie tejto prekážky strelné zbrane do ručných zbraní stále častejšie používajú jadro vyrobené z kompozitnej zliatiny karbidu wolfrámu s kobaltom typu VK8 s veľkosťou zrna menšou ako 1 μm, ktorej konečná pevnosť v ohybe je 2. GPa, v kompresii 4 GPa pri tvrdosti HRA 85 jednotiek. Ešte sľubnejšia je kovová zliatina volfrámu typu VNZh97 analogicky s jadrami pancierových delostreleckých nábojov. Dosky SIBZ však majú aj rezervu na zvýšenie odolnosti jednak zvýšením percenta karbidu bóru v kompozite, jednak hrúbkou dosiek (berúc do úvahy tendenciu prejsť na používanie pasívnych exoskeletov ako súčasti vybavenia pechoty).
Okrem toho je klasická guľová strela ogival extrémne neúčinným nosičom jadra prepichujúceho brnenie, pretože vyžaduje použitie oloveného plášťa na prechod puškou hlavne bez toho, aby sa zničil pri kontakte s tvrdou zliatinou jadra. V dôsledku toho sa hmotnosť samotného jadra zníži na minimum. Napríklad guľka kazety 7N24M kalibru 5, 45x39 mm s bimetalovým plášťom, oloveným plášťom a jadrom prepichujúcim brnenie zo zliatiny VK8 váži 4,1 gramu, z toho hmotnosť jadra je iba 1,8 gramu. Okrem toho pri kolízii s doskou SIBZ sa časť kinetickej energie strely vynaloží na rozdrvenie bimetalického plášťa, jeho prerazenie jadrom prepichujúcim pancier a odtrhnutím oloveného plášťa.
Účinnejšou metódou zvýšenia prieniku panciera do guľiek ručných zbraní je zvýšenie ich počiatočnej rýchlosti a zmenšenie plochy prierezu. Prvé opatrenie zvyšuje kinetickú energiu strely, druhé zvyšuje špecifické zaťaženie v kontaktnej oblasti strely s prekážkou. Rýchlosť strely je obmedzená maximálnym tlakom práškových plynov v hlavni, ktorý v súčasnosti dosahuje 4500 atmosfér a je určený pevnosťou valcovej ocele. Toto obmedzenie je prekonané znížením hmotnosti a priemeru strely pri zachovaní rovnakého priemeru vrtu - t.j. prepnutím na guľky podkaliberného kalibru. Na vedenie guľky podkalibra vo vývrte sa používajú vyvinuté vodiace pásy na povrchu jadra alebo polymérová paleta, ktorých hustota materiálu je 9-11 krát menšia ako hustota mosadze alebo olova.
Prvým konštruktívnym riešením v tejto oblasti je guľka Nemca Harolda Gerlicha, vyvinutá v prvej tretine 20. storočia a vybavená dvoma poprednými kužeľovitými pásmi. Guľka za letu bola stabilizovaná rotáciou, pušková hlaveň mala premenlivý priemer, ku koncu sa zužujúca, čo umožňovalo dosiahnuť rovnomernú a väčšiu účinnosť pri využití energie práškových plynov. V dôsledku toho strela s hmotnosťou 6,5 gramu zrýchlila na rýchlosť 1600 m / s a prerazila oceľový plech s hrúbkou 12 mm vo vzdialenosti 60 mm. Pušková hlaveň premenlivého priemeru bola však na výrobu príliš drahá a presnosť streľby z guliek s prednými pásmi, pokrčenými pri výstrele, zanechala veľa požiadaviek.
Druhým konštrukčným riešením v oblasti podkalibrových guliek je vývoj americkej spoločnosti AAI na čele s jej vedúcim Irwinom Barrom, ktorá v roku 1952 vyvinula 12-kalibrovú pušku vybavenú 32 šípovitými údernými prvkami umiestnenými v kontajneri. -typ tlačnej palety. Testy ukázali, že strely v tvare šípu majú veľký škodlivý účinok, ale majú nízku presnosť streľby z dôvodu nemožnosti poskytnúť danú smerovosť letu striel po ich skupinovom odchode z hlavne
Iniciatívne práce pokračovali v rámci výskumného programu americkej armády SALVO. Spoločnosť AAI vyvinula nábojnicu XM110 s jednou guľkou kalibru 5, 6x53 mm s veľkým predlžovacím puzdrom, vybavenú oceľovou podkalibernou guľkou v tvare šípu s priemerom 1, 8 mm a chvostom kalibru. Ako vedúce zariadenie bola použitá ťažná panvica zo zliatiny horčíka, ktorá bola po vystrelení hlavne zrezaná na časti úsťovým úchytom. Streľba sa uskutočňovala z ručných zbraní s hladkou hlavňou, stabilizáciu strely za letu zabezpečovala chvostová jednotka. Aerodynamické úkosy na rovinách ocasných plôch nastavujú malú uhlovú rýchlosť rotácie strely, aby sa priemeroval vplyv na priamosť letu výrobných chýb pri jej výrobe.
Počas experimentov bola vyvinutá vylepšená verzia kazety 5, 77x57V XM645, ktorá používala kompozitnú štvorsegmentovú ťažnú panvicu vyrobenú zo sklolaminátu s teflónovým povlakom, držanú na guľke v hlavni v dôsledku trecích síl a rozpadla sa na segmenty pod vplyv tlaku vzduchu po vysunutí strely z hlavne. Dĺžka náboje bola 63 mm, dĺžka strely v tvare šípu bola 57 mm, hmotnosť strely bola 0,74 gramu, paleta mala 0,6 gramu, úsťová rýchlosť strely bola 1400 m / s
V snahe zaistiť čo najväčšie predĺženie strely však AAI muselo pristúpiť k predĺženiu nábojnice, čo negatívne ovplyvnilo spoľahlivosť mechanizmu prebíjania v dôsledku vysokého trenia v komore a viedlo tiež k zvýšeniu veľkosti. a hmotnosť prijímača ručných zbraní.
Preto v nasledujúcom programe americkej armády s názvom SPIW bola vedúcou kazeta 5, 6x44 XM144, vyvinutá spoločnosťou Frankfort Arsenal vo forme faktora nízko impulznej kazety 5, 56x45 mm. Vylepšená verzia kazety XM216 SFR mala štandardný rukáv, dĺžka kazety bola 49,7 mm, dĺžka strely v tvare šípu bola 45 mm, hmotnosť strely bola 0,65 gramu, hmotnosť palety bola 0,15 gramov, úsťová rýchlosť strely bola 1400 m / s
Experimentálna streľba vykonávaná v rámci programov SALVO a SPIW s použitím guličiek ultraľahkej hmotnosti podkaliberného typu odhalila fatálne nevýhody týchto striel-zvýšený bočný drift pod vplyvom vetra a výraznú odchýlku od určenej trajektórie, keď streľba v daždi.
V Sovietskom zväze bola prvá kazeta 7, 62 / 3x54 mm s podkalibrovou strelou v tvare šípu vyvinutá pod vedením Dmitrija Shiryaeva na začiatku 60. rokov minulého storočia na NII-61 (budúci TsNIITOCHMASH). Šípka v tvare šípu sa od amerických náprotivkov líšila väčšou hmotnosťou, nižším predĺžením (3x51 mm), absenciou zúženia v oblasti chvosta a hlavne spôsobom spojenia palety a strely pomocou hrebeňa. aplikovaný na šípový hriadeľ. Toto riešenie umožnilo zaistiť potrebnú priľnavosť vyššou ťažnou silou zo strany palety na pohon guľky s násobkom hmotnosti ako jej americké náprotivky
Dvojdielna paleta bola vyrobená zo zliatiny hliníka, a preto pri rozlete po opustení hlavne predstavovala určité nebezpečenstvo pre susedných strelcov. Okrem toho sa hliník intenzívne prilepil na povrch vývrtu hlavne, čo si vyžadovalo suché čistenie hlavne každých 100-200 výstrelov. Ukázalo sa však, že najnegatívnejšou vlastnosťou striel v tvare šípu je ich nízky smrtiaci účinok na pracovnú silu-vysokorýchlostné náboje dokonale prepichli pancier a ako ihly prešli mäkkými tkanivami bez toho, aby spôsobili šokové vodné kladivo a bez vytvorenia rany na rany. veľkého priemeru.
V súvislosti s týmito okolnosťami bol v roku 1965 pod vedením Vladislava Dvoryaninova zahájený vývoj novej kazety kalibru 10/4, 5x54 mm s guľou v tvare šípu upraveného dizajnu s hmotnosťou zvýšenou na 4,5 gramu. Pri vývoji bol z polymérneho materiálu vyrobený paleta, ktorá neznečisťuje vývrt hlavne počas výstrelu, zúženie chvosta hriadeľa (ako v amerických náprotivkoch) sa použilo na zvýšenie balistického koeficientu a priečny rez hriadeľ bol vytvorený v oblasti hrebeňa a plochý na bode strely s cieľom zodpovedajúcim spôsobom konštruktívne oslabenie strely na rozbitie na dve časti a prevrátenie strely v procese prieniku do mäkkých tkanív
Tieto technické riešenia umožnili zvýšiť smrteľný účinok šípov v tvare šípov, ale zároveň znížili stupeň prieniku osobnej pancierovej ochrany pre peších, pretože guľka prechádzajúca pevnou bariérou zažíva aj ohybové napätie (zvyšuje sa s zvýšenie uhla stretu strely s prekážkou), ktoré vedú k zničeniu hriadeľa strely, dvakrát oslabeného (hrebeňom a zárezom) v najkritickejšom úseku, priamo susediacom s bodom. Zisk v smrtiacom pôsobení a strata v prenikavom pôsobení neumožnili prijatie podkaliberných šípov v tvare šípov, ktoré navrhli Dvoryaninov a kol.
Štúdia procesu prúdenia okolo rôznych telies vo veternom tuneli s nadzvukovým prúdením vzduchu odhalila, že strely v tvare šípu akéhokoľvek dizajnu majú neoptimálny aerodynamický tvar-generujú päť frontov rázových vĺn naraz:
- predná časť hlavy;
- predná časť v mieste prechodu bodu na hriadeľ;
- predná časť na predných okrajoch chvosta;
- predná časť na zadných okrajoch chvosta;
- predná časť v mieste zúženia chvosta drieku.
Na porovnanie, guľka kalibru ogival v nadzvukovej rýchlosti generuje iba tri fronty šokových vĺn:
- predná časť hlavy;
- predná v mieste prechodu hrotu do valcovej časti;
- predná časť chvosta.
Najoptimálnejším z hľadiska aerodynamiky nadzvukového letu je kužeľovitý tvar strely bez lomu generujúcej plochy a bez chvosta, ktorý generuje iba dve fronty rázovej vlny: hlavu a chvost. V tomto prípade je uhol otvorenia prednej časti hlavy kužeľovej strely niekoľkokrát menší ako uhol otvorenia prednej časti hlavy strieľanej strely v dôsledku menšieho uhla otvorenia špičky prvej v porovnaní s uhlom otvorenia druhý kužeľ. Navyše guľka v tvare šípu, vystrelená z hladkého hlavne a odvíjaná za letu (aby sa kompenzovali výrobné chyby) v dôsledku skosenia chvosta, sa tiež vyznačuje zvýšeným brzdením v dôsledku výberu časti kinetiky energia na odvíjanie guľky.
V súvislosti s uvedenými nedostatkami šípov v tvare strely sa ponúka inovatívna kazeta pod názvom „Oštep“/ SPEAR, vybavená kužeľovou guľkou podkaliberného kalibru s tlačnou panvicou, ktorá nevyžaduje hrebeň na tele strely. Náplň je vyrobená v teleskopickom formáte, aby sa minimalizoval objem balenia, ktorý je určený iba dĺžkou a najväčším priemerom jej objímky. Náboj je určený ako strelivo do ručných zbraní vybavených hlavne s oválnym skrutkovacím vývrtom, vyvŕtaným ako Lancaster na účely skrútenia strely v procese prechádzania vývrtom hlavne. Guľka za letu si zachováva stabilitu tak v dôsledku gyroskopického momentu, ako aj v dôsledku posunutia ťažiska dopredu vzhľadom na stred aerodynamického tlaku vytvorením vnútornej dutiny v chvoste strely.
Kónická guľka vystrelená z hlavne Lancasteru má v porovnaní s ogívnymi aj šípovitými guľkami vylepšený balistický koeficient z týchto dôvodov:
- najmenší počet frontov rázových vĺn generovaných počas nadzvukového letu;
- žiadna strata kinetickej energie pri otáčaní strely v dôsledku prichádzajúceho prúdenia vzduchu.
Kónická guľka s vnútornou dutinou v chvostovej časti má tiež zvýšenú penetračnú schopnosť - v procese prechodu cez pevnú bariéru je chvostová časť pokrčená dovnútra a priemer základne kužeľa klesá na priemer strely v úsek začiatku dutiny. Priečne zaťaženie strely je takmer dvojnásobné. V tomto prípade ostrosť zachovaného kužeľovitého povrchu strely zostáva väčšia ako ostrosti alebo šípovej guľky rovnakej dĺžky. Absencia hrebeňa a priečnych zárezov na povrchu kužeľovitej strely ďalej zvyšuje jej prienik v porovnaní so šípovitou strelou navrhnutou Dvoryaninovom a kol.
Kónická guľka s vnútornou dutinou v chvostovej časti má zároveň vysoký smrtiaci účinok, pretože:
- je na hranici stability kvôli jemnému stúpaniu závitu skrutky otvoru Lancaster;
- po prelomení pancierovej bariéry klesá jej stabilita v dôsledku zdrvenia chvostovej časti a posunutia ťažiska mimo ťažisko.
Strata kinetickej energie na prelomenie pancierovej bariéry v kužeľovej guľke s vnútornou dutinou je na úrovni šípovitých a ogiválnych striel: v prvej sa energia vynakladá na rozdrvenie tela v oblasti dutiny., v druhom o prerezaní chvostovej jednotky, v treťom o rozdrvení a vytrhnutí škrupiny a košele z jadra.
Telo kónickej strely funkčne zodpovedá jadru plášťovej strely, neexistuje olovený plášť, namiesto škrupiny z ťažkej a drahej mosadze sa používa paleta z ľahkého a lacného plastu. Na druhej strane kónická guľka najracionálnejšie využíva pevnostné charakteristiky svojho konštrukčného materiálu v porovnaní s guľkou v tvare šípu, umelo oslabenou v mieste hrebeňa a priečneho rezu. Hmotnosť kužeľovitej strely je preto možné výrazne minimalizovať v porovnaní s ogiválnou a šípovitou guľkou s rovnakou penetráciou. To umožňuje ekonomicky odôvodnený výber stavebného materiálu kužeľovej guľky v prospech zliatiny volfrámu a kovu, ktorá má najvyššiu hustotu.
Vzhľadom na obmedzený vnútorný objem teleskopickej kazety sa navrhuje použiť hnaciu náplň vo forme lisovanej práškovej kontroly s prídavkom kryštalických granúl HMX (ktorých veľkosť je menšia ako kritický priemer detonácie výbušniny), aby sa zaistila návrhová rýchlosť spaľovania náplne pre zvolenú dĺžku hlavne ručných zbraní. Aby sa znížila celková hmotnosť kazety ako konštrukčného materiálu jej objímky, navrhuje sa použiť kompozitnú zliatinu hliníka a rozptýlené vlákno oxidu hlinitého, chránenú pozinkovaným mosadzným povlakom a polymérom s antifrikčnou vrstvou s grafitovou výplňou, popísané v článku „Sľubné náboje do puškových zbraní“(„Military Review“z 9. decembra 2017).
Nasledujúca tabuľka poskytuje porovnávacie hodnotenie rôznych typov nábojov a guľových zbraní:
Ako môžete vidieť z tabuľky, kazeta „Spear“/ SPEAR je lídrom v oblasti minimálneho objemu, dĺžky a hmotnosti obalu, ako aj v bočnom zaťažení strely. Celková hybnosť spätného rázu jeho guličkových, panvových a práškových plynov je asi o 1/3 väčšia ako celková hybnosť spätného rázu strely a práškových plynov kazety 5, 45 x 39 mm, pričom úsťová energia prvej je prekročená o 1/7. v porovnaní s druhým.
Okrem toho pri vypaľovaní strely z polymérovej palety z hlavne oválnym skrutkovacím vŕtaním prakticky nedochádza k termoplastickému opotrebovaniu vývrtu hlavne v dôsledku absencie drážok. V tomto ohľade zvýšenie viac ako 1,5 -násobku počiatočnej rýchlosti strely neovplyvní zdroje ručných zbraní. Opotrebovaný výstrel navyše vytvára rezervu na zvýšenie rýchlosti streľby v pevných dávkach na úroveň 2 000-3 000 rán za minútu, čo odporučila komisia GRAU Ministerstva obrany Ruskej federácie na základe výsledkov Abakanu. konkurencia s cieľom zvýšiť presnosť automatického strieľania z nepohodlných pozícií.
Okrem streliva do ručných zbraní je možné kazetu „Spear“/ SPEAR použiť ako strelivo na poľovnícke zbrane s hlavne Lancaster typu IZH-27 pomocou štandardných plastových puzdier naplnených dlátovými kužeľovitými guľkami vyrobenými z ocele alebo mosadze v segmentovanej palete vyrobenej z tvarovaného termoplastu. Pri zachovaní spätného rázu zbrane na úrovni streľby konvenčnou strelou kalibru 12 sa guľka podkalibra s hmotnosťou 9 gramov zrýchli v 70 cm hlavni na rýchlosť 900 m / s, čo zodpovedá charakteristikám Mosinská trojriadková puška.
Geometrické charakteristiky rôznych typov kužeľovitých striel (dĺžka, uhol otvorenia kužeľa, stupeň zaoblenia / bikonicity hlavice, prítomnosť kontaktnej plochy na špičke na rozdrvenie pancierovej bariéry alebo rozsiahla dutina na smrteľnosť streľby na veľké zviera, hĺbka a hrúbka stien chvostovej dutiny), s prihliadnutím na špecifikované letové rýchlosti a ciele, ktoré majú byť zasiahnuté, možno určiť na základe simulácie prechodu guľôčok vzduchom, gélom alebo pevným médiom pomocou domáceho softvérového produktu. FlowVision.
