Durante la prima guerra mondiale, i belligeranti iniziarono a utilizzare la protezione dell'armatura personale per i fanti sotto forma di elmetti e corazze d'acciaio, che a una certa distanza non potevano essere penetrati da proiettili di armi leggere a bassa velocità. Al momento, SIBZ con piastre composite di carburo di boro con uno spessore di 9 mm non può essere penetrato da proiettili perforanti con un'anima in acciaio di calibri 5, 45x39 mm, 5, 56x45 mm, 7, 62x39 mm, 7, 62x51 mm e 7,62x54 mm a una distanza inferiore a 100 metri …
Per superare questo ostacolo, i proiettili perforanti di armi leggere utilizzano sempre più un nucleo costituito da una lega composita di carburo di tungsteno con cobalto del tipo VK8 con una granulometria inferiore a 1 μm, la cui resistenza ultima alla flessione è 2 GPa, in compressione di 4 GPa alla durezza HRA 85 unità. Ancora più promettente è una lega metallica di tipo tungsteno VNZh97 per analogia con i nuclei dei proiettili di artiglieria perforanti. Tuttavia, le piastre SIBZ hanno anche una riserva per aumentare la resistenza sia aumentando la percentuale di carburo di boro nel composito che lo spessore delle piastre (tenendo conto della tendenza a passare all'uso di esoscheletri passivi come parte dell'equipaggiamento di fanteria).
Inoltre, il classico proiettile a conchiglia ogivale è un vettore estremamente inefficace di un nucleo perforante, poiché richiede l'uso di una guaina di piombo per passare attraverso le rigature della canna senza distruggerle al contatto con la lega dura del nucleo. Di conseguenza, la massa del nucleo stesso è ridotta al minimo. Ad esempio, un proiettile di una cartuccia 7N24M di calibro 5, 45x39 mm con rivestimento bimetallico, rivestimento di piombo e nucleo perforante in lega VK8 pesa 4,1 grammi, di cui il peso del nucleo è di soli 1,8 grammi. Inoltre, quando si scontra con la piastra SIBZ, parte dell'energia cinetica del proiettile viene spesa per schiacciare il guscio bimetallico, perforandolo con un nucleo perforante e strappando la giacca di piombo.
Un metodo più efficace per aumentare la penetrazione dell'armatura dei proiettili di armi leggere è aumentare la loro velocità iniziale e ridurre l'area della sezione trasversale. La prima misura aumenta l'energia cinetica del proiettile, la seconda aumenta il carico specifico nella zona di contatto del proiettile con l'ostacolo. La velocità del proiettile è limitata dalla pressione massima dei gas in polvere nella canna, che attualmente raggiunge le 4500 atmosfere ed è determinata dalla resistenza dell'acciaio della canna. Questa limitazione viene superata riducendo la massa e il diametro del proiettile mantenendo lo stesso diametro del foro, ad es. passando a proiettili di calibro inferiore. Per guidare un proiettile di calibro inferiore nel foro, vengono utilizzate cinghie principali sviluppate sulla superficie del nucleo o un pallet polimerico, la cui densità del materiale è 9-11 volte inferiore alla densità dell'ottone o del piombo.
La prima soluzione costruttiva in quest'area è il proiettile del tedesco Harold Gerlich, sviluppato nel primo terzo del XX secolo e dotato di due cinghie coniche di testa. Il proiettile in volo era stabilizzato dalla rotazione, la canna rigata aveva un diametro variabile, rastremata verso l'estremità, che permetteva di ottenere un'efficienza ancora maggiore nell'utilizzo dell'energia dei gas in polvere. Di conseguenza, un proiettile del peso di 6,5 grammi ha accelerato a una velocità di 1600 m / se ha perforato una piastra d'acciaio spessa 12 mm a una distanza di 60 mm. Tuttavia, una canna rigata di diametro variabile era troppo costosa da produrre e la precisione di sparare con proiettili con cinghie di piombo, accartocciate quando sparate, lasciava molto a desiderare.
La seconda soluzione progettuale nel campo dei proiettili sub-calibro sono gli sviluppi della società americana AAI, guidata dal suo capo Irwin Barr, che nel 1952 sviluppò una cartuccia di fucile calibro 12 dotata di 32 elementi battenti a forma di freccia posti in un contenitore -tipo push pallet. I test hanno dimostrato che i proiettili a forma di freccia hanno un grande effetto dannoso, ma hanno una bassa precisione di tiro a causa dell'impossibilità di fornire una data direzionalità del volo dei proiettili dopo la partenza del gruppo dalla canna
Il lavoro di iniziativa è proseguito nell'ambito del programma di ricerca SALVO dell'esercito americano. AAI ha sviluppato una cartuccia a proiettile singolo XM110 calibro 5, 6x53 mm con un grande manicotto di allungamento, dotata di un proiettile sub-calibro a forma di freccia in acciaio con un diametro di 1, 8 mm e coda di calibro. Come dispositivo principale, è stata utilizzata una vaschetta di trazione in lega di magnesio, che è stata tagliata in parti da un attacco della volata dopo che il proiettile è uscito dalla canna. Il tiro è stato effettuato da armi leggere con una canna liscia, la stabilizzazione del proiettile in volo è stata fornita dall'unità di coda. Gli smussi aerodinamici sui piani di impennaggio impostano una piccola velocità angolare di rotazione del proiettile per mediare l'effetto sulla rettilineità del volo dei difetti di fabbricazione nella sua fabbricazione.
Durante gli esperimenti, è stata sviluppata una versione migliorata della cartuccia 5, 77x57V XM645, che utilizzava una piastra di trazione composita a quattro segmenti in fibra di vetro con rivestimento in teflon, trattenuta sul proiettile nella canna a causa delle forze di attrito e disintegrata in segmenti sotto il influenza della pressione dell'aria dopo che il proiettile è stato espulso dalla canna. La lunghezza della cartuccia era di 63 mm, la lunghezza del proiettile a forma di freccia era di 57 mm, il peso del proiettile era di 0,74 grammi, il pallet era di 0,6 grammi, la velocità iniziale del proiettile era di 1400 m / s
Tuttavia, nel tentativo di fornire il massimo allungamento del proiettile, l'AAI ha dovuto allungare il bossolo, il che ha influito negativamente sull'affidabilità del meccanismo di ricarica a causa dell'elevato attrito nella camera e ha anche portato ad un aumento delle dimensioni e il peso del destinatario di armi leggere.
Pertanto, nel prossimo programma dell'esercito americano, chiamato SPIW, il leader era la cartuccia 5, 6x44 XM144, sviluppata dall'Arsenale di Francoforte nel fattore di forma della cartuccia a basso impulso 5, 56x45 mm. Una versione migliorata della cartuccia XM216 SFR aveva un manicotto standard, la lunghezza della cartuccia era di 49,7 mm, la lunghezza del proiettile a forma di freccia era di 45 mm, il peso del proiettile era di 0,65 grammi, il peso del pallet era di 0,15 grammi, la velocità iniziale del proiettile era di 1400 m/s
Il tiro sperimentale condotto nell'ambito dei programmi SALVO e SPIW utilizzando proiettili di massa ultra bassa a forma di freccia di sotto-calibro ha rivelato gli svantaggi fatali di tali proiettili: aumento della deriva laterale sotto l'influenza del vento e una deviazione significativa dalla traiettoria specificata quando sparare sotto la pioggia.
In Unione Sovietica, la prima cartuccia 7, 62 / 3x54 mm con un proiettile a forma di freccia di sottocalibro è stata sviluppata sotto la guida di Dmitry Shiryaev nei primi anni '60 a NII-61 (futuro TsNIITOCHMASH). Il proiettile a forma di freccia differiva dalle sue controparti americane per la sua massa maggiore, l'allungamento inferiore (3x51 mm), l'assenza di restringimento nell'area della coda e, soprattutto, il metodo di collegamento del pallet e del proiettile con l'aiuto di un pettine applicato all'asta della freccia. Questa soluzione ha permesso di fornire la presa necessaria con uno sforzo di trazione maggiore dal lato del pallet per spingere un proiettile con un multiplo della massa rispetto ai suoi omologhi americani
Il pallet a due sezioni era realizzato in lega di alluminio, quindi, quando si allontanava dopo aver lasciato la canna, rappresentava un certo pericolo per i tiratori vicini. Inoltre, l'alluminio aderisce intensamente alla superficie del foro della canna, il che richiede la pulizia a secco della canna ogni 100-200 colpi. Ma la proprietà più negativa dei proiettili a forma di freccia si è rivelata il loro basso effetto letale sulla manodopera: i proiettili ad alta velocità hanno perforato perfettamente l'armatura e, come gli aghi, sono passati attraverso i tessuti molli, senza causare un colpo d'ariete e senza formare un canale di ferita di grande diametro.
In relazione a queste circostanze, nel 1965, sotto la guida di Vladislav Dvoryaninov, iniziò lo sviluppo di una nuova cartuccia di calibro 10/4, 5x54 mm con un proiettile a forma di freccia di un design modificato con un peso aumentato a 4,5 grammi. Durante lo sviluppo, è stato utilizzato un materiale polimerico per realizzare un pallet che non inquina il foro della canna durante uno sparo, è stato utilizzato un restringimento della coda dell'albero (come nelle controparti americane) per aumentare il coefficiente balistico e un taglio trasversale di l'albero è stato formato nella regione del pettine e piatto sulla punta del proiettile con l'obiettivo di, di conseguenza, l'indebolimento costruttivo del proiettile per la rottura in due parti e il ribaltamento del proiettile nel processo di penetrazione dei tessuti molli
Queste soluzioni tecniche hanno permesso di aumentare l'effetto letale dei proiettili a forma di freccia, ma allo stesso tempo hanno ridotto il grado di penetrazione della protezione corazzata personale per i fanti, poiché un proiettile che passa attraverso una barriera solida subisce anche sollecitazioni di flessione (aumentando con un aumento dell'angolo di incontro di un proiettile con un ostacolo), che portano alla distruzione del fusto del proiettile, due volte indebolito (con un pettine e un taglio) nella sezione più critica, direttamente adiacente alla punta. Il guadagno nell'azione letale e la perdita nell'azione penetrante non hanno permesso l'adozione di proiettili a forma di freccia di sotto-calibro progettati da Dvoryaninov et al.
Lo studio del processo di flusso attorno a vari corpi in una galleria del vento con flusso d'aria supersonico ha rivelato che i proiettili a forma di freccia di qualsiasi design hanno una forma aerodinamica non ottimale: generano cinque fronti d'onda d'urto contemporaneamente:
- testa anteriore;
- la parte anteriore nel punto di transizione della punta all'albero;
- anteriore sui bordi d'attacco della coda;
- anteriore sui bordi d'uscita della coda;
- la parte anteriore nel punto di costrizione della coda dell'asta.
Per fare un confronto, un proiettile di calibro ogivale a velocità supersonica genera solo tre fronti d'onda d'urto:
- testa anteriore;
- anteriore nel punto di transizione della punta nella parte cilindrica;
- coda anteriore.
La più ottimale dal punto di vista dell'aerodinamica del volo supersonico è la forma conica del proiettile senza frattura della superficie generatrice e senza coda, che genera solo due fronti dell'onda d'urto: testa e coda. In questo caso, l'angolo di apertura della parte anteriore della testa del proiettile conico è diverse volte inferiore all'angolo di apertura della parte anteriore della testa del proiettile spazzato a causa dell'angolo di apertura della punta del primo più piccolo rispetto all'angolo di apertura del proiettile. secondo cono. Inoltre, il proiettile a forma di freccia, sparato da una canna liscia e svolto in volo (per compensare difetti di fabbricazione) a causa degli smussi della coda, si distingue anche per una maggiore frenata dovuta alla selezione di parte della cinetica energia per svolgere il proiettile.
In connessione con le carenze indicate dei proiettili a forma di freccia, viene offerta una cartuccia innovativa con il titolo "Lancia" / SPEAR, dotata di un proiettile conico di sotto-calibro con una vaschetta di spinta che non richiede un pettine sul corpo del proiettile. La cartuccia è realizzata in un fattore di forma telescopico per ridurre al minimo il volume dell'imballaggio, che è determinato solo dalla lunghezza e dal diametro maggiore della sua manica. La cartuccia è intesa come munizione per armi leggere dotata di una canna con un foro a vite ovale, forata come Lancaster allo scopo di torcere il proiettile nel processo di passaggio del foro della canna. Un proiettile in volo mantiene la stabilità sia per il momento giroscopico sia per lo spostamento in avanti del baricentro rispetto al centro di pressione aerodinamica per la formazione di una cavità interna nella coda del proiettile.
Il proiettile conico sparato dalla canna Lancaster ha un coefficiente balistico migliorato rispetto ai proiettili sia ad ogiva che a freccia per i seguenti motivi:
- il minor numero di fronti d'onda d'urto generati durante il volo supersonico;
- nessuna perdita di energia cinetica per la rotazione del proiettile dovuta al flusso d'aria in ingresso.
Un proiettile conico con una cavità interna nella sezione della coda ha anche una maggiore capacità di penetrazione: nel processo di passaggio attraverso una barriera solida, la sezione della coda è accartocciata verso l'interno e il diametro della base del cono diminuisce al diametro del proiettile nella sezione dell'inizio della cavità. Il carico trasversale del proiettile è quasi raddoppiato. In questo caso, la nitidezza della superficie conica conservata del proiettile rimane maggiore di quella di un proiettile ogivale o a forma di freccia di uguale lunghezza. L'assenza di un pettine e di tagli trasversali sulla superficie del proiettile conico aumenta ulteriormente la sua penetrazione rispetto al proiettile a forma di freccia progettato da Dvoryaninov et al.
Allo stesso tempo, un proiettile conico con una cavità interna nella sezione di coda ha un alto effetto letale, poiché:
- è sull'orlo della stabilità a causa del passo dolce della filettatura della vite del foro Lancaster;
- dopo aver sfondato una barriera corazzata, la sua stabilità diminuisce a causa dello schiacciamento della sezione di coda e dello spostamento del baricentro oltre il baricentro.
La perdita di energia cinetica per sfondare una barriera corazzata in un proiettile conico con una cavità interna è a livello di proiettili a forma di freccia e ogivali: nel primo, l'energia viene spesa per schiacciare il corpo nell'area della cavità, nel secondo, sul taglio dell'unità di coda, nel terzo, sullo schiacciamento e strappo del guscio e della camicia dal nucleo.
Il corpo del proiettile conico corrisponde funzionalmente al nucleo del proiettile inguainato, non c'è una guaina di piombo, invece di un guscio in ottone pesante e costoso, viene utilizzato un pallet in plastica leggera ed economica. D'altra parte, un proiettile conico utilizza più razionalmente le caratteristiche di resistenza del suo materiale strutturale rispetto a un proiettile a forma di freccia, indebolito artificialmente al posto del pettine e del taglio trasversale. Pertanto, la massa di un proiettile conico può essere notevolmente ridotta rispetto a un proiettile ogivale e a forma di freccia con uguale penetrazione. Ciò consente di effettuare una scelta economicamente giustificata del materiale di costruzione del proiettile conico a favore della lega metallica di tungsteno, che ha la più alta densità.
A causa del volume interno limitato della cartuccia telescopica, si propone di utilizzare una carica propellente sotto forma di un controllore di polvere pressata con l'aggiunta di granuli HMX cristallini (la cui dimensione è inferiore al diametro critico di detonazione di un esplosivo) al fine di garantire il tasso di combustione di progetto della carica per la lunghezza della canna selezionata delle armi leggere. Al fine di ridurre il peso totale della cartuccia come materiale strutturale del suo manicotto, si propone di utilizzare una lega composita di alluminio e fibra dispersa di ossido di alluminio, protetta da un rivestimento in ottone zincato e da un rivestimento polimerico antifrizione con riempimento di grafite, descritto nell'articolo "Cartucce promettenti per armi rigate" ("Revisione militare" del 9 dicembre 2017).
La tabella seguente fornisce una valutazione comparativa di diversi tipi di cartucce e proiettili per armi leggere:
Come puoi vedere dalla tabella, la cartuccia "Spear" / SPEAR è il leader in termini di volume minimo di imballaggio, lunghezza e peso, nonché per carico laterale di un proiettile. Il momento di rinculo totale del suo proiettile, pan e gas di polvere è circa 1/3 superiore al momento di rinculo totale del proiettile e gas di polvere della cartuccia 5, 45x39 mm, mentre l'energia della volata del primo è superata di 1/7 rispetto al secondo.
Inoltre, quando si spara un proiettile in un pallet polimerico da una canna con una perforazione a vite ovale, non c'è praticamente usura termoplastica del foro della canna a causa dell'assenza di scanalature. A questo proposito, un aumento di oltre 1,5 volte la velocità iniziale di un proiettile non influirà sulla risorsa delle armi leggere. Inoltre, un colpo senza usura crea una riserva per aumentare la velocità di fuoco in raffiche fisse al livello di 2000-3000 colpi al minuto, raccomandato dalla commissione GRAU del Ministero della Difesa della Federazione Russa a seguito dei risultati dell'Abakan concorrenza al fine di aumentare la precisione del tiro automatico da posizioni scomode.
Oltre alle munizioni per armi di piccolo calibro, la cartuccia "Spear" / SPEAR può essere utilizzata come munizioni per armi da caccia con canne Lancaster del tipo IZH-27 utilizzando manicotti di plastica standard riempiti con proiettili conici cesellati in acciaio o ottone in un pallet segmentato realizzato di termoplastico stampato. Pur mantenendo il rinculo dell'arma al livello di sparo di un normale proiettile calibro 12, un proiettile sub-calibro del peso di 9 grammi accelererà in una canna da 70 cm ad una velocità di 900 m / s, che corrisponde alle caratteristiche del Fucile Mosin a tre linee.
Caratteristiche geometriche di vari tipi di proiettili conici (lunghezza, angolo di apertura del cono, grado di rotondità/biconicità dell'estremità della testa, presenza di un'area di contatto sulla punta per schiacciare una barriera corazzata o una cavità espansiva per la letalità del tiro a un grosso animale, profondità e spessore delle pareti della cavità della coda), tenendo conto delle velocità di volo specificate e dei bersagli da colpire possono essere determinati sulla base della simulazione del passaggio di proiettili in aria, gel o supporti solidi utilizzando il prodotto software domestico FlowVision.
