Attualmente, i principali eserciti del mondo hanno iniziato a implementare programmi per lo sviluppo di nuovi tipi di armi di piccolo calibro (Ratnik in Russia e NGSAR negli Stati Uniti). Come dimostra più di un secolo di esperienza nello sviluppo di cartucce unitarie, e quindi di cartucce intermedie e a basso impulso, la soluzione più promettente è lo sviluppo avanzato di nuovi tipi di munizioni.
A seguito dei risultati della seconda guerra mondiale, si è concluso che era necessario migliorare la progettazione del tipo di munizioni più consumabile (cartucce per armi leggere automatiche) ed espandere la base di risorse per la loro produzione.
Cartucce con manicotti in metallo
La saturazione delle unità di fanteria con armi automatiche nell'industria della difesa ha causato una carenza di rame, tradizionalmente utilizzato nelle cartucce di ottone (utilizzato per realizzare bossoli) e tompak (utilizzato per realizzare bossoli di proiettili).
La soluzione più efficace al problema della scarsità di risorse era l'uso di acciaio dolce, rivestito su entrambi i lati di rame per la protezione dalla corrosione, o non rivestito, utilizzato in tempo di guerra per la produzione dei cosiddetti liner surrogati. Nel dopoguerra fu padroneggiata la tecnologia di rivestimento delle maniche in acciaio con una vernice speciale, che le proteggeva dall'umidità e riduceva l'attrito nella camera (fino a un certo limite di temperatura).
Nonostante le caratteristiche tecniche simili dell'acciaio dolce e delle leghe di rame, queste ultime presentano vantaggi in termini di duttilità e resistenza alla corrosione. Il rivestimento laccato delle maniche in acciaio ha una bassa resistenza all'usura e, nel processo di ricarica, a contatto con parti metalliche dell'arma, tende a danneggiarsi e trasferirsi agli elementi di automazione, disabilitandoli. Se le cartucce inutilizzate vengono rimosse dalla canna dopo la fine del tiro, i loro involucri vengono privati del rivestimento laccato a causa della sua combustione a contatto con la superficie riscaldata della camera, dopodiché vengono ossidate acceleratamente e le cartucce diventano inadatte per un ulteriore utilizzo.
L'aumento del consumo di cartucce da parte dei fanti armati di armi automatiche è servito come base per un aumento delle munizioni indossabili riducendo il peso delle cartucce. Fino all'inizio degli anni '70, la direzione principale per ridurre il peso delle munizioni indossabili era il passaggio prima alle cartucce intermedie e poi alle cartucce a basso impulso, a causa del desiderio di aumentare la precisione del fuoco automatico da posizioni scomode. Dopo l'adozione del fucile d'assalto AK-74 e del fucile automatico M-16, questa riserva per ridurre il peso delle munizioni indossabili è stata esaurita: un tentativo di utilizzare proiettili più leggeri ha rivelato la loro maggiore deriva del vento.
Attualmente, i proiettili con anima in acciaio, camicia di piombo e camicia di tompak vengono utilizzati principalmente come elementi di percussione. Al fine di aumentare la penetrazione dell'armatura, l'esercito americano passò all'uso di proiettili interamente metallici delle cartucce M80A1 EPR e M855A1 senza rivestimento di piombo, costituiti da un guscio tombak e un nucleo con una testa in acciaio e una coda di bismuto.
Cartucce senza custodia
Negli anni '80, nei paesi dell'URSS e della NATO, si tentò di risolvere radicalmente i problemi dell'elevato consumo di materiale delle cartucce classiche passando alle munizioni senza bossolo. Il più grande progresso in questa direzione è stato raggiunto dalla società tedesca Heckler und Koch, che ha creato il fucile automatico HK G11, che ha utilizzato le cartucce DM11 senza bossolo sviluppate da Dynamit Nobel.
Tuttavia, l'operazione militare di una serie di 1000 fucili HK G11 nel servizio di frontiera della RFT ha dimostrato il loro pericolo per il personale militare a causa della regolare combustione spontanea di cartucce senza bossolo nella camera, nonostante la sua separazione strutturale dalla canna del fucile. Di conseguenza, alle guardie di frontiera tedesche è stato inizialmente vietato l'uso della modalità di sparo automatica, quindi l'HK G11 è stato completamente rimosso dal servizio a causa dell'insensatezza del suo uso come arma puramente autocaricante in presenza di un'automazione eccessivamente complicata (" orologio a cucù").
Cartucce con manicotti di plastica
Il successivo tentativo di ridurre il consumo di materiale di munizioni per armi di piccolo calibro e aumentare le munizioni indossabili è stato effettuato negli anni 2000 negli Stati Uniti da AAI (ora Textron Systems, una divisione di produzione di Textron Corporation) come parte del LSAT (Lightweight Small Arms Technologies), che ha portato alla creazione di una mitragliatrice leggera e di una carabina automatica, progettata per munizioni combinate con cartucce con un manicotto in ottone, un manicotto in plastica e senza bossolo, realizzati in un fattore di forma telescopico.
Le cartucce senza bossolo, come previsto, erano note per la combustione spontanea nella camera della canna, nonostante il suo design staccabile, quindi la scelta nel programma LSAT è stata fatta a favore delle cartucce con un manicotto di plastica. Tuttavia, il desiderio di ridurre il costo delle munizioni ha portato alla scelta sbagliata del tipo di plastica: è stata utilizzata la poliammide come tale, che ha tutte le caratteristiche necessarie, tranne una, ma la più importante: la sua temperatura massima di esercizio non supera 250 gradi Celsius.
Negli anni '50, sulla base dei risultati dei test sul campo, è stato determinato che la canna di una mitragliatrice DP in condizioni di sparo continuo a raffiche con pause per il cambio di carica si riscalda ai seguenti valori:
150 colpi - 210 ° C
200 colpi - 360 ° C
300 colpi - 440 ° C
400 colpi - 520 ° C
In altre parole, in condizioni di intenso combattimento, dopo aver esaurito i primi duecento colpi di cartucce, la canna di una mitragliatrice leggera è garantita per raggiungere il punto di fusione della poliammide.
In relazione a questa circostanza, il programma LSAT è stato chiuso nel 2016 e sulla sua base è stato lanciato il programma CTSAS (Cased Telescoped Small Arms Systems) con l'obiettivo di sviluppare cartucce telescopiche su una nuova base di materiale. Secondo un'intervista con l'amministratore del programma dell'esercito americano Corey Phillips data a thefirearmblog.com nel marzo 2017, il polimero tecnico più resistente al calore fino ad oggi, la poliimmide, è stato selezionato per il materiale del manicotto in plastica, con una temperatura massima di esercizio di 400 ° C.
La poliimmide come materiale del bossolo ha anche un'altra proprietà preziosa: quando riscaldata al di sopra del livello specificato, si carbonizza senza fondersi con il rilascio di sostanze volatili che non contaminano la camera della canna, mentre la superficie carbonizzata del bossolo funge da ottimo materiale antifrizione quando viene estratto dopo uno sparo. La resistenza del bordo del rivestimento è fornita da una flangia metallica.
Una temperatura di 400 gradi è il limite consentito per il riscaldamento dei barili di armi leggere, dopo di che si deformano, poiché la temperatura del rinvenimento tecnologico dei barili va da 415 a 430 gradi. Tuttavia, la resistenza alla trazione della poliimmide a temperature di 300 gradi o più scende a 30 MPa, che corrisponde a una pressione della camera di 300 atmosfere, ad es. un ordine di grandezza inferiore al livello massimo di pressione dei gas in polvere nei moderni modelli di armi leggere. Quando si tenta di rimuovere un bossolo esaurito dalla camera di un design classico, la flangia metallica si staccherà con una bacchetta che fa cadere i resti del bossolo dalla canna.
Il riscaldamento della cartuccia nella camera del design classico può essere controllato in una certa misura sparando da un otturatore aperto (mitragliatrici), ma in caso di fuoco intenso e sparare da un otturatore chiuso (mitragliatrici e fucili automatici), il riscaldamento della cartuccia oltre i 400 gradi è quasi inevitabile.
Cartucce con manicotti in alluminio
Un'altra alternativa alle leghe di rame sono le leghe di alluminio, che vengono utilizzate negli involucri delle cartucce di pistole seriali, nello sviluppo sperimentale delle cartucce di fucile e nei colpi in serie per il cannone automatico GAU-8A da 30 mm. La sostituzione del rame con l'alluminio consente di rimuovere la restrizione sulla base delle risorse, ridurre il costo del bossolo, ridurre il peso delle munizioni del 25% e, di conseguenza, aumentare il carico di munizioni indossabili.
Nel 1962, TsNIITOCHMASH sviluppò cartucce sperimentali di calibro 7, 62x39 mm con un manicotto in lega di alluminio (codice GA). Le fodere avevano un rivestimento in grafite antifrizione. Per prevenire la corrosione elettrochimica, la coppa della capsula è stata realizzata in una lega di alluminio.
Tuttavia, l'uso di tali manicotti è ostacolato dalla loro unica proprietà negativa: l'accensione spontanea dell'alluminio e delle sue leghe nell'aria quando riscaldata a 430 ° C. Il calore di combustione dell'alluminio è molto elevato e ammonta a 30,8 MJ/kg. La superficie esterna dei prodotti è soggetta a combustione spontanea quando riscaldata a una temperatura specificata e ad un aumento della permeabilità del film di ossido per l'ossigeno nell'aria o quando riscaldata a una temperatura inferiore in caso di danneggiamento del film di ossido. Un film di ossido ceramico non plastico (spessore ~ 0,005 micron) viene distrutto quando un manicotto di plastica metallica viene deformato sotto l'azione della pressione dei gas propellenti, la permeabilità del film di ossido si ottiene a causa del riscaldamento durante un'intensa cottura. I liner si accendono spontaneamente solo nell'aria dopo l'estrazione dalla canna, dove viene mantenuto un bilancio di ossigeno negativo durante la combustione della polvere.
Pertanto, gli involucri di alluminio si sono diffusi solo come parte delle cartucce di pistola dei calibri 9x18 PM e 9x19 Para, la cui intensità di fuoco e la temperatura raggiunta nella camera non possono essere confrontate con questi indicatori di mitragliatrici, fucili automatici e mitragliatrici.
L'alluminio è stato utilizzato anche nella cartuccia sperimentale 6x45 SAW Long, il cui manicotto era dotato di un rivestimento elastico in silicone che serra le crepe nel film di metallo e ossido. Tuttavia, questa decisione ha portato ad un aumento delle dimensioni lineari della cartuccia, delle dimensioni associate del ricevitore e, di conseguenza, del peso dell'arma.
Un'altra soluzione, ma messa in servizio, è il round di artiglieria GAU 30x173 con un manicotto in lega di alluminio. Ciò è diventato possibile grazie all'uso di una speciale carica propellente "fredda" a basso peso molecolare. Il potenziale termochimico della polvere è direttamente proporzionale alla temperatura di combustione ed inversamente proporzionale al peso molecolare dei prodotti della combustione. I propellenti classici nitrocellulosa e pirossilinici hanno un peso molecolare di 25 e una temperatura di combustione di 3000-3500 K, e il peso molecolare del nuovo propellente era di 17 a una temperatura di combustione di 2000-2400 K allo stesso impulso.
Promettente manicotto in metallo sinterizzato
L'esperienza positiva nell'utilizzo di colpi di artiglieria con un manicotto di alluminio consente di considerare questo metallo come materiale strutturale per bossoli di armi di piccolo calibro (anche senza una composizione speciale del propellente). Per confermare la correttezza della scelta specificata, si consiglia di confrontare le caratteristiche dei rivestimenti in ottone e leghe di alluminio.
L'ottone L68 contiene il 68% di rame e il 32% di zinco. La sua densità è 8,5 g / cm3, durezza - 150 MPa, resistenza alla trazione a 20 ° C - 400 MPa, allungamento a trazione - 50 percento, coefficiente di attrito radente sull'acciaio - 0,18, punto di fusione - 938 ° C, zona termica di fragilità - da da 300 a 700°C.
In sostituzione dell'ottone si propone di utilizzare alluminio legato con magnesio, nichel ed altri elementi chimici in frazione volumetrica non superiore al 3% al fine di aumentare le proprietà elastiche, termiche e di colata senza intaccare la resistenza della lega contro corrosione e fessurazione sotto carico. La resistenza della lega si ottiene rinforzandola con fibre di ossido di alluminio disperse (diametro ~ 1 μm) in una frazione di volume del 20%. La protezione contro l'autoaccensione superficiale viene fornita sostituendo il fragile film di ossido con un rivestimento di plastica rame/ottone (~ 5 μm di spessore) applicato mediante elettrolisi.
Il composto cermet risultante appartiene alla classe dei cermet e viene formato in un prodotto finale mediante stampaggio ad iniezione per orientare le fibre di rinforzo lungo l'asse del liner. L'anisotropia delle proprietà di resistenza consente di preservare la cedevolezza del materiale composito in direzione radiale per garantire uno stretto contatto delle pareti del manicotto con la superficie della camera sotto l'azione della pressione dei gas in polvere al fine di otturare quest'ultima.
Le proprietà antifrizione e antigrippaggio del liner sono garantite dall'applicazione sulla sua superficie esterna di un rivestimento in poliimmide-grafite (spessore ~ 10 micron) con frazioni volumetriche uguali di legante e riempitivo in grado di sopportare un carico di contatto di 1 GPa e una temperatura di esercizio di 400°C, utilizzato come rivestimento per pistoni di motori a combustione interna.
La densità del cermet è di 3,2 g / cm3, resistenza alla trazione in direzione assiale: a 20 ° C - 1250 MPa, a 400 ° C - 410 MPa, resistenza alla trazione in direzione radiale: a 20 ° C - 210 MPa, a 400 °C - 70 MPa, allungamento a trazione in direzione assiale: a 20°C - 1,5%, a 400°C - 3%, allungamento a trazione in direzione radiale: a 20°C - 25%, a 400°C - 60 %, punto di fusione - 1100 ° C.
Il coefficiente di attrito radente del rivestimento antifrizione sull'acciaio è 0,05 con un carico di contatto di 30 MPa e oltre.
Il processo tecnologico per la produzione di manicotti in cermet consiste in un minor numero di operazioni (miscelazione metallo con fibra, colata di manicotti, zigrinatura a caldo del cerchione e del foro, ottonatura, applicazione di un rivestimento antifrizione) rispetto al numero di operazioni nel processo tecnologico di fabbricazione delle maniche in ottone (fusione di billette, trafilatura a freddo in sei passaggi, zigrinatura a freddo del bordo e del collo).
Il peso del manicotto in ottone della cartuccia 5, 56x45 mm è di 5 grammi, il peso del manicotto in cermet è di 2 grammi. Il costo di un grammo di rame è di 0,7 centesimi USA, alluminio - 0,2 centesimi USA, il costo delle fibre di allumina disperse è di 1,6 centesimi USA, il loro peso nel rivestimento non supera 0,4 grammi.
Proiettile promettente
In connessione con l'adozione dell'armatura dell'esercito classe 6B45-1 ed ESAPI, non penetrata da proiettili di armi leggere portatili con un'anima d'acciaio a una distanza di 10 metri o più, si prevede di passare all'uso di proiettili con un'anima in lega sinterizzata di carburo di tungsteno (95%) e polveri di cobalto (5%) con un peso specifico di 15 g/cc, che non necessita di appesantimento con piombo o bismuto.
Il materiale principale del guscio dei proiettili è un tombak, costituito dal 90% di rame e dal 10% di zinco, la cui densità è di 8,8 g / cc, il punto di fusione è di 950 ° C, la resistenza alla trazione è di 440 MPa, la compressione la forza è 520 MPa durezza - 145 MPa, allungamento relativo - 3% e coefficiente di attrito radente sull'acciaio - 0,44.
A causa dell'aumento della velocità iniziale dei proiettili a 1000 e più metri al secondo e dell'aumento della velocità di fuoco a 2000 e più colpi al minuto (AN-94 e HK G-11), il tombak non soddisfa più i requisiti per il guscio dei proiettili a causa dell'elevata usura termoplastica del foro dovuta all'elevato coefficiente di attrito radente della lega di rame sull'acciaio. D'altra parte, sono noti proiettili di artiglieria, nella cui progettazione le cinghie principali di rame sono sostituite da quelle di plastica (poliestere), il cui coefficiente di attrito è al livello di 0, 1. Tuttavia, la temperatura di esercizio della plastica cinghie non supera i 200 ° C, che è la metà della temperatura massima delle canne di armi leggere fino all'inizio della loro deformazione.
Pertanto, come guscio di un promettente proiettile con un nucleo interamente metallico, si propone di utilizzare un composito polimerico (spessore ~ 0,5 mm) contenente poliimmide del tipo PM-69 in frazioni di volume uguali e grafite colloidale con una densità totale di 1,5 g/cc, carico di rottura 90 MPa, resistenza alla compressione 230 MPa, durezza 330 MPa, carico di contatto 350 MPa, temperatura massima di esercizio 400°C e coefficiente di attrito radente su acciaio 0,05.
Il guscio è formato mescolando l'oligomero di poliimmide e le particelle di grafite, estrudendo la miscela in uno stampo con una parte incorporata: il nucleo del proiettile e la polimerizzazione a temperatura della miscela. L'adesione del guscio e del nucleo del proiettile è assicurata dalla penetrazione della poliimmide nella superficie porosa del nucleo sotto l'influenza della pressione e della temperatura.
Promettente cartuccia telescopica
Attualmente, il fattore di forma più progressivo di una cartuccia di armi di piccolo calibro è considerato telescopico con il posizionamento di un proiettile all'interno di un correttore di propellente pressato. L'utilizzo di un correttore denso al posto della classica carica di grano con una densità apparente inferiore consente di ridurre la lunghezza della cartuccia e le relative dimensioni del ricevitore dell'arma fino a una volta e mezza.
A causa del design del meccanismo di ricarica (camera della canna staccabile) dei modelli di armi leggere (G11 e LSAT) che utilizzano cartucce telescopiche, i loro proiettili sono incassati nelle pedine del propellente sotto i bordi del manicotto. L'estremità aperta della carica del propellente secondario da sporco e umidità protegge un cappuccio di plastica, che funge contemporaneamente da otturatore anteriore durante lo sparo (bloccando il giunto tra la camera staccabile e la canna dopo uno sfondamento del proiettile). Come ha dimostrato la pratica dell'operazione militare delle cartucce telescopiche DM11, un tale metodo di assemblaggio della cartuccia, che non fornisce un'enfasi del proiettile nell'ingresso del proiettile della canna, porta a distorsioni del proiettile quando viene sparato e, di conseguenza, perdita di precisione.
Per garantire la sequenza di funzionamento specificata della cartuccia telescopica, la sua carica propellente è divisa in due parti: una carica primaria di densità relativamente bassa (con una velocità di combustione più elevata), situata direttamente tra la capsula e il fondo del proiettile, e un Carica del martedì di densità relativamente più elevata (con una velocità di combustione inferiore), situata concentricamente attorno al proiettile. Dopo che il primer è stato perforato, la carica primaria viene innescata per prima, spingendo il proiettile nel foro e creando una pressione di sovralimentazione per la carica secondaria, che sposta il proiettile nel foro.
Per mantenere il controllo della carica secondaria all'interno della cartuccia, i bordi dell'estremità aperta del manicotto sono parzialmente arrotolati. La ritenzione del proiettile nella cartuccia viene effettuata premendolo nel blocco della carica secondaria. Posizionare un proiettile per tutta la sua lunghezza nelle dimensioni della manica riduce la lunghezza della cartuccia, ma allo stesso tempo crea un volume vuoto della manica attorno alla parte ogivale del proiettile, che porta ad un aumento del diametro del proiettile cartuccia.
Al fine di eliminare queste carenze, viene proposto un nuovo layout della cartuccia telescopica, destinata all'uso in armi leggere con camera di canna classica integrale con qualsiasi tipo di meccanismo di ricarica (manuale, motore a gas, canna mobile, otturatore semilibero, ecc..) e un metodo di sparo (con scottatura anteriore o posteriore).
La cartuccia proposta è dotata di un proiettile che estende la sua parte ogivale oltre il manicotto e per questo va in battuta contro l'ingresso del proiettile della canna. Invece di un cappuccio di plastica, l'estremità aperta della carica propellente è protetta da una vernice resistente all'umidità che si brucia quando viene sparata. Un certo aumento della lunghezza della cartuccia proposta rispetto alle cartucce telescopiche note è compensato da una diminuzione del suo diametro dovuta all'eliminazione dei volumi non riempiti all'interno del manicotto.
In generale, la cartuccia telescopica proposta aumenterà di un quarto il numero di cartucce nelle munizioni indossabili del fante, oltre a ridurre il consumo di materiale, l'intensità del lavoro e il costo di produzione dei bossoli.
