Tijdens de Eerste Wereldoorlog begonnen de strijdende partijen persoonlijke pantserbescherming voor infanteristen te gebruiken in de vorm van stalen helmen en harnassen, die op een bepaalde afstand niet konden worden doorboord door kleine kogels met lage snelheid. Op dit moment kan SIBZ met composietplaten van boorcarbide met een dikte van 9 mm niet worden gepenetreerd door pantserdoordringende kogels met een stalen kern van kalibers 5, 45x39 mm, 5, 56x45 mm, 7, 62x39 mm, 7, 62x51 mm en 7, 62x54 mm op een afstand van minder dan 100 meter …
Om dit obstakel te overwinnen, gebruiken pantserdoorborende kogels van handvuurwapens steeds vaker een kern gemaakt van een samengestelde legering van wolfraamcarbide met kobalt van het type VK8 met een korrelgrootte van minder dan 1 m, waarvan de uiteindelijke sterkte bij het buigen 2 is. GPa, in compressie van 4 GPa bij hardheid HRA 85 eenheden. Nog veelbelovender is een metaallegering van wolfraam type VNZh97 naar analogie met de kernen van pantserdoorborende artilleriegranaten. De SIBZ-platen hebben echter ook een reserve voor het verhogen van de weerstand zowel door verhoging van het percentage boorcarbide in het composiet als door de dikte van de platen (rekening houdend met de neiging om over te schakelen naar het gebruik van passieve exoskeletten als onderdeel van infanterie-uitrusting).
Bovendien is de klassieke spitsboogkogel een uiterst ondoeltreffende drager van een pantserdoorborende kern, omdat het het gebruik van een loden mantel vereist om door de schroefdraad van de loop te gaan zonder ze te vernietigen bij contact met de harde legering van de kern. Hierdoor wordt de massa van de kern zelf tot een minimum beperkt. Een kogel van een cartridge 7N24M van kaliber 5, 45x39 mm met een bimetalen mantel, een loden mantel en een pantserdoorborende kern van VK8-legering weegt 4,1 gram, waarvan het gewicht van de kern slechts 1,8 gram is. Bovendien wordt bij een botsing met de SIBZ-plaat een deel van de kinetische energie van de kogel besteed aan het verpletteren van de bimetalen schaal, het doorboren met een pantserdoorborende kern en het afscheuren van de loden mantel.
Een effectievere methode om de pantserpenetratie van kleine wapenkogels te vergroten, is om hun beginsnelheid te vergroten en het dwarsdoorsnede-oppervlak te verkleinen. De eerste maatregel verhoogt de kinetische energie van de kogel, de tweede verhoogt de specifieke belasting in het contactvlak van de kogel met het obstakel. De kogelsnelheid wordt beperkt door de maximale druk van de poedergassen in de loop, die momenteel 4500 atmosfeer bereikt en wordt bepaald door de sterkte van het loopstaal. Deze beperking wordt overwonnen door de massa en diameter van de kogel te verminderen terwijl dezelfde boringdiameter behouden blijft - d.w.z. door over te schakelen naar sub-kaliber kogels. Om een sub-kaliber kogel in de boring te geleiden, worden ontwikkelde leidende riemen op het oppervlak van de kern of een polymeerpallet gebruikt, waarvan de dichtheid van het materiaal 9-11 keer minder is dan de dichtheid van messing of lood.
De eerste constructieve oplossing op dit gebied is de kogel van de Duitser Harold Gerlich, ontwikkeld in het eerste derde deel van de 20e eeuw en uitgerust met twee toonaangevende conische riemen. De kogel tijdens de vlucht werd gestabiliseerd door rotatie, de getrokken loop had een variabele diameter, taps toelopend naar het einde, wat het mogelijk maakte om een gelijkmatige en grotere efficiëntie te bereiken bij het gebruik van de energie van de poedergassen. Als gevolg hiervan versnelde een kogel met een gewicht van 6,5 gram tot een snelheid van 1600 m / s en doorboorde een stalen plaat van 12 mm dik op een afstand van 60 mm. Een getrokken loop met variabele diameter was echter te duur om te vervaardigen, en de nauwkeurigheid van het schieten met kogels met voorlopende riemen, die bij het schieten verkreukeld waren, liet veel te wensen over.
De tweede ontwerpoplossing op het gebied van sub-kaliber kogels zijn de ontwikkelingen van het Amerikaanse bedrijf AAI, geleid door zijn hoofd Irwin Barr, dat in 1952 een 12-gauge geweerpatroon ontwikkelde uitgerust met 32 pijlvormige slagelementen die in een container waren geplaatst -type duwpallet. Tests hebben aangetoond dat pijlvormige kogels een groot schadelijk effect hebben, maar ze hebben een lage schietnauwkeurigheid vanwege de onmogelijkheid om een bepaalde richting van de vlucht van de kogels te bieden nadat hun groep uit de loop is vertrokken
Het initiatiefwerk werd voortgezet in het kader van het SALVO-onderzoeksprogramma van het Amerikaanse leger. AAI heeft een single-bullet cartridge XM110 kaliber 5, 6x53 mm ontwikkeld met een grote verlengingshuls, uitgerust met een stalen pijlvormige sub-kaliber kogel met een diameter van 1, 8 mm en kaliber staart. Als leidend apparaat werd een trekpan van magnesiumlegering gebruikt, die in delen werd gesneden door een snuitbevestiging nadat de kogel de loop had verlaten. Er werd geschoten met kleine wapens met een gladde loop, de stabilisatie van de kogel tijdens de vlucht werd verzorgd door de staarteenheid. Aerodynamische afschuiningen op de empennage-vlakken stellen een kleine hoeksnelheid van rotatie van de kogel in om het effect op de rechtheid van de vlucht van fabricagefouten bij de vervaardiging ervan te berekenen.
Tijdens de experimenten werd een verbeterde versie van cartridge 5, 77x57V XM645 ontwikkeld, die een composiet uit vier segmenten bestaande trekpan van glasvezel met een Teflon-coating gebruikte, die door wrijvingskrachten op de kogel in de loop werd gehouden en uiteenviel in segmenten onder de invloed van luchtdruk nadat de kogel uit de loop werd geworpen. De lengte van de patroon was 63 mm, de lengte van de pijlvormige kogel was 57 mm, het gewicht van de kogel was 0,74 gram, de pallet was 0,6 gram, de mondingssnelheid van de kogel was 1400 m/s
In een poging om de kogel zo lang mogelijk te verlengen, moest AAI echter de patroonhuls verlengen, wat de betrouwbaarheid van het herlaadmechanisme negatief beïnvloedde vanwege de hoge wrijving in de kamer, en ook leidde tot een toename van de grootte en het gewicht van de ontvanger van handvuurwapens.
Daarom was de leider in het volgende programma van het Amerikaanse leger, genaamd SPIW, de cartridge 5, 6x44 XM144, ontwikkeld door het Frankfort Arsenal in de vorm van de low-impulse cartridge 5, 56x45 mm. Een verbeterde versie van de XM216 SFR-cartridge had een standaardhuls, de lengte van de cartridge was 49,7 mm, de lengte van de pijlvormige kogel was 45 mm, het gewicht van de kogel was 0,65 gram, het gewicht van de pallet was 0,15 gram, de mondingssnelheid van de kogel was 1400 m/s
Experimenteel afvuren uitgevoerd in het kader van de SALVO- en SPIW-programma's met behulp van sub-kaliber pijlvormige ultra-lage massakogels onthulde de fatale nadelen van dergelijke kogels - verhoogde laterale drift onder invloed van wind en een significante afwijking van het gespecificeerde traject wanneer schieten in de regen.
In de Sovjet-Unie werd de eerste cartridge 7, 62 / 3x54 mm met een sub-kaliber pijlvormige kogel ontwikkeld onder leiding van Dmitry Shiryaev in de vroege jaren zestig bij NII-61 (toekomstige TsNIITOCHMASH). De pijlvormige kogel verschilde van zijn Amerikaanse tegenhangers in zijn grotere massa, lagere verlenging (3x51 mm), de afwezigheid van vernauwing in het staartgebied en, belangrijker nog, de methode om de pallet en de kogel te verbinden met behulp van een kam toegepast op de pijlschacht. Deze oplossing maakte het mogelijk om de nodige grip te bieden met een grotere trekkracht vanaf de zijkant van de pallet om een kogel met een veelvoud van de massa voort te stuwen dan zijn Amerikaanse tegenhangers
De tweedelige pallet was gemaakt van een aluminiumlegering en vormde daarom een zeker gevaar voor naburige schutters wanneer ze uit elkaar vlogen nadat ze de loop hadden verlaten. Bovendien hechtte aluminium intensief aan het oppervlak van de loopboring, waardoor de loop elke 100-200 schoten chemisch moest worden gereinigd. Maar de meest negatieve eigenschap van pijlvormige kogels bleek hun lage dodelijke effect op mankracht te zijn - hogesnelheidskogels doorboorden perfect het pantser en gingen, net als naalden, door zachte weefsels, zonder een schokwaterslag te veroorzaken en zonder een wondkanaal te vormen van grote diameter.
In verband met deze omstandigheden werd in 1965, onder leiding van Vladislav Dvoryaninov, begonnen met de ontwikkeling van een nieuwe cartridge van 10/4, 5x54 mm met een pijlvormige kogel van een aangepast ontwerp met een gewicht verhoogd tot 4,5 gram. Tijdens de ontwikkeling werd een polymeermateriaal gebruikt om een pallet te maken die de loopboring niet vervuilt tijdens een opname, een staartvernauwing van de as (zoals bij Amerikaanse tegenhangers) werd gebruikt om de ballistische coëfficiënt te verhogen, en een dwarsdoorsnede van de schacht werd gevormd in het gebied van de kam en plat op de kogelpunt met als doel dienovereenkomstig de constructieve verzwakking van de kogel om in twee delen te breken en de kogel omver te werpen tijdens het doordringen van zachte weefsels
Deze technische oplossingen maakten het mogelijk om het dodelijke effect van pijlvormige kogels te vergroten, maar verminderden tegelijkertijd de penetratiegraad van persoonlijke gepantserde bescherming voor infanteristen, aangezien een kogel die door een solide barrière gaat ook buigspanningen ondervindt (toenemend met een toename van de ontmoetingshoek van een kogel met een obstakel), wat leidde tot de vernietiging van de kogelschacht, tweemaal verzwakt (met een kam en een snede) in de meest kritische sectie, direct naast het punt. De winst in dodelijke actie en het verlies in de penetrerende actie maakten het niet mogelijk om sub-kaliber pijlvormige kogels te gebruiken, ontworpen door Dvoryaninov et al.
De studie van het stromingsproces rond verschillende lichamen in een windtunnel met supersonische luchtstroom onthulde dat pijlvormige kogels van elk ontwerp een niet-optimale aerodynamische vorm hebben - ze genereren vijf schokgolffronten tegelijk:
- hoofd voorzijde;
- de voorzijde op het overgangspunt van de punt naar de schacht;
- voorkant op de voorranden van de staart;
- voorkant op de achterranden van de staart;
- de voorkant ter plaatse van de staartvernauwing van de schacht.
Ter vergelijking: een ogivaalvormige kaliberkogel met supersonische snelheid genereert slechts drie schokgolffronten:
- hoofd voorzijde;
- voorkant op het punt van overgang van de punt in het cilindrische deel;
- staart voorzijde.
Het meest optimale vanuit het oogpunt van de aerodynamica van supersonische vlucht is de conische vorm van de kogel zonder breuk van het genererende oppervlak en zonder de staart, die slechts twee fronten van de schokgolf genereert: kop en staart. In dit geval is de openingshoek van het kopfront van de conische kogel meerdere malen kleiner dan de openingshoek van het kopfront van de geveegde kogel vanwege de kleinere openingshoek van de punt van de eerste in vergelijking met de openingshoek van de kogel. tweede kegel. Bovendien onderscheidt de pijlvormige kogel, afgevuurd vanuit een gladde loop en tijdens de vlucht afgewikkeld (om fabricagefouten te compenseren) vanwege de schuine kanten van de staart, ook door een verhoogde remkracht vanwege de selectie van een deel van de kinetische energie voor het afwikkelen van de kogel.
In verband met de aangegeven tekortkomingen van pijlvormige kogels wordt een innovatieve cartridge aangeboden onder de titel "Speer" / SPEER, uitgerust met een sub-kaliber conische kogel met een duwpan waarvoor geen kam op het lichaam van de kogel nodig is. De cartridge is gemaakt in een telescopische vormfactor om het verpakkingsvolume te minimaliseren, dat alleen wordt bepaald door de lengte en de grootste diameter van de hoes. De patroon is bedoeld als munitie voor handvuurwapens uitgerust met een loop met een ovale schroefboring, geboord zoals Lancaster met het doel de kogel te draaien tijdens het passeren van de loopboring. Een kogel tijdens de vlucht behoudt zijn stabiliteit zowel door het gyroscopische moment als door de voorwaartse verplaatsing van het zwaartepunt ten opzichte van het centrum van aerodynamische druk door de vorming van een interne holte in de staart van de kogel.
De conische kogel afgevuurd vanuit de Lancaster-loop heeft een verbeterde ballistische coëfficiënt in vergelijking met zowel ogief- als pijlvormige kogels om de volgende redenen:
- het kleinste aantal schokgolffronten dat tijdens supersonische vlucht wordt gegenereerd;
- geen verlies van kinetische energie voor het ronddraaien van kogels door de inkomende luchtstroom.
Een conische kogel met een binnenholte in het staartgedeelte heeft ook een verhoogd penetratievermogen - tijdens het passeren van een solide barrière wordt het staartgedeelte naar binnen gekreukt en de diameter van de kegelbasis neemt af tot de diameter van de kogel in de gedeelte van het begin van de holte. De dwarsbelasting van de kogel is bijna verdubbeld. In dit geval blijft de scherpte van het bewaarde conische oppervlak van de kogel groter dan die van een ogief of pijlvormige kogel van gelijke lengte. De afwezigheid van een kam en dwarse sneden op het oppervlak van de conische kogel vergroot de penetratie ervan verder in vergelijking met de pijlvormige kogel ontworpen door Dvoryaninov et al.
Tegelijkertijd heeft een conische kogel met een interne holte in het staartgedeelte een hoog dodelijk effect, omdat:
- het is op de rand van stabiliteit vanwege de zachte spoed van de schroefdraad van de Lancaster-boring;
- na het doorbreken van een gepantserde barrière, neemt de stabiliteit af door het verpletteren van het staartgedeelte en verplaatsing van het drukpunt voorbij het zwaartepunt.
Het verlies van kinetische energie voor het doorbreken van een gepantserde barrière in een conische kogel met een interne holte ligt op het niveau van pijlvormige en ogivale kogels: in de eerste wordt energie besteed aan het verpletteren van het lichaam in het gebied van de holte, in de tweede, bij het snijden van de staarteenheid, in de derde, bij het pletten en scheuren van de schaal en het shirt van de kern.
Het lichaam van de conische kogel komt functioneel overeen met de kern van de omhulde kogel, er is geen loden mantel, in plaats van een schaal van zwaar en duur messing wordt een pallet van licht en goedkoop plastic gebruikt. Aan de andere kant gebruikt een conische kogel het meest rationeel de sterkte-eigenschappen van zijn constructiemateriaal in vergelijking met een pijlvormige kogel, kunstmatig verzwakt op de plaats van de kam en de dwarssnede. Daarom kan de massa van een conische kogel aanzienlijk worden geminimaliseerd in vergelijking met een ogivale en pijlvormige kogel met gelijke penetratie. Dit maakt het mogelijk om een economisch verantwoorde keuze te maken van het constructiemateriaal van de conische kogel ten gunste van de wolfraammetaallegering, die de hoogste dichtheid heeft.
Vanwege het beperkte interne volume van de telescopische cartridge, wordt voorgesteld om een drijflading te gebruiken in de vorm van een geperste poederchecker met toevoeging van kristallijne HMX-korrels (waarvan de grootte kleiner is dan de kritische diameter van de detonatie van een explosief) om de ontwerpsnelheid van de verbranding van de lading voor de geselecteerde looplengte van handvuurwapens te waarborgen. Om het totale gewicht van de cartridge als structureel materiaal van de huls te verminderen, wordt voorgesteld om een composietlegering van aluminium en gedispergeerde vezels van aluminiumoxide te gebruiken, beschermd door een gegalvaniseerde messingcoating en een antifrictiepolymeercoating met grafietvulling, beschreven in het artikel "Veelbelovende patronen voor getrokken wapens" ("Militaire recensie "van 9 december 2017).
De volgende tabel geeft een vergelijkende beoordeling van verschillende soorten patronen en handvuurwapens:
Zoals u aan de tabel kunt zien, is de "Spear" / SPEAR-cartridge de leider in termen van minimaal verpakkingsvolume, lengte en gewicht, evenals in zijwaartse belasting van een kogel. Het totale terugslagmomentum van zijn kogel-, pan- en poedergassen is ongeveer 1/3 hoger dan het totale terugstootmoment van de kogel- en poedergassen van de cartridge 5, 45x39 mm, terwijl de mondingsenergie van de eerste met 1/7 wordt overschreden vergeleken met de tweede.
Bovendien is er bij het afvuren van een kogel in een polymeerpallet vanuit een vat met een ovale schroefboring praktisch geen thermoplastische slijtage van de loopboring vanwege de afwezigheid van groeven. In dit opzicht heeft een toename van meer dan 1,5 keer de beginsnelheid van een kogel geen invloed op de voorraad handvuurwapens. Bovendien creëert een slijtageloos schot een reserve voor het verhogen van de vuursnelheid in vaste bursts tot het niveau van 2000-3000 toeren per minuut, wat werd aanbevolen door de GRAU-commissie van het Ministerie van Defensie van de Russische Federatie na de resultaten van de Abakan competitie om de nauwkeurigheid van automatisch schieten vanuit ongemakkelijke posities te vergroten.
Naast munitie voor handvuurwapens kan de "Speer" / SPEAR-patroon worden gebruikt als munitie voor jachtwapens met Lancaster-lopen van het type IZH-27 met behulp van standaard plastic hoezen gevuld met gebeitelde conische kogels van staal of messing in een gesegmenteerde pallet gemaakt van gegoten thermoplast. Terwijl de terugslag van het wapen op het schietniveau van een conventioneel 12-gauge schot wordt gehouden, zal een sub-kaliber kogel met een gewicht van 9 gram in een loop van 70 cm versnellen tot een snelheid van 900 m / s, wat overeenkomt met de kenmerken van de Mosin drielijns geweer.
Geometrische kenmerken van verschillende soorten conische kogels (lengte, kegelopeningshoek, mate van rondheid / biconiciteit van het hoofdeinde, aanwezigheid van een contactgebied op de punt voor het verpletteren van een gepantserde barrière of een uitgestrekte holte voor dodelijkheid van schieten op een groot dier, diepte en dikte van de wanden van de staartholte), rekening houdend met de gespecificeerde vliegsnelheden en de te raken doelen kan worden bepaald op basis van het simuleren van de passage van kogels in lucht, gel of vaste media met behulp van het binnenlandse softwareproduct FlowVision.
