Während des Ersten Weltkriegs begannen die Kriegführenden, für Infanteristen persönlichen Panzerschutz in Form von Stahlhelmen und Kürassen zu verwenden, die in einer bestimmten Entfernung von Kleinwaffengeschossen mit geringer Geschwindigkeit nicht durchschlagen werden konnten. SIBZ mit Verbundplatten aus Borcarbid mit einer Dicke von 9 mm können derzeit nicht von panzerbrechenden Geschossen mit einem Stahlkern der Kaliber 5, 45x39 mm, 5, 56x45 mm, 7, 62x39 mm, 7, 62x51 mm durchschlagen werden und 7, 62x54 mm in einer Entfernung von weniger als 100 Metern …
Um dieses Hindernis zu überwinden, verwenden panzerbrechende Geschosse von Handfeuerwaffen zunehmend einen Kern aus einer Verbundlegierung aus Wolframkarbid mit Kobalt vom Typ VK8 mit einer Korngröße von weniger als 1 μm, dessen Biegebruchfestigkeit 2. beträgt GPa, bei einer Kompression von 4 GPa bei einer Härte von HRA 85 Einheiten. Noch vielversprechender ist eine Metalllegierung des Wolframtyps VNZh97 in Analogie zu den Kernen panzerbrechender Artilleriegeschosse. Die SIBZ-Platten haben jedoch auch eine Reserve zur Erhöhung der Widerstandsfähigkeit sowohl durch Erhöhung des Anteils an Borcarbid im Verbund als auch durch die Dicke der Platten (unter Berücksichtigung der Tendenz zum Einsatz von passiven Exoskeletten als Teil der Infanterieausrüstung).
Darüber hinaus ist das klassische Spitzbogengeschoss ein äußerst uneffektiver Träger eines panzerbrechenden Kerns, da es die Verwendung eines Bleimantels erfordert, um die Gewehrläufe des Laufes zu passieren, ohne sie beim Kontakt mit der harten Legierung des Kerns zu zerstören. Dadurch wird die Masse des Kerns selbst auf ein Minimum reduziert. Zum Beispiel wiegt ein Geschoss einer Patrone 7N24M des Kalibers 5, 45x39 mm mit einem Bimetallmantel, einem Bleimantel und einem panzerbrechenden Kern aus VK8-Legierung 4,1 Gramm, von denen das Gewicht des Kerns nur 1,8 Gramm beträgt. Darüber hinaus wird bei der Kollision mit der SIBZ-Platte ein Teil der kinetischen Energie des Geschosses dafür verwendet, die Bimetallhülle zu zerquetschen, mit einem panzerbrechenden Kern zu durchbohren und den Bleimantel abzureißen.
Eine effektivere Methode zur Erhöhung der Panzerungsdurchdringung von Kleinwaffengeschossen besteht darin, ihre Anfangsgeschwindigkeit zu erhöhen und die Querschnittsfläche zu verringern. Die erste Maßnahme erhöht die kinetische Energie des Geschosses, die zweite die spezifische Belastung in der Aufstandsfläche des Geschosses mit dem Hindernis. Die Geschossgeschwindigkeit wird durch den maximalen Druck der Pulvergase im Lauf begrenzt, der derzeit 4500 Atmosphären erreicht und durch die Festigkeit des Laufstahls bestimmt wird. Diese Einschränkung wird überwunden, indem die Masse und der Durchmesser des Geschosses reduziert werden, während der gleiche Bohrungsdurchmesser beibehalten wird - d.h. durch Umstellung auf Unterkalibergeschosse. Um ein Unterkalibergeschoss in der Bohrung zu führen, werden entwickelte Führungsbänder auf der Oberfläche des Kerns oder eine Polymerpalette verwendet, deren Materialdichte 9-11 mal geringer ist als die Dichte von Messing oder Blei.
Die erste konstruktive Lösung in diesem Bereich ist das im ersten Drittel des 20. Das Geschoss im Flug wurde durch Rotation stabilisiert, der gezogene Lauf hatte einen variablen Durchmesser, der sich zum Ende hin verjüngte, was eine noch effizientere Nutzung der Energie der Pulvergase ermöglichte. Infolgedessen beschleunigte ein 6,5 Gramm schweres Geschoss auf eine Geschwindigkeit von 1600 m / s und durchbohrte eine 12 mm dicke Stahlplatte im Abstand von 60 mm. Ein gezogener Lauf mit variablem Durchmesser war jedoch zu teuer in der Herstellung, und die Genauigkeit des Schießens mit Kugeln mit Führungsgurten, die beim Abfeuern zerknittert waren, ließ zu wünschen übrig.
Die zweite Konstruktionslösung im Bereich der Unterkalibergeschosse sind die Entwicklungen der amerikanischen Firma AAI unter der Leitung ihres Chefs Irwin Barr, die 1952 eine 12-Gauge-Gewehrpatrone mit 32 pfeilförmigen Schlagelementen in einem Behälter entwickelte -Typ Schubpalette. Tests haben gezeigt, dass pfeilförmige Geschosse eine große Schadenswirkung haben, aber eine geringe Schussgenauigkeit haben, da es unmöglich ist, eine bestimmte Richtung des Fluges der Geschosse nach ihrem Gruppenabgang aus dem Lauf bereitzustellen
Die Initiativarbeit wurde im Rahmen des SALVO-Forschungsprogramms der US-Armee fortgesetzt. AAI hat eine Einzelpatrone XM110 Kaliber 5,6x53 mm mit einer großen Verlängerungshülse entwickelt, die mit einem pfeilförmigen Unterkalibergeschoss aus Stahl mit einem Durchmesser von 1,8 mm und einem Kaliberschwanz ausgestattet ist. Als Führungsvorrichtung diente eine Ziehpfanne aus Magnesiumlegierung, die nach dem Austritt des Geschosses aus dem Lauf durch einen Mündungsaufsatz in Teile zerschnitten wurde. Das Schießen erfolgte mit Handfeuerwaffen mit glattem Lauf, die Stabilisierung des Geschosses im Flug erfolgte durch das Leitwerk. Aerodynamische Abschrägungen an den Leitwerksebenen stellen eine kleine Winkelgeschwindigkeit der Rotation des Geschosses ein, um die Auswirkung von Herstellungsfehlern bei seiner Herstellung auf die Fluggeradheit zu mitteln.
Während der Versuche wurde eine verbesserte Version der Patrone 5, 77x57V XM645 entwickelt, die eine zusammengesetzte Viersegment-Zugpfanne aus Fiberglas mit Teflonbeschichtung verwendet, die aufgrund von Reibungskräften am Geschoss im Lauf gehalten wird und unter dem in Segmente zerfällt Einfluss des Luftdrucks nach dem Ausstoßen des Geschosses aus dem Lauf. Die Länge der Patrone betrug 63 mm, die Länge des pfeilförmigen Geschosses betrug 57 mm, das Gewicht des Geschosses betrug 0,74 Gramm, die Palette betrug 0,6 Gramm, die Mündungsgeschwindigkeit des Geschosses betrug 1400 m / s
Um die größtmögliche Verlängerung des Geschosses zu erreichen, musste AAI jedoch auf eine Verlängerung der Patronenhülse setzen, was die Zuverlässigkeit des Nachlademechanismus durch die hohe Reibung im Patronenlager negativ beeinflusste und auch zu einer Vergrößerung der Größe führte und Gewicht des Empfängers von Handfeuerwaffen.
Daher war im nächsten Programm der US-Armee, genannt SPIW, die Patrone 5, 6x44 XM144, die vom Frankfurter Arsenal im Formfaktor der Low-Impuls-Patrone 5, 56x45 mm entwickelt wurde, führend. Eine verbesserte Version der XM216 SFR-Patrone hatte eine Standardhülse, die Länge der Patrone betrug 49,7 mm, die Länge des pfeilförmigen Geschosses betrug 45 mm, das Gewicht des Geschosses betrug 0,65 Gramm, das Gewicht der Palette betrug 0,15 Zoll Gramm, die Mündungsgeschwindigkeit des Geschosses betrug 1400 m / s
Die im Rahmen der SALVO- und SPIW-Programme durchgeführten experimentellen Schüsse mit pfeilförmigen Ultra-Low-Mass-Geschossen unter dem Kaliber zeigten die fatalen Nachteile solcher Geschosse - erhöhte seitliche Drift unter Windeinfluss und eine signifikante Abweichung von der vorgegebenen Flugbahn, wenn im Regen feuern.
In der Sowjetunion wurde unter der Führung von Dmitry Shiryaev Anfang der 1960er Jahre bei NII-61 (zukünftiges TsNIITOCHMASH) die erste Patrone 7, 62 / 3x54 mm mit einem Unterkaliber-Pfeilgeschoss entwickelt. Das pfeilförmige Geschoss unterschied sich von seinen amerikanischen Gegenstücken durch seine größere Masse, geringere Dehnung (3x51 mm), das Fehlen einer Verengung im Heckbereich und vor allem die Methode, Palette und Geschoss mit Hilfe eines Kamms zu verbinden auf den Pfeilschaft aufgebracht. Diese Lösung ermöglichte es, mit einer größeren Zugkraft von der Seite der Palette den notwendigen Halt bereitzustellen, um ein Geschoss mit einem Vielfachen der Masse voranzutreiben als seine amerikanischen Pendants
Die zweiteilige Palette bestand aus einer Aluminiumlegierung und stellte daher beim Auseinanderfliegen nach Verlassen des Laufs eine gewisse Gefahr für benachbarte Schützen dar. Darüber hinaus haftete Aluminium intensiv an der Oberfläche der Laufbohrung, was alle 100-200 Schuss eine chemische Reinigung des Laufs erforderte. Die negativste Eigenschaft von pfeilförmigen Geschossen erwies sich jedoch als geringe tödliche Wirkung auf die Arbeitskraft - Hochgeschwindigkeitsgeschosse durchbohrten die Panzerung perfekt und gingen wie Nadeln durch Weichteile, ohne einen Wasserschlag zu verursachen und ohne einen Wundkanal zu bilden mit großem Durchmesser.
In Verbindung mit diesen Umständen wurde 1965 unter der Leitung von Vladislav Dvoryaninov mit der Entwicklung einer neuen Patrone des Kalibers 10/4, 5x54 mm mit einem pfeilförmigen Geschoss mit modifiziertem Design und einem auf 4,5 Gramm erhöhten Gewicht begonnen. Bei der Entwicklung wurde ein Polymermaterial verwendet, um eine Palette herzustellen, die die Laufbohrung während eines Schusses nicht verschmutzt, eine Schwanzverengung des Schafts (wie bei amerikanischen Pendants) wurde verwendet, um den ballistischen Koeffizienten zu erhöhen, und ein Gitterschnitt von der Schaft wurde im Bereich des Kamms und flach an der Geschossspitze ausgebildet mit dem Ziel der konstruktiven Schwächung des Geschosses zum Zerbrechen in zwei Teile und zum Umkippen des Geschosses beim Durchdringen von Weichteilen
Diese technischen Lösungen ermöglichten es, die tödliche Wirkung von pfeilförmigen Geschossen zu erhöhen, reduzierten aber gleichzeitig den Durchdringungsgrad des persönlichen Panzerschutzes für Infanteristen, da ein Geschoss, das eine feste Barriere durchquert, auch Biegebeanspruchungen erfährt (zunehmend mit einer Vergrößerung des Auftreffwinkels eines Geschosses auf ein Hindernis), die zur Zerstörung des Geschossschafts führen, zweimal geschwächt (mit einem Kamm und einem Schnitt) im kritischsten Abschnitt direkt neben der Spitze. Der Gewinn an tödlicher Wirkung und der Verlust an Durchschlagswirkung erlaubten nicht die Verwendung von pfeilförmigen Geschossen mit Unterkaliber, die von Dvoryaninov et al.
Die Untersuchung des Umströmungsprozesses verschiedener Körper in einem Windkanal mit Überschallluftströmung ergab, dass pfeilförmige Geschosse jeglicher Bauart eine nicht optimale aerodynamische Form haben - sie erzeugen gleichzeitig fünf Stoßwellenfronten:
- Kopf vorne;
- die Vorderseite am Übergang der Spitze zum Schaft;
- vorne an den Vorderkanten des Schwanzes;
- vorne an den Hinterkanten des Schwanzes;
- vorne an der Stelle der Schwanzeinschnürung des Schaftes.
Zum Vergleich: Ein spitzbogiges Kalibergeschoss erzeugt bei Überschallgeschwindigkeit nur drei Stoßwellenfronten:
- Kopf vorne;
- vorne am Übergang der Spitze in den zylindrischen Teil;
- Schwanz vorne.
Das Optimum aus Sicht der Aerodynamik des Überschallfluges ist die konische Form des Geschosses ohne Bruch der erzeugenden Oberfläche und ohne Schwanz, der nur zwei Fronten der Stoßwelle erzeugt: Kopf und Schwanz. In diesem Fall ist der Öffnungswinkel der Kopffront des konischen Geschosses um ein Vielfaches kleiner als der Öffnungswinkel der Kopffront des Pfeilgeschosses aufgrund des kleineren Öffnungswinkels der Spitze des ersten im Vergleich zum Öffnungswinkel des zweiter Kegel. Darüber hinaus zeichnet sich das pfeilförmige Geschoss, das aus einem glatten Lauf abgefeuert und im Flug (um Herstellungsfehler zu kompensieren) aufgrund der Abschrägungen des Schwanzes abgewickelt wird, auch durch eine erhöhte Bremswirkung aufgrund der Auswahl eines Teils der Kinetik aus Energie zum Abwickeln der Kugel.
In Verbindung mit den angegebenen Mängeln von pfeilförmigen Geschossen wird eine innovative Patrone unter dem Titel "Spear" / SPEAR angeboten, die mit einem konischen Unterkalibergeschoss mit einer Schubpfanne ausgestattet ist, die keinen Kamm am Geschosskörper erfordert. Die Kartusche hat einen Teleskopformfaktor, um das Verpackungsvolumen zu minimieren, das nur durch die Länge und den größten Durchmesser ihrer Hülse bestimmt wird. Die Patrone ist als Munition für Kleinwaffen bestimmt, die mit einem Lauf mit ovaler Schraubenbohrung ausgestattet sind, der wie Lancaster gebohrt ist, um das Geschoss beim Passieren der Laufbohrung zu verdrehen. Ein Geschoss im Flug behält seine Stabilität sowohl aufgrund des Kreiselmoments als auch aufgrund der Vorwärtsverschiebung des Schwerpunkts relativ zum Zentrum des aerodynamischen Drucks durch die Bildung eines inneren Hohlraums im Schwanz des Geschosses.
Das konische Geschoss, das aus dem Lancaster-Lauf abgefeuert wird, hat aus folgenden Gründen einen verbesserten ballistischen Koeffizienten im Vergleich zu spitz- und pfeilförmigen Geschossen:
- die kleinste Anzahl von Stoßwellenfronten, die während des Überschallflugs erzeugt werden;
- kein Verlust an kinetischer Energie beim Geschossschleudern durch den einströmenden Luftstrom.
Ein konisches Geschoss mit einem inneren Hohlraum im Heckteil hat auch eine erhöhte Durchschlagskraft - beim Durchdringen einer festen Barriere wird das Heckteil nach innen zerknittert und der Durchmesser des Kegelbodens verringert sich auf den Durchmesser des Geschosses im Abschnitt des Anfangs der Kavität. Die Querlast des Geschosses wird nahezu verdoppelt. In diesem Fall bleibt die Schärfe der erhaltenen konischen Oberfläche des Geschosses größer als die eines spitz- oder pfeilförmigen Geschosses gleicher Länge. Das Fehlen von Kamm und Querschnitten an der Oberfläche des konischen Geschosses erhöht seine Durchschlagskraft im Vergleich zu dem von Dvoryaninov et al. entwickelten pfeilförmigen Geschoss weiter.
Gleichzeitig hat ein konisches Geschoss mit einem inneren Hohlraum im Heckbereich eine hohe tödliche Wirkung, da:
- durch die sanfte Steigung des Schraubengewindes der Lancaster-Bohrung kurz vor der Stabilität steht;
- nach dem Durchbrechen einer Panzersperre nimmt deren Stabilität durch Quetschen des Heckteils und Verlagerung des Druckmittelpunkts über den Schwerpunkt hinaus ab.
Der Verlust an kinetischer Energie zum Durchbrechen einer gepanzerten Barriere in einem konischen Geschoss mit einem inneren Hohlraum liegt auf dem Niveau von pfeilförmigen und spitzbogigen Geschossen: Bei ersteren wird Energie zum Zerquetschen des Körpers im Bereich des Hohlraums aufgewendet, im zweiten beim Durchtrennen des Leitwerks, im dritten beim Zerquetschen und Reißen von Schale und Hemd aus dem Kern.
Der Körper des konischen Geschosses entspricht funktionell dem Kern des Mantelgeschosses, es gibt keinen Bleimantel, statt einer Hülle aus schwerem und teurem Messing kommt eine Palette aus leichtem und billigem Kunststoff zum Einsatz. Andererseits nutzt ein konisches Geschoss am rationellsten die Festigkeitseigenschaften seines Strukturmaterials im Vergleich zu einem pfeilförmigen Geschoss, das anstelle des Kamms und des Kreuzschnitts künstlich geschwächt wurde. Daher kann die Masse eines konischen Geschosses im Vergleich zu einem spitz- und pfeilförmigen Geschoss mit gleicher Durchschlagskraft deutlich minimiert werden. Dies ermöglicht eine wirtschaftlich begründete Wahl des Konstruktionsmaterials des konischen Geschosses zugunsten der Wolframmetalllegierung, die die höchste Dichte aufweist.
Aufgrund des begrenzten Innenvolumens der Teleskoppatrone wird vorgeschlagen, eine Treibladung in Form eines gepressten Pulverprüfers unter Zugabe von kristallinem HMX-Granulat (deren Größe kleiner als der kritische Detonationsdurchmesser eines Sprengstoffs ist) zu verwenden), um die Auslegungsrate der Verbrennung der Ladung für die gewählte Lauflänge von Handfeuerwaffen zu gewährleisten. Um das Gesamtgewicht der Patrone als Konstruktionsmaterial ihrer Hülse zu reduzieren, wird vorgeschlagen, eine Verbundlegierung aus Aluminium und dispergierten Aluminiumoxidfasern zu verwenden, die durch eine verzinkte Messingbeschichtung und eine reibungsarme Polymerbeschichtung mit Graphitfüllung geschützt ist. beschrieben im Artikel "Vielversprechende Patronen für gezogene Waffen" ("Military Review" vom 9. Dezember 2017).
Die folgende Tabelle bietet eine vergleichende Bewertung verschiedener Arten von Patronen und Handfeuerwaffengeschossen:
Wie Sie der Tabelle entnehmen können, ist die "Spear" / SPEAR-Patrone führend in Bezug auf minimales Packvolumen, Länge und Gewicht, sowie in der seitlichen Belastung eines Geschosses. Der Gesamtrückstoßimpuls seiner Kugel-, Pfannen- und Pulvergase ist etwa 1/3 höher als der Gesamtrückstoßimpuls der Kugel- und Pulvergase der Patrone 5, 45x39 mm, während die Mündungsenergie des ersteren um 1/7. überschritten wird im Vergleich zum zweiten.
Darüber hinaus tritt beim Abfeuern eines Geschosses in einer Polymerpalette aus einem Lauf mit Ovalschraubenbohrung praktisch kein thermoplastischer Verschleiß der Laufbohrung auf, da keine Rillen vorhanden sind. In dieser Hinsicht wirkt sich eine Erhöhung der Anfangsgeschwindigkeit einer Kugel um mehr als das 1,5-fache nicht auf die Ressource von Kleinwaffen aus. Darüber hinaus schafft ein verschleißfreier Schuss eine Reserve zur Erhöhung der Feuerrate in festen Schüssen auf das Niveau von 2000-3000 Schuss pro Minute, die von der GRAU-Kommission des Verteidigungsministeriums der Russischen Föderation nach den Ergebnissen der Abakan. empfohlen wurde Wettbewerb, um die Genauigkeit des automatischen Schießens aus unbequemen Positionen zu erhöhen.
Neben Handfeuerwaffenmunition kann die "Spear" / SPEAR-Patrone als Munition für Jagdwaffen mit Lancaster-Läufen des Typs IZH-27 unter Verwendung von Standard-Kunststoffhülsen gefüllt mit gemeißelten konischen Geschossen aus Stahl oder Messing in einer segmentierten Palette verwendet werden aus geformtem Thermoplast. Während der Rückstoß der Waffe auf der Schusshöhe eines herkömmlichen 12-Gauge-Schusses gehalten wird, beschleunigt ein 9 Gramm schweres Unterkaliber-Geschoss in einem 70-cm-Lauf auf eine Geschwindigkeit von 900 m / s, was den Eigenschaften des. entspricht Mosin Dreileiner-Gewehr.
Geometrische Eigenschaften verschiedener Arten von konischen Geschossen (Länge, Kegelöffnungswinkel, Grad der Rundheit / Bikonizität des Kopfendes, Vorhandensein einer Kontaktfläche an der Spitze zum Zerquetschen einer gepanzerten Barriere oder eines ausgedehnten Hohlraums für die Tödlichkeit des Schießens auf ein großes Tier, Tiefe und Dicke der Wände des Heckraums), unter Berücksichtigung der vorgegebenen Fluggeschwindigkeiten und der zu treffenden Ziele können anhand der Simulation des Durchtritts von Geschossen in Luft, Gel oder festen Medien mit dem heimischen Softwareprodukt bestimmt werden FlowVision.
