Durante a Primeira Guerra Mundial, os beligerantes começaram a usar armadura de proteção pessoal para soldados de infantaria na forma de capacetes e couraças de aço, que a uma certa distância não podiam ser penetrados por balas de armas pequenas de baixa velocidade. No momento, SIBZ com placas compostas de carboneto de boro com espessura de 9 mm não podem ser penetradas por balas perfurantes com núcleo de aço de calibres 5, 45x39 mm, 5, 56x45 mm, 7, 62x39 mm, 7, 62x51 mm e 7, 62x54 mm a uma distância inferior a 100 metros …
Para superar esse obstáculo, balas perfurantes de armas pequenas estão usando cada vez mais um núcleo feito de uma liga composta de carboneto de tungstênio com cobalto do tipo VK8 com um tamanho de grão inferior a 1 μm, a resistência final na flexão é 2 GPa, em compressão de 4 GPa em unidades de dureza HRA 85. Ainda mais promissor é uma liga de metal do tipo VNZh97 de tungstênio por analogia com os núcleos de projéteis de artilharia perfurantes. No entanto, as placas SIBZ também têm uma reserva para aumentar a resistência tanto pelo aumento da porcentagem de carboneto de boro no compósito quanto pela espessura das placas (levando em consideração a tendência de mudar para o uso de exoesqueletos passivos como parte do equipamento de infantaria).
Além disso, a bala de concha ogival clássica é um portador extremamente ineficaz de um núcleo perfurante, uma vez que requer o uso de uma jaqueta de chumbo para passar pelo estriamento do cano sem destruí-los em contato com a liga dura do núcleo. Como resultado, a massa do próprio núcleo é reduzida ao mínimo. Por exemplo, uma bala de um cartucho 7N24M de calibre 5, 45x39 mm com uma jaqueta bimetálica, uma jaqueta de chumbo e um núcleo perfurante feito de liga VK8 pesa 4,1 gramas, dos quais o peso do núcleo é de apenas 1,8 gramas. Além disso, ao colidir com a placa SIBZ, parte da energia cinética da bala é gasta no esmagamento do casco bimetálico, perfurando-o com um núcleo perfurante e rasgando a jaqueta de chumbo.
Um método mais eficaz de aumentar a penetração da armadura de balas de armas pequenas é aumentar sua velocidade inicial e reduzir a área da seção transversal. A primeira medida aumenta a energia cinética da bala, a segunda aumenta a carga específica na área de contato da bala com o obstáculo. A velocidade da bala é limitada pela pressão máxima dos gases em pó no cano, que atualmente atinge 4.500 atmosferas e é determinada pela resistência do aço do cano. Esta limitação é superada reduzindo a massa e o diâmetro da bala, mantendo o mesmo diâmetro do orifício - ou seja, mudando para balas de menor calibre. Para guiar uma bala de menor calibre no orifício, são utilizadas correias guiadas desenvolvidas na superfície do núcleo ou um palete de polímero, cuja densidade do material é 9-11 vezes menor que a densidade do latão ou chumbo.
A primeira solução construtiva nesta área é a bala do alemão Harold Gerlich, desenvolvida no primeiro terço do século XX e equipada com duas correias cónicas de ataque. A bala em voo era estabilizada por rotação, o cano estriado tinha um diâmetro variável, afinando na extremidade, o que permitia obter uma eficiência ainda maior na utilização da energia dos gases do pó. Como resultado, uma bala pesando 6,5 gramas acelerou a uma velocidade de 1600 m / se perfurou uma placa de aço de 12 mm de espessura a uma distância de 60 mm. No entanto, um cano estriado de diâmetro variável era caro demais para fabricar, e a precisão de atirar com balas com cinturões de ataque, amassada ao disparar, deixava muito a desejar.
A segunda solução de design no campo de balas de subcalibre são os desenvolvimentos da empresa americana AAI, chefiada por seu chefe Irwin Barr, que em 1952 desenvolveu um cartucho de rifle calibre 12 equipado com 32 elementos de ataque em forma de flecha colocados em um contêiner palete push tipo. Testes mostraram que as balas em forma de flecha têm um grande efeito danoso, mas têm baixa precisão de tiro devido à impossibilidade de fornecer uma dada direcionalidade de vôo das balas após a saída do grupo do cano.
O trabalho de iniciativa continuou sob o programa de pesquisa SALVO do Exército dos EUA. AAI desenvolveu um cartucho de bala única XM110 calibre 5, 6x53 mm com uma grande manga de alongamento, equipado com uma bala de subcalibre em forma de seta de aço com um diâmetro de 1,8 mm e cauda de calibre. Como dispositivo principal, uma bandeja de puxar feita de liga de magnésio foi usada, que foi cortada em partes por um encaixe de cano depois que a bala saiu do cano. O tiro foi realizado a partir de armas de pequeno porte com cano liso, a estabilização da bala em vôo foi fornecida pela unidade de cauda. Os chanfros aerodinâmicos nos planos da empenagem definem uma pequena velocidade angular de rotação da bala para calcular a média do efeito sobre a retilinidade do vôo dos defeitos de fabricação em sua fabricação.
Durante os experimentos, uma versão melhorada do cartucho 5, 77x57V XM645 foi desenvolvida, que usava uma bandeja puxadora composta de quatro segmentos feita de fibra de vidro com um revestimento de Teflon, mantida na bala no cano devido às forças de fricção e desintegrada em segmentos sob o influência da pressão do ar depois que a bala foi ejetada do cano. O comprimento do cartucho era de 63 mm, o comprimento da bala em forma de seta era de 57 mm, o peso da bala era de 0,74 gramas, o palete era de 0,6 gramas, a velocidade da boca da bala era de 1400 m / s
No entanto, em um esforço para fornecer o maior alongamento da bala, a AAI teve que alongar a caixa do cartucho, o que afetou negativamente a confiabilidade do mecanismo de recarga devido ao alto atrito na câmara, e também levou a um aumento no tamanho e peso do receptor de armas pequenas.
Portanto, no próximo programa do Exército dos Estados Unidos, denominado SPIW, o líder foi o cartucho 5, 6x44 XM144, desenvolvido pela Frankfort Arsenal no formato do cartucho de baixo impulso 5, 56x45 mm. Uma versão melhorada do cartucho SFR XM216 tinha uma manga padrão, o comprimento do cartucho era de 49,7 mm, o comprimento da bala em forma de seta era de 45 mm, o peso da bala era de 0,65 gramas, o peso do palete era de 0,15 gramas, a velocidade da boca da bala era de 1400 m / s
Os disparos experimentais conduzidos no âmbito dos programas SALVO e SPIW usando balas de massa ultrabaixa em forma de flecha de subcalibre revelaram as desvantagens fatais de tais balas - aumento da deriva lateral sob a influência do vento e um desvio significativo da trajetória especificada quando atirando na chuva.
Na União Soviética, o primeiro cartucho 7, 62 / 3x54 mm com uma bala em forma de seta de subcalibre foi desenvolvido sob a liderança de Dmitry Shiryaev no início dos anos 1960 em NII-61 (futuro TsNIITOCHMASH). O projétil em forma de flecha diferia de suas contrapartes americanas pela maior massa, menor alongamento (3x51 mm), ausência de estreitamento na região da cauda e, o mais importante, método de conexão do palete e do projétil com a ajuda de um pente aplicado à haste da flecha. Esta solução possibilitou proporcionar a aderência necessária com um maior esforço de tração da lateral do palete para impulsionar uma bala com um múltiplo da massa do que suas contrapartes americanas.
O palete de duas seções era feito de liga de alumínio, portanto, ao se despedaçar depois de sair do cano, representava um certo perigo para os atiradores vizinhos. Além disso, o alumínio aderiu intensamente à superfície do furo do cano, o que exigia a limpeza a seco do cano a cada 100-200 tiros. Mas a propriedade mais negativa das balas em forma de flecha acabou sendo seu baixo efeito letal sobre a mão de obra - balas de alta velocidade armaduras perfeitamente perfuradas e, como agulhas, atravessaram tecidos moles, sem causar choque com martelo de água e sem formar um canal de ferida de grande diâmetro.
Em conexão com essas circunstâncias, em 1965, sob a liderança de Vladislav Dvoryaninov, foi iniciado o desenvolvimento de um novo cartucho de calibre 10/4, 5x54 mm com uma bala em forma de flecha de desenho modificado com peso aumentado para 4,5 gramas. Durante o desenvolvimento, um material polimérico foi usado para fazer um palete que não polui o furo do cano durante um tiro, um estreitamento da cauda do eixo (como nas contrapartes americanas) foi usado para aumentar o coeficiente balístico e um corte transversal de a haste foi formada na região do pente e plana na ponta da bala com o objetivo de, nesse sentido, o enfraquecimento construtivo da bala por partir em duas partes e tombar a bala no processo de penetração nos tecidos moles
Essas soluções técnicas permitiram aumentar o efeito letal dos projéteis em forma de flecha, mas ao mesmo tempo reduziram o grau de penetração da proteção individual blindada para soldados de infantaria, uma vez que uma bala passando por uma barreira sólida também sofre tensões de flexão (aumentando com um aumento do ângulo de encontro de uma bala com um obstáculo), que levam à destruição da haste da bala, duas vezes enfraquecida (com um pente e um corte) na seção mais crítica, diretamente adjacente ao ponto. O ganho na ação letal e a perda na ação penetrante não permitiram a adoção de projéteis em forma de flecha subcalibre projetados por Dvoryaninov et al.
O estudo do processo de fluxo em torno de vários corpos em um túnel de vento com fluxo de ar supersônico revelou que as balas em forma de flecha de qualquer projeto têm uma forma aerodinâmica não ideal - elas geram cinco frentes de onda de choque de uma vez:
- frente da cabeça;
- a frente no ponto de transição da ponta para o fuste;
- frente nas bordas de ataque da cauda;
- frente nas bordas traseiras da cauda;
- a frente no ponto de constrição da cauda do eixo.
Para efeito de comparação, uma bala de calibre em forma de ogival em velocidade supersônica gera apenas três frentes de onda de choque:
- frente da cabeça;
- frente no ponto de transição da ponta para a parte cilíndrica;
- frente da cauda.
O mais ótimo do ponto de vista da aerodinâmica do vôo supersônico é o formato cônico da bala sem fratura da superfície geradora e sem cauda, que gera apenas duas frentes da onda de choque: cabeça e cauda. Neste caso, o ângulo de abertura da frente da cabeça da bala cônica é várias vezes menor do que o ângulo de abertura da frente da cabeça da bala varrida devido ao menor ângulo de abertura da ponta da primeira em comparação com o ângulo de abertura da segundo cone. Além disso, a bala em forma de flecha, disparada de um cano liso e desenrolada em voo (a fim de compensar os defeitos de fabricação) devido aos chanfros da cauda, também se distingue pelo aumento da frenagem devido à seleção de parte da cinética energia para desenrolar a bala.
Em conexão com as deficiências indicadas de balas em forma de flecha, é oferecido um cartucho inovador sob o título "Lança" / SPEAR, equipado com uma bala cônica de subcalibre com uma bandeja de empurrar que não requer um pente no corpo da bala. O cartucho é feito em formato telescópico para minimizar o volume da embalagem, que é determinado apenas pelo comprimento e maior diâmetro de sua manga. O cartucho destina-se a ser uma munição para armas de pequeno porte, equipadas com um cano perfurado de rosca oval, perfurado como o Lancaster com o objetivo de torcer a bala no processo de passagem pelo cano. Uma bala em vôo mantém a estabilidade devido ao momento giroscópico e ao deslocamento para frente do centro de gravidade em relação ao centro de pressão aerodinâmica pela formação de uma cavidade interna na cauda da bala.
A bala cônica disparada do cano Lancaster tem um coeficiente balístico melhorado em comparação com as balas em forma de ogiva e flecha pelas seguintes razões:
- o menor número de frentes de ondas de choque geradas durante o vôo supersônico;
- sem perda de energia cinética para o giro da bala devido ao fluxo de ar que entra.
Uma bala cônica com uma cavidade interna na seção da cauda também tem uma capacidade de penetração aumentada - no processo de passagem por uma barreira sólida, a seção da cauda é amassada para dentro e o diâmetro da base do cone diminui para o diâmetro da bala na seção do início da cavidade. A carga transversal da bala quase duplica. Neste caso, a agudeza da superfície cônica preservada do projétil permanece maior do que a de um projétil em forma de ogiva ou flecha de igual comprimento. A ausência de pente e cortes transversais na superfície do projétil cônico aumenta ainda mais sua penetração em comparação com o projétil em forma de flecha desenhado por Dvoryaninov et al.
Ao mesmo tempo, uma bala cônica com uma cavidade interna na seção da cauda tem um alto efeito letal, uma vez que:
- está à beira da estabilidade devido ao passo suave da rosca do furo do Lancaster;
- após romper uma barreira blindada, sua estabilidade diminui devido ao esmagamento da seção da cauda e deslocamento do centro de pressão para além do centro de gravidade.
A perda de energia cinética por romper uma barreira blindada em uma bala cônica com uma cavidade interna é ao nível das balas em forma de seta e ogival: na primeira, a energia é gasta no esmagamento do corpo na área da cavidade, no segundo, ao cortar a unidade da cauda; no terceiro, ao esmagar e rasgar a casca e a camisa do miolo.
O corpo da bala cônica corresponde funcionalmente ao núcleo da bala embainhada, não há jaqueta de chumbo, em vez de uma concha de latão pesado e caro, usa-se um palete de plástico leve e barato. Por outro lado, uma bala cônica usa mais racionalmente as características de resistência de seu material estrutural em comparação com uma bala em forma de flecha, enfraquecida artificialmente no lugar do pente e do corte transversal. Portanto, a massa de uma bala cônica pode ser significativamente minimizada em comparação com uma bala ogival e em forma de seta com penetração igual. Isso permite fazer uma escolha economicamente justificada do material de construção da bala cônica em favor da liga metálica de tungstênio, que possui a maior densidade.
Devido ao volume interno limitado do cartucho telescópico, é proposto o uso de uma carga propelente na forma de um verificador de pó prensado com a adição de grânulos HMX cristalinos (cujo tamanho é menor que o diâmetro crítico de detonação de um explosivo), a fim de garantir a taxa de combustão projetada da carga para o comprimento do cano selecionado de armas de pequeno porte. A fim de reduzir o peso total do cartucho como material estrutural de sua manga, propõe-se a utilização de uma liga composta de alumínio e fibra dispersa de óxido de alumínio, protegida por um revestimento de latão galvanizado e um revestimento de polímero antifricção com enchimento de grafite, descrito no artigo "Cartuchos promissores para armas rifle" ("Revisão Militar" datada de 9 de dezembro de 2017).
A tabela a seguir fornece uma avaliação comparativa dos diferentes tipos de cartuchos e balas de armas pequenas:
Como você pode ver na tabela, o cartucho "Spear" / SPEAR é líder em termos de volume mínimo de embalagem, comprimento e peso, bem como na carga lateral de uma bala. O momento de recuo total de seus gases de bala, panela e pó é cerca de 1/3 maior do que o momento de recuo total dos gases de bala e pó do cartucho 5, 45x39 mm, enquanto a energia da boca do primeiro é excedida em 1/7 em comparação com o segundo.
Além disso, ao disparar uma bala em um palete de polímero a partir de um cano com furação oval, praticamente não há desgaste termoplástico do furo do cano devido à ausência de ranhuras. Nesse sentido, um aumento de mais de 1,5 vezes a velocidade inicial de uma bala não afetará o recurso de armas pequenas. Além disso, um tiro sem desgaste cria uma reserva para aumentar a cadência de tiro em rajadas fixas para o nível de 2.000 a 3.000 tiros por minuto, o que foi recomendado pela comissão GRAU do Ministério da Defesa da Federação Russa após os resultados do Abakan competição, a fim de aumentar a precisão do disparo automático em posições desconfortáveis.
Além da munição para armas pequenas, o cartucho "Spear" / SPEAR pode ser usado como munição para armas de caça com canos Lancaster do tipo IZH-27 usando mangas de plástico padrão preenchidas com balas cônicas cinzeladas feitas de aço ou latão em um palete segmentado feito de termoplástico moldado. Enquanto mantém o recuo da arma no nível de disparo de um tiro convencional de calibre 12, uma bala de subcalibre pesando 9 gramas irá acelerar em um cano de 70 cm a uma velocidade de 900 m / s, que corresponde às características do Fuzil Mosin de três linhas.
Características geométricas de vários tipos de balas cônicas (comprimento, ângulo de abertura do cone, grau de redondeza / biconicidade da extremidade da cabeça, presença de uma área de contato na ponta para esmagar uma barreira blindada ou uma cavidade expansiva para letalidade de atirar em um animal grande, profundidade e espessura das paredes da cavidade da cauda), levando em consideração as velocidades de voo especificadas e os alvos a serem atingidos podem ser determinados com base na simulação da passagem de balas no ar, gel ou meio sólido usando o produto de software doméstico FlowVision.
