Atualmente, os principais exércitos do mundo começaram a implementar programas para o desenvolvimento de novos tipos de armas pequenas (Ratnik na Rússia e NGSAR nos Estados Unidos). Como mostra mais de um século de experiência no desenvolvimento de cartuchos unitários e, em seguida, cartuchos intermediários e de baixo impulso, a solução mais promissora é o desenvolvimento avançado de novos tipos de munição.
Após os resultados da Segunda Guerra Mundial, concluiu-se que era necessário aprimorar o desenho do tipo de munição mais consumível (cartuchos para armas pequenas automáticas) e ampliar a base de recursos para sua produção.
Cartuchos com mangas de metal
A saturação das unidades de infantaria com armas automáticas na indústria de defesa tem causado uma escassez de cobre, tradicionalmente usado em latão de cartuchos (usado para fazer caixas de cartuchos) e tompak (usado para fazer cartuchos de balas).
A solução mais eficaz para o problema de escassez de recursos foi o uso de aço-carbono, revestido em ambos os lados com cobre para proteção contra corrosão, ou não revestido, usado em tempos de guerra para a produção dos chamados forros substitutos. No pós-guerra dominou-se a tecnologia de revestimento das mangas de aço com verniz especial, que as protegia da umidade e reduzia o atrito na câmara (até certo limite de temperatura).
Apesar das características técnicas semelhantes do aço-carbono e ligas de cobre, os últimos apresentam vantagens em ductilidade e resistência à corrosão. O revestimento lacado das mangas de aço tem baixa resistência ao desgaste e, no processo de recarga, ao entrar em contato com as partes metálicas da arma, tende a se danificar e se transferir para os elementos de automação, impossibilitando-os. Se os cartuchos não utilizados forem removidos do cano após o final da queima, seus invólucros são privados do revestimento de laca devido à sua queima ao entrar em contato com a superfície aquecida da câmara, após o que eles são oxidados aceleradamente e os cartuchos se tornam inadequados para uso posterior.
O aumento do consumo de cartuchos por soldados de infantaria armados com armas automáticas serviu de base para o aumento da munição vestível com a redução do peso dos cartuchos. Até o início dos anos 1970, a principal direção para reduzir o peso da munição vestível era a transição primeiro para os cartuchos intermediários e depois para os cartuchos de baixo impulso, devido ao desejo de aumentar a precisão do tiro automático a partir de posições inadequadas. Após a adoção do rifle de assalto AK-74 e do rifle automático M-16, esta reserva para reduzir o peso da munição vestível foi esgotada - uma tentativa de usar balas mais leves revelou sua maior deriva do vento.
Atualmente, as balas com núcleo de aço, uma jaqueta de chumbo e uma jaqueta tompak são usadas principalmente como elementos de impacto. A fim de aumentar a penetração da armadura, o Exército dos EUA mudou para o uso de balas totalmente metálicas dos cartuchos M80A1 EPR e M855A1 sem revestimento de chumbo, consistindo em uma cápsula tombak e um núcleo com uma cabeça de aço e uma cauda de bismuto.
Cartuchos sem caixa
Na década de 1980, nos países da URSS e da OTAN, foi feita uma tentativa de resolver radicalmente os problemas de alto consumo de material dos cartuchos clássicos, mudando para munições sem caixa. O maior progresso nessa direção foi alcançado pela empresa alemã Heckler und Koch, que criou o rifle automático HK G11, que usava os cartuchos DM11 sem caixa desenvolvidos pela Dynamit Nobel.
No entanto, a operação militar de uma série de fuzis 1000 HK G11 no serviço de fronteira da FRG demonstrou seu perigo para os militares devido à combustão espontânea regular de cartuchos sem caixa na câmara, apesar de sua separação estrutural do cano do rifle. Como resultado, os guardas de fronteira alemães foram primeiro proibidos de usar o modo de disparo automático e, em seguida, o HK G11 foi totalmente retirado de serviço devido à falta de sentido de seu uso como uma arma puramente de carregamento automático na presença de automação complicada (" relógio de cuco").
Cartuchos com mangas de plástico
A próxima tentativa de reduzir o consumo de material de munição para armas pequenas e aumentar a munição vestível foi realizada na década de 2000 nos Estados Unidos pela AAI (agora Textron Systems, uma divisão de produção da Textron Corporation) como parte da LSAT (Lightweight Small Arms Technologies), que deu origem à criação de uma metralhadora ligeira e de uma carabina automática, concebida para munições combinadas com cartuchos com manga de latão, manga de plástico e sem caixa, fabricados em formato telescópico.
Os cartuchos sem caixa, como esperado, foram notados pela combustão espontânea na câmara do cano, apesar de seu design destacável, então a escolha no programa LSAT foi feita em favor dos cartuchos com uma luva de plástico. Porém, o desejo de reduzir o custo da munição levou à escolha errada do tipo de plástico: foi utilizada poliamida como tal, que possui todas as características necessárias, exceto uma, mas a mais importante - sua temperatura máxima de operação não ultrapassa 250 graus Celsius.
Já na década de 1950, com base nos resultados dos testes de campo, foi determinado que o cano de uma metralhadora DP em condições de disparo contínuo em rajadas com pausas para troca de estoques aquece até os seguintes valores:
150 tiros - 210 ° C
200 fotos - 360 ° C
300 tiros - 440 ° C
400 tiros - 520 ° C
Ou seja, em condições de combate intenso, depois de esgotados os primeiros duzentos tiros de cartuchos, o cano de uma metralhadora leve tem a garantia de atingir o ponto de fusão da poliamida.
Em conexão com esta circunstância, o programa LSAT foi encerrado em 2016 e com base no programa CTSAS (Cased Telescoped Small Arms Systems) foi lançado com o objetivo de desenvolver cartuchos telescópicos em uma nova base de material. De acordo com uma entrevista com Corey Phillips, o Administrador do Programa do Exército dos EUA, concedida ao thefirearmblog.com em março de 2017, o polímero de engenharia mais resistente ao calor até o momento, poliimida, foi selecionado para o material de luva de plástico, com uma temperatura máxima de operação de 400 ° C.
A poliimida como material da caixa do cartucho também tem outra propriedade valiosa - quando aquecida acima do nível especificado, carboniza sem derreter com a liberação de substâncias voláteis que não contaminam a câmara do cilindro, enquanto a superfície carbonizada da caixa do cartucho serve como um excelente material antifricção quando extraído após um tiro. A resistência do aro do forro é fornecida por um flange de metal.
A temperatura de 400 graus é o limite permitido para o aquecimento de barris de armas de fogo, após o qual se deformam, já que a temperatura de têmpera tecnológica dos barris é de 415 a 430 graus. No entanto, a resistência à tração da poliimida a temperaturas de 300 graus ou mais cai para 30 MPa, o que corresponde a uma pressão da câmara de 300 atmosferas, ou seja, uma ordem de magnitude inferior ao nível máximo de pressão dos gases em pó nos modelos modernos de armas de pequeno porte. Quando é feita uma tentativa de remover um invólucro de cartucho gasto da câmara de um desenho clássico, o flange de metal se rasgará com uma vareta arrancando os restos do estojo de cartucho do cano.
O aquecimento do cartucho na câmara do desenho clássico pode ser controlado até certo ponto disparando de um ferrolho aberto (metralhadoras), mas no caso de disparos intensos e disparando de um ferrolho fechado (metralhadoras e rifles automáticos), aquecer o cartucho a mais de 400 graus é quase inevitável.
Cartuchos com mangas de alumínio
Outra alternativa às ligas de cobre são as ligas de alumínio, que são utilizadas nos invólucros de cartuchos de pistola em série, no desenvolvimento experimental de cartuchos de rifle e em tiros em série do canhão automático GAU-8A de 30 mm. Substituir cobre por alumínio permite remover a restrição na base de recursos, reduzir o custo da caixa do cartucho, reduzir o peso da munição em 25 por cento e, consequentemente, aumentar a carga de munição vestível.
Em 1962, TsNIITOCHMASH desenvolveu cartuchos experimentais de calibre 7, 62x39 mm com manga de liga de alumínio (código GA). Os forros tinham um revestimento de grafite antifricção. Para prevenir a corrosão eletroquímica, o copo da cápsula era feito de liga de alumínio.
No entanto, o uso de tais luvas é dificultado por sua única propriedade negativa - ignição espontânea do alumínio e suas ligas no ar quando aquecido a 430 ° C. O calor de combustão do alumínio é muito alto e atinge 30,8 MJ / kg. A superfície externa dos produtos está sujeita à combustão espontânea quando aquecida a uma temperatura especificada e a um aumento na permeabilidade do filme de óxido ao oxigênio do ar ou quando aquecido a uma temperatura mais baixa no caso de dano ao filme de óxido. Um filme de óxido cerâmico não plástico (espessura ~ 0,005 mícrons) é destruído quando uma luva de metal plástico é deformada sob a ação da pressão de gases propulsores, a permeabilidade do filme de óxido é obtida como resultado do aquecimento durante a queima intensa. Os revestimentos inflamam-se espontaneamente apenas no ar após a extração do barril, onde um equilíbrio negativo de oxigênio é mantido durante a combustão do pó.
Portanto, os invólucros de alumínio se espalharam apenas como parte dos cartuchos de pistola dos calibres 9x18 PM e 9x19 Para, cuja intensidade de fogo e a temperatura atingida na câmara não podem ser comparadas com esses indicadores de metralhadoras, fuzis automáticos e metralhadoras.
O alumínio também foi usado no cartucho experimental 6x45 SAW Long, cuja manga foi equipada com um forro de silicone elástico que fecha as rachaduras no metal e no filme de óxido. No entanto, esta decisão levou a um aumento das dimensões lineares do cartucho, das dimensões associadas do receptor e, consequentemente, do peso da arma.
Outra solução, mas posta em serviço, é a munição de artilharia GAU 30x173 com manga de liga de alumínio. Isso se tornou possível devido ao uso de uma carga especial de propulsor "frio" de baixo peso molecular. O potencial termoquímico do pó é diretamente proporcional à temperatura de combustão e inversamente proporcional ao peso molecular dos produtos de combustão. Os propelentes clássicos de nitrocelulose e piroxilínicos têm um peso molecular de 25 e uma temperatura de combustão de 3000-3500 K, e o peso molecular do novo propelente era 17 a uma temperatura de combustão de 2.000-2400 K no mesmo impulso.
Manga de metal sinterizado promissora
A experiência positiva do uso de disparos de artilharia com munição de alumínio permite considerar este metal como um material estrutural para caixas de cartuchos de armas pequenas (mesmo sem uma composição propelente especial). Para confirmar a exatidão da escolha especificada, é aconselhável comparar as características dos revestimentos de liga de latão e alumínio.
O latão L68 contém 68% de cobre e 32% de zinco. Sua densidade é de 8,5 g / cm3, dureza - 150 MPa, resistência à tração a 20 ° C - 400 MPa, alongamento à tração - 50 por cento, coeficiente de atrito deslizante no aço - 0,18, ponto de fusão - 938 ° C, zona de temperatura de fragilidade - de 300 a 700 ° C
Em substituição ao latão, propõe-se a utilização de liga de alumínio com magnésio, níquel e outros elementos químicos em uma fração volumétrica não superior a 3%, a fim de aumentar as propriedades elásticas, térmicas e de fundição sem afetar a resistência da liga contra corrosão e fissuração sob carga. A resistência da liga é obtida reforçando-a com fibras de óxido de alumínio dispersas (diâmetro ~ 1 μm) em uma fração de volume de 20%. A proteção contra a autoignição da superfície é fornecida pela substituição do filme de óxido quebradiço por um revestimento plástico de cobre / latão (~ 5 μm de espessura) aplicado por eletrólise.
O composto de cermet resultante pertence à classe dos cermets e é formado em um produto final por moldagem por injeção a fim de orientar as fibras de reforço ao longo do eixo do revestimento. A anisotropia das propriedades de resistência permite preservar a elasticidade do material compósito no sentido radial para garantir o contato firme das paredes da manga com a superfície da câmara sob a ação da pressão dos gases em pó para obturar esta.
As propriedades antifricção e anti-gripagem do liner são garantidas pela aplicação de um revestimento de poliimida-grafite (espessura de ~ 10 mícrons) em sua superfície externa com frações de volume iguais de aglutinante e enchimento que podem suportar uma carga de contato de 1 GPa e uma temperatura operacional de 400 ° C, usado como revestimento para pistões de motores de combustão interna.
A densidade do cermet é de 3,2 g / cm3, resistência à tração na direção axial: a 20 ° C - 1250 MPa, a 400 ° C - 410 MPa, resistência à tração na direção radial: a 20 ° C - 210 MPa, a 400 ° C - 70 MPa, alongamento de tração na direção axial: a 20 ° C - 1,5%, a 400 ° C - 3%, alongamento de tração na direção radial: a 20 ° C - 25%, a 400 ° C - 60 %, ponto de fusão - 1100 ° C.
O coeficiente de atrito deslizante do revestimento antifricção no aço é 0,05 a uma carga de contato de 30 MPa e acima.
O processo tecnológico para a produção de luvas de cermet consiste em menos operações (mistura de metal com fibra, fundição de luvas, recartilhamento a quente do aro e furo, chapeamento de latão, aplicação de um revestimento antifricção) em comparação com o número de operações no processo tecnológico de fabricação de luvas de latão (fundição de tarugos, trefilagem a frio em seis passagens, recartilhamento a frio do aro e gola).
O peso da luva de latão do cartucho 5, 56x45 mm é de 5 gramas, o peso da luva de cermet é de 2 gramas. O custo de um grama de cobre é 0,7 centavos de dólar dos EUA, alumínio - 0,2 centavos de dólar dos EUA, o custo das fibras de alumina dispersas é de 1,6 centavos de dólar dos EUA, seu peso no revestimento não excede 0,4 gramas.
Bala promissora
Em conexão com a adoção de coletes à prova de balas do exército classe 6B45-1 e ESAPI, não penetrados por balas de armas portáteis com núcleo de aço a uma distância de 10 metros ou mais, está planejado mudar para o uso de balas com um núcleo de liga sinterizada de carboneto de tungstênio (95%) e pós de cobalto (5%) com uma gravidade específica de 15 g / cc, não exigindo pesagem com chumbo ou bismuto.
O principal material da carapaça das balas é um tombak, constituído por 90% de cobre e 10% de zinco, cuja densidade é de 8,8 g / cc, o ponto de fusão é 950 ° C, a resistência à tração é 440 MPa, o a resistência é 520 MPa. dureza - 145 MPa, alongamento relativo - 3% e coeficiente de fricção deslizante no aço - 0,44.
Devido ao aumento na velocidade inicial das balas para 1000 e mais metros por segundo e um aumento na cadência de tiro para 2000 e mais tiros por minuto (AN-94 e HK G-11), o tombak não cumpre mais os requisitos para o casco de balas devido ao alto desgaste termoplástico furo devido ao alto coeficiente de atrito de deslizamento da liga de cobre no aço. Por outro lado, são conhecidos projéteis de artilharia, em cujo desenho as correias principais de cobre são substituídas por outras de plástico (poliéster), cujo coeficiente de atrito está ao nível de 0, 1. No entanto, a temperatura de operação do plástico os cintos não ultrapassam 200 ° C, que é a metade da temperatura máxima dos canos de armas leves até o início de seu empenamento.
Portanto, como uma concha de uma bala promissora com um núcleo totalmente metálico, é proposto o uso de um compósito de polímero (espessura ~ 0,5 mm) contendo poliimida do tipo PM-69 em frações de volume igual e grafite coloidal com uma densidade total de 1,5 g / cc, resistência à tração 90 MPa, resistência à compressão 230 MPa, dureza 330 MPa, carga de contato 350 MPa, temperatura máxima de operação 400 ° C e coeficiente de atrito deslizante no aço 0,05.
A casca é formada pela mistura do oligômero de poliimida e partículas de grafite, extrusão da mistura em um molde com uma parte embutida - o núcleo da bala e polimerização por temperatura da mistura. A adesão da casca e do núcleo da bala é assegurada pela penetração da poliimida na superfície porosa do núcleo sob a influência da pressão e da temperatura.
Cartucho telescópico promissor
Atualmente, o fator de forma mais progressivo de um cartucho de armas pequenas é considerado telescópico, com a colocação de uma bala dentro de um verificador de propelente prensado. O uso de um verificador denso em vez da carga clássica de grãos com uma densidade aparente mais baixa permite reduzir o comprimento do cartucho e as dimensões associadas do receptor da arma em até uma vez e meia.
Devido ao design do mecanismo de recarga (câmara do cano destacável) dos modelos de armas pequenas (G11 e LSAT) usando cartuchos telescópicos, suas balas são recuadas nas caixas de propulsor abaixo das bordas da manga. A extremidade aberta da carga do propelente secundário de sujeira e umidade protege uma tampa de plástico, que atua simultaneamente como um obturador dianteiro ao disparar (bloqueando a junta entre a câmara destacável e o cano após o rompimento de uma bala). Como a prática de operação militar de cartuchos telescópicos DM11 tem mostrado, tal método de montagem do cartucho, que não dá ênfase do projétil na entrada do cano, leva a distorções do projétil ao disparar e, consequentemente, perda de precisão.
Para garantir a sequência especificada de operação do cartucho telescópico, sua carga propulsora é dividida em duas partes - uma carga primária de densidade relativamente baixa (com uma taxa de queima mais alta), localizada diretamente entre a cápsula e a parte inferior da bala, e um Carga de terça-feira de densidade relativamente maior (com menor taxa de queima), localizada concentricamente ao redor da bala. Depois que o primer é perfurado, a carga primária é disparada primeiro, empurrando a bala para dentro do orifício e criando uma pressão de reforço para a carga secundária, que move a bala no orifício.
Para manter o verificador da carga secundária dentro do cartucho, as bordas da extremidade aberta da luva são parcialmente enroladas. A retenção da bala no cartucho é feita pressionando-a no bloco da carga secundária. Colocar uma bala ao longo de todo o seu comprimento nas dimensões da manga reduz o comprimento do cartucho, mas ao mesmo tempo cria um volume vazio da manga em torno da parte ogival da bala, o que leva a um aumento no diâmetro do cartucho.
A fim de eliminar essas deficiências, é proposto um novo layout do cartucho telescópico, destinado ao uso em armas pequenas com uma câmara de cano integral clássica com qualquer tipo de mecanismo de recarga (manual, motor a gás, cano móvel, culatra semi-livre, etc..) e um método de disparo (com selagem frontal ou traseira).
O cartucho proposto é equipado com uma bala que se estende sua parte ogival além da manga e por isso encosta na entrada da bala do cano. Em vez de uma tampa de plástico, a extremidade aberta da carga do propelente é protegida por um verniz resistente à umidade que queima quando queimado. Algum aumento no comprimento do cartucho proposto em comparação com os cartuchos telescópicos conhecidos é compensado por uma diminuição em seu diâmetro devido à eliminação de volumes não preenchidos dentro da manga.
Em geral, o cartucho telescópico proposto aumentará o número de cartuchos na munição vestível do soldado de infantaria em um quarto, bem como reduzirá o consumo de material, a intensidade de trabalho e o custo de produção das caixas de cartucho.
