Патроны стрелкового оружия с подкалиберными пулями

Для преодоления указанного препятствия в бронебойных пулях стрелкового оружия все чаще используется сердечник из композитного сплава карбида вольфрама с кобальтом типа ВК8 с размером зерен менее 1 мкм, предел прочности которого на изгиб составляет 2 ГПа, на сжатие 4 ГПа при твердости HRA 85 единиц. Еще более перспективным является металлический сплав вольфрама типа ВНЖ97 по аналогии с сердечниками бронебойных артиллерийских снарядов. Однако у пластин СИБЗ также имеется резерв наращивания стойкости как за счет увеличения процента карбида бора в составе композита, так и за счет толщины пластин (учитывая тенденцию перехода на использование пассивных экзоскелетов в составе экипировки пехотинцев).

Кроме того, классическая оживальная оболочечная пуля является крайне неэффективным носителем бронебойного сердечника, поскольку требует использования свинцовой рубашки для прохождения по нарезам канала ствола без их разрушения при контакте с твердым сплавом сердечника. В результате масса собственно сердечника снижается до минимума. Например, пуля патрона 7Н24М калибра 5,45х39 мм с биметаллической оболочкой, свинцовой рубашкой и бронебойным сердечником из сплава ВК8 весит 4,1 грамма, из них вес сердечника составляет всего лишь 1,8 грамма. Кроме того, при столкновении с пластиной СИБЗ часть кинетической энергии пули тратится на смятие биметаллической оболочки, её пробитие бронебойным сердечником и отрыв свинцовой рубашки

Более эффективным методом повышения бронепробиваемости пуль стрелкового оружия является наращивание их начальной скорости и снижение площади поперечного сечения. Первая мера увеличивает кинетическую энергию пули, вторая повышает удельную нагрузку в пятне контакта пули с преградой. Скорость пули ограничена максимальным давлением пороховых газов в стволе, которое в настоящий момент достигает 4500 атмосфер и определяется прочностью ствольной стали. Это ограничение преодолевается за счет уменьшения массы и диаметра пули при сохранении неизменным диаметра канала ствола – т.е. путем перехода к подкалиберным пулям. Для ведения подкалиберной пули в канале ствола используются развитые ведущие пояски на поверхности сердечника или полимерный поддон, плотность материала которого которого в 9-11 раз меньше плотности латуни или свинца.

Первым конструктивным решением в этой области является пуля немца Гарольда Герлиха, разработанная в первой трети 20 века и оснащенная двумя ведущими поясками конической формы. Пуля в полете стабилизировалась вращением, нарезной ствол имел переменный диаметр, суживающийся к концу, что позволяло достичь ешё и большей эффективности использования энергии пороховых газов. В результате пуля массой 6,5 грамма разгонялась до скорости 1600 м/с и пробивала на дистанции 60 мм стальную пластину толщиной 12 мм. Однако нарезной ствол переменного диаметра был слишком дорог в производстве, а кучность стрельбы пулями с ведущими поясками, сминающимися при выстреле, оставляла желать лучшего.

Вторым конструктивным решением в области подкалиберных пуль являются наработки американской компании AAI во главе с её руководителем Ирвином Барром, которая в 1952 году разработала ружейный патрон 12-го калибра, снаряженный 32 стреловидными поражающими элементами, размещенными в толкающем поддоне контейнерного типа. Испытания показали, что стреловидные пули обладают большим поражающим действием, но имеют малую точность стрельбы из-за невозможности обеспечить заданную направленность полета пуль после их группового вылета из ствола

Инициативная работа была продолжена в рамках исследовательской программы SALVO Армии США. Компания AAI разработала однопульный патрон ХМ110 калибра 5,6х53 мм с гильзой большого удлинения, снаряженный стальной стреловидной подкалиберной пулей диаметром 1,8 мм и калиберным оперением. В качестве ведущего устройства использовался тянущий поддон из магниевого сплава, разрезаемый на части дульной насадкой после выхода пули из ствола. Стрельба велась из стрелкового оружия с гладким стволом, стабилизацию пули в полете обеспечивало хвостовое оперение. Аэродинамические скосы на плоскостях оперения задавали небольшую угловую скорость вращения пули с целью усреднения воздействия на прямолинейность полета производственных дефектов её изготовления.

В ходе экспериментов был разработан усовершенствованный вариант патрона 5,77х57В ХМ645, в составе которого использовался составной четырехсегментный тянущий поддон из стеклопластика с тефлоновым покрытием, удерживающийся на пуле в стволе за счет сил трения и распадавшийся на сегменты под воздействием напора воздуха после вылета пули из ствола. Длина патрона составляла 63 мм, длина стреловидной пули — 57 мм, вес пули – 0,74 грамма, поддона — 0,6 грамма, начальная скорость пули — 1400 м/с

Однако в стремлении обеспечить наибольшее удлинение пули компании AAI пришлось пойти на удлинение гильзы патрона, что негативно сказалось на надежности работы механизма перезаряжания из-за большого трения в патроннике, а также привело к увеличению размеров и веса ствольной коробки стрелкового оружия.

Поэтому в следующей программе Армии США под названием SPIW лидером стал патрон 5,6х44 ХМ144, разработанный Франкфортским арсеналом в форм-факторе малоимпульсного патрона 5,56х45 мм. Усовершенствованный вариант патрона ХМ216 SFR имел стандартную гильзу, длина патрона составляла 49,7 мм, длина стреловидной пули – 45 мм, вес пули – 0,65 грамма, вес поддона – 0,15 грамма, начальная скорость пули – 1400 м/с

Проведенные в рамках программ SALVO и SPIW опытные стрельбы с использованием подкалиберных стреловидных пуль сверхмалой массы позволили выявить неустранимые недостатки подобных пуль – увеличенный боковой снос под воздействием ветра и существенное отклонение от заданной траектории при стрельбе в дождь.

В Советском Союзе первый патрон 7,62/3х54 мм с подкалиберной стреловидной пулей был разработан под руководством Дмитрия Ширяева в начале 1960-х годов в НИИ-61 (будущий ЦНИИточмаш). Стреловидная пуля отличалась от американских аналогов большей массой, меньшим удлинением (3х51 мм), отсутствием сужения в районе хвостового оперения и, главное, способом соединения поддона и пули — с помощью гребенки, нанесенной на древко стрелы. Указанное решение позволило обеспечить необходимое сцепление при большем тяговом усилии со стороны поддона для приведения в движение пули кратно большей массы, чем у американских аналогов

Двухсекционный поддон изготовлялся из алюминиевого сплава, поэтому при разлете после покидания ствола представлял собой определенную опасность для соседних стрелков. Кроме того, алюминий интенсивно налипал на поверхность канала ствола, что требовало химической чистки ствола через каждые 100-200 выстрелов. Но самым отрицательным свойством стреловидных пуль оказалось их низкое убойное действие по живой силе – высокоскоростные пули отлично пробивали броню и как иголки проходили насквозь через мягкие ткани, не вызывая шокового гидроудара и не образуя раневого канала большого диаметра.

В связи с указанными обстоятельствами в 1965 году под руководством Владислава Дворянинова была начата разработка нового патрона калибра 10/4,5х54 мм со стреловидной пулей измененной конструкции с увеличенным до 4,5 грамма весом. В ходе разработки был использован полимерный материал для изготовления поддона, не загрязняющий канал ствола во время выстрела, применено хвостовое сужение древка (как в американских аналогах) для повышения баллистического коэффициента, а также образованы поперечный пропил древка в районе гребенки и лыска на острие пули с целью соответственно конструктивного ослабления пули для разлома на две части и опрокидывания пули в процессе пробития мягких тканей

Указанные технические решения позволили повысить убойное действие стреловидных пуль, но одновременно снизили степень пробиваемость средств индивидуальной броневой защиты пехотинцев, поскольку пуля про прохождении твердой преграды испытывает в том числе изгибные напряжения (возрастающие при увеличении угла встречи пули с преградой), которые ведут к разрушению древка пули, дважды ослабленному (гребенкой и пропилом) в самом критическом сечении, непосредственно примыкающем к острию. Выигрыш в убойном действии и проигрыш в пробивном действии не позволили принять на вооружение подкалиберные стреловидные пули конструкции Дворянинова с соавторами.

Изучение процесса обтекания различных тел в аэродинамической трубе при сверхзвуковом обтекании воздухом выявило, что стреловидные пули любой конструкции имеют неоптимальную аэродинамическую форму – они генерируют сразу пять фронтов ударной волны:
— головной фронт;
— фронт в месте перехода острия в древко;
— фронт на передних кромках оперения;
— фронт на задних кромках оперения;
— фронт в месте хвостового сужения древка.
Для сравнения – калиберная пуля оживальной формы на сверхзвуковой скорости генерирует только три фронта ударной волны:
— головной фронт;
— фронт в месте перехода острия в цилиндрическую часть;
— хвостовой фронт.

Наиболее оптимальной с точки зрения аэродинамики сверхзвукового полета является коническая форма пули без перелома образующей поверхности и без хвостового оперения, которая генерирует только два фронта ударной волны: головной и хвостовой. При этом угол раскрытия головного фронта конической пули кратно меньше угла раскрытия головного фронта стреловидной пули по причине меньшего угла раскрытия острия первой по сравнению с углом раскрытия конуса второй. Кроме того, стреловидная пуля, выстреливаемая из гладкого ствола и раскручиваемая в полете (с целью компенсации дефектов изготовления) за счет скосов хвостового оперения, отличается еще и повышенным торможением за счет отбора части кинетической энергии для раскрутки пули.

В связи с указанными недостатками стреловидных пуль предлагается вниманию инновационный патрон под титулом «Копьё»/SPEAR, снаряженный подкалиберной конической пулей с толкающим поддоном, не требующим нанесения гребенки на тело пули. Патрон выполнен в телескопическом форм-факторе с целью минимизации упаковочного объема, определяемого лишь длиной и наибольшим диаметром его гильзы. Патрон предназначен в качестве боеприпаса стрелкового оружия, оснащенного стволом с овально-винтовой сверловкой сверловкой по типу Ланкастера с целью закрутки пули в процессе прохождения канала ствола. Пуля в полете сохраняет устойчивость как за счет гироскопического момента, так и за счет смещения вперед центра тяжести относительно центра аэродинамического давления путем образования внутренней полости в хвостовой части пули.

Коническая пуля, выстреливаемая из ствола Ланкастер, обладает улучшенным баллистическим коэффициентом по сравнению как с оживальной так и стреловидной пулями по следующим обстоятельствам:
— наименьшее количество фронтов ударной волны, генерируемых при сверхзвуковом полете;
— отсутствие потерь кинетической энергии на раскрутку пули за счет набегающего потока воздуха.

Коническая пуля с внутренней полостью в хвостовой части обладает также повышенной пробивной способностью – в процессе прохождения твердой преграды хвостовая часть сминается внутрь и диаметр основания конуса уменьшается до диаметра пули в сечении начала полости. Поперечная нагрузка пули возрастает практически вдвое. При этом заостренность сохранившейся конической поверхности пули остается большей, чем у оживальной или стреловидной пули равной длины. Отсутствие гребенки и поперечных пропилов на поверхности конической пули дополнительно увеличивают её пробиваемость в сравнении со стреловидной пулей конструкции Дворянинова с соавторами.

При этом коническая пуля с внутренней полостью в хвостовой части обладает высоким убойным действием, поскольку:
— она находится на грани устойчивости из-за пологого шага винтовой нарезки канала ствола Ланкастера;
— после пробития бронепреграды её устойчивость снижается за счет сминания хвостовой части и смещения центра давления за центр тяжести.

Потери кинетической энергии на пробитие бронепреграды у конической пули с внутренней полостью находятся на уровне стреловидной и оживальной пуль: у первой энергия тратится на сминание корпуса в районе полости, у второй – на срез хвостового оперения, у третьей – на сминание и отрыв оболочки и рубашки от сердечника.

Тело конической пули функционально соответствует сердечнику оболочечной пули, свинцовая рубашка отсутствует, вместо оболочки из тяжелой и дорогой латуни используется поддон из легкого и дешевого пластика. С другой стороны, коническая пуля наиболее рационально использует прочностные характеристики своего конструкционного материала по сравнению со стреловидной пулей, искусственно ослабленной в месте гребенки и поперечного пропила. Поэтому масса конической пули может быть существенно минимизирована по сравнению с оживальной и стреловидной пулей при равной пробиваемости. Это дает возможность сделать экономически обоснованный выбор конструкционного материала конической пули в пользу металлического вольфрамового сплава, обладающего наибольшей плотностью.

В связи с ограниченностью внутреннего объема телескопического патрона предлагается использовать метательный заряд в виде прессованной пороховой шашки с добавлением в её состав кристаллических гранул октогена (размер которых меньше критического диаметра детонации взрывчатого вещества) с целью обеспечения расчетной скорости горения заряда для выбранной длины ствола стрелкового оружия. С целью снижения общего веса патрона в качества конструкционного материала его гильзы предлагается использовать композитный сплав из алюминия и дисперсного волокна оксида алюминия, защищенный латунным гальваническим покрытием и антифрикционным полимерным покрытием с графитовым наполнителем, описанный в статье «Перспективные патроны для нарезного оружия» («Военное обозрение» от 9 декабря 2017 года).

В следующей таблице приводится сравнительная оценка различных типов патронов и пуль стрелкового оружия: