Obecnie czołowe armie świata rozpoczęły wdrażanie programów rozwoju nowych rodzajów broni strzeleckiej (Ratnik w Rosji i NGSAR w Stanach Zjednoczonych). Jak pokazuje ponad stuletnie doświadczenie w rozwoju nabojów unitarnych, a następnie pośrednich i niskoimpulsowych, najbardziej obiecującym rozwiązaniem jest zaawansowany rozwój nowych rodzajów amunicji.
Po wynikach II wojny światowej uznano, że konieczne jest ulepszenie konstrukcji najbardziej eksploatacyjnych rodzaju amunicji (naboje do automatycznej broni strzeleckiej) i poszerzenie bazy zasobów do ich produkcji.
Wkłady z metalowymi tulejami
Nasycenie jednostek piechoty bronią automatyczną w przemyśle obronnym spowodowało niedobór miedzi, tradycyjnie używanej w mosiądzu nabojowym (do wyrobu łusek) i tompaku (do wyrobu łusek).
Najskuteczniejszym rozwiązaniem problemu niedoboru zasobów było zastosowanie miękkiej stali powlekanej z obu stron miedzią w celu ochrony przed korozją lub niepowlekanej, używanej w czasie wojny do produkcji tzw. W okresie powojennym opanowano technologię powlekania stalowych tulei specjalnym lakierem, który chronił je przed wilgocią i zmniejszał tarcie w komorze (do pewnej granicy temperatury).
Pomimo podobnych właściwości technicznych stali miękkiej i stopów miedzi, te ostatnie mają zalety plastyczności i odporności na korozję. Powłoka lakiernicza stalowych tulei ma niską odporność na zużycie, a w procesie przeładowania, w kontakcie z metalowymi częściami broni, ulega uszkodzeniu i przenoszeniu na elementy automatyki, wyłączając je. Jeżeli nieużywane naboje są usuwane z lufy po zakończeniu wypalania, ich osłony są pozbawione powłoki lakierniczej na skutek jej wypalenia w kontakcie z rozgrzaną powierzchnią komory, po czym są przyspieszane utleniane i naboje stają się nieprzydatne do dalszego użytku.
Zwiększone zużycie nabojów przez piechotę uzbrojoną w broń automatyczną stanowiło podstawę do zwiększenia ilości amunicji do noszenia poprzez zmniejszenie masy nabojów. Do początku lat 70. głównym kierunkiem zmniejszania masy amunicji do noszenia było przejście najpierw na amunicję pośrednią, a następnie na naboje o niskim impulsie, ze względu na chęć zwiększenia celności ognia automatycznego z niewygodnych pozycji. Po przyjęciu karabinu szturmowego AK-74 i karabinu automatycznego M-16 ta rezerwa na zmniejszenie masy amunicji do noszenia została wyczerpana - próba użycia lżejszych pocisków miotanych ujawniła ich zwiększony dryf wiatru.
Obecnie jako elementy uderzające stosuje się głównie pociski ze stalowym rdzeniem, ołowianym płaszczem i tompakowym płaszczem. W celu zwiększenia penetracji pancerza armia amerykańska przeszła na stosowanie całkowicie metalowych pocisków nabojów M80A1 EPR i M855A1 bez ołowianej osłony, składających się z pocisku tombak i rdzenia ze stalową głowicą i bizmutowym ogonem.
Wkłady bezłuskowe
W latach 80. w ZSRR i krajach NATO podjęto próbę radykalnego rozwiązania problemów wysokiego zużycia materiałów klasycznych nabojów poprzez przejście na amunicję bezłuskową. Największy postęp w tym kierunku osiągnęła niemiecka firma Heckler und Koch, która stworzyła karabin automatyczny HK G11, wykorzystujący bezłuskowe naboje DM11 opracowane przez Dynamit Nobel.
Jednak eksploatacja wojskowa serii 1000 karabinków HK G11 w służbie granicznej RFN wykazała ich niebezpieczeństwo dla personelu wojskowego z powodu regularnego samozapłonu nabojów bezłuskowych w komorze, pomimo jej strukturalnego oddzielenia od lufy karabinu. W rezultacie niemieckim pogranicznikom najpierw zabroniono korzystania z automatycznego trybu ognia, a następnie całkowicie wycofano ze służby HK G11 z powodu bezsensowności jego używania jako broni czysto samozaładowczej w obecności zbyt skomplikowanej automatyzacji (" zegar z kukułką").
Wkłady z plastikowymi rękawami
Kolejną próbę zmniejszenia zużycia materiałów na amunicję do broni strzeleckiej i zwiększenia ilości amunicji do noszenia podjęto w latach 2000. w Stanach Zjednoczonych przez AAI (obecnie Textron Systems, oddział produkcyjny Textron Corporation) w ramach LSAT (Lightweight Small Arms Technologies).) program, który doprowadził do powstania lekkiego karabinu maszynowego i karabinka automatycznego, przeznaczonego do amunicji kombinowanej z nabojami z mosiężną tuleją, plastikową tuleją i bezłuskową, wykonanych w formie teleskopowej.
Naboje bezłuskowe, zgodnie z oczekiwaniami, odznaczały się samozapaleniem w komorze lufy, pomimo jej zdejmowanej konstrukcji, więc wybór w programie LSAT został dokonany na korzyść nabojów z plastikową tuleją. Jednak chęć obniżenia kosztów amunicji doprowadziła do złego wyboru rodzaju tworzywa: jako taki zastosowano poliamid, który ma wszystkie niezbędne właściwości, z wyjątkiem jednej, ale najważniejszej - jego maksymalna temperatura pracy nie przekracza 250 stopni Celsjusza.
Jeszcze w latach 50. na podstawie wyników badań polowych ustalono, że lufa karabinu maszynowego DP w warunkach strzelania ciągłego seriami z przerwami na zmianę magazynów nagrzewa się do następujących wartości:
150 strzałów - 210°C
200 strzałów - 360 ° C
300 strzałów - 440 ° C
400 strzałów - 520 ° C
Innymi słowy, w warunkach intensywnej walki, po zużyciu pierwszych dwustu naboi, lufa lekkiego karabinu maszynowego ma gwarancję osiągnięcia temperatury topnienia poliamidu.
W związku z tą okolicznością program LSAT został zamknięty w 2016 roku i na jego podstawie uruchomiono program CTSAS (Cased Telescoped Small Arms Systems) mający na celu opracowanie nabojów teleskopowych na nowej bazie materiałowej. Według wywiadu udzielonego stronie thefirearmblog.com, administratora programu armii amerykańskiej, Corey'owi Phillipsowi w marcu 2017 r., na materiał tulei z tworzywa sztucznego został wybrany najbardziej odporny na ciepło polimer inżynieryjny, poliimid, o maksymalnej temperaturze roboczej 400° C.
Poliimid jako materiał łuski posiada również inną cenną właściwość - po podgrzaniu powyżej określonego poziomu zwęgla się bez topienia z uwolnieniem substancji lotnych, które nie zanieczyszczają komory łuski, a zwęglona powierzchnia łuski służy jako doskonały materiał przeciwcierny, gdy jest wyciągany po strzale. Wytrzymałość obręczy liniowej zapewnia metalowy kołnierz.
Temperatura 400 stopni jest dopuszczalnym limitem ogrzewania beczek z bronią strzelecką, po czym ulegają one wypaczeniu, ponieważ temperatura technologicznego odpuszczania beczek wynosi od 415 do 430 stopni. Jednak wytrzymałość poliimidu na rozciąganie w temperaturach 300 stopni lub więcej spada do 30 MPa, co odpowiada ciśnieniu w komorze 300 atmosfer, tj. o rząd wielkości mniejszy niż maksymalny poziom ciśnienia gazów proszkowych w nowoczesnych modelach broni strzeleckiej. Przy próbie wyjęcia zużytego łuski z komory o klasycznej konstrukcji, metalowy kołnierz oderwie się wyciorem wybijając resztki łuski z lufy.
Nagrzewanie naboju w komorze o klasycznej konstrukcji można w pewnym stopniu kontrolować strzelając z zamka otwartego (karabiny maszynowe), ale w przypadku intensywnego strzelania i strzelania z zamka zamkniętego (karabiny maszynowe i karabiny automatyczne), nagrzewanie wkładu powyżej 400 stopni jest prawie nieuniknione.
Wkłady z aluminiowymi tulejami
Inną alternatywą dla stopów miedzi są stopy aluminium, które są wykorzystywane w obudowach seryjnych nabojów pistoletowych, w eksperymentalnym rozwoju nabojów karabinowych oraz w seryjnych strzałach do 30-mm działka automatycznego GAU-8A. Zastąpienie miedzi aluminium pozwala usunąć ograniczenie bazy zasobów, obniżyć koszt łuski, zmniejszyć wagę amunicji o 25 procent i odpowiednio zwiększyć obciążenie amunicji do noszenia.
W 1962 r. TsNIITOCHMASH opracował eksperymentalne naboje kalibru 7,62x39 mm z tuleją ze stopu aluminium (kod GA). Wkładki miały przeciwcierną powłokę grafitową. Aby zapobiec korozji elektrochemicznej, miseczkę kapsułki wykonano ze stopu aluminium.
Jednak zastosowanie takich tulei jest utrudnione ze względu na ich jedyną negatywną właściwość - samorzutny zapłon aluminium i jego stopów w powietrzu po podgrzaniu do 430 ° C. Ciepło spalania aluminium jest bardzo wysokie i wynosi 30,8 MJ/kg. Zewnętrzna powierzchnia produktów ulega samozapaleniu po podgrzaniu do określonej temperatury i zwiększeniu przepuszczalności powłoki tlenkowej dla tlenu w powietrzu lub po podgrzaniu do niższej temperatury w przypadku uszkodzenia powłoki tlenkowej. Nieplastyczna ceramiczna powłoka tlenkowa (grubość ~ 0,005 mikrona) ulega zniszczeniu, gdy plastikowa metalowa tuleja odkształca się pod wpływem ciśnienia gazów pędnych, przepuszczalność warstwy tlenkowej uzyskuje się w wyniku ogrzewania podczas intensywnego wypalania. Wkładki zapalają się samoczynnie tylko w powietrzu po wyjęciu z lufy, gdzie podczas spalania proszku utrzymuje się ujemny bilans tlenowy.
Dlatego aluminiowe łuski stały się szeroko rozpowszechnione tylko jako część nabojów pistoletowych kalibru 9x18 PM i 9x19 Para, których intensywność ognia i temperatura osiągana w komorze są nieporównywalne z tymi wskaźnikami karabinów maszynowych, karabinów automatycznych i karabinów maszynowych.
Aluminium zastosowano również w eksperymentalnym naboju 6x45 SAW Long, którego tuleja została wyposażona w elastyczną silikonową wkładkę uszczelniającą pęknięcia w folii metalowej i tlenkowej. Jednak ta decyzja doprowadziła do zwiększenia liniowych wymiarów wkładu, związanych z nim wymiarów odbiornika i odpowiednio masy broni.
Innym rozwiązaniem, ale wprowadzonym do służby, jest pocisk artyleryjski 30x173 GAU z tuleją ze stopu aluminium. Stało się to możliwe dzięki zastosowaniu specjalnego niskocząsteczkowego „zimnego” ładunku miotającego. Potencjał termochemiczny proszku jest wprost proporcjonalny do temperatury spalania i odwrotnie proporcjonalny do masy cząsteczkowej produktów spalania. Klasyczne propelenty nitrocelulozowe i piroksylinowe mają masę cząsteczkową 25 i temperaturę spalania 3000-3500 K, a masa cząsteczkowa nowego propelentu wynosiła 17 przy temperaturze spalania 2000-2400 K przy tym samym impulsie.
Obiecujący spiekany metalowy rękaw
Pozytywne doświadczenia stosowania strzałów artyleryjskich z aluminiową tuleją pozwalają uznać ten metal za materiał konstrukcyjny łusek do broni strzeleckiej (nawet bez specjalnego składu miotającego). W celu potwierdzenia poprawności dokonanego wyboru wskazane jest porównanie właściwości wykładzin z mosiądzu i stopu aluminium.
Mosiądz L68 zawiera 68 procent miedzi i 32 procent cynku. Jego gęstość wynosi 8,5 g/cm3, twardość - 150 MPa, wytrzymałość na rozciąganie w 20 °C - 400 MPa, wydłużenie przy rozciąganiu - 50 procent, współczynnik tarcia ślizgowego na stali - 0,18, temperatura topnienia - 938 ° C, strefa temperaturowa kruchości - od 300 do 700°C.
Jako zamiennik mosiądzu proponuje się stosowanie aluminium stopowego z magnezem, niklem i innymi pierwiastkami chemicznymi w udziale objętościowym nie większym niż 3% w celu zwiększenia właściwości sprężystych, termicznych i odlewniczych bez wpływu na odporność stopu na korozja i pękanie pod obciążeniem. Wytrzymałość stopu uzyskuje się poprzez wzmocnienie go rozproszonymi włóknami tlenku glinu (średnica ~ 1 μm) we frakcji objętościowej 20%. Ochrona przed samozapaleniem powierzchni jest zapewniona poprzez zastąpienie kruchej warstwy tlenkowej powłoką z tworzywa sztucznego miedzi/mosiądzu (grubość ~ 5 μm) nakładaną metodą elektrolizy.
Powstały kompozyt cermetalowy należy do klasy cermetali i jest formowany w produkt końcowy przez formowanie wtryskowe w celu zorientowania włókien wzmacniających wzdłuż osi wykładziny. Anizotropia właściwości wytrzymałościowych umożliwia zachowanie podatności materiału kompozytowego w kierunku promieniowym, aby zapewnić szczelny kontakt ścianek tulei z powierzchnią komory pod działaniem ciśnienia gazów proszkowych w celu jej wypełnienia.
Właściwości przeciwcierne i przeciwzatarciowe wykładziny są zapewnione przez nałożenie na jej zewnętrzną powierzchnię powłoki poliimidowo-grafitowej (grubość ~ 10 mikronów) o równych ułamkach objętościowych spoiwa i wypełniacza, które wytrzymują obciążenie kontaktowe 1 GPa i temperaturę pracy 400°C, stosowana jako powłoka na tłoki silników spalinowych.
Gęstość cermetalu wynosi 3,2 g/cm3, wytrzymałość na rozciąganie w kierunku osiowym: w 20°C - 1250 MPa, w 400°C - 410 MPa, wytrzymałość na rozciąganie w kierunku promieniowym: w 20°C - 210 MPa, w 400 °C - 70 MPa, wydłużenie w kierunku osiowym: przy 20°C - 1,5%, przy 400°C - 3%, wydłużenie w kierunku promieniowym: przy 20°C - 25%, przy 400°C - 60 %, temperatura topnienia - 1100 ° C.
Współczynnik tarcia ślizgowego powłoki przeciwciernej na stali wynosi 0,05 przy obciążeniu styku 30 MPa i wyższym.
Proces technologiczny produkcji tulei cermetalowych składa się z mniejszej liczby operacji (mieszanie metalu z włóknem, odlewanie tulei, radełkowanie na gorąco wieńca i otworu, mosiężne powlekanie, nakładanie powłoki przeciwciernej) w porównaniu do liczby operacji w proces technologiczny wytwarzania tulei mosiężnych (odlewanie kęsów, ciągnienie na zimno w sześciu przejściach, moletowanie na zimno wieńca i szyjki).
Waga mosiężnej tulei naboju 5, 56x45 mm wynosi 5 gramów, waga tulei cermetalowej 2 gramy. Koszt jednego grama miedzi to 0,7 centa amerykańskiego, aluminium 0,2 centa amerykańskiego, koszt rozproszonych włókien korundowych to 1,6 centa amerykańskiego, ich waga we wkładce nie przekracza 0,4 grama.
Obiecująca kula
W związku z przyjęciem w armii kamizelek kuloodpornych klasy 6B45-1 i ESAPI, nieprzebijanych przez pociski ręcznej broni strzeleckiej ze stalowym rdzeniem na odległość 10 metrów lub więcej, planuje się przejście na stosowanie pocisków z rdzeń ze stopu spiekanego z węglika wolframu (95%) i proszków kobaltu (5%) o ciężarze właściwym 15 g/cm3, niewymagający doważania ołowiem lub bizmutem.
Głównym materiałem skorupy pocisków jest tombak, składający się z 90% miedzi i 10% cynku, którego gęstość wynosi 8,8 g/cm3, temperatura topnienia 950°C, wytrzymałość na rozciąganie 440 MPa, ściskanie wytrzymałość wynosi 520 MPa, twardość 145 MPa, wydłużenie względne 3% i współczynnik tarcia ślizgowego o stal 0,44.
Ze względu na zwiększenie prędkości początkowej pocisków do 1000 i więcej metrów na sekundę oraz zwiększenie szybkostrzelności do 2000 i więcej strzałów na minutę (AN-94 i HK G-11) tombak nie spełnia już wymagań na łuskę pocisków ze względu na duży termoplastyczny otwór na zużycie ze względu na wysoki współczynnik tarcia ślizgowego stopu miedzi o stal. Z drugiej strony znane są pociski artyleryjskie, w których konstrukcji miedziane pasy prowadzące zastąpione są plastikowymi (poliestrowymi) o współczynniku tarcia na poziomie 0,1. taśmy nie przekraczają 200°C, co stanowi połowę maksymalnej temperatury luf broni strzeleckiej do początku ich wypaczania.
Dlatego jako powłokę obiecującego pocisku z całkowicie metalowym rdzeniem proponuje się zastosowanie kompozytu polimerowego (grubość ~ 0,5 mm) zawierającego poliimid typu PM-69 we frakcjach o równej objętości oraz grafit koloidalny o całkowitej gęstości 1,5 g/cm3, wytrzymałość na rozciąganie 90 MPa, wytrzymałość na ściskanie 230 MPa, twardość 330 MPa, obciążenie styku 350 MPa, maksymalna temperatura pracy 400°C i współczynnik tarcia ślizgowego na stali 0,05.
Powłokę tworzy się przez zmieszanie cząstek oligomeru poliimidowego i grafitu, wytłoczenie mieszaniny do formy z osadzoną częścią - rdzeniem pocisku i polimeryzację temperaturową mieszaniny. Adhezję skorupy i rdzenia pocisku zapewnia wnikanie poliimidu w porowatą powierzchnię rdzenia pod wpływem ciśnienia i temperatury.
Obiecujący wkład teleskopowy
Obecnie najbardziej progresywny kształt naboju do broni strzeleckiej jest uważany za teleskopowy z umieszczeniem pocisku wewnątrz wciśniętego kontrolera miotającego. Zastosowanie gęstej szachownicy zamiast klasycznego ładunku zbożowego o mniejszej gęstości nasypowej pozwala nawet półtora raza skrócić długość naboju i związane z nim wymiary komory zamkowej broni.
Ze względu na konstrukcję mechanizmu przeładowania (zdejmowana komora lufy) modeli broni strzeleckiej (G11 i LSAT) z użyciem nabojów teleskopowych, ich pociski są wpuszczane w szachownice miotające poniżej krawędzi tulei. Otwarty koniec wtórnego ładunku miotającego przed brudem i wilgocią chroni plastikową nasadkę, która jednocześnie działa jako przedni obturator podczas strzelania (blokując połączenie między odłączaną komorą a lufą po przebiciu pocisku). Jak pokazała praktyka wojskowego działania teleskopowych nabojów DM11, taki sposób montażu naboju, który nie zapewnia uwypuklenia pocisku w wejściu pocisku do lufy, prowadzi do zniekształceń pocisku podczas wystrzelenia i odpowiednio utrata dokładności.
Aby zapewnić określoną sekwencję działania naboju teleskopowego, jego ładunek miotający podzielony jest na dwie części - ładunek pierwotny o stosunkowo niskiej gęstości (o większej szybkości spalania), znajdujący się bezpośrednio między kapsułą a dnem pocisku oraz Wtorkowy ładunek o stosunkowo większej gęstości (o mniejszej szybkości spalania), umieszczony koncentrycznie wokół pocisku. Po przebiciu startera ładunek pierwotny jest wyzwalany jako pierwszy, wpychając pocisk do otworu i wytwarzając ciśnienie doładowania dla ładunku wtórnego, który przesuwa pocisk w otworze.
Aby utrzymać kontroler ładunku wtórnego wewnątrz wkładu, krawędzie otwartego końca rękawa są częściowo zwinięte. Zatrzymanie pocisku w naboju odbywa się poprzez wciśnięcie go w blok ładunku wtórnego. Umieszczenie pocisku na całej jego długości w wymiarach tulei zmniejsza długość naboju, ale jednocześnie tworzy pustą objętość tulei wokół ostrołukowej części pocisku, co prowadzi do zwiększenia średnicy pocisku nabój.
W celu wyeliminowania tych niedociągnięć proponuje się nowy układ naboju teleskopowego, przeznaczonego do stosowania w broni strzeleckiej z klasyczną integralną komorą lufy z dowolnym rodzajem mechanizmu przeładowania (ręczny, gazowy, ruchoma lufa, półwolna blokada zamka itp..) i sposób strzelania (z przednim lub tylnym siedzeniem).
Proponowany nabój wyposażony jest w pocisk, który wysuwa swoją ostrołukową część poza tuleję i dzięki temu opiera się o wlot pocisku lufy. Zamiast plastikowej nasadki otwarty koniec ładunku miotającego jest chroniony odpornym na wilgoć lakierem, który wypala się po wystrzeleniu. Pewne zwiększenie długości proponowanego naboju w porównaniu ze znanymi nabojami teleskopowymi jest kompensowane zmniejszeniem jego średnicy ze względu na eliminację niewypełnionych objętości wewnątrz tulei.
Ogólnie rzecz biorąc, proponowany nabój teleskopowy zwiększy liczbę nabojów w amunicji piechoty do noszenia o jedną czwartą, a także zmniejszy zużycie materiałów, pracochłonność i koszty produkcji łusek.
