În prezent, armatele de frunte ale lumii au început să implementeze programe pentru dezvoltarea de noi tipuri de arme de calibru mic (Ratnik în Rusia și NGSAR în Statele Unite). După cum arată mai mult de un secol de experiență în dezvoltarea cartușelor unitare, apoi a cartușelor intermediare și cu impuls redus, cea mai promițătoare soluție este dezvoltarea avansată de noi tipuri de muniție.
În urma rezultatelor celui de-al doilea război mondial, s-a ajuns la concluzia că a fost necesar să se îmbunătățească proiectarea celui mai consumabil tip de muniție (cartușe pentru arme de calibru mic) și să se extindă baza de resurse pentru producția lor.
Cartușe cu mâneci metalice
Saturația unităților de infanterie cu arme automate în industria de apărare a provocat o penurie de cupru, utilizat în mod tradițional în cartușele de alamă (utilizate pentru fabricarea cartușelor) și tompak (utilizate pentru a face carcase de glonț).
Cea mai eficientă soluție la problema deficitului de resurse a fost utilizarea oțelului ușor, acoperit pe ambele părți cu cupru pentru protecția împotriva coroziunii, sau neacoperit, utilizat în timpul războiului pentru producerea așa-numitelor căptușeli surogat. În perioada de după război, tehnologia de acoperire a manșoanelor de oțel cu un lac special a fost stăpânită, care le-a protejat de umiditate și de frecare redusă în cameră (până la o anumită limită de temperatură).
În ciuda caracteristicilor tehnice similare ale aliajelor de oțel și cupru, acestea din urmă prezintă avantaje în ductilitate și rezistență la coroziune. Acoperirea cu lac a manșoanelor din oțel are o rezistență scăzută la uzură și, în procesul de reîncărcare, la contactul cu părțile metalice ale armei, tinde să fie deteriorată și transferată la elementele de automatizare, dezactivându-le. Dacă cartușele neutilizate sunt scoase din butoi după terminarea arderii, carcasele lor sunt private de acoperirea lacului datorită arderii sale la contactul cu suprafața încălzită a camerei, după care sunt oxidate accelerat și cartușele devin improprii pentru utilizare ulterioară.
Consumul crescut de cartușe de către infanteriști înarmați cu arme automate a servit ca bază pentru o creștere a muniției purtabile prin reducerea greutății cartușelor. Până la începutul anilor 1970, direcția principală de reducere a greutății muniției purtabile a fost trecerea mai întâi la cartușele intermediare, apoi la cele cu impuls redus, datorită dorinței de a crește precizia focului automat din poziții incomode. După adoptarea puștii de asalt AK-74 și a puștii automate M-16, această rezervă pentru reducerea greutății muniției purtabile a fost epuizată - o încercare de a folosi gloanțe mai ușoare măturate a relevat deriva crescută a vântului.
În prezent, gloanțele cu miez de oțel, un sacou de plumb și un sacou tompak sunt utilizate în principal ca elemente izbitoare. Pentru a crește pătrunderea armurii, armata SUA a trecut la utilizarea gloanțelor metalice ale cartușelor M80A1 EPR și M855A1 fără sacou de plumb, format dintr-o carapace de tombak și un miez cu cap de oțel și coadă de bismut.
Cartușe fără casă
În anii 1980, în țările URSS și NATO, s-a încercat rezolvarea radicală a problemelor consumului ridicat de materiale ale cartușelor clasice, trecând la muniția fără casă. Cel mai mare progres în această direcție a fost realizat de compania germană Heckler und Koch, care a creat pușca automată HK G11, care a folosit cartușele fără casă DM11 dezvoltate de Dynamit Nobel.
Cu toate acestea, operațiunea militară a unei serii de 1000 de puști HK G11 în serviciul de frontieră FRG și-a demonstrat pericolul pentru personalul militar datorită arderii spontane regulate a cartușelor fără casă în cameră, în ciuda separării structurale a acesteia de țeava puștii. Drept urmare, polițiștilor de frontieră germani li s-a interzis mai întâi utilizarea modului de tragere automată, iar apoi HK G11 a fost eliminat cu totul din serviciu din cauza lipsei de sens a utilizării sale ca armă pur auto-încărcată în prezența automatizării excesiv de complicate („ ceas cu cuc ).
Cartușe cu mâneci din plastic
Următoarea încercare de a reduce consumul de material al muniției cu arme de calibru mic și de a crește muniția purtabilă a fost efectuată în anii 2000 în Statele Unite de către AAI (acum Textron Systems, o divizie de producție a Textron Corporation) ca parte a LSAT (Lightweight Small Arms Technologies)), care a dus la crearea unei mitraliere ușoare și a unei carabine automate, concepute pentru muniții combinate cu cartușe cu manșon din alamă, manșon din plastic și caseless, realizate într-un factor de formă telescopic.
Cartușele fără casetă, așa cum era de așteptat, au fost remarcate pentru arderea spontană în camera butoiului, în ciuda designului său detașabil, astfel încât alegerea din programul LSAT a fost făcută în favoarea cartușelor cu manșon din plastic. Cu toate acestea, dorința de a reduce costul muniției a dus la alegerea greșită a tipului de plastic: poliamida a fost utilizată ca atare, care are toate caracteristicile necesare, cu excepția uneia, dar cea mai importantă - temperatura sa maximă de funcționare nu depășește 250 de grade Celsius.
În anii 1950, pe baza rezultatelor testelor pe teren, s-a stabilit că butoiul unei mitraliere DP în condiții de tragere continuă în rafale cu pauze pentru schimbarea magazinelor se încălzește până la următoarele valori:
150 de fotografii - 210 ° C
200 de fotografii - 360 ° C
300 de fotografii - 440 ° C
400 de fotografii - 520 ° C
Cu alte cuvinte, în condiții de luptă intensă, după folosirea primelor două sute de runde de cartușe, țeava unei mitraliere ușoare este garantată pentru a ajunge la punctul de topire al poliamidei.
În legătură cu această circumstanță, programul LSAT a fost închis în 2016 și pe baza sa a fost lansat programul CTSAS (Cased Telescoped Small Arms Systems) cu scopul de a dezvolta cartușe telescopice pe o nouă bază materială. Potrivit unui interviu cu administratorul programului armatei SUA Corey Phillips acordat thefirearmblog.com în martie 2017, cel mai rezistent la căldură polimer de inginerie până în prezent, poliimida, a fost selectat pentru materialul din manșon din plastic, cu o temperatură maximă de funcționare de 400 ° C.
Poliimida ca material al cartușului are, de asemenea, o altă proprietate valoroasă - atunci când este încălzită peste nivelul specificat, se carbonizează fără a se topi cu eliberarea de substanțe volatile care nu contaminează camera cilindrului, în timp ce suprafața carbonizată a cartușului servește ca excelent material antifricțiune atunci când este extras după o lovitură. Rezistența jantei căptușelii este asigurată de o flanșă metalică.
O temperatură de 400 de grade este limita admisă pentru încălzirea butoaielor de arme mici, după care acestea se deformează, deoarece temperatura temperării tehnologice a butoaielor este de la 415 la 430 de grade. Cu toate acestea, rezistența la tracțiune a poliimidei la temperaturi de 300 de grade sau mai multe scade la 30 MPa, ceea ce corespunde unei presiuni a camerei de 300 de atmosfere, adică un ordin de mărime mai mic decât nivelul maxim de presiune a gazelor pulbere la modelele moderne de arme de calibru mic. Când se încearcă îndepărtarea unei cartușe uzate din camera cu un design clasic, flanșa metalică se va desprinde cu o tijă care scoate rămășițele cartușului din butoi.
Încălzirea cartușului în camera de proiectare clasică poate fi controlată într-o anumită măsură prin tragerea dintr-un șurub deschis (mitraliere), dar în cazul tragerii intense și a tragerii dintr-un șurub închis (mitraliere și puști automate), încălzirea cartușului la peste 400 de grade este aproape inevitabilă.
Cartușe cu manșoane din aluminiu
O altă alternativă la aliajele de cupru sunt aliajele de aluminiu, care sunt utilizate în carcasele cartușelor de pistol în serie, în dezvoltarea experimentală a cartușelor pentru puști și în fotografiile în serie pentru tunul automat de 30 mm GAU-8A. Înlocuirea cuprului cu aluminiu vă permite să eliminați restricția de pe baza resurselor, să reduceți costul cartușului, să reduceți greutatea muniției cu 25% și, în consecință, să măriți sarcina purtabilă a muniției.
În 1962, TsNIITOCHMASH a dezvoltat cartușe experimentale de calibru 7, 62x39 mm cu manșon din aliaj de aluminiu (cod GA). Căptușelile aveau o acoperire de grafit antifricțiune. Pentru a preveni coroziunea electrochimică, cupa capsulei a fost fabricată dintr-un aliaj de aluminiu.
Cu toate acestea, utilizarea acestor manșoane este împiedicată de singura lor proprietate negativă - aprinderea spontană a aluminiului și a aliajelor sale în aer atunci când este încălzită la 430 ° C. Căldura de ardere a aluminiului este foarte mare și se ridică la 30,8 MJ / kg. Suprafața exterioară a produselor este supusă arderii spontane atunci când este încălzită la o temperatură specificată și o creștere a permeabilității filmului de oxid pentru oxigen în aer sau atunci când este încălzită la o temperatură mai mică în cazul deteriorării filmului de oxid. O peliculă de oxid ceramic neplastic (grosime ~ 0,005 microni) este distrusă atunci când un manșon din metal din plastic este deformat sub acțiunea presiunii gazelor propulsive, permeabilitatea filmului de oxid se realizează ca urmare a încălzirii în timpul arderii intense. Căptușelile se aprind spontan doar în aer după extragerea din butoi, unde se menține un echilibru negativ de oxigen în timpul arderii pulberii.
Prin urmare, carcasele din aluminiu s-au răspândit doar ca parte a cartușelor de pistol cu calibre 9x18 PM și 9x19 Para, a căror intensitate a focului și temperatura atinsă în cameră nu pot fi comparate cu acești indicatori ai mitralierelor, puștilor automate și mitralierelor.
Aluminiu a fost, de asemenea, utilizat în cartușul experimental 6x45 SAW Long, al cărui manșon a fost echipat cu o căptușeală elastică din silicon care strânge fisurile din filmul de metal și oxid. Cu toate acestea, această decizie a condus la o creștere a dimensiunilor liniare ale cartușului, a dimensiunilor asociate ale receptorului și, în consecință, a greutății armei.
O altă soluție, dar pusă în funcțiune, este runda de artilerie 30x173 GAU cu manșon din aliaj de aluminiu. Acest lucru a devenit posibil datorită utilizării unei încărcături speciale de combustibil „rece” cu molecule scăzute. Potențialul termochimic al pulberii este direct proporțional cu temperatura de ardere și invers proporțional cu greutatea moleculară a produselor de ardere. Combustibilii nitrocelulozici și piroxilinici clasici au o greutate moleculară de 25 și o temperatură de ardere de 3000-3500 K, iar greutatea moleculară a noului combustibil a fost de 17 la o temperatură de ardere de 2000-2400 K la același impuls.
Manșon metalic sinterizat promițător
Experiența pozitivă a utilizării focurilor de artilerie cu un manșon din aluminiu face posibilă considerarea acestui metal ca un material structural pentru cartușele cu arme mici (chiar și fără o compoziție specială de propulsor). Pentru a confirma corectitudinea alegerii specificate, este recomandabil să comparați caracteristicile căptușelilor din alamă și aliaj de aluminiu.
Alama L68 conține 68% cupru și 32% zinc. Densitatea sa este de 8,5 g / cm3, duritate - 150 MPa, rezistență la tracțiune la 20 ° C - 400 MPa, alungire la tracțiune - 50 la sută, coeficient de frecare glisant pe oțel - 0,18, punct de topire - 938 ° C, zonă de temperatură de fragilitate - de la 300 până la 700 ° C.
Ca înlocuitor pentru alamă, se propune utilizarea aluminiului aliat cu magneziu, nichel și alte elemente chimice într-o fracțiune de volum de cel mult 3% pentru a crește proprietățile elastice, termice și de turnare fără a afecta rezistența aliajului împotriva coroziune și crăpături sub sarcină. Rezistența aliajului se realizează prin întărirea acestuia cu fibre de oxid de aluminiu dispersate (diametru ~ 1 μm) într-o fracțiune de volum de 20%. Protecția împotriva autoaprinderii la suprafață este asigurată prin înlocuirea peliculei de oxid fragil cu un strat de cupru / alamă din plastic (grosime de ~ 5 μm) aplicat prin electroliză.
Compozitul de cermet rezultat aparține clasei de cermets și este format într-un produs final prin turnare prin injecție pentru a orienta fibrele de armare de-a lungul axei căptușelii. Anizotropia proprietăților de rezistență face posibilă păstrarea conformității materialului compozit în direcția radială pentru a asigura contactul strâns al pereților manșonului cu suprafața camerei sub acțiunea presiunii gazelor pulberi pentru a se obține din urmă.
Proprietățile antifricțiune și anti-capturare ale căptușelii sunt asigurate prin aplicarea unui strat de poliimidă-grafit (grosime ~ 10 microni) pe suprafața sa exterioară cu fracțiuni egale de liant și umplutură care pot rezista la o sarcină de contact de 1 GPa și la o temperatură de funcționare de 400 ° C, utilizat ca strat de acoperire pentru pistoanele motorului cu ardere internă.
Densitatea cermetului este de 3,2 g / cm3, rezistența la tracțiune în direcția axială: la 20 ° C - 1250 MPa, la 400 ° C - 410 MPa, rezistența la tracțiune în direcția radială: la 20 ° C - 210 MPa, la 400 ° C - 70 MPa, alungire la întindere în direcția axială: la 20 ° C - 1,5%, la 400 ° C - 3%, alungire la întindere în direcție radială: la 20 ° C - 25%, la 400 ° C - 60 %, punct de topire - 1100 ° C.
Coeficientul de frecare glisant al stratului antifricțiune pe oțel este de 0,05 la o sarcină de contact de 30 MPa sau mai mare.
Procesul tehnologic de producere a manșoanelor de cermet constă în mai puține operațiuni (amestecarea metalului cu fibra, turnarea manșoanelor, moletirea la cald a jantei și alezajului, placarea cu alamă, aplicarea unui strat antifricțiune) în comparație cu numărul de operații din Procesul tehnologic de fabricare a manșoanelor din alamă (turnarea paletelor, tragere la rece în șase pasaje, moletare la rece a jantei și gâtului).
Greutatea manșonului de alamă al cartușului 5, 56x45 mm este de 5 grame, greutatea manșonului cermet este de 2 grame. Costul unui gram de cupru este de 0,7 cenți SUA, aluminiu - 0,2 cenți SUA, costul fibrelor de alumină dispersată este de 1,6 cenți SUA, greutatea lor în căptușeală nu depășește 0,4 grame.
Glonț promițător
În legătură cu adoptarea armurii armatei clasa 6B45-1 și ESAPI, care nu sunt pătrunse de gloanțe de arme mici de mână cu miez de oțel la o distanță de 10 metri sau mai mult, se planifică trecerea la utilizarea gloanțelor cu un miez din aliaj sinterizat din carbură de tungsten (95%) și pulberi de cobalt (5%) cu o greutate specifică de 15 g / cc, care nu necesită ponderare cu plumb sau bismut.
Principalul material al învelișului de gloanțe este un tombak, format din 90% cupru și 10% zinc, a cărui densitate este de 8,8 g / cc, punctul de topire este de 950 ° C, rezistența la tracțiune este de 440 MPa, compresia rezistența este de 520 MPa. duritate - 145 MPa, alungire relativă - 3% și coeficient de frecare alunecare pe oțel - 0,44.
Datorită creșterii vitezei inițiale a gloanțelor la 1000 și mai mulți metri pe secundă și a creșterii ratei de tragere la 2000 și mai multe runde pe minut (AN-94 și HK G-11), tombakul nu mai îndeplinește cerințele pentru carcasa gloanțelor datorită alezajului termoplastic ridicat datorită coeficientului ridicat de frecare alunecată a aliajului de cupru pe oțel. Pe de altă parte, sunt cunoscute obuzele de artilerie, la proiectarea cărora curelele de conducere din cupru sunt înlocuite cu cele din plastic (poliester), al căror coeficient de frecare este la nivelul 0, 1. Cu toate acestea, temperatura de funcționare a plasticului centurile nu depășesc 200 ° C, ceea ce reprezintă jumătate din temperatura maximă a butoaielor de arme mici până la începutul deformării.
Prin urmare, ca o carcasă a unui glonț promițător cu un miez integral din metal, se propune utilizarea unui compozit polimeric (grosime ~ 0,5 mm) care conține polimidă de tip PM-69 în fracțiuni de volum egal și grafit coloidal cu o densitate totală de 1,5 g / cc, rezistență la tracțiune 90 MPa, rezistență la compresiune 230 MPa, duritate 330 MPa, sarcină de contact 350 MPa, temperatură maximă de funcționare 400 ° C și coeficient de frecare glisant pe oțel 0,05.
Coaja se formează prin amestecarea oligomerului de polimidă și a particulelor de grafit, extrudând amestecul într-o matriță cu o parte încorporată - miezul glonțului și polimerizarea la temperatură a amestecului. Aderența carcasei și a miezului glonțului este asigurată de pătrunderea poliimidei în suprafața poroasă a miezului sub influența presiunii și temperaturii.
Cartuș telescopic promițător
În prezent, cel mai progresiv factor de formă al unui cartuș de arme de calibru mic este considerat a fi telescopic cu plasarea unui glonț în interiorul unui dispozitiv de verificare a propulsorului presat. Utilizarea unui checker dens în loc de încărcătura clasică de cereale cu o densitate mai mică în vrac permite reducerea lungimii cartușului și a dimensiunilor asociate ale receptorului armei de până la o dată și jumătate.
Datorită proiectării mecanismului de reîncărcare (cameră de butoi detașabilă) a modelelor cu arme de calibru mic (G11 și LSAT) folosind cartușe telescopice, gloanțele lor sunt încastrate în verificatoarele de combustibil sub marginile manșonului. Capătul deschis al încărcăturii de combustibil secundar de murdărie și umezeală protejează un capac de plastic, care acționează simultan ca un obturator frontal la tragere (prin blocarea articulației dintre camera detașabilă și butoi după o descoperire a glonțului). După cum a arătat practica operațiunii militare a cartușelor telescopice DM11, o astfel de metodă de asamblare a cartușului, care nu oferă un accent al glonțului în intrarea glonțului butoiului, duce la distorsiuni ale glonțului atunci când este tras și, în consecință, pierderea preciziei.
Pentru a asigura secvența de funcționare specificată a cartușului telescopic, încărcătura sa de combustibil este împărțită în două părți - o sarcină primară de densitate relativ mică (cu o rată de ardere mai mare), situată direct între capsulă și fundul glonțului și o Încărcarea de marți cu densitate relativ mai mare (cu o rată de ardere mai mică), situată concentric în jurul glonțului. După ce grundul este străpuns, sarcina primară este declanșată mai întâi, împingând glonțul în gaură și creând o presiune de creștere pentru sarcina secundară, care mută glonțul în gaură.
Pentru a menține verificatorul sarcinii secundare în interiorul cartușului, marginile capătului deschis al manșonului sunt parțial rulate. Reținerea glonțului în cartuș se realizează prin apăsarea acestuia în blocul încărcăturii secundare. Plasarea unui glonț pe toată lungimea sa în dimensiunile manșonului reduce lungimea cartușului, dar în același timp creează un volum gol al manșonului în jurul părții ogivale a glonțului, ceea ce duce la o creștere a diametrului cartuş.
Pentru a elimina aceste neajunsuri, este propus un nou aspect al cartușului telescopic, destinat utilizării în brațe mici, cu o cameră clasică a butoiului integrat cu orice tip de mecanism de reîncărcare (manual, motor pe gaz, butoi mobil, bloc de culisă semi-liber etc..) și o metodă de tragere (cu sear față sau spate).
Cartușul propus este echipat cu un glonț care își extinde partea ogivală dincolo de manșon și datorită acestui fapt se lipeste de intrarea glonțului butoiului. În loc de un capac de plastic, capătul deschis al încărcăturii cu combustibil este protejat de un lac rezistent la umezeală care arde când este tras. O oarecare creștere a lungimii cartușului propus în comparație cu cartușele telescopice cunoscute este compensată de o scădere a diametrului acestuia datorită eliminării volumelor neumplute în interiorul manșonului.
În general, cartușul telescopic propus va crește numărul de cartușe din muniția purtabilă a infanteristului cu un sfert, precum și va reduce consumul de material, intensitatea forței de muncă și costul de producție al cartușelor.
