Během první světové války začali válčící používat pro pěšáky osobní pancéřovou ochranu v podobě ocelových přileb a kyrysů, do kterých se v určité vzdálenosti nedaly proniknout nízko rychlostními kulkami do ručních zbraní. V tuto chvíli nelze SIBZ s kompozitními deskami z karbidu boru o tloušťce 9 mm proniknout pancéřovými střelami s ocelovým jádrem ráží 5, 45x39 mm, 5, 56x45 mm, 7, 62x39 mm, 7, 62x51 mm a 7, 62x54 mm na vzdálenost menší než 100 metrů …
K překonání této překážky kulky průbojných ručních palných zbraní stále častěji používají jádro vyrobené z kompozitní slitiny karbidu wolframu s kobaltem typu VK8 s velikostí zrn menší než 1 μm, jejíž konečná pevnost v ohybu je 2 GPa, v kompresi 4 GPa při tvrdosti HRA 85 jednotek. Ještě slibnější je kovová slitina wolframu typu VNZh97 analogicky s jádry dělostřeleckých granátů prorážejících brnění. Desky SIBZ však mají také rezervu pro zvýšení odolnosti jak zvýšením procenta karbidu boru v kompozitu, tak tloušťkou desek (s přihlédnutím k tendenci přejít na použití pasivních exoskeletonů jako součásti pěchotního vybavení).
Kromě toho je klasická střela ogival shell extrémně neúčinným nosičem jádra propíchajícího brnění, protože vyžaduje použití olověného pláště pro průchod puškou hlavně, aniž by došlo k jejich zničení při kontaktu s tvrdou slitinou jádra. V důsledku toho se hmotnost samotného jádra sníží na minimum. Například střela náboje 7N24M ráže 5, 45x39 mm s bimetalovým pláštěm, olověným pláštěm a jádrem propíchajícím brnění ze slitiny VK8 váží 4,1 gramu, z toho hmotnost jádra je pouze 1,8 gramu. Při srážce s deskou SIBZ je navíc část kinetické energie střely vynaložena na rozdrcení bimetalické skořepiny, její propíchnutí jádrem propíchajícím brnění a odtržením olověného pláště.
Účinnější metodou, jak zvýšit průbojnost střel z ručních zbraní, je zvýšit jejich počáteční rychlost a zmenšit plochu průřezu. První opatření zvyšuje kinetickou energii střely, druhé zvyšuje specifické zatížení v kontaktní ploše střely s překážkou. Rychlost střely je omezena maximálním tlakem práškových plynů v hlavni, který v současné době dosahuje 4500 atmosfér a je určen pevností ocelové hlavně. Toto omezení je překonáno snížením hmotnosti a průměru střely při zachování stejného průměru vrtu - tj. přepnutím na kulky podkaliberní. K vedení podkaliberní střely ve vývrtu se používají vyvinuté zaváděcí pásy na povrchu jádra nebo polymerová paleta, jejichž hustota materiálu je 9-11krát menší než hustota mosazi nebo olova.
Prvním konstruktivním řešením v této oblasti je kulka Němce Harolda Gerlicha, vyvinutá v první třetině 20. století a vybavená dvěma předními kónickými pásy. Střela za letu byla stabilizována rotací, pušková hlaveň měla proměnlivý průměr, zužující se ke konci, což umožňovalo dosáhnout rovnoměrné a větší účinnosti při využití energie práškových plynů. Výsledkem je, že kulka o hmotnosti 6,5 gramu zrychlila na rychlost 1600 m / s a prorazila ocelový plech o tloušťce 12 mm ve vzdálenosti 60 mm. Pušková hlaveň proměnlivého průměru však byla příliš drahá na výrobu a přesnost střelby kulkami s předními pásy, zmačkanými při výstřelu, zanechala mnoho požadavků.
Druhým konstrukčním řešením v oblasti podkaliberních střel je vývoj americké společnosti AAI v čele s jejím vedoucím Irwinem Barrem, která v roce 1952 vyvinula 12palcový náboj do pušky vybavený 32 šípovitými údernými prvky umístěnými v kontejneru -typ tlačné palety. Testy ukázaly, že střely ve tvaru šípu mají velký škodlivý účinek, ale mají nízkou přesnost střelby kvůli nemožnosti zajistit danou směrovost letu kulek po jejich skupinovém odletu z hlavně
Iniciativa pokračovala v rámci výzkumného programu americké armády SALVO. Společnost AAI vyvinula kazetu s jednou střelou XM110 ráže 5, 6x53 mm s velkým prodlužovacím pouzdrem, vybavenou ocelovou kuličkou podkaliberního šípu o průměru 1, 8 mm a ocasem ráže. Jako přední zařízení byla použita tažná pánev ze slitiny hořčíku, která byla po vystřelování hlavně z rozřezána na části pomocí úsťového nástavce. Střelba byla prováděna z ručních zbraní s hladkou hlavní, stabilizaci střely za letu zajišťovala ocasní jednotka. Aerodynamické úkosy na rovinách ocasních ploch nastavují malou úhlovou rychlost otáčení střely, aby se průměroval vliv na přímost letu výrobních vad při její výrobě.
Během experimentů byla vyvinuta vylepšená verze kazety 5, 77x57V XM645, která používala kompozitní čtyřsegmentovou tažnou pánev vyrobenou ze sklolaminátu s teflonovým povlakem, drženou na střele v hlavni v důsledku třecích sil a rozpadla se na segmenty pod vliv tlaku vzduchu po vysunutí střely z hlavně. Délka náboje byla 63 mm, délka střely ve tvaru šipky byla 57 mm, hmotnost střely 0,74 gramu, paleta 0,6 gramu, úsťová rychlost střely 1400 m / s
Ve snaze zajistit co největší prodloužení střely však AAI muselo jít o prodloužení nábojnice, což negativně ovlivnilo spolehlivost překládacího mechanismu v důsledku vysokého tření v komoře a také vedlo ke zvětšení velikosti a hmotnost přijímače ručních zbraní.
Proto v dalším programu americké armády, nazvaném SPIW, byla vůdcem kazeta 5, 6x44 XM144, vyvinutá frankfurtským arzenálem ve formě faktoru kazety s nízkým impulsem 5, 56x45 mm. Vylepšená verze kazety XM216 SFR měla standardní pouzdro, délka náboje byla 49,7 mm, délka střely ve tvaru šipky byla 45 mm, hmotnost střely byla 0,65 gramu, hmotnost palety byla 0,15 gramů, úsťová rychlost střely byla 1400 m / s
Experimentální střelba prováděná v rámci programů SALVO a SPIW s použitím kuliček ultralehkých kuliček podkaliberního typu odhalila fatální nevýhody těchto střel-zvýšený boční drift pod vlivem větru a výrazná odchylka od uvedené trajektorie, když střelba v dešti.
V Sovětském svazu byla první kazeta 7, 62 / 3x54 mm s podkaliberní střelou ve tvaru šípu vyvinuta pod vedením Dmitrije Shiryaeva na počátku 60. let na NII-61 (budoucí TsNIITOCHMASH). Kulka ve tvaru šípu se od svých amerických protějšků lišila větší hmotností, nižším prodloužením (3x51 mm), absencí zúžení v oblasti ocasu a hlavně způsobem spojování palety a střely pomocí hřebene aplikován na šípový hřídel. Toto řešení umožnilo zajistit potřebnou přilnavost s větší tažnou silou ze strany palety k pohonu střely s násobkem hmotnosti než její americké protějšky
Dvoudílná paleta byla vyrobena ze slitiny hliníku, proto při odletu po opuštění hlavně představovala určité nebezpečí pro sousední střelce. Kromě toho se hliník intenzivně lepil na povrch vývrtu hlavně, což vyžadovalo suché čištění hlavně každých 100-200 výstřelů. Ukázalo se však, že nejnegativnější vlastností střel ve tvaru šípu je jejich nízký smrtelný účinek na pracovní sílu-vysokorychlostní střely dokonale propíchly brnění a jako jehly prošly měkkými tkáněmi, aniž by způsobily rázové vodní kladivo a aniž by vytvořily navinutý kanál velkého průměru.
V souvislosti s těmito okolnostmi byl v roce 1965 pod vedením Vladislava Dvoryaninova zahájen vývoj nové kazety ráže 10/4, 5x54 mm se střelou ve tvaru šipky upraveného designu s hmotností zvýšenou na 4,5 gramu. Během vývoje byl z polymerového materiálu vyrobena paleta, která neznečišťuje vývrt hlavně během výstřelu, zúžení ocasu hřídele (jako u amerických protějšků) bylo použito ke zvýšení balistického koeficientu a příčný řez hřídel byla vytvořena v oblasti hřebene a plochá na místě střely s cílem odpovídajícím způsobem konstruktivního oslabení střely pro rozbití na dvě části a převrácení střely v procesu pronikání měkkých tkání
Tato technická řešení umožnila zvýšit smrtící účinek střel ve tvaru šípu, ale zároveň snížila stupeň proniknutí osobní obrněné ochrany pěšáků, protože kulka procházející pevnou bariérou také zažívá napětí v ohybu (roste s zvýšení úhlu setkání střely s překážkou), což vede ke zničení hřídele střely, dvakrát oslabené (hřebenem a řezem) v nejkritičtějším úseku, přímo sousedícím s bodem. Zisk v smrtící akci a ztráta v pronikavé akci neumožnily přijetí podkaliberních kuliček ve tvaru šípu navržených Dvoryaninovem et al.
Studie procesu proudění kolem různých těles ve větrném tunelu s nadzvukovým prouděním vzduchu odhalila, že střely ve tvaru šípu jakéhokoli designu nemají optimální aerodynamický tvar-generují pět front rázových vln najednou:
- hlava vpředu;
- přední část v bodě přechodu bodu k hřídeli;
- přední část na náběžných hranách ocasu;
- vpředu na zadních okrajích ocasu;
- přední část v místě zúžení ocasu hřídele.
Pro srovnání, koule ráže ogival ve tvaru nadzvukové rychlosti generuje pouze tři čela rázové vlny:
- hlava vpředu;
- přední v místě přechodu hrotu do válcové části;
- ocas vpředu.
Nejoptimálnější z hlediska aerodynamiky nadzvukového letu je kuželovitý tvar střely bez lomu generující plochy a bez ocasu, který generuje pouze dvě čela rázové vlny: hlavu a ocas. V tomto případě je úhel otevření přední části kuželové střely několikrát menší než úhel otevření přední části hlavy u strmé střely kvůli menšímu úhlu otevření špičky první ve srovnání s úhlem otevření druhý kužel. Kulka ve tvaru šípu, vystřelená z hladkého hlavně a odvíjená za letu (za účelem kompenzace výrobních vad) v důsledku zkosení ocasu, se také vyznačuje zvýšeným brzděním v důsledku výběru části kinetiky energie na odvíjení střely.
V souvislosti s uvedenými nedostatky šípových kuliček je nabízena inovativní kazeta pod názvem „Oštěp“/ SPEAR, vybavená kuželovou střelou podkaliberní s tlačnou pánví, která nevyžaduje hřeben na těle střely. Kazeta je vyrobena v teleskopickém tvaru, aby se minimalizoval objem balení, který je určen pouze délkou a největším průměrem jejího pouzdra. Náboj je určen jako munice do ručních zbraní vybavených hlavní s oválným šroubovým vrtáním, znuděným jako Lancaster za účelem kroucení střely při průchodu hlavně. Střela za letu udržuje stabilitu jak díky gyroskopickému momentu, tak díky posunutí těžiště dopředu vzhledem ke středu aerodynamického tlaku vytvořením vnitřní dutiny v zadní části střely.
Kónická střela vystřelená z hlavně Lancasteru má vylepšený balistický koeficient ve srovnání s kuličkami ogive i arrow ve tvaru z následujících důvodů:
- nejmenší počet front rázových vln generovaných během nadzvukového letu;
- žádná ztráta kinetické energie při otáčení kulky v důsledku vstupujícího proudu vzduchu.
Kónická střela s vnitřní dutinou v ocasní části má také zvýšenou penetrační schopnost - v procesu průchodu pevnou bariérou se ocasní část zmačká dovnitř a průměr kuželové základny se zmenší na průměr střely v úsek začátku dutiny. Příčné zatížení střely je téměř dvojnásobné. V tomto případě zůstává ostrost zachovaného kuželovitého povrchu střely větší než ostré nebo šípovité střely stejné délky. Absence hřebene a příčných řezů na povrchu kuželové střely dále zvyšuje její penetraci ve srovnání s kuličkou ve tvaru šipky navrženou Dvoryaninovem et al.
Kónická střela s vnitřní dutinou v ocasní části má zároveň vysoký smrtelný účinek, protože:
- je na pokraji stability díky mírnému stoupání závitu šroubu Lancasterova otvoru;
- po prolomení pancéřové bariéry klesá její stabilita v důsledku rozdrcení ocasní části a přemístění těžiště za těžiště.
Ztráta kinetické energie na prolomení pancéřové bariéry v kuželovité střele s vnitřní dutinou je na úrovni šípových a ogiválních střel: v první se energie vynakládá na rozdrcení těla v oblasti dutiny, ve druhé, oříznutí ocasní jednotky, ve třetí, o rozdrcení a vytržení skořápky a košile z jádra.
Tělo kuželové střely funkčně odpovídá jádru opláštěné střely, není zde olověný plášť, místo pláště z těžké a drahé mosazi je použita paleta z lehkého a levného plastu. Na druhou stranu kónická střela nejracionálněji využívá pevnostní charakteristiky svého strukturního materiálu ve srovnání s kuličkou ve tvaru šípu, uměle oslabenou v místě hřebene a příčného řezu. Proto lze hmotnost kuželové střely ve srovnání s ogivální a šípovitou střelou se stejnou penetrací výrazně minimalizovat. To umožňuje ekonomicky odůvodněnou volbu konstrukčního materiálu kuželové střely ve prospěch slitiny wolframového kovu, která má nejvyšší hustotu.
Vzhledem k omezenému vnitřnímu objemu teleskopické kazety se navrhuje použít hnací náplň ve formě lisované práškové kontroly s přídavkem krystalických granulí HMX (jejichž velikost je menší než kritický průměr detonace výbušniny), aby byla zajištěna návrhová rychlost spalování náplně pro zvolenou délku hlavně ručních zbraní. Aby se snížila celková hmotnost náboje jako konstrukčního materiálu jeho pouzdra, navrhuje se použít kompozitní slitinu hliníku a rozptýlené vlákno oxidu hlinitého, chráněné galvanizovaným mosazným povlakem a antifrikčním polymerním povlakem s grafitovou výplní, popsáno v článku „Slibné náboje do puškových zbraní“(„Military Review“ze dne 9. prosince 2017).
Následující tabulka uvádí srovnávací hodnocení různých typů nábojů a střel do ručních zbraní:
Jak vidíte z tabulky, kazeta „Spear“/ SPEAR je lídrem v oblasti minimálního objemu, délky a hmotnosti balení, jakož i v bočním zatížení střely. Celková hybnost zpětného rázu jeho kulky, mísy a práškových plynů je asi o 1/3 vyšší než celková hybnost zpětného rázu střely a práškových plynů náboje 5, 45 x 39 mm, zatímco úsťová energie prvního je překročena o 1/7 ve srovnání s druhým.
Navíc při vypalování střely do polymerové palety z hlavně oválným šroubovým vrtáním prakticky nedochází k termoplastickému opotřebení vývrtu hlavně v důsledku absence drážek. V tomto ohledu zvýšení více než 1,5násobku počáteční rychlosti střely neovlivní zdroje ručních zbraní. Opotřebovaný výstřel navíc vytváří rezervu pro zvýšení rychlosti střelby v pevných dávkách na úroveň 2000-3000 ran za minutu, což doporučila komise GRAU ministerstva obrany Ruské federace na základě výsledků Abakanu konkurence s cílem zvýšit přesnost automatického střelby z nepohodlných pozic.
Kromě střeliva do ručních palných zbraní lze nábojnici „Spear“/ SPEAR použít jako munici pro lovecké zbraně s hlavněmi Lancaster typu IZH-27 pomocí standardních plastových pouzder plněných sekáčovými kuželovými střelami z oceli nebo mosazi v segmentované paletě vyrobené z tvarovaného termoplastu. Při zachování zpětného rázu zbraně na úrovni střelby konvenční 12metrové střely se podkaliberní střela o hmotnosti 9 gramů zrychlí v 70 cm hlavně na rychlost 900 m / s, což odpovídá charakteristikám Mosinská třířádková puška.
Geometrické charakteristiky různých typů kuželovitých střel (délka, úhel otevření kužele, stupeň zaoblení / bikoničnost hlavice, přítomnost kontaktní plochy na špičce pro rozdrcení pancéřové bariéry nebo expanzivní dutina pro smrtelnost střelby na velké zvíře (hloubka a tloušťka stěn ocasní dutiny), s přihlédnutím ke specifikovaným letovým rychlostem a cílům, které mají být zasaženy, lze určit na základě simulace průchodu střel vzduchem, gelem nebo pevným médiem pomocí domácího softwarového produktu FlowVision.
