Pendant la Première Guerre mondiale, les belligérants ont commencé à utiliser une protection individuelle pour les fantassins sous la forme de casques et de cuirasses en acier, qui, à une certaine distance, ne pouvaient pas être pénétrés par des balles d'armes légères à faible vitesse. À l'heure actuelle, SIBZ avec des plaques composites de carbure de bore d'une épaisseur de 9 mm ne peut pas être pénétré par des balles perforantes avec un noyau en acier de calibres 5, 45x39 mm, 5, 56x45 mm, 7, 62x39 mm, 7, 62x51 mm et 7, 62x54 mm à une distance de moins de 100 mètres…
Pour surmonter cet obstacle, les balles perforantes d'armes légères utilisent de plus en plus un noyau constitué d'un alliage composite de carbure de tungstène et de cobalt de type VK8 avec une granulométrie inférieure à 1 m, dont la résistance ultime en flexion est de 2 GPa, en compression de 4 GPa à des unités de dureté HRA 85. Encore plus prometteur est un alliage métallique de type tungstène VNZh97 par analogie avec les noyaux d'obus d'artillerie perforants. Cependant, les plaques SIBZ disposent également d'une réserve pour augmenter la résistance à la fois en augmentant le pourcentage de carbure de bore dans le composite et par l'épaisseur des plaques (compte tenu de la tendance à basculer vers l'utilisation d'exosquelettes passifs dans le cadre des équipements d'infanterie).
De plus, la balle à obus ogival classique est un support extrêmement inefficace d'un noyau perforant, car elle nécessite l'utilisation d'une gaine de plomb pour traverser les rayures du canon sans les détruire au contact de l'alliage dur du noyau. En conséquence, la masse du noyau lui-même est réduite au minimum. Par exemple, une balle d'une cartouche 7N24M de calibre 5, 45x39 mm avec une gaine bimétallique, une gaine en plomb et un noyau perforant en alliage VK8 pèse 4,1 grammes, dont le poids du noyau n'est que de 1,8 gramme. De plus, lors de la collision avec la plaque SIBZ, une partie de l'énergie cinétique de la balle est dépensée pour écraser la coque bimétallique, la percer avec un noyau perforant et arracher la gaine de plomb.
Une méthode plus efficace pour augmenter la pénétration du blindage des balles d'armes légères consiste à augmenter leur vitesse initiale et à réduire la section transversale. La première mesure augmente l'énergie cinétique de la balle, la seconde augmente la charge spécifique dans la zone de contact de la balle avec l'obstacle. La vitesse de la balle est limitée par la pression maximale des gaz en poudre dans le canon, qui atteint actuellement 4 500 atmosphères et est déterminée par la résistance de l'acier du canon. Cette limitation est surmontée en réduisant la masse et le diamètre de la balle tout en maintenant le même diamètre d'alésage - c'est-à-dire en passant aux balles de sous-calibre. Pour guider une balle sous-calibrée dans l'alésage, des courroies de guidage développées à la surface du noyau ou une palette en polymère sont utilisées, dont la densité du matériau est 9 à 11 fois inférieure à la densité du laiton ou du plomb.
La première solution constructive dans ce domaine est la balle de l'Allemand Harold Gerlich, mise au point dans le premier tiers du 20e siècle et équipée de deux ceintures coniques de pointe. La balle en vol était stabilisée par rotation, le canon rayé avait un diamètre variable, se rétrécissant vers l'extrémité, ce qui permettait d'obtenir une efficacité encore plus grande dans l'utilisation de l'énergie des gaz en poudre. En conséquence, une balle pesant 6,5 grammes a accéléré à une vitesse de 1600 m/s et a percé une plaque d'acier de 12 mm d'épaisseur à une distance de 60 mm. Cependant, un canon rayé de diamètre variable était trop coûteux à fabriquer, et la précision du tir avec des balles à courroies de plomb, froissées lors du tir, laissait beaucoup à désirer.
La deuxième solution de conception dans le domaine des balles de sous-calibre est le développement de la société américaine AAI, dirigée par son chef Irwin Barr, qui a développé en 1952 une cartouche de fusil de calibre 12 équipée de 32 éléments de frappe en forme de flèche placés dans un conteneur. -type palette de poussée. Des tests ont montré que les balles en forme de flèche ont un effet dommageable important, mais qu'elles ont une faible précision de tir en raison de l'impossibilité de fournir une direction donnée du vol des balles après le départ de leur groupe du canon.
Les travaux d'initiative se sont poursuivis dans le cadre du programme de recherche SALVO de l'armée américaine. AAI a développé une cartouche à une balle XM110 calibre 5, 6x53 mm avec un grand manchon d'allongement, équipée d'une balle sous-calibrée en forme de flèche en acier d'un diamètre de 1, 8 mm et d'une queue de calibre. En tant que dispositif principal, un plateau de traction en alliage de magnésium a été utilisé, qui a été coupé en morceaux par une fixation de bouche après que la balle soit sortie du canon. Le tir était effectué à partir d'armes légères à canon lisse, la stabilisation de la balle en vol était assurée par l'empennage. Les biseaux aérodynamiques sur les plans d'empennage fixent une petite vitesse angulaire de rotation de la balle afin de moyenner l'effet sur la rectitude de vol des défauts de fabrication dans sa fabrication.
Au cours des expériences, une version améliorée de la cartouche 5, 77x57V XM645 a été développée, qui utilisait un plateau de traction composite à quatre segments en fibre de verre avec un revêtement en téflon, maintenu sur la balle dans le canon en raison des forces de friction et désintégré en segments sous le l'influence de la pression de l'air après l'éjection de la balle du canon. La longueur de la cartouche était de 63 mm, la longueur de la balle en forme de flèche était de 57 mm, le poids de la balle était de 0,74 gramme, la palette était de 0,6 gramme, la vitesse initiale de la balle était de 1400 m / s
Cependant, dans un effort pour fournir le plus grand allongement de la balle, AAI a dû allonger le boîtier de la cartouche, ce qui a affecté négativement la fiabilité du mécanisme de rechargement en raison du frottement élevé dans la chambre, et a également conduit à une augmentation de la taille et le poids du receveur des armes légères.
Par conséquent, dans le programme suivant de l'armée américaine, appelé SPIW, le leader était la cartouche 5, 6x44 XM144, développée par l'Arsenal de Francfort sous le facteur de forme de la cartouche à faible impulsion 5, 56x45 mm. Une version améliorée de la cartouche XM216 SFR avait un manchon standard, la longueur de la cartouche était de 49,7 mm, la longueur de la balle en forme de flèche était de 45 mm, le poids de la balle était de 0,65 gramme, le poids de la palette était de 0,15 grammes, la vitesse initiale de la balle était de 1400 m / s
Des tirs expérimentaux menés dans le cadre des programmes SALVO et SPIW à l'aide de balles sous-calibrées en forme de flèche à ultra faible masse ont révélé les inconvénients fatals de ces balles - une dérive latérale accrue sous l'influence du vent et un écart important par rapport à la trajectoire spécifiée lorsque tir sous la pluie.
En Union soviétique, la première cartouche 7, 62 / 3x54 mm avec une balle en forme de flèche sous-calibrée a été développée sous la direction de Dmitry Shiryaev au début des années 1960 à NII-61 (futur TsNIITOCHMASH). La balle en forme de flèche différait de ses homologues américaines par sa plus grande masse, son allongement inférieur (3x51 mm), l'absence de rétrécissement dans la zone de la queue et, surtout, la méthode de connexion de la palette et de la balle à l'aide d'un peigne appliqué à la tige de la flèche. Cette solution a permis d'apporter la préhension nécessaire avec un effort de traction plus important du côté de la palette pour propulser une balle avec un multiple de la masse que ses homologues américains
La palette en deux parties était en alliage d'aluminium. Par conséquent, lorsqu'elle s'envolait après avoir quitté le canon, elle représentait un certain danger pour les tireurs voisins. De plus, l'aluminium adhérait intensément à la surface de l'alésage du canon, ce qui nécessitait un nettoyage à sec du canon tous les 100 à 200 coups. Mais la propriété la plus négative des balles en forme de flèche s'est avérée être leur faible effet létal sur la main-d'œuvre - les balles à grande vitesse ont parfaitement percé l'armure et, comme les aiguilles, ont traversé les tissus mous, sans provoquer de coup de bélier et sans former de canal de blessure. de grand diamètre.
Dans le cadre de ces circonstances, en 1965, sous la direction de Vladislav Dvoryaninov, le développement d'une nouvelle cartouche de calibre 10/4, 5x54 mm avec une balle en forme de flèche de conception modifiée avec un poids augmenté à 4,5 grammes a été lancé. Au cours du développement, un matériau polymère a été utilisé pour fabriquer une palette qui ne pollue pas l'alésage du canon lors d'un tir, un rétrécissement de la queue de l'arbre (comme dans les homologues américains) a été utilisé pour augmenter le coefficient balistique, et une coupe transversale de la tige a été formée dans la région du peigne et à plat sur la pointe de la balle dans le but en conséquence, l'affaiblissement constructif de la balle pour se briser en deux parties et renverser la balle dans le processus de pénétration des tissus mous
Ces solutions techniques ont permis d'augmenter l'effet létal des balles en forme de flèche, mais en même temps de réduire le degré de pénétration de la protection individuelle blindée des fantassins, puisqu'une balle traversant une barrière solide subit également des contraintes de flexion (augmentant avec un augmentation de l'angle de rencontre d'une balle avec un obstacle), qui conduisent à la destruction de la tige de la balle, deux fois affaiblie (avec un peigne et une coupure) dans la section la plus critique, directement adjacente à la pointe. Le gain en action létale et la perte en action pénétrante n'ont pas permis l'adoption de balles en forme de flèche sous-calibrées conçues par Dvoryaninov et al.
L'étude du processus d'écoulement autour de divers corps dans une soufflerie avec un écoulement d'air supersonique a révélé que les balles en forme de flèche de n'importe quelle conception ont une forme aérodynamique non optimale - elles génèrent cinq fronts d'ondes de choc à la fois:
- tête avant;
- l'avant au point de transition de la pointe à l'arbre;
- avant sur les bords d'attaque de la queue;
- avant sur les bords de fuite de la queue;
- l'avant au point de rétrécissement de la queue de l'arbre.
A titre de comparaison, une balle de calibre ogival à vitesse supersonique ne génère que trois fronts d'ondes de choc:
- tête avant;
- avant au point de transition de la pointe dans la partie cylindrique;
- avant de la queue.
La plus optimale du point de vue de l'aérodynamique du vol supersonique est la forme conique de la balle sans fracture de la surface génératrice et sans la queue, qui ne génère que deux fronts de l'onde de choc: la tête et la queue. Dans ce cas, l'angle d'ouverture de l'avant de la tête de la balle conique est plusieurs fois inférieur à l'angle d'ouverture de l'avant de la tête de la balle balayée en raison de l'angle d'ouverture plus petit de la pointe de la première par rapport à l'angle d'ouverture de la deuxième cône. De plus, la balle en forme de flèche, tirée d'un canon lisse et déroulée en vol (afin de compenser les défauts de fabrication) du fait des biseaux de la queue, se distingue également par un freinage accru dû à la sélection d'une partie de la cinétique énergie pour dérouler la balle.
En relation avec les défauts indiqués des balles en forme de flèche, une cartouche innovante sous le titre "Spear" / SPEAR est proposée, équipée d'une balle conique de sous-calibre avec un plateau de poussée qui ne nécessite pas de peigne sur le corps de la balle. La cartouche est fabriquée dans un facteur de forme télescopique afin de minimiser le volume d'emballage, qui n'est déterminé que par la longueur et le plus grand diamètre de son manchon. La cartouche est destinée à servir de munition pour armes légères munies d'un canon à alésage à vis ovale, percé à la manière du Lancaster dans le but de tordre la balle lors du passage de l'alésage du canon. Une balle en vol maintient la stabilité à la fois en raison du moment gyroscopique et en raison du déplacement vers l'avant du centre de gravité par rapport au centre de pression aérodynamique par la formation d'une cavité interne dans la queue de la balle.
La balle conique tirée du canon Lancaster a un coefficient balistique amélioré par rapport aux balles en forme d'ogive et de flèche pour les raisons suivantes:
- le plus petit nombre de fronts d'ondes de choc générés lors d'un vol supersonique;
- pas de perte d'énergie cinétique pour la rotation des balles due au flux d'air entrant.
Une balle conique avec une cavité interne dans la section de queue a également une capacité de pénétration accrue - en passant à travers une barrière solide, la section de queue est froissée vers l'intérieur et le diamètre de la base du cône diminue jusqu'au diamètre de la balle dans le section du début de la cavité. La charge transversale de la balle est presque doublée. Dans ce cas, la netteté de la surface conique préservée de la balle reste supérieure à celle d'une balle en forme d'ogive ou de flèche de longueur égale. L'absence de peigne et d'entailles transversales à la surface de la balle conique augmente encore sa pénétration par rapport à la balle en forme de flèche conçue par Dvoryaninov et al.
Dans le même temps, une balle conique avec une cavité interne dans la queue a un effet mortel élevé, car:
- il est à la limite de la stabilité grâce au faible pas du filetage de l'alésage Lancaster;
- après avoir franchi une barrière blindée, sa stabilité diminue en raison de l'écrasement de l'empennage et du déplacement du centre de pression au-delà du centre de gravité.
La perte d'énergie cinétique pour franchir une barrière blindée dans une balle conique à cavité interne est au niveau des balles en forme de flèche et ogivales: dans la première, l'énergie est dépensée pour écraser le corps dans la zone de la cavité, dans le second, sur la coupe de l'empennage, dans le troisième, sur l'écrasement et le déchirement de la carapace et de la chemise du noyau.
Le corps de la balle conique correspond fonctionnellement au noyau de la balle gainée, il n'y a pas de gaine de plomb, au lieu d'une coque en laiton lourd et coûteux, une palette en plastique léger et bon marché est utilisée. D'autre part, une balle conique utilise le plus rationnellement les caractéristiques de résistance de son matériau structurel par rapport à une balle en forme de flèche, artificiellement affaiblie à la place du peigne et de la coupe transversale. Par conséquent, la masse d'une balle conique peut être considérablement réduite par rapport à une balle en forme d'ogive et de flèche à pénétration égale. Ceci permet de faire un choix économiquement justifié du matériau de construction de la balle conique en faveur de l'alliage métallique de tungstène, qui présente la densité la plus élevée.
En raison du volume interne limité de la cartouche télescopique, il est proposé d'utiliser une charge propulsive sous la forme d'un vérificateur de poudre pressée avec l'ajout de granulés cristallins de HMX (dont la taille est inférieure au diamètre critique de détonation d'un explosif) afin d'assurer le taux de combustion prévu de la charge pour la longueur de canon d'armes légères sélectionnée. Afin de réduire le poids total de la cartouche en tant que matériau structurel de son manchon, il est proposé d'utiliser un alliage composite d'aluminium et de fibres dispersées d'oxyde d'aluminium, protégé par un revêtement en laiton galvanisé et un revêtement polymère antifriction avec remplissage graphite, décrit dans l'article « Cartouches prometteuses pour armes rayées » (« Revue militaire » du 9 décembre 2017).
Le tableau suivant fournit une évaluation comparative des différents types de cartouches et de balles d'armes légères:
Comme vous pouvez le voir sur le tableau, la cartouche "Spear" / SPEAR est leader en termes de volume d'emballage minimum, de longueur et de poids, ainsi qu'en charge latérale d'une balle. Le moment de recul total de sa balle, de son pan et de ses gaz en poudre est environ 1/3 supérieur au moment de recul total de la balle et des gaz en poudre de la cartouche 5, 45x39 mm, tandis que l'énergie initiale du premier est dépassée de 1/7 par rapport à la seconde.
De plus, lors du tir d'une balle dans une palette en polymère à partir d'un canon avec un perçage à vis ovale, il n'y a pratiquement pas d'usure thermoplastique de l'alésage du canon en raison de l'absence de rainures. À cet égard, une augmentation de plus de 1,5 fois la vitesse initiale d'une balle n'affectera pas la ressource en armes légères. De plus, un tir sans usure crée une réserve pour augmenter la cadence de tir en rafales fixes au niveau de 2000 à 3000 coups par minute, ce qui a été recommandé par la commission GRAU du ministère de la Défense de la Fédération de Russie à la suite des résultats de l'Abakan compétition afin d'augmenter la précision du tir automatique à partir de positions inconfortables.
En plus des munitions pour armes légères, la cartouche "Spear" / SPEAR peut être utilisée comme munition pour armes de chasse avec des canons Lancaster de type IZH-27 utilisant des manchons en plastique standard remplis de balles coniques ciselées en acier ou en laiton dans une palette segmentée faite en thermoplastique moulé. Tout en maintenant le recul de l'arme au niveau de tir d'un tir conventionnel de calibre 12, une balle sous-calibrée pesant 9 grammes accélérera dans un canon de 70 cm à une vitesse de 900 m/s, ce qui correspond aux caractéristiques du Carabine Mosin à trois lignes.
Caractéristiques géométriques de divers types de balles coniques (longueur, angle d'ouverture du cône, degré de rondeur/biconicité de la tête, présence d'une zone de contact sur la pointe pour écraser une barrière blindée ou une cavité expansive pour la létalité de tirer sur un gros animal, la profondeur et l'épaisseur des parois de la cavité de la queue), en tenant compte des vitesses de vol spécifiées et des cibles à atteindre peuvent être déterminés sur la base de la simulation du passage de balles dans l'air, le gel ou les milieux solides à l'aide du produit logiciel domestique FlowVision.
