Actuellement, les principales armées du monde ont commencé à mettre en œuvre des programmes de développement de nouveaux types d'armes légères (Ratnik en Russie et NGSAR aux États-Unis). Comme le montre plus d'un siècle d'expérience dans le développement de cartouches unitaires, puis intermédiaires et à faible impulsion, la solution la plus prometteuse est le développement avancé de nouveaux types de munitions.
À la suite des résultats de la Seconde Guerre mondiale, il a été conclu qu'il était nécessaire d'améliorer la conception du type de munitions le plus consommable (cartouches pour armes légères automatiques) et d'élargir la base de ressources pour leur production.
Cartouches avec manchons métalliques
La saturation des unités d'infanterie en armes automatiques dans l'industrie de la défense a provoqué une pénurie de cuivre, traditionnellement utilisé dans les cartouches en laiton (utilisé pour fabriquer des douilles) et tompak (utilisé pour fabriquer des douilles).
La solution la plus efficace au problème de la rareté des ressources était l'utilisation d'acier doux, revêtu des deux côtés de cuivre pour la protection contre la corrosion, ou non revêtu, utilisé en temps de guerre pour la production de doublures dites de substitution. Dans l'après-guerre, la technologie du revêtement des manchons en acier avec un vernis spécial était maîtrisée, ce qui les protégeait de l'humidité et réduisait les frottements dans la chambre (jusqu'à une certaine limite de température).
Malgré les caractéristiques techniques similaires de l'acier doux et des alliages de cuivre, ces derniers présentent des avantages en termes de ductilité et de résistance à la corrosion. Le revêtement de laque des manchons en acier a une faible résistance à l'usure et, lors du rechargement, au contact des parties métalliques de l'arme, a tendance à être endommagé et transféré aux éléments d'automatisation, les désactivant. Si des cartouches inutilisées sont retirées du canon après la fin du tir, leurs douilles sont privées du revêtement de laque en raison de son épuisement au contact de la surface chauffée de la chambre, après quoi elles sont oxydées de manière accélérée et les cartouches deviennent impropres à une utilisation ultérieure.
L'augmentation de la consommation de cartouches par les fantassins armés d'armes automatiques a servi de base à une augmentation des munitions portables en réduisant le poids des cartouches. Jusqu'au début des années 1970, la direction principale de la réduction du poids des munitions portables était la transition d'abord vers les cartouches intermédiaires, puis vers les cartouches à faible impulsion, en raison du désir d'augmenter la précision du tir automatique à partir de positions difficiles. Après l'adoption du fusil d'assaut AK-74 et du fusil automatique M-16, cette réserve pour réduire le poids des munitions portables a été épuisée - une tentative d'utilisation de balles balayées plus légères a révélé leur dérive accrue du vent.
À l'heure actuelle, les balles avec un noyau en acier, une chemise de plomb et une chemise de tompak sont principalement utilisées comme éléments de frappe. Afin d'augmenter la pénétration du blindage, l'armée américaine est passée à l'utilisation de balles entièrement métalliques des cartouches M80A1 EPR et M855A1 sans gaine de plomb, composées d'un obus tombak et d'un noyau avec une tête en acier et une queue en bismuth.
Cartouches sans étui
Dans les années 1980, dans les pays de l'URSS et de l'OTAN, on a tenté de résoudre radicalement les problèmes de la forte consommation de matière des cartouches classiques en passant aux munitions sans douille. Les plus grands progrès dans cette direction ont été réalisés par la société allemande Heckler und Koch, qui a créé le fusil automatique HK G11, qui utilisait les cartouches DM11 sans étui développées par Dynamit Nobel.
Cependant, l'exploitation militaire d'une série de 1000 fusils HK G11 dans le service frontalier de la RFA a démontré leur danger pour le personnel militaire en raison de la combustion spontanée régulière de cartouches sans étui dans la chambre, malgré sa séparation structurelle du canon du fusil. En conséquence, les gardes-frontières allemands ont d'abord été interdits d'utiliser le mode de tir automatique, puis le HK G11 a été complètement retiré du service en raison de l'absurdité de son utilisation comme arme à chargement automatique en présence d'une automatisation trop compliquée (" coucou").
Cartouches avec manchons en plastique
La tentative suivante pour réduire la consommation matérielle des munitions pour armes légères et augmenter les munitions portables a été menée dans les années 2000 aux États-Unis par AAI (maintenant Textron Systems, une division de production de Textron Corporation) dans le cadre du LSAT (Lightweight Small Arms Technologies), qui a conduit à la création d'une mitrailleuse légère et d'une carabine automatique, conçue pour combiner des munitions avec des cartouches avec un manchon en laiton, un manchon en plastique et sans étui, fabriquées dans un facteur de forme télescopique.
Les cartouches sans étui, comme prévu, ont été remarquées pour la combustion spontanée dans la chambre du canon, malgré sa conception détachable, de sorte que le choix dans le programme LSAT a été fait en faveur des cartouches avec un manchon en plastique. Cependant, la volonté de réduire le coût des munitions a conduit à un mauvais choix du type de plastique: le polyamide a été utilisé en tant que tel, qui présente toutes les caractéristiques nécessaires, sauf une, mais la plus importante - sa température maximale de fonctionnement ne dépasse pas 250 degrés Celsius.
Dans les années 1950, sur la base des résultats d'essais sur le terrain, il a été déterminé que le canon d'une mitrailleuse DP dans des conditions de tir continu en rafales avec des pauses pour changer de magasin chauffe jusqu'aux valeurs suivantes:
150 coups - 210°C
200 prises de vue - 360 °C
300 coups - 440 °C
400 coups - 520°C
En d'autres termes, dans des conditions de combat intense, après avoir utilisé les deux cents premiers cartouches, le canon d'une mitrailleuse légère est assuré d'atteindre le point de fusion du polyamide.
Dans le cadre de cette circonstance, le programme LSAT a été clôturé en 2016 et sur sa base le programme CTSAS (Cased Telescoped Small Arms Systems) a été lancé dans le but de développer des cartouches télescopiques sur une nouvelle base matérielle. Selon une interview avec l'administrateur du programme de l'armée américaine Corey Phillips donnée à thefirearmblog.com en mars 2017, le polymère technique le plus résistant à la chaleur à ce jour, le polyimide, a été sélectionné pour le matériau du manchon en plastique, avec une température de fonctionnement maximale de 400 °. C.
Le polyimide en tant que matériau de la douille a également une autre propriété précieuse - lorsqu'il est chauffé au-dessus du niveau spécifié, il carbonisé sans fondre avec la libération de substances volatiles qui ne contaminent pas la chambre du canon, tandis que la surface carbonisée de la douille sert de excellent matériau antifriction lorsqu'il est extrait après un tir. La résistance de la jante de la doublure est assurée par une bride métallique.
Une température de 400 degrés est la limite autorisée pour chauffer les barils d'armes légères, après quoi ils se déforment, car la température de la trempe technologique des barils est de 415 à 430 degrés. Cependant, la résistance à la traction du polyimide à des températures de 300 degrés ou plus tombe à 30 MPa, ce qui correspond à une pression de chambre de 300 atmosphères, c'est-à-dire un ordre de grandeur inférieur au niveau maximum de pression des gaz en poudre dans les modèles modernes d'armes légères. Lorsqu'une tentative est faite pour retirer une douille de cartouche usagée de la chambre d'une conception classique, la bride métallique se déchirera avec une baguette faisant tomber les restes de la douille du canon.
Le chauffage de la cartouche dans la chambre de conception classique peut être contrôlé dans une certaine mesure en tirant à partir d'un boulon ouvert (mitrailleuses), mais dans le cas d'un tir intense et d'un tir à boulon fermé (mitrailleuses et fusils automatiques), chauffer la cartouche à plus de 400 degrés est presque inévitable.
Cartouches avec manchons en aluminium
Une autre alternative aux alliages de cuivre est les alliages d'aluminium, qui sont utilisés dans les boîtiers de cartouches de pistolet en série, dans le développement expérimental de cartouches de fusil et dans les tirs en série pour le canon automatique 30-mm GAU-8A. Le remplacement du cuivre par de l'aluminium vous permet de supprimer la restriction sur la base de ressources, de réduire le coût de l'étui de cartouche, de réduire le poids des munitions de 25% et, par conséquent, d'augmenter la charge de munitions portable.
En 1962, TsNIITOCHMASH développa des cartouches expérimentales de calibre 7, 62x39 mm avec un manchon en alliage d'aluminium (code GA). Les chemises avaient un revêtement en graphite antifriction. Afin d'éviter la corrosion électrochimique, la coupelle de la capsule a été faite d'un alliage d'aluminium.
Cependant, l'utilisation de tels manchons est entravée par leur seule propriété négative - l'inflammation spontanée de l'aluminium et de ses alliages dans l'air lorsqu'il est chauffé à 430 ° C. La chaleur de combustion de l'aluminium est très élevée et s'élève à 30,8 MJ/kg. La surface extérieure des produits est sujette à une combustion spontanée lorsqu'elle est chauffée à une température spécifiée et à une augmentation de la perméabilité du film d'oxyde à l'oxygène de l'air ou lorsqu'elle est chauffée à une température inférieure en cas d'endommagement du film d'oxyde. Un film d'oxyde céramique non plastique (épaisseur ~ 0,005 microns) est détruit lorsqu'un manchon métallique en plastique se déforme sous l'action de la pression des gaz propulseurs, la perméabilité du film d'oxyde est obtenue grâce à l'échauffement lors d'une cuisson intense. Les chemises ne s'enflamment spontanément que dans l'air après extraction du canon, où un bilan d'oxygène négatif est maintenu pendant la combustion de la poudre.
Par conséquent, les douilles en aluminium ne se sont généralisées que dans le cadre de cartouches de pistolets de calibres 9x18 PM et 9x19 Para, dont l'intensité du feu et la température atteinte dans la chambre ne peuvent être comparées à ces indicateurs de mitrailleuses, de fusils automatiques et de mitrailleuses.
L'aluminium a également été utilisé dans la cartouche expérimentale 6x45 SAW Long, dont le manchon était équipé d'une doublure en silicone élastique qui resserre les fissures dans le film de métal et d'oxyde. Cependant, cette décision a entraîné une augmentation des dimensions linéaires de la cartouche, des dimensions associées du récepteur et, par conséquent, du poids de l'arme.
Une autre solution, mais mise en service, est la munition d'artillerie 30x173 GAU avec un manchon en alliage d'aluminium. Cela est devenu possible grâce à l'utilisation d'une charge propulsive "froide" spéciale de faible poids moléculaire. Le potentiel thermochimique de la poudre est directement proportionnel à la température de combustion et inversement proportionnel au poids moléculaire des produits de combustion. Les propulseurs classiques de nitrocellulose et pyroxyliniques ont un poids moléculaire de 25 et une température de combustion de 3000-3500 K, et le poids moléculaire du nouveau propulseur était de 17 à une température de combustion de 2000-2400 K à la même impulsion.
Gaine en métal fritté prometteuse
L'expérience positive de l'utilisation de tirs d'artillerie avec un manchon en aluminium permet de considérer ce métal comme un matériau de structure pour les douilles d'armes légères (même sans composition propulsive particulière). Afin de confirmer l'exactitude du choix spécifié, il est conseillé de comparer les caractéristiques des revêtements en laiton et en alliage d'aluminium.
Le laiton L68 contient 68 pour cent de cuivre et 32 pour cent de zinc. Sa densité est de 8,5 g / cm3, dureté - 150 MPa, résistance à la traction à 20 ° C - 400 MPa, allongement à la traction - 50 pour cent, coefficient de frottement au glissement sur acier - 0,18, point de fusion - 938 ° C, zone de température de fragilité - de 300 à 700°C.
En remplacement du laiton, il est proposé d'utiliser de l'aluminium allié avec du magnésium, du nickel et d'autres éléments chimiques dans une fraction volumique ne dépassant pas 3% afin d'augmenter les propriétés élastiques, thermiques et de coulée sans affecter la résistance de l'alliage contre corrosion et fissuration sous charge. La résistance de l'alliage est obtenue en le renforçant avec des fibres d'oxyde d'aluminium dispersées (diamètre ~ 1 m) dans une fraction volumique de 20%. La protection contre l'auto-inflammation de la surface est assurée en remplaçant le film d'oxyde fragile par un revêtement plastique cuivre/laiton (~ 5 m d'épaisseur) appliqué par électrolyse.
Le composite de cermet résultant appartient à la classe des cermets et est transformé en un produit final par moulage par injection afin d'orienter les fibres de renforcement le long de l'axe du revêtement. L'anisotropie des propriétés de résistance permet de conserver la compliance du matériau composite dans le sens radial pour assurer un contact étanche des parois du manchon avec la surface de la chambre sous l'action de la pression des gaz pulvérulents afin d'obturer cette dernière.
Les propriétés antifriction et anti-grippage du liner sont assurées par l'application d'un revêtement polyimide-graphite (épaisseur ~ 10 microns) sur sa surface externe avec des fractions volumiques égales de liant et de charge pouvant supporter une charge de contact de 1 GPa et une température de fonctionnement de 400°C, utilisé comme revêtement pour les pistons des moteurs à combustion interne.
La densité du cermet est de 3,2 g/cm3, résistance à la traction dans le sens axial: à 20°C - 1250 MPa, à 400°C - 410 MPa, résistance à la traction dans le sens radial: à 20°C - 210 MPa, à 400 °C - 70 MPa, allongement en traction dans le sens axial: à 20°C - 1,5%, à 400°C - 3%, allongement en traction dans le sens radial: à 20°C - 25%, à 400°C - 60 %, point de fusion - 1100 ° C.
Le coefficient de frottement de glissement du revêtement antifriction sur l'acier est de 0,05 à une charge de contact de 30 MPa et plus.
Le procédé technologique de fabrication des manchons en cermet consiste en moins d'opérations (mélange métal-fibre, coulée des manchons, moletage à chaud de la jante et de l'alésage, laitonnage, application d'un revêtement antifriction) par rapport au nombre d'opérations dans le procédé technologique de fabrication des manchons en laiton (coulée de billettes, étirage à froid en six passages, moletage à froid de la jante et du col).
Le poids du manchon en laiton de la cartouche 5, 56x45 mm est de 5 grammes, le poids du manchon en cermet est de 2 grammes. Le coût d'un gramme de cuivre est de 0,7 cents US, l'aluminium - 0,2 cents US, le coût des fibres d'alumine dispersées est de 1,6 cents US, leur poids dans la doublure ne dépasse pas 0,4 gramme.
Balle prometteuse
Dans le cadre de l'adoption des gilets pare-balles de l'armée de classe 6B45-1 et ESAPI, non pénétrés par des balles d'armes légères à main avec un noyau en acier à une distance de 10 mètres ou plus, il est prévu de passer à l'utilisation de balles avec un noyau en alliage fritté de carbure de tungstène (95%) et de poudres de cobalt (5%) avec une densité de 15 g/cc, ne nécessitant pas de lestage avec du plomb ou du bismuth.
Le matériau principal de la coque des balles est un tombak, composé de 90% de cuivre et de 10% de zinc, dont la densité est de 8,8 g / cc, le point de fusion est de 950°C, la résistance à la traction est de 440 MPa, la compression la résistance est de 520 MPa dureté - 145 MPa, allongement relatif - 3% et coefficient de frottement de glissement sur l'acier - 0,44.
En raison de l'augmentation de la vitesse initiale des balles à 1000 mètres et plus par seconde et d'une augmentation de la cadence de tir à 2000 et plus de coups par minute (AN-94 et HK G-11), le tombak ne répond plus aux exigences. pour la coquille des balles en raison de l'usure thermoplastique élevée alésage en raison du coefficient élevé de frottement de glissement de l'alliage de cuivre sur l'acier. D'autre part, on connaît des obus d'artillerie, dans la conception desquels les courroies de tête en cuivre sont remplacées par des courroies en plastique (polyester), dont le coefficient de frottement est au niveau de 0, 1. Cependant, la température de fonctionnement du plastique ceintures ne dépasse pas 200°C, soit la moitié de la température maximale des canons d'armes légères jusqu'au début de leur gauchissement.
Par conséquent, en tant qu'obus d'une balle prometteuse avec un noyau entièrement métallique, il est proposé d'utiliser un composite polymère (épaisseur ~ 0,5 mm) contenant du polyimide de type PM-69 en fractions volumiques égales et du graphite colloïdal avec une densité totale de 1,5 g/cc, résistance à la traction 90 MPa, résistance à la compression 230 MPa, dureté 330 MPa, charge de contact 350 MPa, température maximale de fonctionnement 400°C et coefficient de frottement de glissement sur acier 0,05.
La coque est formée en mélangeant l'oligomère de polyimide et les particules de graphite, en extrudant le mélange dans un moule avec une partie incorporée - le noyau de la balle, et en polymérisant à température le mélange. L'adhérence de la coque et du noyau de la balle est assurée par la pénétration de polyimide dans la surface poreuse du noyau sous l'influence de la pression et de la température.
Cartouche télescopique prometteuse
Actuellement, le facteur de forme le plus progressif d'une cartouche pour armes légères est considéré comme télescopique avec le placement d'une balle à l'intérieur d'un vérificateur de propergol pressé. L'utilisation d'un damier dense au lieu de la charge de grain classique avec une densité apparente inférieure permet de réduire jusqu'à une fois et demie la longueur de la cartouche et les dimensions associées du récepteur de l'arme.
En raison de la conception du mécanisme de rechargement (chambre à canon amovible) des modèles d'armes légères (G11 et LSAT) utilisant des cartouches télescopiques, leurs balles sont encastrées dans les contrôleurs de propulseur sous les bords du manchon. L'extrémité ouverte de la charge propulsive secondaire de la saleté et de l'humidité protège un capuchon en plastique, qui agit simultanément comme un obturateur avant lors du tir (en bloquant le joint entre la chambre amovible et le canon après une percée de balle). Comme l'a montré la pratique de l'utilisation militaire des cartouches télescopiques DM11, une telle méthode d'assemblage de la cartouche, qui ne met pas l'accent sur la balle à l'entrée de la balle du canon, entraîne des distorsions de la balle lors du tir et, par conséquent, perte de précision.
Pour assurer la séquence de fonctionnement spécifiée de la cartouche télescopique, sa charge propulsive est divisée en deux parties - une charge primaire de densité relativement faible (avec une vitesse de combustion plus élevée), située directement entre la capsule et le bas de la balle, et un Charge de mardi de densité relativement plus élevée (avec un taux de combustion plus faible), située de manière concentrique autour de la balle. Une fois l'amorce percée, la charge primaire est déclenchée en premier, poussant la balle dans l'alésage et créant une pression de suralimentation pour la charge secondaire, qui déplace la balle dans l'alésage.
Pour maintenir le contrôleur de la charge secondaire à l'intérieur de la cartouche, les bords de l'extrémité ouverte du manchon sont partiellement enroulés. Le maintien de la balle dans la cartouche s'effectue en l'enfonçant dans le bloc de la charge secondaire. Placer une balle sur toute sa longueur dans les dimensions de la douille réduit la longueur de la cartouche, mais en même temps crée un volume vide de la douille autour de la partie ogivale de la balle, ce qui entraîne une augmentation du diamètre de la cartouche.
Afin d'éliminer ces lacunes, une nouvelle disposition de la cartouche télescopique est proposée, destinée à être utilisée dans les armes légères avec une chambre de canon intégrale classique avec tout type de mécanisme de rechargement (manuel, moteur à essence, canon mobile, bloc de culasse semi-libre, etc..) et une méthode de tir (avec gâchette avant ou arrière).
La cartouche proposée est équipée d'une balle qui prolonge sa partie ogivale au-delà du manchon et de ce fait vient en butée contre l'entrée de balle du canon. Au lieu d'un capuchon en plastique, l'extrémité ouverte de la charge propulsive est protégée par un vernis résistant à l'humidité qui brûle lors du tir. Une certaine augmentation de la longueur de la cartouche proposée par rapport aux cartouches télescopiques connues est compensée par une diminution de son diamètre due à l'élimination des volumes non remplis à l'intérieur du manchon.
En général, la cartouche télescopique proposée augmentera d'un quart le nombre de cartouches dans les munitions portables du fantassin, tout en réduisant la consommation de matériaux, l'intensité de la main-d'œuvre et le coût de production des douilles.
