Durant la Primera Guerra Mundial, els bel·ligerants van començar a utilitzar proteccions d'armadura personal per a infanters en forma de cascos d'acer i cuirasses, que a una certa distància no podien ser penetrades per bales d'armes petites de baixa velocitat. De moment, SIBZ amb plaques compostes de carbur de bor amb un gruix de 9 mm no pot ser penetrada per bales perforadores amb un nucli d’acer de calibres 5, 45x39 mm, 5, 56x45 mm, 7, 62x39 mm, 7, 62x51 mm i 7, 62x54 mm a una distància inferior a 100 metres …
Per superar aquest obstacle, les bales d’armes petites que perforen l’armadura utilitzen cada vegada més un nucli compost d’un aliatge compost de carbur de tungstè amb cobalt del tipus VK8 amb una mida de gra inferior a 1 μm, la força màxima de la qual en doblar és de 2 GPa, en compressió de 4 GPa a duresa HRA 85 unitats. Encara més prometedor és un aliatge metàl·lic de tungstè tipus VNZh97 per analogia amb els nuclis de les petxines d’artilleria perforants. Tanmateix, les plaques SIBZ també tenen una reserva per augmentar la resistència tant augmentant el percentatge de carbur de bor en el compost com pel gruix de les plaques (tenint en compte la tendència a canviar a l’ús d’exosquelets passius com a part dels equips d’infanteria)..
A més, la clàssica bala de closca ogival és un portador extremadament ineficaç d’un nucli perforant l’armadura, ja que requereix l’ús d’una jaqueta de plom per passar a través del rifle del canó sense destruir-les en contacte amb l’aliatge dur del nucli. Com a resultat, la massa del nucli es redueix al mínim. Per exemple, una bala d’un cartutx de 7N24M de calibre 5, 45x39 mm amb una jaqueta bimetàl·lica, una jaqueta de plom i un nucli perforant d’aliatge VK8 pesa 4,1 grams, dels quals el pes del nucli és de només 1,8 grams. A més, en xocar amb la placa SIBZ, una part de l’energia cinètica de la bala es gasta a aixafar la closca bimetàl·lica, perforar-la amb un nucli perforant l’armadura i arrencar la jaqueta de plom.
Un mètode més eficaç per augmentar la penetració de l'armadura de les bales d'armes petites és augmentar la seva velocitat inicial i reduir l'àrea de la secció transversal. La primera mesura augmenta l'energia cinètica de la bala, la segona augmenta la càrrega específica en el pegat de contacte de la bala amb l'obstacle. La velocitat de la bala està limitada per la pressió màxima dels gasos en pols del barril, que actualment arriba a les 4.500 atmosferes i està determinada per la força de l’acer del barril. Aquesta limitació es supera reduint la massa i el diàmetre de la bala mantenint el mateix diàmetre del forat, és a dir, canviant a pics de sub-calibre. Per guiar una bala de sub-calibre al forat, s’utilitzen cinturons davanters desenvolupats a la superfície del nucli o un palet de polímer, la densitat del material del qual és 9-11 vegades menor que la densitat de llautó o plom.
La primera solució constructiva en aquesta àrea és la bala de l’alemany Harold Gerlich, desenvolupada al primer terç del segle XX i equipada amb dos cinturons cònics principals. La bala en vol es va estabilitzar mitjançant la rotació, el canó enganxat tenia un diàmetre variable, que es reduïa cap al final, cosa que permetia aconseguir una eficiència uniforme i major en l’ús de l’energia dels gasos en pols. Com a resultat, una bala que pesava 6,5 grams va accelerar a una velocitat de 1600 m / s i va perforar una placa d’acer de 12 mm de gruix a una distància de 60 mm. No obstant això, un canó de diàmetre variable era massa car de fabricar i la precisió de disparar amb bales amb cinturons davanters, arrugats quan es disparava, deixava molt a desitjar.
La segona solució de disseny en el camp de les bales de sub calibre són els desenvolupaments de l’empresa nord-americana AAI, encapçalada pel seu cap Irwin Barr, que el 1952 va desenvolupar un cartutx de rifle de calibre 12 equipat amb 32 elements impactants en forma de fletxa col·locats en un contenidor palet empenta de tipus. Les proves han demostrat que les bales en forma de fletxa tenen un gran efecte perjudicial, però tenen una precisió de tret baixa a causa de la impossibilitat de proporcionar una determinada direccionalitat del vol de les bales després de la sortida grupal del barril.
El treball d'iniciativa va continuar en el marc del programa de recerca SALVO de l'exèrcit dels EUA. AAI ha desenvolupat un cartutx d'una sola bala XM110 calibre 5, 6x53 mm amb una gran màniga d'allargament, equipat amb una bala sub-calibre en forma de fletxa d'acer amb un diàmetre d'1, 8 mm i cua de calibre. Com a dispositiu líder, es feia servir una paella de tracció fabricada en aliatge de magnesi, que es tallava en parts mitjançant un accesori de musell després que la bala sortís del barril. El tret es va dur a terme des de braços petits amb un canó llis, l'estabilització de la bala en vol va ser proporcionada per la unitat de cua. Els bisells aerodinàmics dels plans empenatge estableixen una petita velocitat angular de rotació de la bala per tal de promediar l’efecte sobre la rectitud del vol dels defectes de fabricació en la seva fabricació.
Durant els experiments, es va desenvolupar una versió millorada del cartutx 5, 77x57V XM645, que utilitzava un paquet de tracció compost de quatre segments de fibra de vidre amb un recobriment de tefló, subjectat a la bala del canó a causa de les forces de fricció i desintegrat en segments sota la influència de la pressió de l'aire després que la bala fos expulsada del canó. La longitud del cartutx era de 63 mm, la longitud de la bala en forma de fletxa era de 57 mm, el pes de la bala era de 0,74 grams, el palet era de 0,6 grams, la velocitat de foc de la bala era de 1400 m / s
No obstant això, en un esforç per proporcionar el màxim allargament de la bala, AAI va haver de procurar allargar la caixa del cartutx, cosa que va afectar negativament la fiabilitat del mecanisme de recàrrega a causa de l’alta fricció a la cambra, i també va provocar un augment de la mida i pes del receptor d'armes petites.
Per tant, en el següent programa de l’exèrcit nord-americà, anomenat SPIW, el líder era el cartutx 5, 6x44 XM144, desenvolupat per l’Arsenal de Frankfort en la forma del cartutx de baix impuls 5, 56x45 mm. Una versió millorada del cartutx XM216 SFR tenia una funda estàndard, la longitud del cartutx era de 49,7 mm, la longitud de la bala en forma de fletxa era de 45 mm, el pes de la bala era de 0,65 grams, el pes de la paleta era de 0,15 grams, la velocitat del foc de la bala era de 1400 m / s
Els trets experimentals realitzats en el marc dels programes SALVO i SPIW mitjançant bales de forma ultra-baixa en forma de fletxa de sub-calibre van revelar els inconvenients fatals d’aquestes bales: augment de la deriva lateral sota la influència del vent i una desviació significativa de la trajectòria especificada quan disparant sota la pluja.
A la Unió Soviètica, el primer cartutx de 7, 62 / 3x54 mm amb una bala en forma de fletxa de sub calibre es va desenvolupar sota la direcció de Dmitry Shiryaev a principis dels anys seixanta a NII-61 (futur TsNIITOCHMASH). La bala en forma de fletxa es diferenciava dels seus homòlegs nord-americans per la seva major massa, menor allargament (3x51 mm), l’absència d’estrenyiment a la zona de la cua i, el més important, el mètode de connexió del palet i la bala amb l’ajut d’una pinta aplicat a l’eix de la fletxa. Aquesta solució va permetre proporcionar l’adherència necessària amb un major esforç de tracció des del costat del palet per propulsar una bala amb un múltiple de massa que els seus homòlegs nord-americans.
El palet de dues seccions estava fabricat en aliatge d’alumini, per tant, en volar separats després d’abandonar el canó, representava un cert perill per als tiradors veïns. A més, l'alumini s'adheria intensament a la superfície del forat del canó, cosa que requeria una neteja en sec del canó cada 100-200 tirs. Però la propietat més negativa de les bales en forma de fletxa va resultar ser el seu baix efecte letal sobre la mà d’obra: les bales d’alta velocitat van blindar perfectament les armadures i, com les agulles, van passar pels teixits tous, sense provocar un cop d’aigua de xoc i sense formar un canal de ferides de gran diàmetre.
En relació amb aquestes circumstàncies, el 1965, sota la direcció de Vladislav Dvoryaninov, es va iniciar el desenvolupament d’un nou cartutx de calibre 10/4, 5x54 mm amb una bala en forma de fletxa d’un disseny modificat amb un pes augmentat fins a 4,5 grams. Durant el desenvolupament, es va fer servir un material polimèric per fabricar un palet que no contamina el forat del canó durant un tret, es va utilitzar un estrenyiment de la cua de l’eix (com en els homòlegs americans) per augmentar el coeficient balístic i un tall transversal de l’eix es va formar a la regió de la pinta i pla al punt de bala amb l’objectiu d’aconseguir, en conseqüència, un debilitament constructiu de la bala per trencar-se en dues parts i bolcar la bala en el procés de penetrar els teixits tous.
Aquestes solucions tècniques van permetre augmentar l’efecte letal de les bales en forma de fletxa, però alhora van reduir el grau de penetració de la protecció blindada personal per als infants, ja que una bala que travessa una barrera sòlida també experimenta tensions de flexió (augmentant amb un augment de l’angle de trobada d’una bala amb un obstacle), que condueix a la destrucció de l’eix de la bala, debilitat dues vegades (amb una pinta i un tall) a la secció més crítica, directament adjacent al punt. El guany en acció letal i la pèrdua en l'acció penetrant no van permetre l'adopció de bales en forma de fletxa de sub calibre dissenyades per Dvoryaninov et al.
L’estudi del procés de flux al voltant de diversos cossos en un túnel de vent amb flux d’aire supersònic va revelar que les bales en forma de fletxa de qualsevol disseny tenen una forma aerodinàmica no òptima: generen cinc fronts d’ones de xoc alhora:
- cap frontal;
- la part frontal en el punt de transició del punt cap a l’eix;
- frontal a les vores anteriors de la cua;
- frontal a les vores de la cua;
- la part frontal en el punt de constricció de la cua de l’eix.
En comparació, una bala de calibre en forma ogival a velocitat supersònica només genera tres fronts d'ones de xoc:
- cap frontal;
- frontal al punt de transició de la punta cap a la part cilíndrica;
- frontal de la cua.
El més òptim des del punt de vista de l’aerodinàmica del vol supersònic és la forma cònica de la bala sense fractura de la superfície generadora i sense la cua, que només genera dos fronts de l’ona de xoc: cap i cua. En aquest cas, l’angle d’obertura del capçal frontal de la bala cònica és diverses vegades menor que l’angle d’obertura del capçal frontal de la bala escombrada a causa del menor angle d’obertura de la punta del primer en comparació amb l’angle d’obertura del segon con. A més, la bala en forma de fletxa, disparada des d’un canó llis i desenrotllada durant el vol (per tal de compensar els defectes de fabricació) a causa dels bisells de la cua, també es distingeix per un augment de la frenada a causa de la selecció d’una part de la cinètica energia per desenrotllar la bala.
En relació amb les mancances indicades de les bales en forma de fletxa, s’ofereix un innovador cartutx sota el títol "Spear" / SPEAR, equipat amb una bala cònica de sub-calibre amb un plat que empeny que no requereix una pinta al cos de la bala.. El cartutx es fabrica amb un factor de forma telescòpic per tal de minimitzar el volum d’embalatge, determinat només per la longitud i el diàmetre més gran de la màniga. El cartutx està concebut com a munició per a armes petites equipades amb un canó amb un cargol ovalat, avorrit com Lancaster amb el propòsit de torçar la bala en el procés de passar el forat del canó. Una bala en vol manté l’estabilitat tant pel moment giroscòpic com pel desplaçament cap endavant del centre de gravetat en relació amb el centre de pressió aerodinàmica per la formació d’una cavitat interna a la cua de la bala.
La bala cònica disparada des del canó de Lancaster té un coeficient balístic millorat en comparació amb les bales ogives i en forma de fletxa per les següents raons:
- el menor nombre de fronts d'ones de xoc generades durant el vol supersònic;
- Cap pèrdua d’energia cinètica per la rotació de bala a causa del flux d’aire entrant.
Una bala cònica amb una cavitat interna a la secció de la cua també té una capacitat de penetració augmentada: en el procés de passar a través d’una barrera sòlida, la secció de la cua s’arrossega cap a l’interior i el diàmetre de la base del con disminueix fins al diàmetre de la bala a la secció de l’inici de la cavitat. La càrrega transversal de la bala gairebé es duplica. En aquest cas, la nitidesa de la superfície cònica conservada de la bala continua sent superior a la d’una bala ogiva o en forma de fletxa d’igual longitud. L'absència de pinta i talls transversals a la superfície de la bala cònica augmenta encara més la seva penetració en comparació amb la bala en forma de fletxa dissenyada per Dvoryaninov et al.
Al mateix temps, una bala cònica amb una cavitat interna a la secció de la cua té un alt efecte letal, ja que:
- es troba a la vora de l'estabilitat a causa del pas suau del fil del cargol del forat de Lancaster;
- Després de trencar una barrera blindada, la seva estabilitat disminueix a causa del triturament de la secció de la cua i el desplaçament del centre de pressió més enllà del centre de gravetat.
La pèrdua d'energia cinètica per trencar una barrera blindada en una bala cònica amb una cavitat interna es troba al nivell de les bales ogivals i en forma de fletxa: en la primera, l'energia es gasta a aixafar el cos a la zona de la cavitat, en el segon, en tallar la unitat de cua, en el tercer, en triturar i arrencar la closca i la camisa del nucli.
El cos de la bala cònica correspon funcionalment al nucli de la bala envoltada, no hi ha cap jaqueta de plom, en lloc d’una closca de llautó pesat i car, s’utilitza un palet de plàstic lleuger i econòmic. D'altra banda, una bala cònica utilitza de manera més racional les característiques de resistència del seu material estructural en comparació amb una bala en forma de fletxa, debilitada artificialment al lloc de la pinta i al tall transversal. Per tant, la massa d’una bala cònica es pot minimitzar significativament en comparació amb una bala ogival i en forma de fletxa amb una penetració igual. Això permet fer una tria econòmicament justificada del material de construcció de la bala cònica a favor de l’aliatge metàl·lic de tungstè, que té la densitat més alta.
A causa del volum intern limitat del cartutx telescòpic, es proposa utilitzar una càrrega de propelent en forma de comprovador de pols premsat amb l'addició de grànuls HMX cristal·lins (la mida dels quals és inferior al diàmetre crític de detonació d'un explosiu)) per tal d'assegurar la velocitat de combustió de la càrrega per a la longitud del canó seleccionada dels braços petits. Per reduir el pes total del cartutx com a material estructural de la màniga, es proposa utilitzar un aliatge compost d'alumini i fibra dispersa d'òxid d'alumini, protegit per un revestiment de llautó galvanitzat i un recobriment de polímer antifricció amb farciment de grafit, descrit a l'article "Cartutxos prometedors per a armes rifles" ("Revista militar" de 9 de desembre de 2017).
La taula següent proporciona una avaluació comparativa de diferents tipus de cartutxos i bales d'armes petites:
Com podeu veure a la taula, el cartutx "Spear" / SPEAR és el líder en termes de volum, longitud i pes mínims d'embalatge, així com en càrrega lateral d'una bala. L’impuls total de retrocés dels gasos de bala, pa i pols és aproximadament 1/3 superior al moment total de retrocés dels gasos de bala i pols del cartutx de 5, 45x39 mm, mentre que l’energia de la boca del primer es supera en 1/7 en comparació amb el segon.
A més, quan es dispara una bala en un palet de polímer des d’un barril amb una perforació de cargol oval, pràcticament no hi ha desgast termoplàstic del forat del canó a causa de l’absència de ranures. En aquest sentit, un augment de més d’1,5 vegades la velocitat inicial d’una bala no afectarà el recurs d’armes lleugeres. A més, un tret sense desgast crea una reserva per augmentar la velocitat de foc en ràfegues fixes fins al nivell de 2000-3000 voltes per minut, cosa que va ser recomanada per la comissió GRAU del Ministeri de Defensa de la Federació de Rússia després dels resultats d'Abakan competència per augmentar la precisió del tret automàtic des de posicions incòmodes.
A més de municions per a armes petites, el cartutx "Spear" / SPEAR es pot utilitzar com a munició per a armes de caça amb canons Lancaster del tipus IZH-27 mitjançant mànigues de plàstic estàndard farcides de bales còniques cisellades d'acer o llautó en un palet segmentat fabricat de termoplàstic modelat. Mentre es manté el retrocés de l’arma al nivell de tret d’un tret convencional de calibre 12, una bala de sub calibre que pesa 9 grams s’accelerarà en un canó de 70 cm a una velocitat de 900 m / s, que correspon a les característiques del Fusil de tres línies Mosin.
Característiques geomètriques de diversos tipus de bales còniques (longitud, angle d’obertura del con, grau de rodonesa / biconicitat de l’extrem del cap, presència d’una zona de contacte a la punta per aixafar una barrera blindada o una cavitat expansiva per a la letalitat del tir a un animal gran, profunditat i gruix de les parets de la cavitat de la cua), tenint en compte les velocitats de vol especificades i els objectius a colpejar, es pot determinar sobre la base de simular el pas de bales en aire, gel o suports sòlids mitjançant el producte de programari nacional. FlowVision.
