ПАТРОН БРОНЕБОЙНЫЙ С ОЖИВАЛЬНОЙ ГОЛОВНОЙ ЧАСТЬЮ СЕРДЕЧНИКА

Полезная модель относится к боеприпасам, в частности к патронам автоматным и винтовочным, имеющим сердечник из твердого сплава с высоким пробивным действием, предназначенным для поражения живой силы, расположенной в легкобронированной военной технике и открыто расположенной в бронежилетах.
Известен патрон, содержащий пулю со стальным сердечником в свинцовой рубашке и биметаллической оболочке, гильзу, имеющую скат, капсюль-воспламенитель и метательный пороховой заряд. Оптимальные габаритные размеры пули и гильзы: длина пули (4,5-4,6)d, длина головной части пули (1,7-1,9)d, длина гильзы (4,1-4,3)d, длина ската гильзы (0,17-0,18)d, бутылочность корпуса гильзы (1,1-1,15)d, где d - калибр пули. Импульс порохового метательного заряда 45-55 кгс/дм2, плотность заряжания 0,5-0,6 г/см3, коэффициент веса пули 20-24 г/см3, (патент RU 2079805).
Основным недостатком данного технического решений является низкое пробивное действие.
1C
1/2
Известен патрон повышенной пробиваемости, патент RU 2438092. Патрон содержит пулю, имеющую оболочку, сердечник, состоящий из головной и хвостовой части, и свинцовую рубашку, стальную гильзу с капсюлем-воспламенителем и метательный пороховой заряд, патрон, характеризуется такими параметрами как длина пули, длина сердечника, при этом длина пули равна (3,52-4,60)d, длина сердечника пули равна (2,36-3,48)d, при этом сердечник выполнен из твердого сплава с содержанием карбида вольфрама по массе 85-96%, имеющий твердость HRA не ниже 85.0 единиц, предел прочности на изгиб не менее 2000 МПа, головная часть сердечника выполнена конусообразной формы, длина которой равна (0,52-2,41)d, хвостовая часть имеет форму цилиндра, или усеченного конуса, или соединенных между собой цилиндра и усеченного конуса, причем меньший диаметр усеченного конуса равен (0,69-0,86)d, больший диаметр усеченного конуса хвостовой части равен диаметру цилиндра и диаметру головной части сердечника и равен (0,70-0,86)d, a длина цилиндра хвостовика равна (0,01-3,58)d, где d - диаметр калибра пули, поверхность сердечника полностью или частично имеет шероховатость не более Ra 1,6, а масса сердечника равна (0,34-0,62) массы пули. Кроме этого твердый сплав сердечника имеет предел прочности на сжатие не менее 4000 МПа, коэффициент интенсивности напряжений К не ниже 8 МПа м , а конусообразная форма головной части сердечника образована прямой линией и/или дугой окружности с радиусом, равным (0,31-10,28)d, являющейся дугой сопряжения между линией, образующей конус, и линией, образующей цилиндрическую часть хвостовика, при этом длина части конуса, образованная дугой окружности, равна (0,01-3,70)d, имеет радиус закругления остроконечной части не более 0,3 мм и хвостовая часть сердечника и/или головная часть имеет покрытие, выполненное одним из физических или химических методов осаждения металлов.
Недостатком известного решения является недостаточная запреградная пробивная способность сердечника при пробитии им металлической брони при увеличении калибра пули, при этом сердечник остается не разрушенным. Остроконечный сердечник со скругленным острием конуса до 0,3 мм разрушает металлическую броню по механизму прокола с образованием отверстия за счет расплавления металла. При таком механизме разрушения металлической брони, сердечник остается целым, но значительно снижается его запреградная скорость. Это обусловлено тем, что механизм пробития металлической брони проколом с образование отверстия за счет расплавления металла является энергоемким, практически вся кинетическая энергия сердечника при его соударении с броней расходуется на нагрев места соударения.
1C
1/2
Наиболее близким по техническому решению к достигаемому техническому результату является патрон бронебойный, содержащий пулю, имеющую оболочку, сердечник, состоящий из головной и хвостовой части, свинцовую рубашку, стальную гильзу с капсюлем-воспламенителем и метательный пороховой заряд, длина пули равна (3,52-4,60)d, длина сердечника пули равна (2,36-3,48)d, при этом сердечник выполнен из твердого сплава с содержанием карбида вольфрама по массе 85-96%, имеющий твердость HRA не ниже 85.0 единиц, предел прочности на изгиб не менее 2000 МПа, головная часть сердечника выполнена конусообразной формы, длина которой равна (0,52-2,41)d, хвостовая часть имеет форму цилиндра, или усеченного конуса, или соединенных между собой цилиндра и усеченного конуса, причем меньший диаметр усеченного конуса равен (0,69-0,86)d, больший диаметр усеченного конуса хвостовой части равен диаметру цилиндра и диаметру головной части сердечника и равен (0,70-0,86)d, а длина цилиндра хвостовика равна (0,01-3,58)d, где d - диаметр калибра пули, поверхность сердечника полностью или частично имеет шероховатость не более Ra 1,6, а масса сердечника равна (0,34-0,62) массы пули, при этом головная часть сердечника конусообразной формы имеет контактную площадку, диаметр которой равен (0.018-0,25)d, где d - калибр пули. Кроме этого твердый сплав имеет предел прочности на сжатие не менее 4000 МПа, коэффициент интенсивности напряжений К не ниже 8 МПа м , конусообразная форма головной части сердечника образована прямой линией и/или дугой окружности с радиусом, равным (0,31-10,28)d, являющейся дугой сопряжения между линией, образующей конус, и линией, образующей цилиндрическую часть хвостовика, при этом длина части конуса, образованная дугой окружности, равна (0,01-3,70)d, хвостовая часть сердечника имеет фаску или радиус закругления до 0,15d, хвостовая часть сердечника и/или головная часть имеет покрытие, выполненное одним из физических или химических методов осаждения металлов. (Решение о выдаче патента на полезную модель по заявке №2012147316 от 07.12.2012 г.).
Недостатком известного решения является недостаточная запреградная поражающая способность патрона при пробитии им металлической брони.
Задача данного технического решения повышение поражения живой силы, укрытой в легкобронированной военной технике и открыто расположенной в бронежилетах.
В процессе решения поставленной задачи достигается технический результат, заключающийся в увеличение запреградной скорости твердосплавного сердечника при пробитии металлической брони и увеличения запреградного поражающего воздействия патрона осколочными фрагментами брони образованными сердечником при выходе из брони.
1C
1/2
Указанный технический результат достигается заявляемым патроном бронебойным с оживальной головной частью сердечника, содержащим пулю, имеющую оболочку, сердечник, состоящий из головной и хвостовой части, свинцовую рубашку, стальную гильзу с капсюлем-воспламенителем и метательный пороховой заряд, длина пули равна (3,52-4,60)d, длина сердечника пули равна (2,36-3,48)d, при этом сердечник выполнен из твердого сплава с содержанием карбида вольфрама по массе 85-96%, имеющий твердость HRA не ниже 85.0 единиц, предел прочности на сжатие не менее 4000 МПа. предел прочности на изгиб не менее 2000 МПа, твердый сплав сердечника имеет коэффициент интенсивности напряжений K не ниже 8 МПа м , головная часть сердечника выполнена конусообразной формы, длина которой равна (0,52-2,41)d и имеет контактную площадку, диаметр которой равен (0,018-0,25)d, хвостовая часть имеет форму цилиндра, или усеченного конуса, или соединенных между собой цилиндра и усеченного конуса, причем меньший диаметр усеченного конуса равен (0,69-0,86)d, больший диаметр усеченного конуса хвостовой части равен диаметру цилиндра и диаметру головной части сердечника и равен (0,70-0,86)d, а длина цилиндра хвостовика равна (0,01-3,58)d, хвостовая часть сердечника имеет фаску или радиус закругления до 0,15d, где d - диаметр калибра пули, поверхность сердечника полностью или частично имеет шероховатость не более Ra 1,6, а масса сердечника равна (0,34-0,62) массы пули, при этом головная часть сердечника в виде конуса выполнена оживальной формой с радиусом оживало равным (0,87-13,28)d.
Изменение соотношений конструктивных параметров вышеуказанных пределов заметно повлияет на характеристики патрона.
Уменьшение длины пули менее 3,52 калибра приводит к уменьшению массы пули и сердечника и, следовательно, к уменьшению пробивного действия и внешних баллистических характеристик патрона в целом.
Увеличение длины пули более 4,60 калибра приводит к увеличению массы пули и, следовательно, импульса отдачи патрона. При этом увеличивается давление пороховых газов и скорость подвижных частей оружия, что приводит к его более быстрому износу. Возникает трудность стабилизации пули на траектории и ухудшается кучность стрельбы.
Уменьшение длины сердечника менее 2,36 калибра снижает его массу и снижает пробивное действие из-за уменьшения удельного давления на преграду.
Увеличение длины сердечника более 3,48 калибра снижает пробивное действие из-за уменьшения его устойчивости.
1С
1/2
Оценка материала по микроструктуре позволяет проводить оптимизацию материала для сердечника пули, обладающего максимальной пробивной способностью. Выполнение сердечника из твердого сплава с содержанием карбида вольфрама по массе 85-96%, имеющего твердость HRA не ниже 85,0 единиц, предел прочности на изгиб не менее 2000 МПа, предел прочности на сжатие не менее 4000 МПа и коэффициент интенсивности напряжений К с не ниже 8 МПа м , позволяет в месте контакта с преградой выдерживать высокие контактные нагрузки в момент соударения. Кроме этого важную роль в механизмах разрушения играют поверхностные дефекты, которые появляются в процессе изготовления сердечника. Устранение дефектного слоя сердечника, доведение его поверхности до шероховатости Ra 1,6 и ниже, позволит значительно повысить его пробивную способность за счет исключения зарождения и развития поверхностных микротрещин. Дополнительная механическая обработка позволит повысить точность изготовления сердечника, уменьшить разброс его по весу, оптимизировать геометрические параметры, что, в конечном счете, улучшит кучность и увеличит дальность поражения в целом.
Снижение хрупкого разрушения сердечника, при пробитии брони, достигается за счет выполнения сердечника оптимального по свойствам твердого сплава и геометрической формы. Изготовление сердечника в виде тела вращения, соединенных между собой головной части, длина которой равна (0,52-2,4 l)d, хвостовой части в форме цилиндра, или усеченного конуса, или соединенных между собой цилиндра и усеченного конуса, причем меньший диаметр усеченного конуса равен (0,69-0,86)d, больший диаметр усеченного конуса хвостовой части равен диаметру цилиндра и диаметру головной части сердечника и равен (0,70-0,86)d, а длина цилиндра хвостовика равна (0,01-3,58)d, хвостовая часть сердечника имеет фаску или радиус закругления до 0,15d, позволяет реализовать оптимальные геометрические размеры сердечника, позволив повысить кучность поражения при увеличении дальности стрельбы. Оптимизация физико-механических свойств твердосплавного материала, из которого изготовляется сердечник с оптимальной макро и микроструктурой позволяют сердечнику выдерживать высокие контактные нагрузки в момент соударения с броней.
В точке контакта с металлической преградой происходит значительное повышение температуры, и давления за короткий промежуток времени. Авторами экспериментально установлено, что в месте контакта появляются области, с сильно локализованной пластической деформацией, называемые плоскостями адиабатического сдвига (ПАС), в окрестностях которых концентрируется тепло. Быстрое деформирование металла приводит к локализованному нагреву контакта и катастрофическому разрушению брони в виде плавления. Выполняя контактную площадку на головной конусообразной части сердечника, диаметр которой равен (0.018-0,25)d, мы получаем стабильные результаты по пробитию брони, так как каждый раз повторяется один и тот же механизм пробития с образованию ПАС в первой стадии пробития брони и хрупким разрушение тыльной стороны бронеплиты во второй стадии пробития плиты. При реализации такого механизма пробития не происходит хрупкого разрушения сердечника, он сохраняет свою форму а, реализация менее энергоемкого, хрупкого разрушения, сохраняет его кинетическую энергию, а, следовательно, запреградной поражающее действие. Авторами предлагаемого технического решения установлен смешанный механизма разрушения брони, когда на первом этапе внедрения сердечника в броню реализуется энергоемкий механизм пробития проколом с расплавлением металла и на втором этапе прохождения сердечником брони, когда сердечник выходит из брони, реализуется механизма разрушения менее энергоемкий, а именно, хрупкий механизм разрушения тыльной стороны. При наличии контактной площадки в головной части сердечника, при пробитии брони реализуется смешанный механизм разрушения брони. Первый этап - внедрение сердечника в броню у остроконечного сердечника и сердечника с контактной площадкой идентичны, реализуются энергоемкие механизмы пробития проколом с расплавлением металла. При дальнейшем внедрения сердечника с контактной площадкой, контактная площадка впереди себя формирует кольцевые трещины с образованием так называемых конусов Герца (Каркашадзе Г.Г. Механическое разрушение горных пород: Учеб. пособие для вузов. - М.: Издательство Московского государственного горного университета. 2004. - стр.136-137). Нагрузка внутри конуса Герца возрастает и под площадкой сердечника формируется опережающее ядро уплотнения - зона всестороннего сжатия. В ядре сжатия материал брони испытывает напряжения многократно, на один-два порядка превышающие базовую прочностную характеристику - предел прочности при одноосном сжатии. Ядро уплотнения накапливает потенциальную энергию деформаций. В момент выхода концентрических трещин на поверхность образуется выходной кратер, потенциальная энергия деформаций переходит в кинетическую энергию фрагментов брони, вызывая их отрыв, фрагментацию и разлет с большой скоростью, до 100 м/с. После завершения акта освобождения выходной зоны от фрагментов разрушения, сердечник продолжает движении за преградой брони с большой скоростью.
Смешанный механизм пробития брони, реализуется при наличии у сердечника в головной части контактной площадки, диаметр которой равен (0.018-0,25)d. Проведенные исследования внутренней поверхности пулевого отверстия в броне полученные при пробитии патроном прототипа и предлагаемого технического решения показали, что при наличии контактной площадки, диаметр которой равен (0.018-0,25)d, внутренняя поверхность пулевого отверстие имеет различные зоны по отражательной способности на входном и выходном кратерах отверстия. При этом зона хрупкого разрушения полученная при стрельбе патроном имеющего сердечник с головной частью в виде конуса оживальной формой с радиусом оживало равным (0,87-13,28)d больше, чем патроном имеющим сердечник в виде конуса образованного прямой линией.
В случае (прототип) в зоне, в которой происходит откол частиц металлической брони, имеются отогнутые по ходу движения сердечника лепестки из металла брони. Аналогичный механизм разрушения наблюдается при пробитии брони сердечником с головной частью в виде конуса оживальной формой с радиусом оживало равным (0,87-13,28)d. В данном случае, на выходе из отверстия, наблюдается большая зона хрупкого разрушения. Предельные значения радиуса оживало определены экспериментально. При выполнении головной части в виде оживального конуса с радиусом оживало равным (0,87-13,28)d при пробитии брони, происходит более быстрое нарастание сжимающего давления в начальный момент внедрения головной части в броню, что приводит к хрупкому разрушению головной части сердечника. Разрушения не происходит, если твердый сплав из которого изготовлен сердечник, не имеет необходимые высокие физико-механические свойства.
Запредельное изменение (0,87-13,28)d параметров радиуса оживало головной части сердечника патрона ведет к существенному ухудшению боевых характеристик, снижению запреградной скорости твердосплавного сердечника при пробитии металлической брони, снижению запреградного поражающего воздействия осколочными фрагментами брони образованными сердечником патрона при выходе из брони.
На фиг.1 представлена конструкция предлагаемого патрона, где L - длина пули, которая равна L=(3,52-4,60)d, 1 - пуля, стальная гильза 2, метательный пороховой заряд 3 и капсюль-воспламенитель 4 с неоржавляющим составом 5.
1
0
0
1
1
1
1
2
2
3
3
На фиг.2 представлена пуля 1, состоящая из биметаллической оболочки 6, свинцовой рубашки 7 и твердосплавного сердечника 8. Сердечник 8 состоит из головной части 8.1 и хвостовой части 8.2. Головная часть 8.1 выпоолнена в виде конуса оживальной формой с радиусом оживало равным R=(0,87-13,28)d. Хвостовая часть 8.2 состоит или из цилиндра 8.2.1, или из усеченного конуса 8.2.2, или из цилиндра 8.2.1 и усеченного конуса 8.2.2, соединенных между собой, имеет фаску или радиус закругления 8.2.3 до 0,15d., длина цилиндра хвостовика равна (0,01-3,58)d. Соотношения конструктивных параметров патрона определены в зависимости от калибра патрона. Длина l сердечника 8 равна l=(2,36-3,48)d, длина головной части l сердечника 8.1 равна l=(0,52-2,41)d, Больший диаметр D усеченного конуса хвостовика равен диаметру цилиндра и диаметру головной части сердечника и равен D=(0,70-0,86)d, меньший диаметр D усеченного конуса равен D=(0,69-0,86)d. Головная часть сердечника конусообразной формы имеет контактную площадку, диаметр D которой равен D=(0.018-0,25)d. Поверхности сердечника полностью или частично (либо головная часть, либо хвостовая часть) дополнительно шлифуются до шероховатости не выше Ra 1,6.
Для подтверждения высокого запреградного поражающего действия предлагаемого патрона бронебойного с оживальной головной частью сердечника проводили сравнительные стрельбы с патронами калибра 7,62 с твердосплавным сердечником, изготовленным по прототипу. В качестве пробиваемого материала использовалась бронеплита марки 2П толщиной 10 мм на удалении 250, 280 и 300 метров. Оценивали количество пробитий при 10 зачетных попаданиях. Стрельба велась из пулемета «Печенег» с оптическим прицелом.
В таблице предоставлены результаты сравнительных испытаний.
Таблица.
Тип сердечника
Количество пробитий бронеплиты при 10 попаданиях
250 м
280 м
300 м
Прототип.
100%
8
5
Патрон с сердечник конической головной частью
Предлагаемое техническое решение.
100%
8
7
Патрон с сердечником конической головной частью в виде оживального конуса с радиусом оживало равным (0,87-13,28)d.
Как видно из результатов сравнительных испытаний, предлагаемый патрон имеет более высокую пробивную способность (количество пробитий на 300 м) по сравнению с прототипом.
Таким образом, совокупность всех указанных в формуле соотношений конструктивных параметров патрона обеспечивает создание патрона, который имеет более высокие характеристики по пробивному действию. Данные соотношения и полученные данные по механизму разрушения металлической брони могут быть использованы для создания патронов различного калибра.