ПАТРОН БРОНЕБОЙНЫЙ

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.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявляемому патрону (прототипом) является патрон повышенной пробиваемости, известный из патента RU 2438092.
1С
1/2
Известный патрон повышенной пробиваемости 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, 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. Кроме этого твердый сплав сердечника имеет предел прочности на сжатие не менее 4000 МПа, коэффициент интенсивности напряжений K 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.
В основу полезной модели поставлена задача повышения поражения живой силы, расположенной 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.
1С
1/2
Указанный технический результат достигается заявляемым патроном бронебойным, 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 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 K 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.
Изменение соотношений конструктивных параметров вышеуказанных пределов заметно повлияет на характеристики патрона бронебойного.
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 K 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 числа сердечников, которые хрупко разрушаются, при пробитии брони достигается за счет выполнения сердечника оптимального по свойствам материала и геометрической форме. Изготовление сердечника в виде тела вращения, соединенных между собой конусообразной головной части, длина которой равна (0,52-2,41)d, хвостовой части в форме цилиндра, иди 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 (Q,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 калибр пули, 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 происходит значительное повышение температуры, и давления за короткий промежуток времени. 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, где d - калибр пули, 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.
Как правило, с увеличением калибра пули увеличивается и общая длина сердечника и время прохождения сердечником всей толщины брони. 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 сердечник остается целым, но при этом его запреградная скорость значительно снижается. При недостаточной скорости соударения сердечника с поверхностью брони, энергии не хватает, что бы расплавить металл и сердечник может остаться в броне. На фиг.1 показано (фото для эксперта) когда сердечник со скругленным острием конуса до 0.3 мм (прототип), только наполовину выходит из бронеплиты. Недостаток обусловлен неоптимальным соотношением геометрических параметров острия сердечника. Авторами предлагаемого технического решения установлено, что возможно реализация 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 и брони с реализацией механизма разрушения менее энергоемкого, а именно хрупкого разрушения тыльной стороны. Такой смешанный механизм пробития брони, по мнению авторов, возможен при наличии у сердечника в головной части контактной площадки, диаметр которой равен (0.018-0,25)d, где d - диаметр калибра пули, это подтверждают экспериментальные данные при фрактографическом исследовании внутренней поверхности пулевого отверстия в броне. Механизм хрупкого разрушения тыльной стороны брони реализуется сердечниками, имеющими контактную площадку в головной части сердечника. Наличие такой площадки большого размера может привести к разрушению самого сердечника. Проведенные исследования показали, что при наличии контактной площадки, диаметр которой равен (0.018-0,25)d, где d - диаметр калибра пули, внутренняя поверхность пулевого отверстие имеет различные зоны по отражательной способности на входном и выходном кратерах отверстия, тогда как внутренняя поверхности пулевого отверстия сердечником образованная сердечником прототипа практически не имеет такого четкого разделения. Отличие заключается в характерной зоне на выходе из отверстия (фиг 2. фото для эксперта). В первом случае (прототип) зона, в которой происходит откол частиц на выходе очень маленькая, и имеются отогнутые по ходу движения сердечника лепестки из металла брони. При этом лепестки не имеют зон долома и хрупкого разрушения у основания отгиба. Совсем другой механизм разрушения наблюдается при пробитии брони сердечником, у которого имеется контактная площадка в головной части. В данном случае, на выходе из отверстия, практически отсутствуют части брони в виде лепестков. Отчетлива, видна зона отрыва кусочков брони на выходе из отверстия. Наблюдаются зоны разрушения отрывом, характерные для хрупкого разрушения. 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.
Запредельное изменение указанных параметров контактной площадки конуса головной части сердечника патрона бронебойного 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.3 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.
0
0
1
1
2
1
1
2
2
3
3
1
1
2
2
3
3
На фиг.4 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 состоит из конуса 8.1.1, образованного прямой линией, и конусообразной части 8.1.2, образованной частью окружности. 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. 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, l - длина части сердечника 8.1.1, образованная радиусом окружности R, равным R=(0,31-10,28)d, длина l равна l=(0,01,-3,70)d, длина цилиндрической части l хвостового сердечника 8.2.1 равна l=(0,01-3,58)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 проводили сравнительные стрельбы с бронебойными патронами калибра 7,62 с твердосплавным сердечником изготовленным по прототипу. В качестве пробиваемого материала использовалась бронеплита марки 2П толщиной 10 мм на удалении 200 метров. Запреградное действие патрона оценивали по пробитию пакета сосновых досок толщиной 25 мм расположенному сразу за броней. Определяли глубину проникновения сердечника в пакет из досок и количеству осколков прошедших одну доску.
В таблице предоставлены результаты сравнительных испытаний.
Таблица.
Тип патрона
Процент пробития бронеплиты от зачетного % попаданий
Количество пробитых досок/Количество осколочных повреждений
200 м
250 м
300 м
200 м
250 м
300 м
Прототип. Твердосплавной сердечник, коническая головная часть с закруглением 0.33 мм.
100%
100%
10%
до 4/1-2
до 4/0-1
1/0
Предлагаемое техническое решение. Твердосплавной сердечник, коническая головная часть имеет контактную площадку, диаметр которой равен (0.018-0,25)d где d - калибр пули
100%
100%
30%
Свыше 6/4-6
5-6/3-5
2-3/3-4
Как видно из результатов эксперимента, предлагаемый патрон с сердечником имеющим контактную площадку, диаметр которой равен (0.018-0,25)d где d - диаметр калибра пули имеет более высокую запреградную скорость (количество пробитых досок больше) и количество значимых повреждений осколками бронеплиты 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.