БРОНЕБОЙНАЯ ПУЛЯ ПАТРОНА СТРЕЛКОВОГО ОРУЖИЯ

Полезная модель относится к боеприпасам стрелкового оружия, а именно к патронам с бронебойными пулями, и может быть использовано в военном деле и в специальных подразделениях силовых структур.
Известна бронебойная пуля патрона стрелкового оружия по патенту РФ №2133006 [1], которая состоит из бронебойного сердечника, алюминиевой рубашки и оболочки. Головная часть бронебойного сердечника открыта. Эта пули обладают большой бронепробиваемостью на сверхзвуковых скоростях.
Широкое применение в настоящее время нашла так называемая дозвуковая бронебойная пуля 9-мм патрона СП-6 (индекс 7Н9) [2]. Пуля состоит из тяжелого бронебойного сердечника, свинцовой рубашки и оболочки. Головная часть бронебойного сердечника пули открыта.
Наиболее близкой к заявляемой пуле является дозвуковая бронебойная пуля 12,7-мм патрона СЦ-130 ВПС [3]. Пуля содержит подкалиберный бронебойный сердечник, установленный в стальной цилиндрический корпус и рубашку. Сердечник снабжен баллистическим наконечником из полимерного материала и выполнен тандемным, одна часть которого (переднего) установлена в корпус по прессовой посадке, а другая (хвостового) - по скользящей. Сердечники изготавливаются из тяжелого сплава. Корпус термообработан и имеет ступенчатую форму, а рубашка пули установлена сверху корпуса по прессовой посадке. Головная часть переднего бронебойного сердечника пули открыта.
Указанная бронебойная пуля являются прототипом предлагаемой и имеет следующие недостатки:
- велика вероятность демонтажа пули при взаимодействии с броневой защитой под углом;
- передний сердечник имеет не совсем рациональную форму головной части для обеспечения взаимодействия пули с преградой в диапазоне углов встречи от 0 до 65°, отсчитываемых от нормали к преграде, без рикошетирования;
- сердечник в хвостовой части пули посажен в корпус по скользящей посадке и скорость его вращения будет нестабильной и меньше чем корпуса и переднего сердечника (вращение передается только за счет трения), что влияет на устойчивость пули в полете и на ее динамическую неуравновешенность в целом;
- повышенный износ канала ствола оружия при воздействии цилиндрической части термообработанного корпуса на поля нарезов оружия.
Технический результат выражается в устранении отмеченных недостатков без снижения бронепробивного действия пуль патронов стрелкового оружия на дозвуковых скоростях.
Указанный технический результат достигается за счет того, что в бронебойной пуле патрона стрелкового оружия, которая включает в себя подкалиберный бронебойный сердечник, рубашку и баллистический наконечник, новым согласно изобретению является то, что сердечник является цельнокорпусным с восьмигранной хвостовой частью в виде усеченной пирамиды для лучшего сцепления с корпусом, корпус изготовлен из прессматериала АГ-4С ГОСТ 20437-89, а головная часть сердечника имеет коническую форму с притуплением. Притупление головной части сердечника обеспечивает лучшее «закусывание» брони в момент встречи пули с преградой под углом, что способствует ее нормализации. Диаметр притупления составляет 0,27 диаметра сердечника.
Угол при вершине головной части сердечника не превышает 50°, что обеспечивает взаимодействие пули с преградой под углом до 65° без рикошета. При меньших углах заострения резко снижается прочность головной части сердечника [4].
В связи с тем, что плотность материала АГ-4С более чем в четыре раза меньше плотности стали, то предлагаемый корпус становится легче и центр масс бронебойной пули смещается к ее вершине, что делает ее более устойчивой в полете.
Изобретение поясняется рисунком (фиг.1), на котором изображена бронебойная пуля в разрезе.
Бронебойная пуля состоит из:
- подкалиберного сердечника 1 (см. фиг.1), частично цилиндрическая и хвостовая, в виде усеченной восьмигранной пирамиды, части которого установлены в корпусе 2, имеет коническую головную поверхность А с притуплением, поверхность с малым обратным конусом Б и технологическое центровое отверстие В;
- корпуса 2, изготавливаемого прямым прессованием из прессматериала АГ-4С ГОСТ 20437-89;
- баллистического наконечника 3 из полимерного материала, установленного на коническую поверхность Б сердечника;
- рубашки 4, имеющей технологическое центровое отверстие В для совместного соосного соединения с сердечником при формировании корпуса 2 методом прессования.
Принцип действия бронебойной пули по преграде заключается в следующем: во время встречи пули с броней подкалиберный бронебойный сердечник 1 головной частью «А» внедряется в нее, при этом баллистический наконечник 3, изготовленный из полимерного материала, разрушается, в результате чего сердечник 1, имеющий большую удельную кинетическую энергию (отношение кинетической энергии всей пули к площади поперечного сечения бронебойного сердечника) проникает в броневую защиту до встречи корпуса 2 с ней. После встречи корпуса 2 с броневой защитой он разрушается, рубашка 4, деформируясь, сходит с сердечника вместе с оставшейся частью корпуса, а бронебойный сердечник пробивает броню.
Для оценки технического результата определим параметры взаимодействия штатной бронебойной пули СЦ-130 ВПС (прототип) и предлагаемой с различными преградами, а также покажем количественно отдельные преимущества.
Как отмечалось выше, при выстреле стальной корпус штатной пули воздействует на поля нарезов канала ствола, вызывая их износ. При этом коэффициент трения скольжения сталь по стали составляет 0,15, а в предлагаемом варианте - пластмасса (прессматериал) по стали - 0,06, что в 2,5 раза меньше. Известно, что абсолютный износ прямопропорционален коэффициенту трения. Так снижение коэффициента трения в 2,87 раза приводит к снижению абсолютного износа в 11 раз [5]. В рассматриваемом варианте снижение абсолютного износа составляет 9,6 раза, т.е. живучесть канала ствола стрелкового оружия может быть повышена на порядок.
Для штатной пули патрона СЦ-130 ВПС (прототип) угол при вершине переднего сердечника составляет, в зависимости от радиуса оживала, около 90° и при углах встречи ее с преградой более 45°, отсчитываемых от нормали, сердечник контактирует поверхностью А, что приводит к рикошету пули. В предлагаемой бронебойной пуле с сердечником с конической головной частью и углом при ее вершине в 50° это явление будет наступать при углах встречи более 65°.
Расчет на прочность основных элементов предлагаемой пули произведем для момента времени, соответствующего ее внедрению в броневую защиту, как для случая наиболее напряженного состояния. Основным условием прочности в данном случае является не срезание корпуса и рубашки по диаметру сердечника под действием осевой силы инерции.
При решении задачи принимались следующие допущения:
- пуля воздействует на преграду по нормали и в процессе внедрения сердечник не деформируется;
- вся энергия пули расходуется на преодоление силы сопротивления преграды;
- прецессия и нутация пули отсутствуют;
- скорость внедрения пули в преграду мала, поэтому можно считать, что на сердечник пули действует только прочностная составляющая силы сопротивления преграды, величина которой принимается постоянной;
- прочностные характеристики материала корпуса и рубашки соизмеримы, поэтому для простоты расчета будем ориентироваться на материал корпуса, как наименее прочного.
В данном случае условие не срезание корпуса и рубашки по опасному сечению примет вид
ср
где τ - касательные напряжения в рассматриваемом сечении;
ос
с
F - осевая сила, действующая на внешнюю часть (с диаметром больше диаметра сердечника d) корпуса и рубашки при внедрении сердечника в преграду;
x
l - длина хвостовой части сердечника;
др
h - толщина дна рубашки;
ср
[τ] - допускаемые напряжения на срез;
в
σ - предел прочности материала корпуса на разрыв.
Найдем осевую силу инерции, действующую на внешнюю часть корпуса и рубашки. Для этого запишем уравнение движения сердечника при внедрении его в преграду
c
где m - масса сердечника;
- ускорение сердечника (пули);
- площадь поперечного сечения сердечника;
∂
H - динамическая твердость материала преграды.
Ускорение сердечника или пули найдем из уравнения движения пули
c
к
р
где m′=m+m+m - масса пули без баллистического наконечника;
к
m - масса корпуса;
р
m - масса рубашки.
Выразив из уравнения (3) ускорение пули и подставив его в выражение (2), окончательно получим
где динамическая твердость материала преграды определяется выражением [6]
НВ - твердость материала преграды по Бринеллю.
Тогда условие прочности в рассматриваемом сечении примет вид:
;
,
что значительно меньше допускаемого напряжения на срез
ср
в
7
7
а
[τ]=0,5σ=0,5·55·10=27,5·10 П.
Оценку бронепробивного действия (по толщине пробиваемой преграды b) штатной пули патрона СЦ-130 ВПС (прототип) и предлагаемой произведем по формуле Жакоб де Марра и по специально полученной для этой цели зависимости.
Формула Жакоб де Марра в преобразованном виде представляет выражение
где α - угол встречи пули с преградой, отсчитываемый от нормали к ней;
c
V - скорость встречи пули с преградой;
к - коэффициент, зависящий от формы головной части сердечника и материала преграды (для ударника с притупленной головной частью и брони средней твердости к=2200).
Для случая взаимодействия пули с преградой по нормали, проинтегрировав выражение (3), окончательно получим
c
c
7
Расчеты по зависимости (6) показывают, что бронепробиваемость штатной пули патрона СЦ-130 ВПС (прототип) на дальности 100 м (V=298 м/с) и предлагаемой (V=321 м/с) по броне средней твердости составляет 12,8 и 12,7 мм соответственно, а по стальной преграде (Ст.3, HB=156·10 Па) на той же дальности, рассчитанной по зависимости (7), - 26,7 и 26,5 мм, соответственно. Бронепробиваемость штатной пули патрона СЦ-130 ВПС и предлагаемой на дальности 100 м по броне средней твердости, рассчитанной по зависимости (7), составляет, соответственно, 14,9 и 14,8 мм. Относительная ошибка расхождения расчетных данных по зависимостям (6), (7) не превышает 15%.
∂
Начальная скорость предлагаемой пули рассчитывалось через дульную энергию (Е=3715 Дж при массе штатной пули клб. 12,7 мм патрона СЦ-130 ВПС, равной 76,08 г), которая для предлагаемой пули того же калибра составила 338 м/с.
Скорость встречи предлагаемой пули с преградой на различных дальностях оценивалась через ее поперечную нагрузку (отношение массы пули к площади ее поперечного сечения) и баллистический коэффициент.
Источники информации
1. Патент РФ №2133006, МКИ F41В 5/02, опубл. 1999.
2. Каталог «Оружие России». - М.: «Военный парад», 2001. - С.690.
3. Патент РФ №2284451, МКИ F42В 12/04, опубл. 2005 - прототип.
4. Галаш Ю.Ф., Королев В.А. Проектирование стрелково-пушечного, артиллерийского и ракетного оружия. Часть III. Основы проектирования патронов стрелкового оружия: Учебное пособие. - Пенза: ПАИИ, 2007.
5. В.И.Анурьев. Справочник конструктора-машиностроителя. Т.1. - М.: Машиностроение, 1979. - 728 с.
6. Дерябин П.Н. Вопросы безопасности жизнедеятельности личного состава силовых структур в прикладных задачах математики, физики и теоретической механики. - Пенза: ПГТА, 2007. - 188 с.