ПУЛЯ БРОНЕБОЙНАЯ С ОЖИВАЛЬНОЙ ГОЛОВНОЙ ЧАСТЬЮ СЕРДЕЧНИКА

Полезная модель относится к боеприпасам, в частности к пулям автоматным и винтовочным, имеющим сердечник из твердого сплава с высоким пробивным и запреградным действием.
Известно решение, направленное на повышение пробивной способности сердечника за счет оптимизации геометрических размеров сердечника и свойств материала, из которого он делается. Сердечник пули выполнен из твердосплавного материала и состоит из хвостовой части и головной части, имеющей оживальную форму с вершиной. Твердосплавный материал имеет предел прочности на сжатие более 4000 МПа, угол при вершине головной части составляет от 90 до 120°, а вершина головной части округлена радиусом (0,2-0,6) мм (RU 2254551).
Недостатком данного технического решения является недостаточная пробивная способность сердечника металлической брони свыше 5.0 мм.
Несмотря на то, что в данном решении прочность материала на сжатие не менее 4000 МПа, основным видом разрушения сердечника является скол хвостовика и головной части. В случае, когда сердечник не пробивает бронеплиту, он в ней застревает и у него разрушается хвостовик, который в контакт с материалом бронеплиты не входил. Недостаток обусловлен большим углом конуса при вершине головной части.
1С
1/2
Известна бронебойная пуля, содержащая оболочку, твердосплавный сердечник, имеющий головную и хвостовую части, и свинцовую рубашку, головная часть твердосплавного сердечника выполнена заостренной, длина сердечника равна (2,21-3,48)d, при этом твердый сплав сердечника содержит карбид вольфрама по массе 85-96%, имеет твердость HRA не ниже 85.0 единиц, предел прочности на изгиб не менее 2000 МПа, головная часть сердечника выполнена конусообразной формы, длина которой равна (0,58-3,70)d, хвостовая часть имеет форму цилиндра, или усеченного конуса, или соединенных между собой цилиндра и усеченного конуса, причем меньший диаметр усеченного конуса равен (0,71-0,86)d, больший диаметр усеченного конуса хвостовика равен диаметру цилиндра и диаметру головной части сердечника и равен (0,72-0,86)d, a длина цилиндра хвостовика равна (0,01-3,58)d, где d - диаметр калибра пули, поверхность сердечника полностью или частично имеет шероховатость не выше Ra 1,6, а масса сердечника равна 34-62% массы 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, конусообразная форма головной части сердечника имеет радиус закругления остроконечной части не более 0,3 мм, а хвостовая часть сердечника и/или головная часть имеет покрытие, выполненное одним из физических или химических методов осаждения металлов. (RU 2438096).
Недостатком известного решения является недостаточная запреградная пробивная способность сердечника пули при пробитии им металлической брони при увеличении калибра.
1C
Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемой пуле является пуля бронебойная, содержащая оболочку, твердосплавный сердечник, имеющий головную и хвостовую части, и свинцовую рубашку, длина сердечника равна (2,21-3,48)d, при этом твердый сплав сердечника содержит карбид вольфрама по массе 85-96%, имеет твердость HRA не ниже 85.0 единиц, предел прочности на изгиб не менее 2000 МПа, головная часть сердечника выполнена конусообразной формы, длина которой равна (0,58-3,70)d, хвостовая часть имеет форму цилиндра, или усеченного конуса, или соединенных между собой цилиндра и усеченного конуса, причем меньший диаметр усеченного конуса равен (0,71-0,86)d, больший диаметр усеченного конуса хвостовика равен диаметру цилиндра и диаметру головной части сердечника и равен (0,72-0,86)d, а длина цилиндра хвостовика равна (0,01-3,58)d, где d - диаметр калибра пули, поверхность сердечника полностью или частично имеет шероховатость не выше Ra 1,6, а масса сердечника равна 34-62% массы пули при этом головная часть сердечника имеет контактную площадку, диаметр которой равен (0,018-0,250d. Кроме этого твердый сплав имеет предел прочности на сжатие не менее 4000 МПа, коэффициент интенсивности напряжений К не ниже 8 МПа м1/2, хвостовая часть сердечника имеет фаску или радиус закругления до 0,15d, а 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 2012147315 от 28.11.2012 г.)
Недостатком известного решения является недостаточная запреградная поражающая способность пули при пробитии металлической брони.
Задача данного технического решения повышения 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 осколочными фрагментами брони образованными сердечником при выходе из брони.
1С
1/2
Указанный технический результат достигается заявляемой пулей бронебойной с оживальной головной частью сердечника, содержащей оболочку, твердосплавный сердечник, состоящий из головной и хвостовой части, свинцовую рубашку, 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 К не ниже 8 МПа м , головная часть сердечника выполнена конусообразной формы, длина которой равна (0,58-3,70)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 (0,71-0,86)d, больший диаметр усеченного конуса хвостовой части равен диаметру цилиндра и диаметру головной части сердечника и равен (0,72-0,86)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.
При пробитии металлической брони в точке контакта, за короткий промежуток времени, происходит значительное повышение температуры и давления. Авторами данного технического решения экспериментально установлено, что в месте контакта образуются области, с сильно локализованной пластической деформацией, называемые плоскостями адиабатического сдвига (ПАС), в окрестностях которых концентрируется тепло. Мгновенное деформирование металла приводит к локализованному нагреву контакта и катастрофическому разрушению брони в виде плавления. Имея контактную площадку на головной конусообразной части сердечника, диаметр которой равен (0.018-0,25)d, реализуется механизм пробития, который условно можно разбить на две стадии. Первая стадия - образованию ПАС концентрирующих тепло деформации, приводящие к плавлению металла, вторая стадия - хрупкое (откол) разрушение тыльной стороны бронеплиты. При реализации такого механизма пробития не происходит хрупкого разрушения сердечника, он сохраняет свою форму. Следует отметить, что первая стадия механизма пробития бронеплиты значительно выше по энергетическим затратам, на данной стадии затрачивается большая часть кинетической энергии пули.
Проведенные исследования показали, что при наличии контактной площадки, диаметр которой равен (0.018-0,25)d, внутренняя поверхность пулевого отверстие имеет различные по величине зоны хрупкого разрушения, в зависимости от конструктивного исполнения головной части сердечника. Максимальная зона хрупкого разрушения наблюдается на пулях с сердечником, головная часть которого выполнена в виде конуса оживальной формой с радиусом оживало равным (0,87-13,28)d.
При внедрения сердечника в броню, 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. На пулях с сердечником, головная часть которого выполнена в виде конуса оживальной формой с радиусом оживало равным (0,87-13,28)d. кроме сжатия материала брони под площадкой, происходит более интенсивная деформация боковых стенок пулевого отверстия. Потенциальная энергия деформации стенок совместно с ядром сжатия материала брони приводит к более раннему и большему по объему отрыву участка тыльной стороны бронированной плиты. Оптимальные параметры радиуса оживало конуса оживальной формы, обеспечивающие максимальную зону хрупкого разрушения, определены экспериментально.
1С
1/2
Оценка материала по микроструктуре позволяет проводить оптимизацию материала для сердечника пули бронебойной, 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, улучшает кучность и увеличивает дальность поражения в целом.
Изготовление сердечника в виде тела вращения, соединенных между собой конусообразной головной части, длина которой равна (0,58-3,70)d, хвостовой части в форме цилиндра, или усеченного конуса, или соединенных между собой цилиндра и усеченного конуса, причем меньший диаметр усеченного конуса равен (0,71-0,86)d, больший диаметр усеченного конуса хвостовой части равен диаметру цилиндра и диаметру головной части сердечника и равен (0,72-0,86)d, а длина цилиндра хвостовика равна (0,01-3,58)d, хвостовая часть сердечника имеет фаску или радиус закругления до 0,15d, позволяет снизить хрупкое разрушение сердечников при пробитии брони.
1
0
0
1
1
1
1
2
2
3
3
На фигуре 1 представлена конструкция заявляемой пули бронебойной с оживальной головной частью сердечника. Пуля 1, состоящая из биметаллической оболочки 2, свинцовой рубашки 3 и твердосплавного сердечника 4. Сердечник 4 состоит из головной части 4.1 и хвостовой части 4.2. Головная часть 8.1 выполнена 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 4 равна l=(2,36-3,48)d, длина головной части l сердечника 4.1 равна l=(0,52-2,41)d, Больший диаметр D усеченного конуса хвостовика равен диаметру цилиндра и диаметру головной части сердечника и равен D=(0,72-0,86)d, меньший диаметр D усеченного конуса равен D=(0,71-0,86)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 предлагаемой пули бронебойной 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
Пуля с сердечник конической головной частью
Предлагаемое техническое решение.
100%
8
7
Пуля 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 пули, которая имеет более высокие характеристики по пробивному действию. Данные соотношения и полученные данные по механизму разрушения металлической брони могут быть использованы для создания пуль различного калибра.
Проведенная оптимизация массы сердечника, геометрических параметров сердечника в зависимости от калибра пули и физико-механических свойств материала сердечника, с учетом проведенных исследований механизма разрушения сердечника, анализом существующих теорий разрушения преграды при внедрении в них объектов с высокой скоростью позволили создать пулю бронебойную с оживальной головной частью сердечника, превышающую аналоги и прототип по степени пробития бронебойной плиты.