Пробить СИБ. Теория |
CВАТЕЕВ ВИКТОР АЛЕКСЕЕВИЧ svateevVA@inbox.ru |
В предыдущей части "Пробить СИБ" показано:
— Давно состоящие в штате средства индивидуальной бронезащиты (СИБ) не пробивает никакая автоматная пуля, а винтовочная — только с дорогостоящим вольфрамовым сердечником и только до 310м;
— Технологии экспериментальных СИБ позволяют защитить от любой современной пули, в том числе от винтовочной с вольфрамовым сердечником;
— Из всех пуль, попадающих по цели в СИБ, в неприкрытые бронёй части тела попадает небольшая доля: от 1/5 на дальности 100м до 1/2 на дальности 400м.
Поэтому пробитие СИБ является актуальной задачей для стрелкового оружия и в апреле 2022 года US Army начала менять стрелковое оружие по программе NGSW.
Для оценки программы NGSW и наших программ с той же задачей вспомним теорию.
При разработке патрона обычно добиваются компромисса между убойным и пробивным действием пули, поскольку "на пробивное действие пули оказывают влияние ... те же факторы, которые влияют и на убойное действие, только это влияние качественно иное. То, что увеличивает убойное действие пули, уменьшает её пробивное действие." – монография "Патроны стрелкового оружия" [2], стр.15. Самым убедительным доказательством этому правилу являются экспансивные пули, что имеют максимально возможное убойное действие и крайне малое пробивное.
Но непробитое СИБ означает нулевое не только пробивное, но и нулевое убойное действие пули. Поэтому пробивное действие должно быть безусловным приоритетом.
Далее будет показано, как нарушив это правило, ЦНИИТОЧМАШ годами ходил по кругу при разработке патронов с оперённой подкалиберной пулей и в конце концов получил неудовлетворительный результат.
Пробивное действие можно вычислять по удельной энергии пули (кинетической энергии пули, отнесённой к площади её поперечного сечения) из монографии [2], формула 1.7.6 (в исходном виде).
Коэффициент k зависит от прочности, вязкости и плотности преграды, формы головной части пули и варьируется в очень широких пределах. Например, в монографии [2] указано, что k определяется опытным путём для каждого патрона по каждому типу преграды, а значения этого коэффициента указаны в интервале от 3 до 5 мм3/кгс*м, причём с набором оговорок: "по некоторым опытным данным, для пуль со стальными сердечниками, в зависимости от качества брони...". Поэтому в данном исследовании расчёт пробивного действия различных пуль по различным СИБ произведён напрямую по удельной энергии без пересчёта на бронепробиваемость – Расчёт.
Соотношение g÷πd2/4 – это поперечная нагрузка, то есть вес пули, который приходится на каждую единицу площади пятна её контакта с преградой, практически – это столб, длина пули. И чем больше этот столб – чем больше вес и меньше калибр – тем больше пробивная способность пули при прочих равных условиях.
Увеличение калибра пули (снаряда) увеличивает пробивное действие потому, что растёт и длина пули (снаряда). Если же увеличить калибр и оставить прежний вес, то пробивное действие уменьшится, поскольку уменьшится длина: "Увеличение калибра при сохранении равными прочих условий приводит к уменьшению пробивного действия" – [2], стр.15.
Но увеличение калибра для удлинения пули не является оптимальным решением. С ростом калибра растёт вес пули, следовательно, растёт импульс отдачи, вычисляемый по формуле 3.4.1 - [2].
Единственным полезным увеличением веса для пробивного действия пули (снаряда) является увеличение длины без увеличения диаметра или даже с уменьшением диаметра. Поэтому противотанковые бронебойные снаряды из болванок калибра 100-125мм превратились в ломы длиной до 1метра при диаметре от 18 до 30мм - Рис.1, развитие БОПС фирмы "Рейнметалл".
Вторым определяющим фактором пробивного действия согласно формулы 1.7.6 является скорость столкновения пули с преградой Vс. Поэтому начальная скорость современных бронебойных оперённых подкалиберных снарядов (БОПС) пушек составляет 1700-1900м/с. Это вдвое больше скорости калиберных пуль штатного стрелкового оружия. Следовательно, пули стрелкового оружия имеют достаточный запас увеличения скорости для качественного увеличения пробивного действия.
Скорость пули в формуле пробивного действия 1.7.6 участвует во второй степени, а в формуле импульса отдачи 3.4.1 – в первой. Следовательно, увеличивать пробивное действие лучше увеличением скорости пули, чем увеличением её веса, так как меньше возрастёт импульс отдачи.
С ростом скорости пули растёт и её убойное действие. ЦНИИТОЧМАШ установил, что убойное действие 3-мм оперённой подкалиберной пули марки СГС массой всего лишь 0,91г на скорости 1683-1700м/с равноценно калиберным пулям 12,7 и даже 14,5-мм (!), хотя при одинаковой скорости с калиберной пулей 700-800м/с пули СГС по убойному действию уступают 7,62-мм пулям автомата - Рис.2, убойное действие скоростной 3-мм ОПП марки СГС по книге В.Н. Дворянинова [1].
Увеличение скорости пули улучшает не только пробивное и убойное действия, но и точность стрельбы:
а) увеличивает настильность траектории, что увеличивает дальность прямого выстрела и глубину поражаемых зон за пределами прямого выстрела;
б) уменьшает все поправки: на движение цели, на ветер и другие метеоусловия, на угол места цели, на деривацию и прочие.
Например, более скоростная оперённая подкалиберная пуля по количеству попаданий превзошла пулю штатного винтовочного патрона в 1,8 раза - [1], стр.531.
ВЫВОД: увеличение скорости пули является универсальным способом улучшить как пробивное и убойное действия пули, так и точность стрельбы.
Движение снаряда в стволе описывается уравнением 1.20 - [3]. При одной и той же конструкции ствола (одинаковое R) увеличить ускорение пули (левая часть формулы 1.20) для увеличения начальной скорости Vо можно увеличивая либо давление газов Рсн, либо калибр S.
Увеличение давления Рсн влечёт проблемы с надёжностью оружия и его быстрый износ. Поэтому увеличивают S. Например, БОПС диаметра 20-40мм выстреливают из орудий калибра 120-140мм с помощью калиберного ведущего устройства (поддона). Поддон должен быть как можно легче, чтобы снизить общий вес снаряда g.
Уменьшение веса пули g увеличивает ускорение и, следовательно, увеличивает Vо. Но следует учитывать, что уменьшение веса пули g при неизменном калибре пули ухудшает баллистический коэффициент.
Баллистический коэффициент является обобщающей баллистической характеристикой пули. Чем меньше баллистический коэффициент, тем меньше пуля тормозится воздухом.
Рассчитывается баллистический коэффициент по формуле 2.1.1 из монографии [2], такая же формула 1.7.3 в учебнике для ВУЗов [4]. Поскольку вес пули g равен произведению её объёма на плотность материала, формулу 2.1.1 можно записать в виде 2.1.1(2).
Чем больше длина l и плотность материала пули ρ, тем меньше баллистический коэффициент и пуля меньше теряет скорость на траектории. Лёгкая пуля большого калибра всегда будет иметь большой баллистический коэффициент, то есть будет интенсивнее терять скорость на траектории с соответствующей потерей пробивного и убойного действий.
Коэффициент формы пули (снаряда) i для снарядов эталонной - наиболее распространённой – формы принят за единицу. Для снарядов других форм i необходимо определять экспериментально - [4], стр.28. Причём, даже незначительное изменение формы, например, некоторое притупление вершины пули, приводит к существенному изменению i и баллистического коэффициента в целом - [1], стр.536.
Формула пробивного действия 1.7.6 верна при обстреле металлической брони и при условии, что пуля или хотя бы её бронебойный сердечник не разрушаются преградой. Но бронекерамика современных СИБ разрушает сердечник, по крайней мере стальной - Рис.3, разрушение пули керамическим слоем бронепанели. Бронекерамика кратно твёрже стали любой марки и потому 6мм керамики на подложке из кевлара достаточно, чтобы полностью разрушить стальной сердечник пули - [13].
Для разрушенного сердечника в формуле 1.7.6 вместо диаметра (калибра) сердечника d надо применять диаметр, на который воздействуют осколки сердечника (пятно контакта). Поэтому пробивное действие разрушенного сердечника существенно меньше. Тем не менее, кинетическая энергия даже разрушенной пули (сердечника) никуда не исчезает, воздействует на преграду и если удельная энергия в пятне контакта оказывается больше той, которую выдерживает преграда, то преграда пробивается.
Диаметр пятна контакта зависит от типа разрушения, то есть от соотношения твёрдости сердечника и преграды, Например, бронепробиваемость пушки Pak.41 снарядом со стальным сердечником в 2 раза меньше, чем с сердечником из карбида вольфрама (неразрушающимся) - [18]. А для бронекерамики в статьях экспертов встречается другой коэффициент: бронекемика из карбида бора пробивается разрушающимся сердечником при скорости пули вдвое больше V50 - скорости, при которой 50% неразрушающихся сердечников пробило бы эту преграду - [13]. Этот коэффициент подтверждается следующими фактами:
— Пуля массой 6,5г со свинцовым (разрушающимся) сердечником на скорости 1450—1470м/с пробивала броневой лист толщиной 12мм - [16];
— Бронебойная пуля Б-32 пробивает 10мм брони на дальности 250м - Таблицы стрельбы [5], п.4.3. - где её скорость составляет 640м/с=(675+608)/2, что в 2,3 раза меньше скорости пули cо свинцовым сердечником, пробившей немного больше брони.
Источники:
[1] Боевые патроны стрелкового оружия, Книга 4, Современные отечественные патроны хроники конструкторов, В.Н. Дворянинов, Д`Соло, Климовск, 2015.
[2] Патроны стрелкового оружия, В.М. Кириллов, В.М. Сабельников, ЦНИИ информации, Москва, 1980.
[3] Внутренняя баллистика ствольных систем, Горохов М.С., ЦНИИ информации, Москва, 1985.
[4] Внешняя баллистика, А.А. Коновалов, Ю.В. Николаев, ЦНИИ информации, Москва, 1979.
[5] «Таблицы стрельбы по наземным целям из стрелкового оружия калибров 5,45 и 7,62 мм» МО СССР, ТС / ГРАУ №61, Военное издательство МО СССР, Москва, 1977 г.
[13] Advances in Ceramic Armour, Paul О Hazell, Military Tehnology, 2009, vol. XXXIII,No 4, p. 118-126
[16] Пуля Герлиха, Википедия [электронный ресурс];
[18] 7,5 cm PaK 41, Википедия [электронный ресурс] https://ru.wikipedia.org/wiki/7,5_cm_PaK_41.