Med prvo svetovno vojno so si bojevniki začeli uporabljati osebno oklepno zaščito za pehote v obliki jeklenih čelad in naramnic, ki jih na določeni razdalji ni bilo mogoče prebiti z naboji majhnega orožja z majhno hitrostjo. Trenutno SIBZ s kompozitnimi ploščami borovega karbida debeline 9 mm ne morejo prodreti oklepne krogle z jeklenim jedrom kalibrov 5, 45x39 mm, 5, 56x45 mm, 7, 62x39 mm, 7, 62x51 mm in 7, 62x54 mm na razdalji manj kot 100 metrov …
Za premagovanje te ovire strelne krogle strelnega orožja vse pogosteje uporabljajo jedro iz kompozitne zlitine volframovega karbida s kobaltom tipa VK8 z velikostjo zrn manj kot 1 μm, katerih največja moč pri upogibanju je 2 GPa, pri stiskanju 4 GPa pri trdoti HRA 85 enot. Še bolj obetavna je kovinska zlitina volframa tipa VNZh97 po analogiji z jedri oklepnih topniških granat. Vendar imajo plošče SIBZ tudi rezervo za povečanje upora tako s povečanjem odstotka borovega karbida v kompozitu kot z debelino plošč (ob upoštevanju težnje po prehodu na uporabo pasivnih eksoskeletov kot dela pehotne opreme).
Poleg tega je klasična krogla ogivalne lupine izredno neučinkovit nosilec oklepnega jedra, saj zahteva uporabo svinčenega plašča za prehod skozi narezovanje cevi, ne da bi jih uničila ob stiku s trdo zlitino jedra. Posledično se masa samega jedra zmanjša na minimum. Na primer, krogla kartuše 7N24M kalibra 5, 45x39 mm z bimetalnim plaščem, svinčenim plaščem in oklepnim jedrom iz zlitine VK8 tehta 4,1 grama, od tega je masa jedra le 1,8 grama. Poleg tega se pri trku s ploščo SIBZ del kinetične energije krogle porabi za drobljenje bimetalne lupine, prebadanje z oklepnim jedrom in odtrganje svinčenega plašča.
Učinkovitejša metoda povečanja prodora oklepa nabojev strelnega orožja je povečati njihovo začetno hitrost in zmanjšati površino prereza. Prvi ukrep poveča kinetično energijo krogle, drugi poveča specifično obremenitev v stiku krogle z oviro. Hitrost krogle je omejena z največjim tlakom praškastih plinov v cevi, ki trenutno doseže 4500 atmosfer in je določen z trdnostjo jekla cevi. To omejitev premagamo z zmanjšanjem mase in premera krogle, hkrati pa ohranimo isti premer izvrtine - t.j. s prehodom na podkalibre. Za vodenje krogle podkalibra v izvrtini se uporabljajo razviti vodilni pasovi na površini jedra ali polimerna paleta, katere gostota materiala je 9-11 krat manjša od gostote medenine ali svinca.
Prva konstruktivna rešitev na tem področju je krogla Nemca Harolda Gerlicha, razvita v prvi tretjini 20. stoletja in opremljena z dvema vodilnima stožčastima pasovoma. Krogla med letom se je stabilizirala z vrtenjem, narezana cev je imela spremenljiv premer, zožen proti koncu, kar je omogočilo doseganje enakomerne in večje učinkovitosti pri uporabi energije praškastih plinov. Posledično je krogla, težka 6,5 gramov, pospešila do hitrosti 1600 m / s in prebila jekleno ploščo debeline 12 mm na razdalji 60 mm. Vendar pa je bila cev s spremenljivim premerom predraga za izdelavo in natančnost streljanja s kroglami z vodilnimi pasovi, zmečkanimi med streljanjem, je pustila veliko želenega.
Druga oblikovalska rešitev na področju podkalibrskih krogel je razvoj ameriškega podjetja AAI, ki ga vodi njegov vodja Irwin Barr, ki je leta 1952 razvilo 12-metrsko puško, opremljeno z 32 udarnimi elementi v obliki puščice, ki so postavljeni v posodo. -tip potisne palete. Preskusi so pokazali, da imajo krogle v obliki puščice velik škodljiv učinek, vendar imajo nizko natančnost streljanja, ker po skupinskem odhodu iz cevi ni mogoče zagotoviti določene usmeritve leta krogel.
Iniciativno delo se je nadaljevalo v okviru raziskovalnega programa ameriške vojske SALVO. AAI je razvil vložek z eno kroglo XM110 kalibra 5, 6x53 mm z velikim podaljševalnim tulcem, opremljen z jekleno podkalibrsko kroglo v obliki puščice s premerom 1, 8 mm in repom kalibra. Kot vodilna naprava je bila uporabljena vlečna posoda iz magnezijeve zlitine, ki je bila po tem, ko je krogla izstopila iz cevi, razrezana na dele z nastavkom na gobcu. Streljanje je bilo izvedeno iz osebnega orožja z gladko cevjo, stabilizacijo krogle med letom pa je zagotovila repna enota. Aerodinamični poševi na ravninah odmikanja določajo majhno kotno hitrost vrtenja krogle, da bi povprečili vpliv na naravnost leta proizvodnih napak pri njeni izdelavi.
Med poskusi je bila razvita izboljšana različica kartuše 5, 77x57V XM645, v kateri je bila uporabljena kompozitna štiridelna vlečna posoda iz steklenih vlaken s teflonsko prevleko, ki je zaradi sil trenja zdržala na krogli v cevi in se razpadla na segmente pod vpliv zračnega pritiska po izstrelku krogle iz cevi. Dolžina vložka je bila 63 mm, dolžina krogle v obliki puščice 57 mm, teža krogle 0,74 grama, paleta 0,6 grama, hitrost gobca 1400 m / s
Vendar pa je moral AAI, da bi zagotovil največji raztezek krogle, podaljšati ohišje vložka, kar je zaradi velikega trenja v komori negativno vplivalo na zanesljivost mehanizma za ponovno polnjenje in tudi privedlo do povečanja velikosti in težo sprejemnika osebnega orožja.
Zato je bil v naslednjem programu ameriške vojske, imenovanem SPIW, vodilni vložek 5, 6x44 XM144, ki ga je razvil Frankfort Arsenal v obliki faktorja nizko-impulzne kartuše 5, 56x45 mm. Izboljšana različica vložka XM216 SFR je imela standardno pušo, dolžina kartuše je bila 49,7 mm, dolžina krogle v obliki puščice 45 mm, teža krogle 0,65 grama, teža palete 0,15 gramov, hitrost gobca krogle je bila 1400 m / s
Eksperimentalno streljanje v okviru programov SALVO in SPIW z uporabo podkalibrskih puščic z ultra nizko maso je pokazalo usodne pomanjkljivosti teh krogel-povečano bočno drsenje pod vplivom vetra in znatno odstopanje od določene poti, ko streljanje v dežju.
V Sovjetski zvezi je bil v začetku šestdesetih let prejšnjega stoletja na NII-61 (prihodnji TsNIITOCHMASH) pod vodstvom Dmitrija Širjajeva razvit prvi vložek 7, 62 / 3x54 mm s podkalibrsko kroglo v obliki puščice. Krogla v obliki puščice se je od ameriških kolegov razlikovala po večji masi, manjšem raztezku (3x51 mm), odsotnosti zožitve v predelu repa in, kar je najpomembneje, načinu povezovanja palete in krogle s pomočjo glavnika nanesena na gred puščice. Ta rešitev je omogočila potreben oprijem z večjim vlečnim naporom s strani palete za poganjanje krogle z maso, večkratno od njenih ameriških kolegov.
Dvodelna paleta je bila izdelana iz aluminijeve zlitine, zato je pri razletu po izstopu iz cevi predstavljala določeno nevarnost za sosednje strelce. Poleg tega se je aluminij intenzivno oprijemal površine izvrtine cevi, kar je zahtevalo suho čiščenje cevi na vsakih 100-200 posnetkov. Toda najbolj negativna lastnost krogel v obliki puščice se je izkazala za nizek smrtonosni učinek na delovno silo-hitre krogle so odlično prebile oklep in so, podobno kot igle, prešle skozi mehka tkiva, ne da bi povzročile udarno vodno kladivo in ne da bi oblikovale kanal rane velikega premera.
V zvezi s temi okoliščinami se je leta 1965 pod vodstvom Vladislava Dvoryaninova začel razvoj novega naboja kalibra 10/4, 5x54 mm s puščičasto kroglo spremenjene zasnove s težo, povečano na 4,5 grama. Med razvojem je bil polimerni material uporabljen za izdelavo palete, ki med strelom ne onesnažuje izvrtine cevi, repno zožitev gredi (kot pri ameriških kolegih) je bila uporabljena za povečanje balističnega koeficienta in prečni prerez gred je nastala v predelu glavnika in ravno na točki naboja z namenom, da se konstruktivno oslabi krogla za razbijanje na dva dela in prevračanje krogle v procesu prodiranja v mehka tkiva
Te tehnične rešitve so omogočile povečanje smrtonosnega učinka nabojev v obliki puščice, hkrati pa so zmanjšale stopnjo prodiranja osebne oklepne zaščite za pehote, saj krogla, ki gre skozi trdno pregrado, doživlja tudi upogibne obremenitve (naraščajo z povečanje kota stika krogle z oviro), ki vodijo do uničenja gredi krogle, dvakrat oslabljene (z glavnikom in rezom) v najbolj kritičnem odseku, neposredno ob točki. Dobiček v smrtonosnem delovanju in izguba v prodornem delovanju nista omogočila prevzema podkalibrskih krogel v obliki puščice, ki so jih oblikovali Dvoryaninov et al.
Študija procesa pretoka okoli različnih teles v vetrovniku z nadzvočnim pretokom zraka je pokazala, da imajo krogle v obliki puščice katere koli oblike neoptimalno aerodinamično obliko-ustvarijo pet front udarnih valov hkrati:
- glava spredaj;
- sprednji del na mestu prehoda točke na gred;
- spredaj na vodilnih robovih repa;
- spredaj na zadnjih robovih repa;
- sprednji del na točki repnega zoženja gredi.
Za primerjavo, krogla kalibra v obliki ogivala z nadzvočno hitrostjo ustvari le tri fronte udarnih valov:
- glava spredaj;
- spredaj na mestu prehoda konice v valjasti del;
- rep spredaj.
Najoptimalnejša z vidika aerodinamike nadzvočnega leta je stožčasta oblika krogle brez zloma generirajoče površine in brez repa, ki ustvarja le dve fronti udarnega vala: glavo in rep. V tem primeru je kot odpiranja sprednje glave konične krogle nekajkrat manjši od odpiralnega kota glave sprednje strani krogle zaradi manjšega kota odpiranja konice prvega v primerjavi z odpiralnim kotom drugi stožec. Poleg tega puščico v obliki puščice, izstreljeno iz gladkega cevi in odmotano med letom (zaradi kompenzacije proizvodnih napak) zaradi poševnin repa, odlikuje tudi povečano zaviranje zaradi izbire dela kinetike energije za odvijanje krogle.
V povezavi z navedenimi pomanjkljivostmi krogel v obliki puščice je na voljo inovativna kartuša z naslovom "Spear" / SPEAR, opremljena s podkalibrsko stožčasto kroglo s potisno posodo, ki ne potrebuje glavnika na telesu krogle.. Vložek je izdelan v teleskopski obliki, da se čim bolj zmanjša prostornina embalaže, ki je določena le z dolžino in največjim premerom tulca. Vložek je namenjen strelivu za osebno orožje, opremljeno s cevjo z izvrtino z ovalnim vijakom, izvrtano kot Lancaster z namenom zvijanja krogle pri prehodu skozi izvrtino cevi. Krogla med letom ohranja stabilnost zaradi giroskopskega momenta in zaradi premika težišča naprej glede na središče aerodinamičnega tlaka z oblikovanjem notranje votline v repu krogle.
Konična krogla, izstreljena iz cevi Lancaster, ima boljši balistični koeficient v primerjavi s kroglami in puščicami iz naslednjih razlogov:
- najmanjše število front udarnih valov, nastalih med nadzvočnim letom;
- brez izgube kinetične energije za predenje krogel zaradi vstopnega zračnega toka.
Tudi stožčasta krogla z notranjo votlino v repnem delu ima povečano sposobnost prodiranja - pri prehodu skozi trdno pregrado se repni del zmečka navznoter, premer osnove stožca pa se zmanjša na premer krogle v odsek začetka votline. Prečna obremenitev krogle se skoraj podvoji. V tem primeru ostane ostrina ohranjene stožčaste površine krogle večja od ostrine krogle enake dolžine. Odsotnost glavnika in prečni rezi na površini stožčaste krogle še povečajo njeno penetracijo v primerjavi s kroglo v obliki puščice, ki so jo oblikovali Dvoryaninov et al.
Hkrati ima konična krogla z notranjo votlino v repnem delu velik smrtonosni učinek, saj:
- je na robu stabilnosti zaradi nežnega naklona navoja vijaka Lancasterjeve izvrtine;
- po preboju oklepne pregrade se njegova stabilnost zmanjša zaradi drobljenja repnega dela in premika središča pritiska izven težišča.
Izguba kinetične energije za preboj oklepne pregrade v stožčasti krogli z notranjo votlino je na ravni puščicastih in ogivalnih krogel: v prvi se energija porabi za drobljenje telesa na območju votline, v drugem o rezanju repne enote, v tretjem v drobljenju in odtrganju lupine in srajce iz jedra.
Telo konične krogle funkcionalno ustreza jedru obložene krogle, ni svinčenega plašča, namesto lupine iz težke in drage medenine se uporablja paleta iz lahke in poceni plastike. Po drugi strani pa konična krogla najbolj racionalno uporablja trdnostne lastnosti svojega konstrukcijskega materiala v primerjavi s puščicasto kroglo, umetno oslabljeno na mestu glavnika in prečnega reza. Zato je mogoče maso stožčaste krogle v primerjavi z ogivalno in puščičasto kroglo z enako penetracijo znatno zmanjšati. To omogoča ekonomsko upravičeno izbiro gradbenega materiala stožčaste krogle v korist volframove kovinske zlitine, ki ima največjo gostoto.
Zaradi omejene notranje prostornine teleskopske kartuše je predlagana uporaba pogonskega polnila v obliki stisnjenega praška za preverjanje z dodatkom kristalnih zrnc HMX (katerih velikost je manjša od kritičnega premera eksplozije eksploziva)), da se zagotovi načrtovana stopnja zgorevanja naboja za izbrano dolžino cevi osebnega orožja. Da bi zmanjšali skupno težo vložka kot konstrukcijskega materiala tulca, se predlaga uporaba kompozitne zlitine aluminija in dispergiranih vlaken aluminijevega oksida, zaščitene s prevleko iz pocinkane medenine in prevleko iz polimernega materiala z grafitom, opisano v članku "Obetavne kartuše za orožje z naboji" ("Vojaški pregled" z dne 9. decembra 2017).
Naslednja tabela ponuja primerjalno oceno različnih vrst nabojev in nabojev za osebno orožje:
Kot je razvidno iz tabele, je kartuša "Spear" / SPEAR vodilna po minimalni količini embalaže, dolžini in teži, pa tudi po stranski obremenitvi krogle. Skupni zagonski moment njegove krogle, posode in praškastih plinov je za približno 1/3 višji od skupnega zagona odboja krogel in prašnih plinov vložka 5, 45x39 mm, medtem ko je energija gobca prvega presežena za 1/7 v primerjavi z drugim.
Poleg tega pri streljanju krogle v polimerno paleto iz cevi z vrtanjem z ovalnim vijakom praktično ni toplotne obrabe izvrtine cevi zaradi odsotnosti utorov. V zvezi s tem povečanje več kot 1,5 -kratne začetne hitrosti krogle ne bo vplivalo na vir osebnega orožja. Poleg tega neuničljiv strel ustvarja rezervo za povečanje stopnje požara v fiksnih rafalih na raven 2000-3000 nabojev na minuto, kar je priporočila komisija GRAU Ministrstva za obrambo Ruske federacije po rezultatih Abakana konkurenci, da bi povečali natančnost samodejnega streljanja z neprijetnih položajev.
Poleg streliva za osebno orožje se lahko vložek "Spear" / SPEAR uporablja kot strelivo za lovsko orožje s cevmi Lancaster tipa IZH-27 z uporabo standardnih plastičnih rokavov, napolnjenih z izklesanimi stožčastimi kroglami iz jekla ali medenine v segmentirani paleti, izdelani iz oblikovanega termoplasta. Ob ohranjanju odboja orožja na ravni streljanja običajnega strela z 12 metri se bo podkalibrska krogla, ki tehta 9 gramov, v 70-centimetrskem sodu pospešila do hitrosti 900 m / s, kar ustreza značilnostim Mosin tri-vrstna puška.
Geometrijske značilnosti različnih vrst stožčastih krogel (dolžina, kot odpiranja stožca, stopnja zaokroženosti / bikoničnost glave, prisotnost kontaktnega območja na konici za drobljenje oklepne pregrade ali ekspanzivna votlina za smrtonosnost streljanja na veliko žival, globino in debelino sten repne votline), ob upoštevanju določenih hitrosti letenja in ciljev, ki jih je treba zadeti, je mogoče določiti na podlagi simulacije prehoda krogel v zraku, gelu ali trdnem mediju z uporabo domačega programskega izdelka FlowVision.
