Предельные патроны |
CВАТЕЕВ ВИКТОР АЛЕКСЕЕВИЧ svateevVA@inbox.ru |
После заявления Владислава Лобаева о начале испытаний "гиперзвукового снайперского патрона" объяснился и Концерн "Калашников", в оперативном управлении которого находится ЦНИИТОЧМАШ: "Мы должны оценить необходимость нового баллистического решения, оценить необходимость перехода на новый калибр. Сейчас научные исследования идут на эту тему. Потому что, вы знаете, американцы уже перешли на новые баллистические решения, уже есть контракт" - [49].
Напомню, что сейчас главной задачей для стрелкового оружия является пробить штатные и перспективные средства индивидуальной бронезащиты (СИБ) - Рис.1 (все рисунки открываются при нажатии). Штатное оружие всех армий мира до 7,62-мм винтовок включительно не пробивает СИБ даже в упор бронебойным патроном (любой подчёркнутый текст является ссылкой на другие страницы этого сайта). Именно задачу пробить СИБ пытаются решить американцы по программе NGSW, на которую намекнул президент Концерна "Калашников".
Поможем "Калашникову" и ЦНИИТОЧМАШу наконец-то "оценить необходимость" нового патрона и укажем пути создания такого патрона. А то они уже отстали от американцев на 6 лет - [6]. К тому же ЦНИИТОЧМАШ имеет богатый опыт "кормиться на одной теме добрых 17 лет".
Достоверные источники - Таблицы стрельбы [5] и [42], Наставление [43], книга В.Н. Дворянинова [1], сообщения разработчиков средств индивидуальной бронезащиты (СИБ), принятых на снабжение ВС России, а также испытания блогера Buffman - позволяют вычислить удельную энергию, которую современные СИБ выдерживают (0% пробития), при которой они пробиваются (80% пробития) и при которой ожидается пробитие перспективных СИБ на основе СВАО или СВМПЭ - Рис.2.
Как видим, стальной сердечник бронебойной пули FMJ AP, которым американец под ником Buffman пробил БЖ 6Б43, имел удельную энергию 103 Дж/мм2 (Джоулей на квадратный миллиметр). Сердечник на основе карбида вольфрама ВК8 (92% WC, 8% Co - [44]) пробивает преграды с удельной энергией меньше в среднем в 1,5 раза = (1,4+1,6)/2, следовательно, сердечник ВК8 пробъёт БЖ 6Б43 с удельной энергией 70 Дж/мм2. Сердечник из обеднённого урана имеет пробивное действие примерно на 10% лучше, чем ВК8 - [45]. Производители заявляют, что перспективные СИБ на 30% эффективнее, следовательно, для их пробития требуется удельная энергия стального сердечника 134 Дж/мм2, а карбид-вольфрамового 90 Дж/мм2. Причём, перспективные СИБ уже в 2023 году появились в продаже - Рис.1.
Основываясь на этой удельной энергии мы уже рассмотрели возможности патрона 10х100-мм BWA. Теперь рассчитаем предел калиберных 5,45, 7,62 и 10-мм патронов.
Причём, основными будем считать стальные сердечники потому, что во Вторую мировую войну из-за дефицита вольфрама Германия вынуждена была прекратить выпуск самых эффективных противотанковых пушек, рассчитанных на вольфрамовые сердечники, и разрабатывать новые пушки со стальными сердечниками. Сейчас история повторяется: "Конфликт на Украине увеличил мировой спрос на вольфрам и обострил дефицит этого металла в связи с наращиваем производства боеприпасов. Но вольфрама нет, а тот, который все же есть, находится в юрисдикции тех государств, от которых, возможно, в будущем придется обороняться. Больше 85% вольфрама добывается в Китае и меньше 5% в России" - [48]. И хотя нам угрозы от Китая нет, но добываем мы меньше 5% мирового вольфрама. На настоящую войну не хватит.
Увеличение поперечной нагрузки улучшает пробивное действие и баллистический коэффициент пули, что видно на Рис.3 по пулям с удлинением около 5 калибров - АК74, ПК и ОСВ-96 (баллистический коэффициент АКМ хуже, чем АК74, из-за плохого коэффициента формы в связи с малым удлинением 3,5). Но увеличить поперечную нагрузку путём увеличения удлинения более 5,5 калибров невозможно потому, что пули большего удлинения невозможно стабилизировать вращением - [4]. О пулях стабилизируемых оперением смотрите в конце страницы.
Поэтому для предельных патронов примем удлинение 5,5 калибров. Вес пуль и поперечная нагрузка рассчитаны из этого удлинения.
Основным ограничителем возможностей ручного (не станкового) стрелкового оружия является неспособность человека выдержать отдачу мощнее, чем у противотанковых ружей (ПТР) Великой Отечественной войны - Рис.3:
— импульс выстрела 87 Н;
— скорость отката оружия 5 м/с.
Компенсировать (уменьшить) импульс отдачи можно только встречным импульсом, то есть, одновременно с выстрелом пули вперёд выстрелить какую-либо массу назад. Например, импульс отдачи пороховых газов уменьшает дульный тормоз, который перенаправляет газы перпендикулярно импульсу отдачи или даже немного назад. Эффект дульного тормоза учтён на Рис.3 в том оружии, где тормоз имеется или планируется. Но никакой дульный тормоз не может компенсировать импульс отдачи пули. Существуют экспериментальные винтовки, где для компенсации импульса пули часть пороховых газов сразу после патронника по газоотводной трубке выбрасывается назад, за стрелка. По такому же принципу компенсируется отдача выстрела СПГ-9. Но такие винтовки не распространены потому, что имеют ограничения как у СПГ-9 или РПГ-7: сзади не должно быть людей или препятствий, из помещений малого объёма стрелять опасно, из положения лёжа стрелять опасно, выхлоп может повредить спину и ноги. Наконец, выхлоп демаскирует.
Отдачу можно амортизировать, то есть, растянуть время передачи импульса от оружия к стрелку и тем уменьшить мощность (силу отдачи в каждый момент времени её передачи к стрелку). Делают это через металлическую пружину, пневматический амортизатор или пружинящие материалы - резиновые, пластиковые и т.п. Например, откатывающийся ствол через пружину передаёт импульс отдачи на приклад и стрелка в 14,5-мм ПТРД, 12,7-мм винтовке М82А1 и даже 6,8-мм оружии NGSW. Амортизирующие затыльники приклада в обязательном порядке используются на 14,5-мм ПТР, на всех 12,7-мм винтовках, например, на Рис.4 приклад МЦ-572, и даже на 6,8-мм оружии NGSW - Рис.5. Демпфер в прикладе 12,7-мм винтовки Лобаева "DXL-5 Опустошитель", видимо, вместе с мягким затыльником имеет и пружины - [47].
Но все амортизаторы в большей или меньшей степени ухудшают кучность боя. Это видно на примере 12,7-мм винтовок: у МЦ-572 без пружин кучность 0,5-0,7 МОА - [46], у DXL-5 "Опустошитель" с демпфером 1 МОА - [47], у М82А1 с откатывающимся стволом 1,5-2 МОА.
При этом несмотря на все амортизаторы стрелки избегают тренироваться 12,7-мм патроном, имеющим импульс выстрела 51,8 Н и скорость отката 4 м/с - Рис.3. Потому что уже этот патрон приводит к последствиям для здоровья. Вот что сообщил телеканал "Звезда" Минобороны России в фильме "Военная приёмка. Антиматерия. Калибр 12,7":
"При использовании "антиматерии" удар снайпер получает в плечо, а накопительный эффект сказывается на голове. После 20-25 выстрелов в день может появиться головокружение, и это ещё не самое страшное. Есть ощутимая отдача, а есть ещё отложенный эффект - это отслоение сетчатки глаза. "И практически каждый стрелок, кто стрелял 12,7, он либо запаивал сетчатку, либо скоро будет это делать. У тебя начинает двоиться, плохо видишь в темноте и так далее" - наш собеседник Владислав Лобаев знает, о чём говорит. Много лет назад, в молодости он лично пережил это - отслоение сетчатки... В продолжение мысли ещё один факт: однажды нам довелось делать фильм о соревнованиях снайперов, когда на одной площадке собрались лучшие спецы Минобороны, Росгвардии, ФСБ, ФСО... Они стреляли с разных дистанций, в разных условиях, днём, ночью... но не было ни одного состязания с применением винтовки калибра 12,7-мм. Объяснение всё то же: соревнование - это спорт, а не война, ради этого не стоит лишний раз рисковать здоровьем, а риск есть" - [46].
Какой смысл в оружии, тренироваться с которым войска избегают?! А кто не избегает, тот через некоторое время теряет зрение! Оружие с предельной отдачей имело бы смысл, если бы только им можно было пробить СИБ. Но для пробития даже перспективных СИБ оружие с предельной отдачей не требуется. Как показано ниже можно создать оружие и пробивающее СИБ, и не калечащее своего стрелка. Поэтому ничем не оправданы упорные попытки создавать оружие с предельной отдачей - под патрон 12,7-мм или под "новые калибры" типа 10х100-мм с практически такой же отдачей - Рис.3.
ПТР весило 17-22 кг и его переносили двое бойцов, затруднено было и маневрирование в бою. Чтобы ручное стрелковое оружие осталось индивидуальным примем предельным вес автомата 5 кг, пулемёта и снайперской винтовки 10 кг.
Этот вес и скорость отката 5 м/с определяют предельный импульс выстрела автомата 25 Н, пулемёта и снайперской винтовки 50 Н, что ограничивает дульную скорость 10-мм предельной пули до 1250 м/с. Дульная скорость 5,45 и 7,62-мм пуль может быть 1800 м/с и больше.
Обращу внимание, что предельные импульсы выстрела указывают только на возможность стрелка кратковременно выдерживать их. Влияние предельных импульсов на кучность боя оружия рассмотрим ниже.
Оценим характеристики предельного ручного оружия на Рис.3:
— 10-мм: Самая большая дальность пробития СИБ. Однако, импульс выстрела как у 12,7-мм, скорость отката как у ПТРД времён Великой Отечественной войны. Обязательна амортизирующая подушка на затыльнике приклада и желателен пружинный амортизатор - откат ствола и т.п. Автомат и пулемёт не возможны. Снайперская винтовка возможна, но не целесообразна, поскольку стрелки будут избегать тренироваться на ней из-за указанных выше последствий для здоровья как у 12,7-мм.
Увеличение начальной скорости или калибра пули не имеет смысла, поскольку из-за роста отдачи стрелки начнут терять зрение или получать гематомы сразу после стрельбы таким оружием.
— 7,62-мм: Импульс выстрела в 2 раза больше ПК, скорость отката больше АКМ. Требуется амортизирующий приклад. Рассеивание очереди будет существенно хуже ПК, поэтому стрельба очередью эффективна только до 50-100 м. Целесообразна снайперская винтовка с дальностью пробития современных СИБ до 913 м, перспективных - до 759 м. Автомат и пулемёт не целесообразны.
— 5,45-мм: Импульс выстрела в 1,2 раза больше АКМ, скорость отката немного меньше АКМ и можно обойтись без пружинного амортизатора. Рассеивание выстрелов очереди будет несколько хуже АКМ и существенно хуже АК74, но на средней дальности действительный огонь очередью возможен, следовательно, целесообразны автомат и пулемёт. Дальность пробития стальным бронебойным сердечником современных СИБ до 562 м, перспективных - до 428 м, то есть, дальше рубежа безопасного удаления от разрывов снарядов своей артиллерии.
Уменьшение калибра нецелесообразно, поскольку приведёт к уменьшению поперечной нагрузки, следовательно ухудшению баллистического коэффициента и уменьшению дальности пробития СИБ.
Графики на Рис.6 и Рис.7 дают возможность определить скорость и удельную энергию по всей траектории не только для предельных, но и для пуль с меньшей начальной скоростью, соответственно, с меньшим давлением в каморе, важность чего показана ниже. Например, для 7,62-мм пули с начальной скоростью 1500 м/с по графику скорости предельной 7,62-мм пули находим, что предельная пуля имеет такую скорость на дальности около 275 м. Следовательно, для пули с начальной скоростью 1500 м/с и график скорости, и график удельной энергии сдвигаются влево на 275 м (имеют 0 м там, где у предельной 275 м). Отсюда, у пули с начальной скоростью 1500 м/с дальность пробития современных СИБ уменьшается до 638 м = 913-275 м, а перспективных до 484 м = 759-275 м.
Оружейники последнее время пытаются пробить СИБ калиберными пулями, для чего увеличили начальную скорость такой пули до примерно 1080 м/с. Например, патроны 6-мм ЦНИИТОЧМАШ, 6,8-мм NGSW или 10-мм BWA. Рассмотрим проблемы, которые пришлось при этом решать, и оценим проблемы, которые появятся при дальнейшем наращивании скорости калиберных пуль.
Чтобы увеличить начальную скорость калиберных 6,8-мм пуль NGSW до 1080 м/с, то есть на 150 м/с = 1080 - 930 м/с, давление газов в каморе пришлось увеличить на 170 МПа: "до аналогичных давлениям танковой пушки, то есть до 550 МПа, вместо обычных для 5,56-мм оружия давлений 380 МПа с патроном M855" - [8]. Конечно, у пуль разного калибра давление различается ввиду разной поперечной нагрузки. Но проблемы с давлением в каморе для калибра 6,8-мм дают представление об аналогичных проблемах для других калибров.
550 МПа привычная нам гильза не выдерживает. Так, гильзу NGSW пришлось делать двухкомпонентную - латунную со стальным дном - Рис.8. Аналогичные начальные скорости, следовательно, аналогичное давление в каморе имеют патроны 6-мм ЦНИИТОЧМАШ и 10-мм BWA. У этих патронов тоже необычные гильзы: у BWA дюралевая тоже двухкомпонентная без указания из какого металла дно - Рис.9, [41], у ЦНИИТОЧМАШ стальная гофрированная - Рис.10. Но проблемы, вызываемые давлением 550 МПа, пока решены не до конца. Так, 6-мм патрон после войсковой апробации требовал некой не уточняемой доработки, которая не проведена из-за наступления "лихих 90-х годов". Патрону NGSW пришлось поменять порох, назначить ещё один эксплуатационный тест и только если он будет успешным, то войсковые испытания пройдут в 2024 году вместо ранее планировавшегося 2023 года - [38]. Патрон BWA можно считать пока ещё в опытно-конструкторской разработке, сайт фирмы BWA стал недоступен.
А для достижения скорости 10-мм предельного патрона начальную скорость надо увеличивать ещё на 170 м/с = 1250 - 1080 м/с. И хотя утверждают, что патроны NGSW от SIG SAUER "регулярно работают при 70 ksi (482 МПа) и были протестированы при давлении до 103 ksi (710 МПа)... есть возможность разрабатывать более крупные патроны или патроны, которые развивают скорость больше футов в секунду" - [37], но "регулярно работают" только при 482 МПа, а проблемы даже при 550 МПа, как указано выше, не решены. Поэтому, давление для скорости 1250 м/с надо считать пока не достигнутой очередной целью. Это существенно выше, чем в танковых пушках!
И невозможно спрогнозировать даже список тех проблем, которые возникнут при давлении, необходимом для разгона калиберной пули до 1800 м/с, как у предельных 5,45 и 7,62-мм патронов на Рис.3.
Итак, предельное калиберное оружие могло бы удовлетворить современным требованиям, поскольку стальным сердечником могло бы пробить перспективные СИБ: 5,45-мм автомат и ручной пулемёт - до 428 м, 7,62-мм снайперская винтовка - до 759 м, смотрите Рис.3.
Однако, разработать предельное калиберное оружие пока невозможно. Получить предельную начальную скорость пули калибра до 7,62-мм невозможно по причине сверхвысокого давления в каморе. А предельное 10-мм оружие будет не точным не только очередью, но и одиночным огнём из-за обязательного амортизатора мощной отдачи, даже если проблемы с его давлением в каморе удастся решить.
По программе NGSW 6,8-мм пулю из автоматического оружия разогнали до примерно 1080 м/с, но пока не решили проблем с давлением, плюс получили большое рассеивание очереди из-за роста отдачи. При этом пуля NGSW со стальным сердечником сможет пробить только нынешние штатные СИБ и только до 115 м, а перспективные не сможет пробить даже в упор - Рис.3. Если же будет стрелять пулями с дорогостоящими карбид-вольфрамовыми сердечниками, то нынешние штатные СИБ пробъёт до 276 м, а перспективные - до 177 м, что меньше нынешних 300 м дальности действительного огня 5,56-мм М16-/М4 по пехоте, незащищённой СИБ. То есть, NGSW даже не восстановила дальность действительного огня стрелкового оружия, не говоря уж об увеличении этой дальности.
Калиберное оружие в тупике. Оно давно достигло предела своих возможностей.
Как указывает теория увеличить силу давления газов на пулю не увеличивая давления можно увеличив площадь, на которую воздействует это давление, то есть, увеличить калибр ствола не увеличивая вес (калибр) пули.
Один из видов подкалиберных пуль - SLAP, они же "саботированные" - давно и успешно применяют из пулемётов. Этот вид пуль удобен тем, что позволяет использовать имеющееся стрелковое оружие и его патроны, заменив в них калиберную пулю на подкалиберную в калиберном лёгком поддоне ("сабо"). Особенно подходит для этого оружие калибра 10-мм и больше. Например, 12,7-мм SLAP имеет V100 в 1,4 раза больше, чем калиберная пуля (3563 / 2594 фут/с) - ТТХ SLAP. Размеры этой SLAP на Рис.11 дают соотношение калибр поддона / калибр сердечника ~1,75.
Из этого соотношения можно оценить скорости SLAP других калибров. Например, если в патроне 10х100-мм BWA заменить 10-мм пулю на 5,45-мм SLAP, то её соотношение калибр ствола / калибр пули =1,83, отсюда V100 будет больше калиберной пули в ~1,5 раза = 1,83 / 1,7 * 1,4. Поскольку у 10х100-мм BWA V100 ~1024 м/с, то у SLAP 10/5,45х100-мм можно получить V100 ~1536 м/с = 1024 м/с * 1,5. То есть, тот самый гиперзвук, который обещал разработать Владислав Лобаев - [40] -, но который с калиберным патроном получить невозможно. Дальность пробития СИБ этим SLAP можно определить по графикам на Рис.6 и Рис.7 как указано выше.
SLAP c малым соотношением калибр ствола / калибр пули, например, 10/7,62-мм бесполезны ввиду малого увеличения скорости.
Вторым качественным шагом по увеличению дальности пробития СИБ является переход на оперённую пулю. Для неё удлинение может быть многократно больше 5,5 калибров, что качественно увеличивает поперечную нагрузку и улучшает баллистический коэффициент.
Эти азбучные истины давно известны и давно реализованы в бронебойных оперённых подкалиберных снарядах (БОПС), которые стоят на вооружении всех танков мира. БОПС весом несколько килограммов при давлении в каморе пушки всего 550 МПа вылетает со скоростью 1700-1800 м/с.
Более того, ещё в прошлом веке разработаны оперённые подкалиберные пули (ОПП) для стрелкового оружия, которые ЦНИИТОЧМАШ откровенно "заусовершенствовал". Недостатки ОПП - разлетающиеся поддоны - могли считаться причиной отказа от ОПП только в тех условиях, когда противник не был экипирован СИБ и мог быть поражён обычной калиберной пулей.
Известна также пуля Герлиха, то есть, пуля с фланцами, которые в коническом стволе обжимаются к телу пули. Это тоже подкалиберная пуля, поддон (фланец) которой не отделяется после вылета из ствола, а прижимается к телу пули и летит с ней. У обжимной пули свои недостатки - сложность производства как пули, так и ствола. Но в случае отработки технологии производства обжимная пуля предпочтительнее пули с отделяемым поддоном.
Сейчас каждый боец экипирован СИБ выдерживающим в упор калиберные пули до 7,62-мм винтовочной включительно, а перспективные СИБ, как на Рис.1, может не пробить даже 12,7-мм - Рис.3.
В "Телеграмме" на одних каналах наши снайперы СВО ведут счёт якобы поражённым целям и в подтверждение постят ролики, где в тепловизор часто видны искры, разлетающиеся от цели при попадании. А на соседнем канале наш производитель СИБ размещает ролики, где искры летят от СИБ при его НЕпробитии! То есть, если от цели полетели искры, значит попал в керамический СИБ. А пробить его можно не всеми патронами и недалеко - Рис.3. Поэтому при искрах надо считать цель не поражённой.
Так имеет ли смысл стрельба на большую дальность при нынешних скромных возможностях оружия по пробитию СИБ? И может быть хватит разработчикам оружия и патронов бодаться с законами физики? Не пора ли вернуться к подкалиберным пулям?
Источники:
[1] Боевые патроны стрелкового оружия, Книга 4, Современные отечественные патроны хроники конструкторов, В.Н. Дворянинов, Д`Соло, Климовск, 2015.
[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. ТС / ГРАУ №61, издание второе, дополненное, Министерство Обороны СССР, Военное издательство Министерства Обороны СССР, Москва-1977.
[6] Inside armys quest revolutionary new bullet, [Электронный ресурс] https://www.military.com/daily-news/2019/10/27/inside-armys-quest-revolutionary-new-bullet.html, 27 Oct 2019, обращение 24.04.2020 18:17.
[8] Программа вооружения отряда следующего поколения армии США, Энтони Уильямс, [Электронный ресурс] https://uklandpower.com/2018/10/19/the-us-armys-next-generation-squad-weapon-programme/
[37] AUSA 2019: Bids for US Army's Next-Generation Squad Weapon break cover, Дэниел Вассерб, 17 октября 2019, [Электронный ресурс] Janes, https://www.janes.com/defence-news/news-detail/ausa-2019-bids-for-us-armys-next-generation-squad-weapon-break-cover.
[38] Army ‘not declaring victory,’ NGSW fix improves fume and accuracy issues, ASHLEY ROQUE, on September 20, 2023 at 11:23 AM, [электронный ресурс] Breaking Defense, https://breakingdefense.com/2023/09/army-not-declaring-victory-ngsw-improvement-fix-fume-and-accuracy-problems/
[40] В России начались испытания гиперзвукового снайперского патрона, 03:22 19.09.2023 (обновлено: 10:31 19.09.2023), [Электронный ресурс] РИА Новости, https://ria.ru/20230919/patron-1897112130.html
[41] Blackwater Ammunition 10x100mm new cutting-edge caliber, January 23, 2020 - 5:15pm, [Электронный ресурс] GUNSweek, https://www.gunsweek.com/en/ammunition/
[42] Таблицы стрельбы по наземным целям из 12,7-мм пулемёта НСВС-12,7. ТС №6. Издание второе, стереотипное, Министерство обороны СССР, Москва, Военное издательство, 1989.
[43] Наставление по стрелковому делу. Противотанковое самозарядное ружъё обр. 1941 г. системы Симонова - ПТРС. Противотанковое однозарядное ружъё обр. 1941 г. системы Дегтярёва - ПТРД. Издание исправленное и дополненное, Народный Комиссариат Обороны, Военное издательство Народного Комиссариата Обороны, Москва - 1944.
[44] Материалы для сердечников пуль, А. Г. Колмаков, И. О. Банных, В. И. Антипов, Л. В. Виноградов и М. А. Севостьянов, Институт металлургии и материаловедения им. А. Байкова Российской академии наук, РОССИЙСКАЯ МЕТАЛЛУРГИЯ (METALLY), 2021 г., No 4.
[45] Частные вопросы конечной баллистики, В. А. Григорян, А. Н. Белобородько, Н. С. Дорохов и др; Под ред. В.А.Григоряна. - М.; Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана; 2006.
[46] Военная приёмка. Антиматерия. Калибр 12,7; телеканал "Звезда", 2023, [Электронный ресурс] https://tvzvezda.ru/schedule/programs/
[47] DXL-5 Опустошитель; LOBAEV ARMS, 08.11.2022, [Электронный ресурс] https://www.lobaevarms.ru/products/DXL-5-HAVOC/.
[48] Эксперт заявил, что конфликт на Украине обострил нехватку вольфрама, ТАСС, 30.10.2023, [Электронный ресурс] https://tass.ru/ekonomika/19150769.
[49] "Калашников" оценит необходимость модернизации патронов, РИА Новости, 02.11.2023, [Электронный ресурс] https://ria.ru/20231102/patrony-1907007077.html.
