Hiện nay, các quân đội hàng đầu trên thế giới đã bắt đầu thực hiện các chương trình phát triển các loại vũ khí nhỏ mới (Ratnik ở Nga và NGSAR của Hoa Kỳ). Với hơn một thế kỷ kinh nghiệm trong việc phát triển các loại băng đạn đơn lẻ, và sau đó là các hộp đạn trung gian và xung lực thấp, cho thấy, giải pháp hứa hẹn nhất là phát triển tiên tiến các loại đạn mới.
Theo kết quả của Chiến tranh thế giới thứ hai, người ta kết luận rằng cần phải cải tiến thiết kế của loại đạn dễ tiêu hao nhất (băng đạn cho vũ khí nhỏ tự động) và mở rộng cơ sở tài nguyên cho việc sản xuất chúng.
Hộp mực có tay áo kim loại
Sự bão hòa của các đơn vị bộ binh với vũ khí tự động trong ngành công nghiệp quốc phòng đã gây ra tình trạng thiếu đồng, theo truyền thống được sử dụng đồng thau (dùng để chế tạo hộp tiếp đạn) và tompak (dùng để chế tạo vỏ đạn).
Giải pháp hiệu quả nhất cho vấn đề khan hiếm tài nguyên là sử dụng thép nhẹ, được phủ đồng trên cả hai mặt để chống ăn mòn, hoặc không tráng phủ, được sử dụng trong thời chiến để sản xuất cái gọi là lót thay thế. Trong thời kỳ sau chiến tranh, công nghệ phủ các ống bọc thép bằng một loại vecni đặc biệt đã được thành thục, giúp bảo vệ chúng khỏi độ ẩm và giảm ma sát trong buồng (lên đến một giới hạn nhiệt độ nhất định).
Mặc dù có các đặc tính kỹ thuật tương tự của thép nhẹ và hợp kim đồng, loại thép sau có ưu điểm về độ dẻo và khả năng chống ăn mòn. Lớp sơn mài của ống bọc thép có khả năng chống mài mòn thấp và trong quá trình nạp đạn, khi tiếp xúc với các bộ phận kim loại của vũ khí, có xu hướng bị hư hỏng và chuyển sang các yếu tố tự động hóa, vô hiệu hóa chúng. Nếu các hộp mực không sử dụng được lấy ra khỏi thùng sau khi kết thúc quá trình nung, vỏ của chúng sẽ bị mất lớp sơn mài do cháy hết khi tiếp xúc với bề mặt được nung nóng của buồng, sau đó chúng bị oxy hóa nhanh và các hộp mực trở nên không thích hợp để sử dụng tiếp.
Việc các binh sĩ bộ binh trang bị vũ khí tự động tiêu thụ nhiều hộp đạn là cơ sở cho việc tăng lượng đạn có thể đeo được bằng cách giảm trọng lượng của hộp đạn. Cho đến đầu những năm 1970, hướng chính của việc giảm trọng lượng của đạn đeo được là chuyển đổi trước tiên sang loại trung gian, sau đó là băng đạn xung lực thấp, do mong muốn tăng độ chính xác của hỏa lực tự động từ các vị trí khó xử. Sau khi sử dụng súng trường tấn công AK-74 và súng trường tự động M-16, nguồn dự trữ để giảm trọng lượng của loại đạn đeo trên người đã cạn kiệt - một nỗ lực sử dụng đạn quét nhẹ hơn đã cho thấy khả năng trượt gió ngày càng tăng của chúng.
Hiện tại, các loại đạn có lõi thép, áo chì và áo khoác tompak chủ yếu được sử dụng làm yếu tố nổi bật. Để tăng khả năng xuyên giáp, Quân đội Mỹ đã chuyển sang sử dụng đạn toàn kim loại của các loại đạn M80A1 EPR và M855A1 không có vỏ bọc chì, gồm vỏ và lõi bằng thép có đầu bằng thép và đuôi bismuth.
Hộp mực không đúc
Vào những năm 1980, ở Liên Xô và các nước NATO, một nỗ lực đã được thực hiện để giải quyết triệt để vấn đề tiêu thụ nguyên liệu cao của các loại hộp đạn cổ điển bằng cách chuyển sang sử dụng đạn không tiền mặt. Tiến bộ lớn nhất theo hướng này là do công ty Heckler und Koch của Đức, công ty đã tạo ra súng trường tự động HK G11, sử dụng hộp đạn DM11 không vỏ do Dynamit Nobel phát triển.
Tuy nhiên, hoạt động quân sự của một loạt 1000 khẩu súng trường HK G11 trong biên giới FRG đã cho thấy sự nguy hiểm của chúng đối với quân nhân do việc đốt cháy tự phát thường xuyên của các hộp đạn không đổi trong buồng, bất chấp cấu trúc của nó được tách ra khỏi nòng súng trường. Kết quả là, lính biên phòng Đức lần đầu tiên bị cấm sử dụng chế độ bắn tự động, và sau đó HK G11 bị loại bỏ hoàn toàn do vô nghĩa khi sử dụng nó như một vũ khí tự nạp hoàn toàn trong điều kiện tự động hóa quá phức tạp ( đồng hồ chim cu gáy”).
Hộp mực có tay áo bằng nhựa
Nỗ lực tiếp theo nhằm giảm mức tiêu thụ nguyên liệu của các loại đạn vũ khí nhỏ và tăng lượng đạn có thể đeo được đã được thực hiện vào những năm 2000 tại Hoa Kỳ bởi AAI (nay là Textron Systems, một bộ phận sản xuất của Textron Corporation) như một phần của LSAT (Lightweight Small Arms Technologies)).
Như mong đợi, các hộp mực không đúc được ghi nhận là có khả năng đốt cháy tự phát trong buồng nòng, mặc dù thiết kế có thể tháo rời của nó, vì vậy lựa chọn trong chương trình LSAT được ưu tiên cho các hộp mực có ống bọc nhựa. Tuy nhiên, mong muốn giảm chi phí đạn dược đã dẫn đến việc lựa chọn sai loại nhựa: polyamide đã được sử dụng như vậy, loại nhựa này có tất cả các đặc tính cần thiết, ngoại trừ một, nhưng quan trọng nhất - nhiệt độ hoạt động tối đa của nó không vượt quá 250 độ C.
Quay trở lại những năm 1950, dựa trên kết quả kiểm tra thực địa, người ta xác định rằng nòng súng máy DP trong điều kiện bắn liên tục từng đợt có ngắt quãng để thay đổi cửa hàng nóng lên đến các giá trị sau:
150 bức ảnh - 210 ° C
200 ảnh - 360 ° C
300 bức ảnh - 440 ° C
400 bức ảnh - 520 ° C
Nói cách khác, trong điều kiện chiến đấu căng thẳng, sau khi sử dụng hết hai trăm viên đạn đầu tiên, nòng súng máy hạng nhẹ được đảm bảo đạt đến điểm nóng chảy của polyamit.
Liên quan đến tình hình này, chương trình LSAT đã bị đóng cửa vào năm 2016 và trên cơ sở đó, chương trình CTSAS (Hệ thống vũ khí nhỏ dựa trên kính thiên văn) đã được khởi động với mục đích phát triển hộp mực kính thiên văn trên cơ sở vật liệu mới. Theo một cuộc phỏng vấn với Corey Phillips, Quản trị viên Chương trình Quân đội Hoa Kỳ cho thefirearmblog.com vào tháng 3 năm 2017, polyimide kỹ thuật chịu nhiệt tốt nhất cho đến nay, polyimide, đã được chọn cho vật liệu ống nhựa, với nhiệt độ hoạt động tối đa là 400 ° NS.
Polyimide làm vật liệu của hộp đựng hộp mực cũng có một đặc tính có giá trị khác - khi được làm nóng trên mức quy định, nó sẽ cháy mà không tan chảy do giải phóng các chất dễ bay hơi không làm nhiễm bẩn khoang hộp, trong khi bề mặt cháy của hộp mực đóng vai trò như một vật liệu chống ma sát tuyệt vời khi nó được chiết xuất sau khi bắn. Độ bền của vành lót được cung cấp bởi một mặt bích kim loại.
Nhiệt độ 400 độ là giới hạn cho phép để nung các thùng vũ khí nhỏ, sau đó chúng bị cong vênh, vì nhiệt độ ủ công nghệ của các thùng là từ 415 đến 430 độ. Tuy nhiên, độ bền kéo của polyimide ở nhiệt độ 300 độ trở lên giảm xuống 30 MPa, tương ứng với áp suất buồng 300 atm, tức là một bậc của độ lớn nhỏ hơn mức áp suất tối đa của khí dạng bột trong các mô hình vũ khí nhỏ hiện đại. Khi cố gắng tháo một hộp đựng hộp mực đã qua sử dụng ra khỏi khoang của thiết kế cổ điển, mặt bích kim loại sẽ bị xé ra cùng với một thanh ram đẩy phần còn lại của hộp hộp mực ra khỏi nòng.
Việc đốt nóng hộp mực trong khoang của thiết kế cổ điển có thể được kiểm soát ở một mức độ nhất định bằng cách bắn từ một chốt mở (súng máy), nhưng trong trường hợp bắn cường độ cao và bắn từ một chốt đóng (súng máy và súng trường tự động), việc làm nóng hộp mực trên 400 độ là điều gần như không thể tránh khỏi.
Hộp mực có tay áo bằng nhôm
Một thay thế khác cho hợp kim đồng là hợp kim nhôm, được sử dụng trong vỏ của hộp đạn súng lục nối tiếp, trong quá trình phát triển thử nghiệm hộp đạn súng trường và trong các phát bắn nối tiếp cho pháo tự động GAU-8A 30 mm. Thay thế đồng bằng nhôm cho phép bạn loại bỏ hạn chế về cơ sở tài nguyên, giảm chi phí hộp tiếp đạn, giảm 25% trọng lượng của đạn và theo đó, tăng tải trọng đạn có thể đeo.
Năm 1962, TsNIITOCHMASH đã phát triển hộp mực thử nghiệm cỡ nòng 7, 62x39 mm với ống bọc bằng hợp kim nhôm (mã GA). Các lớp lót có một lớp phủ graphite chống ma sát. Để ngăn chặn sự ăn mòn điện hóa, cốc đựng viên nang được làm bằng hợp kim nhôm.
Tuy nhiên, việc sử dụng các ống bọc như vậy bị cản trở bởi đặc tính tiêu cực duy nhất của chúng - sự bốc cháy tự phát của nhôm và các hợp kim của nó trong không khí khi được nung nóng đến 430 ° C. Nhiệt đốt cháy nhôm rất cao và lên tới 30,8 MJ / kg. Bề mặt bên ngoài của sản phẩm có thể tự cháy khi nung nóng đến nhiệt độ xác định và tăng tính thấm của màng oxit đối với oxy trong không khí hoặc khi nung nóng đến nhiệt độ thấp hơn trong trường hợp màng oxit bị hư hỏng. Màng oxit gốm không dẻo (độ dày ~ 0,005 micron) bị phá hủy khi ống bọc kim loại bằng nhựa bị biến dạng dưới tác dụng của áp suất khí đẩy, tính thấm của màng oxit đạt được do quá trình nung nóng trong quá trình nung cường độ cao. Vải lót chỉ bốc cháy tự nhiên trong không khí sau khi chiết xuất từ thùng, nơi duy trì sự cân bằng oxy âm trong quá trình đốt cháy bột.
Do đó, vỏ nhôm chỉ trở nên phổ biến như một phần của hộp đạn súng lục cỡ 9x18 PM và 9x19 Para, cường độ bắn và nhiệt độ đạt được trong buồng không thể so sánh với các chỉ số này của súng máy, súng trường tự động và súng máy.
Nhôm cũng được sử dụng trong hộp mực dài 6x45 SAW thử nghiệm, ống bọc của hộp được trang bị một lớp lót silicon đàn hồi giúp thắt chặt các vết nứt trên màng kim loại và oxit. Tuy nhiên, quyết định này đã dẫn đến sự gia tăng kích thước tuyến tính của hộp mực, kích thước liên quan của bộ thu và theo đó là trọng lượng của vũ khí.
Một giải pháp khác nhưng được đưa vào sử dụng là đạn pháo 30x173 GAU với ống bọc bằng hợp kim nhôm. Điều này trở nên khả thi do việc sử dụng một điện tích đẩy "lạnh" phân tử thấp đặc biệt. Thế nhiệt hóa của bột tỷ lệ thuận với nhiệt độ cháy và tỷ lệ nghịch với khối lượng phân tử của các sản phẩm cháy. Chất đẩy nitrocellulose và pyroxylinic cổ điển có trọng lượng phân tử là 25 và nhiệt độ cháy là 3000-3500 K, và trọng lượng phân tử của chất đẩy mới là 17 ở nhiệt độ cháy 2000-2400 K ở cùng một xung động.
Tay áo kim loại thiêu kết đầy hứa hẹn
Kinh nghiệm tích cực khi sử dụng súng bắn đạn pháo có ống bọc nhôm khiến chúng ta có thể coi kim loại này là vật liệu cấu tạo cho các hộp đựng hộp chứa vũ khí cỡ nhỏ (ngay cả khi không có thành phần thuốc phóng đặc biệt). Để xác nhận tính đúng đắn của sự lựa chọn đã chỉ định, nên so sánh các đặc điểm của tấm lót bằng đồng thau và hợp kim nhôm.
Đồng thau L68 chứa 68% đồng và 32% kẽm. Mật độ của nó là 8,5 g / cm3, độ cứng - 150 MPa, độ bền kéo ở 20 ° C - 400 MPa, độ giãn dài khi kéo - 50 phần trăm, hệ số ma sát trượt trên thép - 0,18, điểm nóng chảy - 938 ° C, vùng nhiệt độ của độ giòn - từ 300 đến 700 ° C.
Để thay thế cho đồng thau, người ta đề xuất sử dụng hợp kim nhôm với magiê, niken và các nguyên tố hóa học khác với phần thể tích không quá 3% để tăng tính đàn hồi, nhiệt và đúc mà không ảnh hưởng đến khả năng chống lại của hợp kim. ăn mòn và nứt dưới tải trọng. Độ bền của hợp kim đạt được bằng cách gia cố nó bằng các sợi nhôm oxit phân tán (đường kính ~ 1 μm) với tỷ lệ 20% thể tích. Bảo vệ chống tự bốc cháy bề mặt được cung cấp bằng cách thay thế màng oxit giòn bằng một lớp phủ đồng / đồng thau bằng nhựa (dày ~ 5 μm) được áp dụng bằng phương pháp điện phân.
Hỗn hợp gốm kim loại thu được thuộc loại gốm kim loại và được tạo thành sản phẩm cuối cùng bằng cách ép phun để định hướng các sợi gia cường dọc theo trục lót. Tính dị hướng của các đặc tính cường độ làm cho nó có thể duy trì sự tuân thủ của vật liệu composite theo hướng xuyên tâm để đảm bảo sự tiếp xúc chặt chẽ của các thành ống với bề mặt buồng dưới tác dụng của áp suất của khí bột để làm biến chất sau này.
Các đặc tính chống ma sát và chống co giật của lớp lót được đảm bảo bằng cách phủ một lớp phủ polyimide-graphite (độ dày ~ 10 micron) lên bề mặt bên ngoài của nó với các phần thể tích bằng nhau của chất kết dính và chất độn có thể chịu được tải trọng tiếp xúc 1 GPa và nhiệt độ hoạt động 400 ° C, được sử dụng làm lớp phủ cho các piston động cơ đốt trong.
Mật độ của gốm kim loại là 3,2 g / cm3, độ bền kéo theo hướng trục: ở 20 ° C - 1250 MPa, ở 400 ° C - 410 MPa, độ bền kéo theo hướng xuyên tâm: ở 20 ° C - 210 MPa, ở 400 ° C - 70 MPa, độ giãn dài khi kéo theo hướng trục: ở 20 ° C - 1,5%, ở 400 ° C - 3%, độ giãn dài khi kéo theo hướng xuyên tâm: ở 20 ° C - 25%, ở 400 ° C - 60 %, điểm nóng chảy - 1100 ° C.
Hệ số ma sát trượt của lớp phủ chống ma sát trên thép là 0,05 ở tải trọng tiếp xúc từ 30 MPa trở lên.
Quy trình công nghệ sản xuất ống bọc kim loại bao gồm ít hoạt động hơn (trộn kim loại với sợi, đúc ống tay áo, đốt nóng vành và lỗ khoan, mạ đồng, phủ lớp chống ma sát) so với số lượng hoạt động trong quy trình công nghệ chế tạo tay áo bằng đồng thau (đúc phôi, kéo nguội sáu đoạn, rèn nguội vành và cổ).
Trọng lượng của ống bọc đồng của hộp mực 5, 56x45 mm là 5 gram, trọng lượng của ống bọc bằng kim loại là 2 gram. Giá của một gam đồng là 0,7 US cent, nhôm - 0,2 US cent, chi phí của sợi alumin phân tán là 1,6 US cent, trọng lượng của chúng trong lớp lót không vượt quá 0,4 gam.
Gạch đầu dòng đầy hứa hẹn
Liên quan đến việc áp dụng lớp áo giáp lục quân 6B45-1 và ESAPI, không bị xuyên thủng bởi đạn của vũ khí nhỏ cầm tay có lõi thép ở cự ly 10 mét trở lên, người ta dự định chuyển sang sử dụng đạn bằng lõi hợp kim thiêu kết của cacbua vonfram (95%) và bột coban (5%) với trọng lượng riêng là 15 g / cc, không yêu cầu trọng lượng bằng chì hoặc bitmut.
Vật liệu chính của vỏ đạn là một viên đạn, bao gồm 90% đồng và 10% kẽm, mật độ 8,8 g / cc, nhiệt độ nóng chảy 950 ° C, độ bền kéo 440 MPa, độ nén cường độ là 520 MPa. độ cứng - 145 MPa, độ giãn dài tương đối - 3% và hệ số ma sát trượt trên thép - 0,44.
Do tốc độ ban đầu của đạn tăng lên 1000 mét / giây và tốc độ bắn lên 2000 viên trở lên / phút (AN-94 và HK G-11), Tombak không còn đáp ứng được yêu cầu. đối với vỏ đạn do nhựa nhiệt dẻo cao mài mòn lỗ khoan do hệ số ma sát trượt của hợp kim đồng trên thép cao. Mặt khác, đạn pháo được biết đến, trong thiết kế của đai dẫn đầu bằng đồng được thay thế bằng nhựa (polyester), hệ số ma sát của nó ở mức 0, 1. Tuy nhiên, nhiệt độ hoạt động của nhựa đai không vượt quá 200 ° C, bằng một nửa nhiệt độ tối đa của thùng vũ khí nhỏ cho đến khi bắt đầu cong vênh.
Do đó, với tư cách là vỏ của một viên đạn đầy hứa hẹn với lõi hoàn toàn bằng kim loại, người ta đề xuất sử dụng hỗn hợp polyme (độ dày ~ 0,5 mm) chứa polyimit loại PM-69 với các phần thể tích bằng nhau và graphit dạng keo với tổng mật độ 1,5 g / cc, độ bền kéo 90 MPa, độ bền nén 230 MPa, độ cứng 330 MPa, tải trọng tiếp xúc 350 MPa, nhiệt độ hoạt động tối đa 400 ° C và hệ số ma sát trượt trên thép 0,05.
Vỏ được hình thành bằng cách trộn các hạt oligomer polyimide và graphite, đùn hỗn hợp vào khuôn với một phần nhúng - lõi đạn, và nhiệt độ trùng hợp của hỗn hợp. Sự kết dính của vỏ và lõi đạn được đảm bảo nhờ sự xâm nhập của polyimide vào bề mặt xốp của lõi dưới tác động của áp suất và nhiệt độ.
Hộp mực kính thiên văn đầy hứa hẹn
Hiện tại, yếu tố hình thức tiến bộ nhất của một hộp vũ khí nhỏ được coi là kính thiên văn với việc đặt một viên đạn bên trong một bộ kiểm tra thuốc phóng được ép. Việc sử dụng một bộ kiểm tra dày đặc thay vì phí hạt cổ điển với mật độ khối lượng lớn hơn cho phép giảm chiều dài của hộp mực và các kích thước liên quan của bộ thu vũ khí tới một lần rưỡi.
Do thiết kế của cơ chế nạp đạn (buồng nòng có thể tháo rời) của các mẫu vũ khí cỡ nhỏ (G11 và LSAT) sử dụng hộp đạn dạng ống lồng, đạn của chúng được lắp chìm vào ống kiểm tra thuốc phóng bên dưới mép ống tay. Phần cuối mở của thuốc phóng phụ khỏi bụi bẩn và hơi ẩm bảo vệ một nắp nhựa, đồng thời hoạt động như một tấm bịt phía trước khi bắn (bằng cách chặn mối nối giữa khoang có thể tháo rời và nòng súng sau khi đạn xuyên phá). Như thực tiễn hoạt động quân sự của hộp đạn kính thiên văn DM11 đã cho thấy, phương pháp lắp ráp hộp đạn như vậy, không tạo được điểm nhấn cho viên đạn ở lối vào của đạn, dẫn đến biến dạng của viên đạn khi bắn và do đó, mất độ chính xác.
Để đảm bảo trình tự hoạt động cụ thể của hộp mực ống lồng, điện tích đẩy của nó được chia thành hai phần - phần điện tích chính có mật độ tương đối thấp (với tốc độ cháy cao hơn), nằm trực tiếp giữa viên nang và đáy viên đạn, và Điện tích thứ ba có mật độ tương đối cao hơn (với tốc độ cháy thấp hơn), nằm đồng tâm xung quanh viên đạn. Sau khi mồi bị xuyên thủng, điện tích sơ cấp được kích hoạt trước tiên, đẩy viên đạn vào lỗ khoan và tạo ra một áp suất tăng cho điện tích thứ cấp, làm di chuyển viên đạn trong lỗ khoan.
Để giữ bộ kiểm tra phí phụ bên trong hộp mực, các cạnh của đầu mở của ống bọc được cuộn lại một phần. Việc giữ lại viên đạn trong hộp đạn được thực hiện bằng cách ép nó vào khối của điện tích thứ cấp. Đặt một viên đạn dọc theo toàn bộ chiều dài của nó theo các kích thước của ống bọc làm giảm chiều dài của hộp mực, nhưng đồng thời tạo ra một thể tích trống của ống bọc xung quanh phần hình bầu dục của viên đạn, dẫn đến tăng đường kính của hộp hộp đạn.
Để loại bỏ những thiếu sót này, một cách bố trí mới của hộp mực ống lồng được đề xuất, nhằm sử dụng cho các loại vũ khí nhỏ với buồng nòng tích hợp cổ điển với bất kỳ loại cơ chế nạp đạn nào (bằng tay, động cơ khí, thùng di chuyển, khóa nòng bán tự do, v.v..) và phương pháp bắn (với đạn bắn phía trước hoặc phía sau).
Hộp mực được đề xuất được trang bị một viên đạn kéo dài phần hình bầu dục của nó ra ngoài ống bọc và do phần này nằm chống lại đường đạn đầu vào của nòng súng. Thay vì một nắp nhựa, phần đầu hở của thuốc phóng được bảo vệ bằng một lớp sơn bóng chống ẩm khi bắn ra ngoài. Một số sự gia tăng về chiều dài của hộp mực được đề xuất so với các hộp mực ống lồng đã biết được bù đắp bằng sự giảm đường kính của nó do loại bỏ các thể tích chưa được lấp đầy bên trong ống bọc.
Nói chung, hộp mực ống lồng được đề xuất sẽ tăng 1/4 số hộp đạn trong trang bị của lính bộ binh, cũng như giảm tiêu thụ vật liệu, cường độ lao động và chi phí sản xuất hộp đạn.
