Бронебойный оперенный подкалиберный снаряд ( APFSDS ), длинный дротик-пенетратор или просто боеприпас с дротиками — это тип боеприпасов с кинетической энергией, используемых для поражения современной бронетехники . В качестве вооружения основных боевых танков он приходит на смену бронебойному подкалиберному снаряду (APDS), который до сих пор используется в системах вооружения малого или среднего калибра.
Улучшения в мощных автомобильных силовых установках и подвесных системах после Второй мировой войны позволили современным основным боевым танкам включать в себя все более толстую и тяжелую броню, сохраняя при этом значительную маневренность и скорость на поле боя. В результате, для достижения глубокого пробития брони с помощью боеприпасов, стреляющих из пушки, потребовались еще более длинные противотанковые снаряды, выпущенные с еще большей начальной скоростью, чем это можно было бы достичь с помощью более коротких APDS-снарядов.
Первоначально основным дизайном бронебойного подкалиберного снаряда с кинетической энергией (КЭ) был бронебойный подкалиберный снаряд (APDS). Логическим продолжением было сделать снаряд длиннее и тоньше, чтобы увеличить его плотность сечения , тем самым концентрируя кинетическую энергию на меньшей площади. Однако длинный тонкий стержень аэродинамически нестабилен; он имеет тенденцию кувыркаться в полете и менее точен. Традиционно снарядам придавалась гироскопическая устойчивость в полете за счет нарезки ствола орудия, которая придавала снаряду вращение. До определенного предела это эффективно, но как только длина снаряда становится более чем в шесть или семь раз больше его диаметра, гироскопический эффект, придаваемый нарезкой ствола, становится менее эффективным. [1] Добавление плавников к основанию снаряда, подобно оперению стрелы , вместо этого придает снаряду устойчивость в полете. [2]
Вращение от стандартной нарезки снижает эффективность этих снарядов (нарезка добавляет трение и преобразует часть линейной кинетической энергии во вращательную кинетическую энергию, тем самым уменьшая скорость снаряда, дальность и энергию удара). Очень большое вращение у снаряда с плавниковой стабилизацией также может увеличить аэродинамическое сопротивление, еще больше снижая скорость удара. По этим причинам снаряды APFSDS обычно стреляют из гладкоствольных орудий, практика, которая была принята для танковых орудий западными и восточными блоками . Тем не менее, на ранних этапах разработки боеприпасов APFSDS использовались существующие пушки с нарезным стволом (и все еще используются), такие как 105-мм пушка M68/M68E1, установленная на основном боевом танке M60/A1/A3 , или британская 120-мм пушка Royal Ordnance L30 танка Challenger 2 . Для снижения скорости вращения при использовании нарезного ствола встраивается «скользящий обтюратор» (скользящее обтюрационное кольцо), который позволяет газам высокого давления запечатываться, но не передавать общую скорость вращения нарезов в снаряд. Снаряд все еще покидает ствол с некоторым остаточным вращением, но с приемлемо низкой скоростью. Кроме того, некоторая скорость вращения полезна для снаряда со стабилизатором, усредняя аэродинамический дисбаланс и повышая точность. Даже гладкоствольные снаряды APFSDS включают стабилизаторы, которые слегка наклонены, чтобы обеспечить некоторую скорость вращения во время полета; а также были разработаны стволы с очень малым твистом нарезов специально для стрельбы боеприпасами APFSDS.
КЕ-пенетраторы для современных танков обычно имеют диаметр 2–3 см (0,787–1,18 дюйма) и длину до 80 см (31,5 дюйма). По мере разработки более конструктивно эффективных конструкций пенетраторов-подкалиберных снарядов их длина имеет тенденцию к увеличению, чтобы поражать еще большую глубину брони в зоне прямой видимости. Концепция поражения брони с помощью длинного стержневого пенетратора является практическим применением явления гидродинамического проникновения. [3]
Несмотря на то, что практические материалы пенетратора и мишени не являются жидкостями до удара, при достаточно высокой скорости удара даже кристаллические материалы начинают вести себя как высокопластичные жидкости, поэтому многие аспекты гидродинамического проникновения применимы. [4] [5]
Длинностержневые снаряды проникают в жидкость в буквальном смысле, основываясь просто на плотности брони цели и плотности и длине пенетратора. Пенетратор будет продолжать смещать цель на глубину длины пенетратора, умноженной на квадратный корень из плотности пенетратора к цели. Сразу видно, что более длинные, более плотные пенетраторы будут проникать на большие глубины, и это формирует основу для разработки длинностержневых противоброневых снарядов. [4]
Таким образом, важными параметрами для эффективного пенетратора с длинным стержнем являются очень высокая плотность по отношению к цели, высокая твердость для проникновения через твердые поверхности цели, очень высокая вязкость (пластичность), чтобы стержень не раскалывался при ударе, и очень высокая прочность, чтобы выдерживать ускорения выстрела пушки, а также изменчивость удара по цели, например, попадание под косым углом и выживание после мер противодействия, таких как взрывоопасная броня. [4]
Хотя геометрия пенетратора адаптировалась к мерам противодействия реактивной броне , сплав тяжелого вольфрама (WHA) и сплав обедненного урана (DU) продолжают оставаться предпочтительными материалами. Оба они плотные, твердые, жесткие, пластичные и прочные; все исключительные качества подходят для глубокого проникновения в броню. Каждый материал демонстрирует уникальные проникающие качества, которые могут сделать его лучшим выбором для конкретного противоброневого применения.
Например, сплав обедненного урана является пирофорным ; нагретые фрагменты пенетратора воспламеняются после удара при контакте с воздухом, поджигая топливо и/или боеприпасы в целевом транспортном средстве, что значительно повышает летальность за броней. [ требуется ссылка ] Кроме того, пенетраторы с обедненным ураном демонстрируют значительное образование адиабатических полос сдвига . Распространенное заблуждение заключается в том, что во время удара трещины вдоль этих полос заставляют наконечник пенетратора непрерывно сбрасывать материал, сохраняя коническую форму наконечника, тогда как другие материалы, такие как вольфрам без оболочки, имеют тенденцию деформироваться в менее эффективный округлый профиль, эффект, называемый «грибовидностью». Образование адиабатических полос сдвига на самом деле означает, что стороны «гриба» имеют тенденцию отрываться раньше, что приводит к меньшей головке при ударе, хотя она все равно будет значительно «грибовидной». [ требуется ссылка ]
Испытания показали, что отверстие, просверленное снарядом DU, имеет меньший диаметр, чем у аналогичного снаряда из вольфрама. Хотя оба материала имеют почти одинаковую плотность, твердость, вязкость и прочность, из-за этих различий в их деформации обедненный уран имеет тенденцию проникать дальше эквивалентной длины вольфрамового сплава против стальных целей. [6] Использование обедненного урана, несмотря на некоторые превосходные эксплуатационные характеристики, вызывает политические и гуманитарные споры, но остается предпочтительным материалом для некоторых стран из-за более низкой стоимости и большей доступности, чем вольфрам. Сам вольфрам, как было обнаружено, биологически опасен и создает опасность воздействия лишь несколько меньшую, чем обедненный уран.
В некоторых странах, таких как Южная Корея , к вольфрамовым пенетраторам применяются специальные процессы термообработки , такие как многоступенчатая циклическая термообработка [7] [8] и контроль микроструктуры, для тонкого разделения металлических зернистых структур, что значительно улучшает грибовидную деформацию, которая была хронической проблемой для обычных вольфрамовых сплавов, увеличивая проникновение на 8–16% и ударную вязкость на 300%. Это приводит к тому, что микрочастичный вольфрамовый пенетратор вызывает самозатачивание, эквивалентное поведению пенетратора DU. [9] [10] [11] [12]
Типичные скорости снарядов APFSDS различаются в зависимости от производителя и длины/типа дула. В качестве типичного примера можно привести американский KEW-A1 General Dynamics с начальной скоростью 1740 м/с (5700 футов/с). [13] Это сопоставимо с ~914 м/с (3000 футов/с) для снаряда калибра 5,56 мм, выпущенного из винтовки M16. Снаряды APFSDS обычно работают в диапазоне от 1400 до 1800 м/с (от 4593 до 5906 футов/с). Выше минимальной скорости удара, необходимой для значительного преодоления параметров прочности материала цели, длина пенетратора важнее скорости удара; как показывает тот факт, что базовая модель M829 летит почти на 200 м/с (656 футов/с) быстрее, чем более новая модель M829A3, но имеет только примерно половину длины, что совершенно недостаточно для поражения современных бронированных массивов. [ необходима цитата ]
Усложняя ситуацию, когда рассматриваются зарубежные военные силы или рынки экспортных продаж, поддон, специально разработанный для запуска пенетратора DU, не может просто использоваться для запуска заменяющего пенетратора WHA, даже с точно такой же изготовленной геометрией. Два материала ведут себя по-разному под высоким давлением, высокими силами ускорения запуска, так что для поддержания структурной целостности внутри ствола требуются совершенно разные геометрии материала поддона (толще или тоньше в некоторых местах, если это вообще возможно). [ необходима цитата ]
Часто более сложной инженерной задачей является проектирование эффективного поддона для успешного запуска чрезвычайно длинных пенетраторов, длина которых в настоящее время приближается к 80 см (31 дюйм). Поддон, необходимый для заполнения канала ствола пушки при стрельбе длинным, тонким летящим снарядом, представляет собой паразитный вес, который вычитается из потенциальной начальной скорости всего снаряда. Поддержание структурной целостности канала ствола такого дальнего полета снаряда при ускорениях в десятки тысяч g является нетривиальной задачей и привело к переходу конструкции поддонов от использования в начале 1980-х годов легкодоступных недорогих, высокопрочных алюминиевых сплавов аэрокосмического класса, таких как 6061 и 6066-T6, к использованию высокопрочного и более дорогого алюминия 7075-T6, мартенситностареющей стали и экспериментального сверхвысокопрочного алюминия 7090-T6, а также к современным и дорогим пластикам, армированным графитовым волокном, с целью дальнейшего снижения паразитной массы поддона, которая может составлять почти половину стартовой массы всего снаряда. [13]
Лепестки отделяющегося подкалиберного снаряда летят с такой высокой начальной скоростью, что при отделении они могут продолжать движение на протяжении многих сотен футов со скоростью, которая может быть смертельной для войск и наносить ущерб легким транспортным средствам. По этой причине танкисты должны осознавать опасность для находящихся поблизости войск.
Подкалиберная игольчатая пуля была аналогом APFSDS в винтовочных боеприпасах. Винтовка для стрельбы игольчатыми пулями, Special Purpose Individual Weapon , разрабатывалась для армии США, но проект был заброшен.