Бронебойные снаряды будущего.

    В интернете имеется много сведений о БОПС (бронебойные оперенные подкалиберные снаряды), причем, многие источники указывают непомерно высокие ТТХ. Анализ представленного материала показал, что большинство источников совершенно некомпетентны в затронутом вопросе, а указанные ТТХ сильно завышены (как впрочем, и многие ТТХ ряда военных разработок самых разных эпох, от винтовок Маузер К89 и гранат Ф-1, до современных истребителей и ЗРК), на примере Ф-1 http://army.armor.kiev.ua/hist/granatarif.shtml. Если мой уважаемый читатель имеет хотя бы базовые познания в школьном курсе физики, и располагает достаточным запасом времени, он может прочитать всю публикацию, если нет, тогда достаточно прочитать только это краткое вступление и выводы, поверив автору на слово. Приятного чтения.

         История и теоретические основы.

   Острое противостояние между средствами защиты и нападения восходит корнями в глубь веков. Одним из примеров можно назвать модернизацию арбалетов, луков и доспехов в средние века. Современную страницу в гонке снаряда и брони принято отсчитывать с начала массового производства нарезных орудий и пироксилиновых порохов, то есть, примерно с 1870-х годов. Наиболее острое противостояние брони и снаряда вплоть до ПМВ наблюдалось в кораблестроении. Уже тогда были заложены основы баллистики бронебойных снарядов и первые фундаментальные труды по технологии производства бронированных конструкций.

    Появление на полях сражения ПМВ первых танков и бронемашин потребовало разработки мобильных средств поражения бронетехники. Одним из первых решений стала высоко импульсная немецкая винтовка калибром 7,92, оснащенная тяжелой пулей с сердечником из легированной стали. Ответом стало простое увеличение толщины брони. Одним из очень интересных решений отличились так же, немецкие конструкторы, в 1920-е годы инженер Г. Герлих спроектировал новый вид снаряда. Отличительной чертой данного снаряда стали мягкие ведущие пояски, которые при прохождении по коническому стволу сминались, что уменьшало сечение канала ствола и улучшало внешнюю баллистику снаряда. Практически единственной практической реализацией данного решения стало знаменитой орудие немецких парашютно-десантных войск PzB-41, отличавшееся для своего времени практически рекордной для данных весогабаритных характеристик начальной скоростью снаряда (если мне не изменяет память, что-то около 1470 м/сек). Снаряд имел бронебойный сердечник из плотного вольфрамового сплава, что позволяло с дистанции в 100 метров пробивать броню любого из тогда существовавших танков (под углом в 90*). Правда, на дистанции в 500 метров броне пробиваемость резко снижалась и составляла всего лишь около 30-35 мм. Кстати, калибр орудия был 28/25, то есть, снаряд в гильзе имел диаметр 28 мм, а к выходу из ствола 25 мм.

    Из основ баллистики мы знаем, что на кривой давления от длины ствола есть несколько ключевых точек: давление форсирования, максимальное давление, и дульное давление. В идеальных условиях можно попытаться приравнять эти три давления, тогда мы получим, что работа пороховых газов по разгону снаряда будет равна площади прямоугольника, ограниченного сверху величиной максимального давления в канале ствола, а по длине ограниченно длиной ствола. Но, это теория, за всю историю огнестрельного оружия было всего две ключевых революционных разработки, позволивших резко улучшить данную ситуацию: внедрение пироксилиновых порохов вместо дымных, и переход от прямоугольных (цилиндрических, сферических, пластинчатых, и иных простой формы) пороховых элементов к одноканальным и многоканальным пороховым элементам сложной формы. Так сказать, от дегрессивных порохов к прогрессивным. Еще можно отметить применение многостадийной диффузионной флегматизации пороховых элементов с поверхности, но, это решение имеет ряд недостатков, и применяется почти исключительно для сферических порохов стрелкового оружия. Другие разработки в этом направлении дали мало существенный эффект (например, переход от пироксилиновых порохов к более механически прочным баллиститам, применение графитовых покрытий, попытки использования составных пороховых элементов, пороха на основе смесевых твердых топлив (СТТ), и др.). Есть и очень смелые, но, как правило, весьма неудачные решения http://www.freepatent.ru/patents/2460033.

    Как результат, имеем очень вялый прогресс в области развития внутренней баллистики ствольных систем (имеется в виду, за последние 40-50 лет). То есть, максимальная энергия, которую мы можем дать снаряду, резко ограничена законом горения пороха, энергетикой пороха, длиной ствола, массой орудия, и пр. факторами.

     Если речь идет о повышении пробивного действия, тогда необходимо учитывать ряд требований:

 - Материал снаряда должен иметь максимальную твердость, что позволит ему “как нож в масло”, проткнуть любую броню.

 - Материал снаряда должен иметь максимальную плотность, что позволит ему иметь максимальную энергию при данной начальной скорости.

 - Снаряд должен иметь максимальную длину, что повысит поперечную нагрузку, то есть, количество энергии удара на единицу площади поверхности брони.

 - Снаряд должен быть достаточно острым, но, при этом, не должен ломаться при ударе о броню.

 - Разумеется, снаряд должен быть устойчивым в полете, иначе не будет обеспечен оптимальный угол встречи с броней.

     На рисунке 1 представлено положение вращающегося снаряда на траектории, для наглядности я указал красными овалами траекторию, описываемые кончиком снаряда. По мере падения скорости полета и частоты вращения снаряда, диаметр этой окружности увеличивается.

рисунок 1.

        Подкалиберные снаряды.

    Как уже было сказано выше, энергия, которую орудие может дать снаряду, строго лимитирована массой, калибром и размерами орудия, массой порохового заряда*, энергией МВВ (метательное взрывчатое вещество, или просто порох) и пр.

*КПД современных нарезных орудий составляет порядка 32-38%. То есть, если пороховой заряд имеет массу 1 кг, и теплоту сгорания равную теплоте детонации 1 кг ТНТ, тогда снаряд (вне зависимости от массы, формы и размеров) при КПД орудия в 35%, попав в цель с нулевой дистанции (пренебрежём потерями энергии в полете на дистанцию в несколько метров) должен нанести там такие же разрушения как в случае детонации 350 гр. ТНТ на поверхности мишени. К слову, теплота сгорания современных баллиститов отличается от теплоты детонации обычного ТНТ не более чем на 10-15%, теплота детонации гексогена несколько превышает теплоту сгорания любого метательного ВВ.

     Но, эту энергию можно дать снаряду массой 5 кг или снаряду массой 1 кг, какой же вариант лучше? Для ответа на данный вопрос, следует обратиться к известной со школьной скамьи формуле: кинетическая энергия движущегося тела равна половине произведения массы тела на в квадрат его скорости*. То есть, при той же полученной энергии, и уменьшении массы снаряда, растет его начальная скорости. Это явление было использовано на практике в артиллерии  при проектировании бронебойных подкалиберных снарядов.

*Если речь идет об осколочно-фугасном снаряде (ОФС) или кумулятивном снаряде, тогда от начальной скорости зависит только настильность траектории, и как следствие, меткость. От массы снаряда при этом зависит поражающее действие.

     Но, для центровки легкого твердого сердечника, способного как игла пробить броню танка, требуется легкая оболочка, которая будет выступать в роли пыжа. Обычно такую оболочку называют поддон подкалиберного снаряда. В 1930-е годы появились подкалиберные снаряды с неотделяющимися поддонами, вскоре после ВМВ появились подкалиберные снаряды с отделяющимися поддонами. Их принципиальное отличие заключается в том, что бронебойный сердечник летит к цели или вместе с легким пыжом (диаметр которого равен диаметру ствола орудия), или он отделяется от него сразу после вылета из ствола.

    Подкалиберные снаряды с неотделяющимся поддоном проще в производстве, дешевле, к ним не предъявляются сильно жесткие требования по точности изготовления, они весьма стабильны на траектории (за счет стабилизации при вращении при отстреле из нарезных орудий). Но, им присущ серьезный недостаток – легкий парус калиберного поддона обладает высоким баллистическим сопротивлением на траектории, что резко тормозит снаряд в полете. Несмотря на этот недостаток, данный тип снарядов достаточно широко применялся в ходе ВМВ и после ее окончания. Сегодня подкалиберные снаряды с не отделяющимся поддоном широко применяются в малокалиберных автоматических пушках и в стрелковом оружии.

    Что касается подкалиберных снарядов с отделяющимся поддоном (т.н. БОПС), то здесь мы видим, что к цели летит только обтекаемая стрела из твердого сплава. В стволе такой снаряд имеет массу в 1,3-2,8 раз меньше, чем стандартный ОФС данного орудия, что обеспечивает высокую начальную скорость*, а на траектории снаряд обтекаемый, и представляет собой тяжелый стальной стержень бронебойного сердечника. В теории вроде все идеально, если бы не ряд “но” и “если”.

*При использовании более легких снарядов применяют более быстро горящие пороха, при более тяжелых снарядах, напротив, более флегматизированные, и даже менее калорийные. Это обусловлено большим моментом инерции тяжелого снаряда. Простейшим решением здесь является дополнительная навеска дымного пороха, помещаемая в шелковом мешочке прямо на капсульную втулку. Лучше всего реализовать все подходы одновременно. На фото из сети Вы можете видеть множество разрезов самых разных снарядов для одного и того же орудия, наблюдая при этом разные марки порохов.

                 Камни преткновения БОПС.

      Начальная скорость. Итак, мы уже выяснили, что легкий снаряд можно разогнать до более высокой начальной скорости, но, где предел этой скорости? Сегодня в серийной артиллерии достигнуты начальные скорости до 2,0-2,3 км/сек. Пока это предел. Первое, во что упираются при разработке, это механическая прочность пороховых элементов, при высоких скоростях и давлениях пороховые элементы сложной формы разрушаются и это резко нарушает закон горения, что принуждает закладывать в орудие намного большие запас прочности, что приводит к резкому росту массы.

     Но, если с пороховыми элементами еще можно как-то справиться (обычно за счет роста их стоимости в геометрической прогрессии), то проблема износа ствола не решаема. Даже при начальной скорости снаряда 3-х дюймовки времен ВМВ в 700-800 м/сек, температура нагрева внутреннего слоя металла стенки ствола достигала 1,8-2,0 тыс. градусов Цельсия. То есть, это больше температуры плавления практически любой стали. Достижение больших скоростей заметно осложняет эту проблему.

    Для одного и того же ствола, при разных навесках порохов достигаем начальной скорости эталонного снаряда в 500 м/сек, и его живучесть (фактически, ресурс до выхода из строя) составит 15 тыс. выстрелов. Разгоняем тот же самый снаряд (изменяя марку пороха и увеличивая его навеску, возможно, манипулируя с воспламенителем, составными пороховыми зарядами, и пр.) до 800 м/сек. и живучесть ствола уже 7 тыс. выстрелов. Если достигаем для снаряда 1500 метров в сек. тогда живучесть всего 1 тыс. выстрелов. Перешагнув порог 1800 метров в сек., получим 300 выстрелов. И наконец, при 2,3 км/сек. живучесть ствола составит считанные десятки выстрелов до полного износа ствола*. Разумеется, считаем, что снаряд изначально весьма легкий, а трение о канал ствола минимизировано.

*К слову, одной из причин перехода от нарезных танковых орудий к гладкоствольным является желание повысить начальную скорость снарядов без снижения живучести. Это достигается, как уменьшением трения между снарядом и стволом, так и меньшей площади воздействия пороховых газов на поверхность канала ствола. Особенно проблемные в этом отношении кромки граней нарезов, теплоотвод от которых при стрельбе весьма плохой (особенно, если стрельба частая).

     Одной из причин ограничения начальной скорости снаряда является трение в псевдосжиженном газовом потоке (пороховых газов, разумеется). Чем выше температура и давление газов, и чем с большей скоростью они передвигаются по каналу ствола, тем выше трение из-за соударения молекул этих газов. Именно эта причина поставила крест на классической артиллерии как средстве доставки стратегических боезарядов, или средстве доставки космических аппаратов на орбиту* (еще в далеких 1950-х годах). Кроме того, есть проблемы со стабильностью горения пороховых элементов при высоких давления в широком диапазоне температур (от северного полюса до Сахары, то есть, стандартные -50 – +50*С).

*Ряд исследователей достигли неплохих результатов в модернизации и разработке сверхдальнобойной артиллерии, но, даже они, на лабораторных установках, не смогли перешагнуть порог в 3 км/сек. Хотя, существуют пушки на легком газе (как с пороховой, так и с электрической “накачкой” рабочего тела – водорода или гелия), позволяющие достичь даже 10-12 км/сек, но, это очень сложные и массивные лабораторные установки. Агрегат массой 15 тонн может разогнать 5 граммовый шарик до 8 км/сек, то есть, это имеет значение только для исследователей и никогда не появится на полях сражений.

       Таким образом, мы выяснили, что потолок начальной скорости для современной артиллерии порядка 2,5 км/сек. Для сравнения, кинетическая энергия тела, летящего со скоростью порядка 8,0-8,5 км/сек, близка к энергии взрыва заряда ТНТ, равного ему по массе. Если масса поддона составляет примерно треть от массы сердечника, тогда находим, что для достижения дульной кинетической энергии сердечника равной энергии детонации всего 100 гр. ТНТ, нам необходим как минимум заряд баллистита массой порядка 0,6 – 0,8 кг. И это без учета потерь энергии в полете.

        Устойчивость и потери скорости в полете. После вылета из канала ствола бронебойный сердечник сбрасывает поддон, на рисунке 2 представлен данный момент для 120-мм снаряда орудия Абрамса М1А1.

рисунок 2

      Так как, орудие гладкоствольное, снаряд не получил вращения в канале ствола, сердечник удерживается в полете только стабилизацией за счет оперения (буковка “О” в аббревиатуре “БОПС”). Форма, размеры и принцип действия оперения в каждом случае отличаются. Но, грубо можно свести действие оперения к одной из трех групп: парашют, крыло, или турбина. В случае турбины реализуется закручивание сердечника в полете за счет набегающего потока воздуха, это решение почти никогда не применяется в БОПС, ибо мы имеем солидное аэродинамическое сопротивление при отклонении кончика снаряда от линии полета центра тяжести снаряда (ранее это продемонстрировано для рисунке для вращающегося снаряда). Эффект парашюта заключается в торможении кормы снаряда относительно головной части, это широко применялось (и применяется) в стрелах для луков и арбалетах (все помнят перышко на конце стрелы, или бахромушку из пуха на коротких деревянных дротиках духовых трубок аборигенов). Эффект парашюта в той или иной степени реализуется на всех БОПС, особенно на ранних моделях. Главное преимущество этого подхода в минимизации покачиваний бронебойного сердечника в полете, недостаток – существенное аэродинамическое сопротивление.

        На современных моделях БОПС всегда стремятся реализовать эффект крыла в стабилизаторе. Нам всем он знаком по пластиковым дротикам для дартса. Когда стрелка летит прямо, сопротивление минимальное, когда есть отклонение хотя бы на пару градусов – резко повышается сопротивление из-за увеличения поперечного сечения аэродинамической проекции. Наиболее наглядно это можно представить на примере работы крыла самолета на взлете. Чем больший угол образует крыло относительно поверхности земли, тем большей подъемной силой обладает крыло, но, тем большее лобовое сопротивление испытывает самолет в полете. В примере самолета мы имеем появление подъемной силы, которая держим самолет (крылатую ракету, дельтаплан, лопасти вертолета, параплан, или иное устройство использующее эффект крыла, движущегося относительно воздушного потока), в случае оперения БОПСа мы имеем появление продольного изгибающего момента, который возвращает сердечник в оптимальное положение относительно набегающего воздушного потока (если Вы бросите дротик для дартса в цель, то хорошо видно, как в полете покачиваются из стороны в сторону кончик и носик дротика).

         Как видит мой уважаемый читатель, здесь присутствуют несколько важных моментов:

   - Всегда есть инерция, поэтому сердечник колеблется не из нестабильного положения в идеальное, а из одной крайности в другую, например, плюс-минус 2% относительно линии траектории полета. Так как, ударный кончик стрелы находится на некотором удалении от центра тяжести стрелы, то колебания весьма ощутимо отклоняют ударный кончик от оптимального положения. Чем ниже скорость полета, тем больше отклонение оси сердечника от линии траектории.

   - Колебания БОПС в полете совершаются с большой частотой, чем точнее изготовлен сердечник и чем выше скорость полета, тем выше частота колебаний*. Колебания не только отклоняют кончик сердечника от оптимального положения при встрече с броней, но, и повышают аэродинамическое сопротивление, заодно снижая прочность материала сердечника (так называемая “усталостная прочность материала”). Чем больше длина БОПС в его диаметрах, тем больше вклад всех негативных эффектов высокочастотных колебаний.

*Для современных сверхзвуковых истребителей частота колебаний кончиков несущего крыла достигает десятков тысяч колебаний в секунду, что вынуждает специально оптимизировать форму кончика крыла. Это дает некоторое снижение влияния данных знакопеременных высокочастотных нагрузок на конструкцию крыла и самолета в целом, но влечет за собой заметное повышение аэродинамического сопротивления кончиков крыла, что неприемлемо для БОПС.

   - Абсолютно идеальной симметрии нет. Всегда есть ничтожно маленькие, но, всё-таки заметные отклонения в массе, форме, угле наклона, чистоте обработки, одной лопасти оперения относительно другой. Здесь тьма нерешаемых проблем, от газовых каверн в металле, до высоких нагрузок в стволе орудия, которые приводят к деформации оперения и сердечника в целом (к этому мы еще вернемся при разборе прочности элементов БОПС).

      Таким образом, мы видим, что оперение БОПС всегда оказывает негативное воздействие на аэродинамику полета к цели. Причем, чем больше мы стремимся к стабильному полету по правильной траектории (на ВСЕХ скоростях полета, скажем на удалении 0,2 км, или на 3 км), тем выше аэродинамическое сопротивление оперения и БОПС в целом. На рисунке 3 представлена упрощен упрощенный набросок фронта высокого давления при обтекании БОПС в полете.

рисунок 3

     Как видим, головная часть заострена, и обеспечивает хорошую обтекаемость, но, снижение диаметра и переход к рифленой части БОПС приводит к срыву волны высокого давления и ее классическое расхождение по мере падения давления. Оперение остается в области разряжения, что заметно снижает его эффективность. На рисунке этого не видно, но, снаряд будет совершать колебания за счет минимальных несимметричностей (а так же, соударений с пылинками, каплями дождя, удары о насекомых, воздействия бокового ветра, и мн. др. факторов), колебания раскачивают снаряд и приводят к временному выведению части оперения из области разряжения в фронт ударной волны (образуется при сверхзвуковом движении любого тела в любой атмосфере, скорость звука принимается для плотности данной атмосферы). Таким образом, форма головной части БОПС так же влияет на высокочастотные колебания снаряда в целом. Она оптимизирована для конкретной скорости полета, а на различном удалении БОПС от орудия скорость будет разной, что приведет к уходу от оптимального режима, как при повышении скорости полета, так и при ее снижении.

     Конструкторы все это понимают, поэтому стремятся снизить аэродинамическое сопротивление БОПС именно на том участке траектории, где оно максимально, а именно, в начале, когда скорость полета максимальная. Это приводит к проблемам в плане стабилизации полета относительно линии траектории (проще говоря, точности стрельбы). Таким образом, пока нерешаемой остается проблема сочетания: снижения аэродинамического сопротивления, точности стрельбы, и устойчивости сердечника при встрече с целью.

      Прочность материала. Наконец БОПС долетел до цели и ударил в броню. В момент удара наиболее нагруженным оказывается кончик сердечника БОПС, а он максимально острый и обтекаемый, что хорошо видно, например, из рисунка 4.

рисунок 4

      Ранее мы сказали, что стремимся к повышению плотности материала сердечника, его длины и скорости полета, что дает высокую поперечную нагрузку на броню. Но, исходя из третьего закона Ньютона, мы видим, что эта самая нагрузка приходится и на кончик сердечника, который может легко смяться или сломаться. Из основ металлургии и материаловедения мы знаем, что прочность сталей складывается из двух основных факторов: ударная вязкость и твердость. Так как, скорость встречи с целью огромная, то материал сердечника не успевает релаксировать в данном температурном диапазоне*.

*Полет БОПС к цели происходит при высокой скорости, разогрев кончика максимальный, как по причине образования перед ним начала фронта конической ударной волны, так и по причине плохого теплоотвода в материал БОПСа. Таким образом, любая закалка исключается, а твердость сплавов при высоких температурах снижается. Не говоря уже о температурах критических точек перехода кристаллических структур в сталях и сплавах. Наиболее влияние на прочность оказывают изменения кристаллической структуры как раз высоколегированных и высокоуглеродистых сталей.

        Таким образом, чем выше скорость удара БОПС в цель, тем выше вероятность изгиба и/или крошения сердечника, что приводит к резкому снижению пробивной силы. Кто хоть раз кернил сталь при разметке, или пользовался зубилом, тот понимает, о чем речь. Из сказанного следует вывод об очень важном влиянии твердости брони на пробивное действие БОПС. Становится понятно, почему современные броневые плиты подвергают закалке с низким отпуском (как говорят термисты: “улучшение стали”), чаще закалке ТВЧ на глубину 3-15 мм (зависит от частоты переменного тока в обмотках индуктора), в СССР в 1960-е годы вообще предложили заливать в броневые плиты керамические шары, прессованные из корунда (оксид алюминия, твердость под 94-97 единиц по шкале Роквела*, в зависимости от количества примесей).

*То есть, ели БОПС встретил в броне керамический элемент существенной толщины (от диаметра БОПС и выше), то он почти однозначно разрушится на фрагменты или сомнется его кончик, что приведет к снижению дальнейшего пробивного действия почти на порядок. Твердость алмаза по шкале Роквела равна 100 единиц, это самый твердый из известных материалов.

     Интересно отметить, что твердость алюминиевых сплавов находится в пределах 12-20 единиц, твердость низкоуглеродистых сталей порядка 18-23 единиц, твердость самых прочных броневых сталей 50-70 единиц по шкале Роквела. То есть, при пробивании плиты из стали 08кп мы имеем толщину пробиваемой пластины в 2-3 раза выше, чем при пробивании плиты из сталей вроде 65Г, 50ХН, 40ХН2МФА, 50ХГСА, 40Г2С, и подобных. К слову, в состав брони БМП или танка можно вложить плитки из горячекатаной У7А или У10А, твердость которых в закаленном состоянии достигает чуть ли не 75-77 единиц по шкале Роквела, а стоимость таких пластин на порядок ниже, чем у прессованной при диких давлениях керамике высокой очистки. Можно применять кварцевое стекло (да и силикатное тоже отличается мгновенной твердостью большей, чем твердость сталей). Еще существует термохимическая обработка поверхности, такая как цементация, азотирование, цианидирование, силицирование, и др. Чаще всего данные методы применяются для повышения твердости поверхностного слоя деталей из сталей 10Х, 20Х, 09Г2С, и другие низколегированные низкоуглеродистые стали высокого качества. Но, это уже штрихи к общей картине комплексной защиты бронемашины, что существенно выходит за рамки данной публикации.

     На рисунке 5 представлен разрез 120-мм БОПС для танкового орудия. Кроме ранее отмеченных особенностей бросаются в глаза два важных момента: наконечник на бронебойном сердечнике, и обилие ребер на весьма длинном корпусе.

рисунок 5

      Наконечник нужен в качестве баллистического обтекателя при полете, он не только предотвращает перегрев ударного кончика (правда, не на много), но и позволяет избежать крошение ударного наконечника при встрече с броней. Недостатки данного подхода заключаются в повышении вероятности рикошета, увеличении непродуктивной длины БОПС (наконечник мягкий и легкий, но, длины добавляет, что негативно в плане вибраций и колебаний в полете, да и геометрию снаряда в целом увеличивает). Кроме того, бронебойный сердечник имеет не самый острый кончик, что повышает сопротивление движения в броне. Данный снаряд больше полагается не на протыкание брони острием, а на проламывание брони концентрированным приложением усилия. Это несколько снижает эффективность поверхностной твердости броневой плиты, но, приводит к повышению эффективности многослойной брони, и даже повышает роль экранов толщиной 8-25 мм, вынесенных относительно основной брони на расстояние не менее 100-200 мм. Впрочем, экраны это не самый эффективный метод борьбы с БОПС, скорее с кумулятивниками и ОФС.

     Насчет ребер на поверхности, они необходимы для предотвращения осевого перемещения сердечника относительно поддона в процессе движения по каналу ствола орудия. После выхода из ствола орудия, поддон сбрасывается, и ребра становятся не нужными, что хорошо видно на рисунке 6.

рисунок 6

     Ребра не только снижают обтекаемость БОПС, но и повышают сопротивление при движении в броневой плите из мягкого материала (твердый больше крошится, так что, там это не существенно). Главной проблемой ребер на поверхности БОПС можно полагать снижение прочности к изгибающим моментам, как в полете (изгибы из-за вибраций при работе оперения), так и при ударе в цель. Сердечник длинный и тонкий, угол встречи почти никогда не бывает близок к 90*, так что, проблема весьма актуальная. Сердечник из твердого материала при ударе может просто сломаться по слабому сечению, более упругий изогнется и будет рикошет.

          Точность изготовления и ценовые категории. Хорошим вопросом является выбор материала для БОПС. Из сказанного ранее мы видим, что материал БОПС должен отвечать ряду очень сложных требований:

 - высокая плотность материал,

 - максимальная твердость,

 - хорошая упругость и ударная вязкость в широком диапазоне температур,

 - высокая усталостная прочность при знакопеременных нагрузках, причем в широком диапазоне температур,

 - минимальная зависимость твердости от скорости деформации и температуры.

       К этому перечню можно добавить хорошую обрабатываемость, стабильность свойств от партии к партии, и приемлемую ценовую категорию. Все специалисты в области машиностроения и материаловедения сразу воскликнут: “ни один известный материал не удовлетворяет этим требования”. Но, выход пытаются найти. Сегодня для производства БОПС применяют:

   - Легированные стали с высоким содержанием вольфрама, ванадия, молибдена, и др. добавок.

  - Нанодисперсный карбид вольфрама с добавлением кобальта в количестве (15-25%). Фактически, это керамокомпозитный материал, пришедший в баллистику из инструментального машиностроения.

  - Сплавы на основе 238-го урана (т.н. обедненного урана).

     Первый вариант самый дешевый, но, не обеспечивает должных показателей. Свойства данных сталей близки к свойствам сталей для лучших фрез, метчиков и лерок (в быту – “плашек”). Сплавы урана хороши в плане стабильности свойств, а так же высокой плотности, но приходится изощрятся для сочетания высокой твердости и ударной вязкости. Кроме того, уран все-таки остается радиоактивным и стоимость переработки весьма ощутимая. Карбид вольфрама, замешанный на кобальте, дает весьма неплохие показатели, но они обеспечивают лишь на 10-20% прирост бронебойности относительно лучших легированных сталей (напомню, что пробивное действие БОПС зависит от сотен факторов, выше мы коснулись лишь самых важных).

     Что касается обрабатываемости, то здесь не одна собачка покопалась. Раз материал должен сохранять свою прочность в широком диапазоне температура, то его не отпустить для механической обработки. Твердость и вязкость осложняют тонкую обработку, да и на долговечность инструмента влияют крайне негативно. Прессование при высоких температурах (карбид вольфрама, или иная керамика с кобальтом) это очень дорогой процесс, да и точность низкая, особенно, при формовании оперения снаряда.

    Конструктора это, разумеется, понимают, поэтому часто встречаются отдельные оперения, например, из более мягких сталей или даже сплавов алюминия (снаряды малого калибра для небольшой дальности стрельбы). На рисунке 4 хорошо видно отъемное оперение БОПС.

     Любой специалист по обработке металлов, и даже любой слесарь, да и вообще, любой образованный человек знает, что любое соединение подобных деталей это резкое падение точности осевой симметрии, центровки, положения центра тяжести, изменение деформационной эпюры на изгиб, и пр. Достаточно взглянуть на допуска размеров при изготовлении резьбы на любой детали. Конечно, есть спец резьбы для деталей точных приборов (микрометры, микроскопы, микротомы, телескопы, оптические прицелы, и пр.), но там уже совсем другая ценовая категория, да и точное изготовление резьбового или иного соединения на детали из высокопрочного материала это та еще задачка для любого технолога-машиностроителя. Не говоря уже о поведении такого оперения в полете.

         Несколько слов о броне и испытаниях.

       Ранее я уже обратил внимание, что пробивное действие БОПС (как впрочем, и любых других снарядов) сильно зависит от угла наклона брони, устройства и материалов броневой защиты.

      Часто производители (а еще чаще рекламисты (специалисты по рекламе и прочим тонкостям сбыта товаров), занимающиеся не разработкой и производством, а только рекламой и сбытом) указывают завышенные показатели у тех или иных вооружений. Это давно стало притчей во языцах. Благо, в России это пока не имеет массового характера, как в странах НАТО (да и во всем мире).

      Например, БОПС знаменитого 25-мм бушмайстера имеет бронепробиваемость, указанную в различных источниках: не менее 100 мм, более 120 мм, около 100-110 мм, более 150 мм, и т.д., причем, речь идет о дистанции в километр. Возьмем среднюю величину в 120 мм. Откуда данная величина догадаться не сложно. Взяли ровную плиту из стали 10* (или стали 05кп, 08сп, 20, или даже ст.3), разумеется, никакой термообработки (ее для сталей с содержанием углерода ниже 0,018-0,020% сделать невозможно), и никакой термохимической обработки нет.

*Тупые рекламисты указывают, что это 120 мм “брони”, но какой? На Т-34-85 была одна, на БМП-2 другая, на “Брэдли” другие стальные плиты (там еще есть алюмишка и кевлар), на Т-80 еще вариант…, и свойства, и виды обработки отличаются. Следовательно, абстрактное слово “броня” здесь не означает ничего.

      Затем отмеряют километр и ведут огонь под углом 90*. Как я уже сказал ранее, форма траектории и колебания БОПС в полете не позволяют достичь тождественно 90* угол встречи, что все конечно понимают. Посему, вполне возможно, что они просто стреляют раз 20-50, и если хоть бы один снаряд сделал сквозную пробоину (или хотя бы показался с другой стороны плиты), то считается что именно этот снаряд имел в момент попадания угол встречи максимально близкий к 90*. Резюмируя, получаем, что при 25*С, в полигонных условиях, при угле встречи в 90* мы получим для 25-мм бушмайстера действительно пробивное действие достигающее указанных 120-мм. Но, что это дает? Простая замена листа из хиленькой стали на нормализованную (вид термообработки) и подверженную закалке ТВЧ плиту из стали, например, 50ХН4МА (можно сказать, хорошая танковая броня), то максимальное пробивание упадет в 2-3 раза, то есть, примерно до 50 мм.

      Как показала практика вооруженных конфликтов последних 100 лет, средний угол встречи снаряда с целью в боевых условиях составляет обычно порядка 50-60*. БОПС, с их склонностью к рикошету, да и даже без ее учета, теряют порядка 30-40% пробивного действия при переходе от 90* к 60* угла встречи. То есть, остаточное пробивание всего 35 мм. Учитывая, что БОПС должен еще и иметь приличное за броневое действие (убить или ранить хотя бы одного члена экипажа, хотя бы повредить тот или иной узел ДВС, поразить боекомплект, вывести из строя приборы, и пр.), то берем запас порядка 20% пробивного действия. То есть, если БМП или САУ имеет толщину гомогенной качественной брони лобовой плиты 28-30 мм, при солидном угле наклона, да еще хотя бы 10-20 слоев кевларового подбоя, то обстрел лобовой проекции из “бушмайстера” с дистанций в километр и более, уже не достаточно эффективен. А, цифра в 120 мм, стоящая в официальных ТТХ, рассчитана на впечатление далеких от техники гуманитариев и бюрократов*, которые всерьез полагают, что данное орудие в боевой обстановке с километра надежно поразит любую бронетехнику с толщиной гомогенной брони до 120 мм.

*К сожалению, закупками вооружений (как и в целом, снабжением армии) часто занимаются именно тупые бюрократы. На западе это уже дошло до полного маразма. Но, переход к рыночной экономике западной модели у нас, тоже ни к чему хорошему не привел.

рисунок 7.

      На рисунке 7 мы видим боеприпас 40-мм автоматической пушки CTWS (Великобритания) с т.н. “телескопической компоновкой” и БОПС. Рядом представлена броневая плита, якобы пробитая им же. Даже визуальная оценка размером и формы отверстия, и бронебойного сердечника, позволяют утверждать, что это не “его рук дело”. На это указывает и практически цилиндрическая форма отверстия, и форма краев отверстия, и объем отверстия, и дизайн самого снаряда. Не вдаваясь в подробности (внимательный, технически грамотный читатель уже все понял сам), можно отметить только вопрос сохранения массы и энергии (о чем мы сказали выше), и динамику проникновения сердечника в броню (отверстие должно быть ближе к коническом или оно должно быть близко по диаметру к диметру тела БОПС). Мы же видим что разница в диметре сердечника и отверстия в 3-4 раза, а работа на проделывание такого отверстия близка к трети всей энергии представленного порохового заряда. Как мы уже сказали ранее, для проделывания такого отверстия сердечнику такой массы необходима скорость порядка 9-12 км/сек, что недостижимо для современной артиллерии. Если даже сердечник имеет массу порядка 0,4 кг и начальную скорость близкую к верхнему порогу в 2,5 км/сек, то работа по воздействию на плиту должна быть не более 40-50 гр. в ТНТ эквиваленте, то есть, в два раза меньше, чем в гранате РГД-5, и это при стрельбе вплотную. Вряд ли возможно так разместить на броне заряд в 50 гр. ТНТ, что бы получить подобные разрушения плиты. Вот кумулятивный заряд с массой БВВ 3-4 кг, пожалуйста.

        Снаряд будущего.

      Из всего сказанного выше можно заключить, что на сравнительно коротких дистанциях, и при углах встречи близких к 90*, БОПС эффективнее против бронированных целей чем любой другой снаряд, выпущенный из того же самого орудия. Даже для орудий калибром 5-6 (120-155 мм) дюймов, эта дистанция достигает 1-2 км, не более. Для 105-мм снарядов эта дистанция не более 1 км, малокалиберная артиллерия обычно не достигает даже этого показателя. До появления управляемых ракет и эффективных ударных вертолетов (примерно 1940-1960-е годы), бронированные цели поражали на самых малых дистанциях подкалиберниками, на несколько больших дистанциях калиберными бронебойными снарядами, на еще больших дистанциях кумулятивными снарядами, и наконец, на дистанциях, на которых орудие не может обеспечить вероятность попадания в цель более 40% – ОФС.

     Главные недостатки БОПС:

 - сравнительно малая дальность эффективного применения, на больших дистанциях более эффективны другие типы снарядов,

 - более высокая зависимость показателей от угла встречи с поверхностью брони,

 - солидная стоимость, особенно для передовых разработок.

     Из всего сказанного выше становится понятным, почему БОПС сравнительно мало применяются в ряде армий.

    Если говорить о наиболее перспективном сегодня бронебойном снаряде, то можно отметить управляемые сверхзвуковые ракеты со взлетной массой 40-80 кг, и массой БВВ 4-7 кг. Данные ракеты способны поразить бронетехнику на дистанциях до 6-15 км с неплохой точностью, и от них сложно защититься. Классическим примером таких ракет является советская ракета “Вихрь”, широко применимая сегодня на российских ударных вертолетах.

     Стоимость, конечно, тоже впечатляет, но, меткость и дальность того стоят. Причем, стоит учитывать, о каких ситуациях идет речь, одно дело, если сильная сторона зажимает малочисленную армию противника в локальном конфликте, другая ситуация, если малочисленная армия ведет войну на истощение (фактически, разновидность “городской герильи”) против заведомо превосходящего противника, совсем другое дело, если силы сторон примерно равны в численном и финансовом плане.

     Управляемые снаряды советских/российских танковых орудий калибром 125 мм имеют достаточно высокие ТТХ, но, их камень преткновения в сравнительно небольшом заряде БВВ. Как следствие, динамическая защита нивелирует воздействие кумулятивной струи на броню, а воздействие ударной волны на бронетехнику зависит от массы заряда БВВ*.

*Вспомните ВМВ, когда 76-мм ОФС при попадании в “Королевского тигра” Т-VIB вызывал временную контузию у всех членов экипажа, а 122-мм ОФС орудия М-30 одним только воздействием ударной волны, при попадании в башню, нередко вызывал детонацию боекомплекта танка T-VIH.

Вывод: БОПС весьма полезны в ближнем бою, но, на существенных дистанциях они уступают по эффективности другим типам бронебойных снарядов. Сегодня бронетехнику стремятся выводить из строя с большой дистанции (если только речь не идет о глухой обороне, когда на передний план выходят противотанковые мины и фугасы, переносные ПТУР, и гранатометы), что делает более перспективными управляемые ракеты с кумулятивными и даже фугасными БЧ. Перспектив для модернизации БОПС практически нет, поэтому не стоит ожидать, что они выдержат конкуренцию с кумулятивниками и УР в ближайшие пару десятилетий.

      Если Вам недостаточно представленного здесь материала (или Вы, прости Господи, сомневаетесь в его точности и корректности…), то можете уточнить и дополнить все эти моменты в ряде неплохих книг:

1. М.С. Горохов. Внутренняя баллистика ствольных систем. Москва 1985 г.

2. Основы аэродинамики и динамики полета. Рига. 2010 г. Курс лекций.

3. А.А. Коновалов. Внешняя баллистика. ЦНИИ. 1979 г.

4. Космонавтика, энциклопедия. Москва 1985 г.

5. А.А. Дмитриевский. Внешняя баллистика. Москва. 1991 г.

6. Г.Е. Передельский. Артиллерия в бою и операции. Москва. 1980 г.

7. В.Г. Садовский. Основания устройства материальной части артиллерии. Москва. 1956 г.

8. Г.Ю. Мазинг. Ракета и орудие. ДОСААФ СССР. 1987 г.

      Прочтения и подробного разбора этих восьми книг (или их аналогов) достаточно, чтобы любой образованный человек мог сам разобраться в сути проблемы :-)