Za vrijeme Prvog svjetskog rata zaraćene strane počele su koristiti osobnu oklopnu zaštitu za pješake u obliku čeličnih kaciga i kirasa, u koje se na određenoj udaljenosti nije moglo probiti mecima malog oružja male brzine. Trenutno se u SIBZ sa kompozitnim pločama bor-karbida debljine 9 mm ne mogu probiti oklopni meci s čeličnom jezgrom kalibra 5, 45x39 mm, 5, 56x45 mm, 7, 62x39 mm, 7, 62x51 mm i 7, 62x54 mm na udaljenosti manjoj od 100 metara …
Za prevladavanje ove prepreke oklopni meci malokalibarskog oružja sve više koriste jezgru izrađenu od kompozitne legure volframovog karbida s kobaltom tipa VK8 s veličinom zrna manjom od 1 μm čija je krajnja čvrstoća pri savijanju 2 GPa, pri kompresiji od 4 GPa pri tvrdoći HRA 85 jedinica. Još više obećava metalna legura volframa tipa VNZh97 po analogiji sa jezgrama oklopnih topničkih granata. Međutim, ploče SIBZ također imaju rezervu za povećanje otpora povećanjem postotka bor -karbida u kompozitu i debljinom ploča (uzimajući u obzir tendenciju prelaska na uporabu pasivnih egzoskeleta kao dijela pješačke opreme).
Osim toga, klasični ogivalni zrnasti metak iznimno je neučinkovit nosač oklopne jezgre, jer zahtijeva upotrebu olovne jakne za prolazak kroz nabore cijevi bez njihovog uništavanja pri dodiru s tvrdom legurom jezgre. Zbog toga se masa same jezgre smanjuje na minimum. Na primjer, metak patrone 7N24M kalibra 5, 45x39 mm s bimetalnom jaknom, olovnom jaknom i oklopnom jezgrom od legure VK8 teži 4,1 grama, od čega je težina jezgre samo 1,8 grama. Osim toga, pri sudaru s pločom SIBZ dio kinetičke energije metka troši se na drobljenje bimetalne ljuske, njezino probijanje oklopnom jezgrom i kidanje olovne ovojnice.
Učinkovitija metoda povećanja proboja oklopa metaka malokalibarskog oružja je povećanje njihove početne brzine i smanjenje površine poprečnog presjeka. Prva mjera povećava kinetičku energiju metka, druga povećava specifično opterećenje u dodirnom dijelu metka s preprekom. Brzina metka ograničena je najvećim tlakom praškastih plinova u cijevi, koji trenutno doseže 4500 atmosfera, a određen je čvrstoćom čeličnog cijevi. Ovo se ograničenje prevladava smanjenjem mase i promjera metka uz zadržavanje istog promjera provrta - tj. prelaskom na podkalibarske metke. Za usmjeravanje metka podkalibra u provrt koriste se razvijeni vodeći pojasevi na površini jezgre ili polimerna paleta čija je gustoća materijala 9-11 puta manja od gustoće mjedi ili olova.
Prvo konstruktivno rješenje na ovom području je metak Nijemca Harolda Gerlicha, razvijen u prvoj trećini 20. stoljeća i opremljen s dva vodeća stožasta pojasa. Metak u letu stabiliziran je rotacijom, nabojna cijev imala je promjenjiv promjer, sužavajući se prema kraju, što je omogućilo postizanje ravnomjerne i veće učinkovitosti u korištenju energije praškastih plinova. Kao rezultat toga, metak težine 6,5 grama ubrzao je do brzine 1600 m / s i probio čeličnu ploču debljine 12 mm na udaljenosti od 60 mm. Međutim, cijev s nabojima promjenjivog promjera bila je preskupa za proizvodnju, a točnost ispaljivanja metaka s vodećim remenima, zgužvana prilikom ispaljivanja, ostavljala je mnogo za očekivati.
Drugo dizajnersko rješenje na području podkalibarskih metaka je razvoj američke tvrtke AAI, na čijem je čelu bio Irwin Barr, koja je 1952. razvila uložak za pušku od 12 kalibra opremljen s 32 udarna elementa u obliku strijele smještena u kontejner -tipa palete za guranje. Ispitivanja su pokazala da meci u obliku strijele imaju veliki štetni učinak, ali imaju nisku točnost ispaljivanja zbog nemogućnosti pružanja zadane usmjerenosti leta metaka nakon njihovog grupnog izlaska iz cijevi
Inicijativni rad nastavljen je u okviru istraživačkog programa SALVO američke vojske. AAI je razvio uložak s jednim metkom XM110 kalibra 5, 6x53 mm s velikom produžnom čahurom, opremljen čeličnim metkom podkalibra u obliku strijele promjera 1, 8 mm i repom kalibra. Kao vodeći uređaj upotrijebljena je posuda za izvlačenje izrađena od legure magnezija, koja je nakon što je metak izašao iz cijevi izrezana na dijelove pričvršćenim cijevi. Pucanje je izvedeno iz malog oružja s glatkom cijevi, stabilizaciju metka u letu osigurala je repna jedinica. Aerodinamičke kosine na ampenzacijskim ravninama postavljaju malu kutnu brzinu rotacije metka kako bi se procijenio utjecaj na ravnost leta proizvodnih nedostataka u njegovoj proizvodnji.
Tijekom pokusa razvijena je poboljšana verzija patrone 5, 77x57V XM645, koja je koristila kompozitnu četvero segmentnu posudu za vuču izrađenu od stakloplastike s teflonskim premazom, koja se držala na metku u cijevi zbog sila trenja i raspala se u segmente ispod utjecaj tlaka zraka nakon izbacivanja metka iz cijevi. Duljina patrone bila je 63 mm, duljina metka u obliku strijele 57 mm, težina metka 0,74 grama, paleta 0,6 grama, brzina cijevi metka 1400 m / s
Međutim, u nastojanju da osigura najveće produljenje metka, AAI je morao ići na produljenje čahure, što je negativno utjecalo na pouzdanost mehanizma za ponovno punjenje zbog velikog trenja u komori, a također je dovelo do povećanja veličine i težinu prijemnika malokalibarskog oružja.
Stoga je u sljedećem programu američke vojske, nazvanom SPIW, predvodnik bio uložak 5, 6x44 XM144, koji je razvio Frankfort Arsenal u faktoru oblika nisko-impulsnog uloška 5, 56x45 mm. Poboljšana verzija uloška XM216 SFR imala je standardni rukav, duljina uloška 49,7 mm, duljina metka u obliku strijele 45 mm, težina metka 0,65 grama, težina palete 0,15 grama, brzina njuške metka bila je 1400 m / s
Eksperimentalno gađanje provedeno u okviru programa SALVO i SPIW pomoću podkalibarskih metaka ultra male mase otkrilo je fatalne nedostatke takvih metaka-povećano bočno zanošenje pod utjecajem vjetra i značajno odstupanje od navedene putanje kada pucanje na kiši.
U Sovjetskom Savezu prvi uložak 7, 62 / 3x54 mm s podkalibarskim metkom u obliku strijele razvijen je pod vodstvom Dmitrija Shiryaeva početkom 1960-ih na NII-61 (budući TsNIITOCHMASH). Metak u obliku strijele razlikovao se od svojih američkih kolega većom masom, manjim produljenjem (3x51 mm), nedostatkom sužavanja u području repa i, što je najvažnije, načinom povezivanja palete i metka uz pomoć češlja nanesena na osovinu strelice. Ovo rješenje omogućilo je potrebno držanje s većim vučnim naporom sa strane palete za pokretanje metka višestruke mase od njegovih američkih kolega
Paleta s dva presjeka bila je izrađena od legure aluminija, pa je prilikom razlijetanja nakon napuštanja cijevi predstavljala izvjesnu opasnost za susjedne strijelce. Osim toga, aluminij se intenzivno lijepio za površinu provrta cijevi, što je zahtijevalo kemijsko čišćenje cijevi svakih 100-200 hitaca. No, najnegativnije svojstvo metaka u obliku strijele pokazalo se kao njihovo nisko smrtonosno djelovanje na ljudstvo-brzi meci savršeno su probili oklop i, poput igala, prošli kroz meka tkiva, bez izazivanja udarnog vodenog čekića i bez stvaranja kanala rane velikog promjera.
U vezi s tim okolnostima, 1965. godine pod vodstvom Vladislava Dvoryaninova započeo je razvoj novog uloška kalibra 10/4, 5x54 mm s metkom u obliku strijele izmijenjenog dizajna s težinom povećanom na 4,5 grama. Tijekom razvoja, polimerni materijal korišten je za izradu palete koja ne zagađuje otvor cijevi tijekom hica, repno suženje osovine (kao u američkim kolegama) korišteno je za povećanje balističkog koeficijenta, a poprečni presjek osovina je nastala u području češlja i ravno na mjestu metka s ciljem da se, shodno tome, konstruktivno oslabi metak zbog loma na dva dijela i prevrtanja metka u procesu prodiranja u meka tkiva
Ova tehnička rješenja omogućila su povećanje smrtonosnog učinka metaka u obliku strijele, ali su istovremeno smanjila stupanj prodora osobne oklopne zaštite pješaka, budući da metak koji prolazi kroz čvrstu prepreku također doživljava naprezanja na savijanje (povećavajući se s povećanje kuta susreta metka s preprekom), koji dovode do uništenja osovine metka, dvaput oslabljene (češljem i rezom) u najkritičnijem presjeku, neposredno uz točku. Porast u smrtonosnom djelovanju i gubitak u prodornom djelovanju nisu dozvolili usvajanje podkalibarskih metaka u obliku strijele koje su dizajnirali Dvoryaninov i sur.
Proučavanje procesa strujanja oko različitih tijela u zračnom tunelu sa nadzvučnim protokom zraka otkrilo je da meci u obliku strijele bilo koje izvedbe imaju neoptimalni aerodinamički oblik-generiraju pet fronta udarnih valova odjednom:
- prednja glava;
- prednji dio na mjestu prijelaza točke u osovinu;
- sprijeda na vodećim rubovima repa;
- sprijeda na zadnjim rubovima repa;
- prednji dio na mjestu suženja repa osovine.
Za usporedbu, metak kalibra ogivalnog oblika pri nadzvučnoj brzini generira samo tri fronta udarnog vala:
- prednja glava;
- sprijeda na mjestu prijelaza vrha u cilindrični dio;
- rep sprijeda.
Najoptimalniji sa stajališta aerodinamike nadzvučnog leta je stožast oblik metka bez loma generirajuće površine i bez repa, koji generira samo dva fronta udarnog vala: glavu i rep. U tom je slučaju kut otvaranja prednje strane konusnog metka nekoliko puta manji od kuta otvaranja prednje strane metenog metka zbog manjeg kuta otvaranja vrha prve u odnosu na kut otvaranja drugi konus. Osim toga, metak u obliku strijele, ispaljen iz glatke cijevi i odmotan u letu (kako bi se nadomjestile proizvodne greške) zbog kosina repa, također se odlikuje povećanim kočenjem zbog odabira dijela kinetike energije za odmotavanje metka.
U vezi s navedenim nedostacima metaka u obliku strijele, nudi se inovativni uložak pod naslovom "Koplje" / SPEAR, opremljen podkalibarskim konusnim metkom s potisnom podlogom za koju nije potreban češalj na tijelu metka. Uložak je izrađen u teleskopskom obliku kako bi se smanjio volumen pakiranja, koji je određen samo duljinom i najvećim promjerom rukavca. Uložak je namijenjen kao streljivo za malokalibarsko oružje opremljeno cijevi s ovalnim vijkom, probušeno poput Lancastera u svrhu izvrtanja metka u procesu prolaska kroz cijev cijevi. Metak u letu održava stabilnost i zbog žiroskopskog momenta i zbog pomaka težišta prema naprijed u odnosu na središte aerodinamičkog tlaka stvaranjem unutarnje šupljine u repu metka.
Konusni metak ispaljen iz cijevi Lancaster ima poboljšani balistički koeficijent u usporedbi s mecima sa strelicama i strelicom iz sljedećih razloga:
- najmanji broj frontova udarnih valova nastalih tijekom nadzvučnog leta;
- nema gubitka kinetičke energije za predenje metaka zbog ulaznog strujanja zraka.
Konusni metak s unutarnjom šupljinom u repnom dijelu također ima povećanu sposobnost prodiranja - u procesu prolaska kroz čvrstu barijeru repni dio se gužva prema unutra, a promjer baze konusa smanjuje se na promjer metka u presjek početka šupljine. Poprečno opterećenje metka gotovo se udvostručuje. U tom slučaju, oštrina očuvane stožaste površine metka ostaje veća od oštrine zrna ili strelice jednake duljine. Odsustvo češlja i poprečnih rezova na površini konusnog metka dodatno povećava njegovu penetraciju u usporedbi s metkom u obliku strelice koji su dizajnirali Dvoryaninov i sur.
Istodobno, konusni metak s unutarnjom šupljinom u repnom dijelu ima veliki smrtonosni učinak, jer:
- na rubu je stabilnosti zbog blagog navoja navoja vijka Lancaster provrta;
- nakon probijanja oklopne barijere, njegova stabilnost opada zbog drobljenja repnog dijela i pomicanja središta pritiska izvan težišta.
Gubitak kinetičke energije pri probijanju oklopne barijere u konusnom metku s unutarnjom šupljinom je na razini streličastih i ogivalnih metaka: u prvom se energija troši na drobljenje tijela u području šupljine, u drugom, o rezanju repne jedinice, u trećem, o drobljenju i kidanju ljuske i košulje iz jezgre.
Tijelo konusnog metka funkcionalno odgovara jezgri oplaštenog metka, nema olovnog omotača, umjesto ljuske izrađene od teškog i skupog mesinga koristi se paleta od lagane i jeftine plastike. S druge strane, konusni metak najracionalnije koristi karakteristike čvrstoće svog konstrukcijskog materijala u usporedbi s metkom u obliku strijele, umjetno oslabljenim na mjestu češlja i poprečnog reza. Stoga se masa konusnog metka može značajno smanjiti u usporedbi s ogivalnim metkom i strelicom s jednakim probojem. To omogućuje ekonomski opravdan izbor građevinskog materijala konusnog metka u korist legure metala volframa koja ima najveću gustoću.
Zbog ograničenog unutarnjeg volumena teleskopskog uloška, predlaže se upotreba pogonskog punjenja u obliku prešanog praškastog praška s dodatkom kristalnih granula HMX (čija je veličina manja od kritičnog promjera detonacije eksploziva)) kako bi se osigurala proračunska brzina sagorijevanja naboja za odabranu duljinu cijevi malokalibarskog oružja. Kako bi se smanjila ukupna težina uloška kao konstrukcijskog materijala njegove čahure, predlaže se uporaba kompozitne legure aluminija i dispergiranih vlakana aluminijevog oksida, zaštićena premazom od pocinčanog mesinga i premazom od trenja polimera s grafitnim punjenjem, opisano u članku "Obećavajući ulošci za naoružano oružje" ("Vojni pregled" od 9. prosinca 2017.).
Sljedeća tablica daje usporednu ocjenu različitih vrsta uložaka i metaka za malokalibarsko oružje:
Kao što možete vidjeti iz tablice, uložak "Spear" / SPEAR prednjači po minimalnom volumenu pakiranja, duljini i težini, kao i po bočnom opterećenju metka. Ukupni moment povratnog udarca njegovih metaka, plina i praškastih plinova za otprilike je 1/3 veći od ukupnog zamaha otpuštanja metaka i praškastih plinova patrone 5, 45x39 mm, dok je energija njuške premašena za 1/7 u odnosu na drugu.
Osim toga, pri ispaljivanju metka u polimernu paletu iz cijevi s bušenjem s ovalnim vijkom praktički nema termoplastičnog trošenja provrta cijevi zbog odsutnosti utora. S tim u vezi, povećanje više od 1,5 puta početne brzine metka neće utjecati na resurs malokalibarskog oružja. Štoviše, neiscrpni hitac stvara rezervu za povećanje stope vatre u fiksnim rafalima na razinu od 2000-3000 metaka u minuti, što je preporučila komisija GRAU-a Ministarstva obrane Ruske Federacije nakon rezultata Abakana konkurencije kako bi se povećala točnost automatskog gađanja s neugodnih položaja.
Osim streljiva za malokalibarsko oružje, uložak "Spear" / SPEAR može se koristiti i kao streljivo za lovačko oružje s lancasterskim cijevima tipa IZH-27 pomoću standardnih plastičnih čahura ispunjenih isklesanim konusnim mecima od čelika ili mjedi u segmentiranoj paleti izrađenoj od lijevanog termoplasta. Zadržavajući uzvrat oružja na razini ispaljivanja konvencionalnog metka 12 kalibra, metak podkalibra težine 9 grama ubrzat će se u cijevi od 70 cm do brzine 900 m / s, što odgovara karakteristikama Mosinova troredna puška.
Geometrijske karakteristike raznih vrsta konusnih metaka (duljina, kut otvaranja konusa, stupanj zaobljenosti / bikoničnost čela, prisutnost kontaktnog područja na vrhu za razbijanje oklopne barijere ili ekspanzivna šupljina za ubojitost pucanja na veliku životinja, dubina i debljina stijenki repne šupljine), uzimajući u obzir navedene brzine leta i ciljeve koje treba pogoditi može se odrediti na temelju simulacije prolaska metaka u zraku, gelu ili čvrstom mediju pomoću domaćeg softvera proizvoda FlowVision.
