Исследование критических условий пробивания стальной пластины пулей огнестрельного нарезного оружия

на: остатки ружейного масла с канала ствола; остатки копоти, сажи и гари сгоревшего пороха, микрочастицы стертого металла нарезов и полей ствола, кроме того, частицы металла оболочки самой пули, свинцового вкладыша и стальных сердечников. При ударе в преграду пуля переносит на неё всю эту информацию. На соскобах сквозных пробитий индификацион-ных следов значительно меньше. В выбитой чашечке максимальное количество следов – пуля, прежде чем вытянуть чашечку, сначала контактирует с ней, проворачивается, давая инерционные сбросы индификационных микромасс с поверхности пули в чашечку. Максимальное количество следов в чашечках-вырубках оставляют безоболочечные свинцовые пули малокалиберных винтовок с патронами 5.6х15 мм, 5.6х25мм, раритеты любых мощностей с пулей безоболочечного чистого свинца (при снятии налета испарившегося свинца с индификаци-онными следами присутствия). Оболочечные, составные пули по пути сбрасывают оболочки с индификационными следами ствола, оставляя индикацию конструктивных элементов самой пули, патрона конкретной заводской пар- тии. Следы с образцов чашечек выявляются в лабораториях МВД, на частотно-спектральных анализаторах, сводятся в характеристику параметрических данных именно и только того оружия, ствола, из которого был произведён выстрел. Поэтому актуален вопрос исследования образования вырубок.

Кроме того, на основе критических условий о пробивании преграды с образованием вырубки или без образования вырубки излагаются теоретические положения, методики расчетов и расчетные зависимости; формируется современный подход к решению научно-технических задач – моделированию процесса броне-пробития.

Также данные подходы применимы в исследованиях пробок-вырубок как вторичных поражающих осколков для пластин бронежилетов, имеющих значительное влияние на величину запреградного эффекта, и для исследования пробок как вторичных поражающих осколков при пробитии ветролетных кабин с поражением летного состава.

МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ

Исследованы фундаментальные процессы кинетических явлений разрушения материалов в узком диапазоне факторов воздействия высоких температур до нескольких сот градусов и скоростей соударения пуль огнестрельного оружия массой до 9.6 г со скоростью 820 м/с, с формированием при соударении радужных цветов температурной побежалости мгновенного разогрева.

Проведены экспериментальные исследования на испытательном стенде с дистанционным спуском. Обстрел произведен по преграде из стали Ст.3 пулями с дистанции 5 м [2]. Основным рабочим типом оружия приняты снайперская винтовки Драгунова СВД 7.62 мм, пистолет Макарова 9 мм, автомат Калашникова АКМ 7.62 мм. Начальная скорость пули определялась по хронографу “СOMPETITIVE EDGE DYNAMICS (CED) Millennium”. Проведены серии экспериментов, при которых образец мишени выполнен из стали толщиной 2, 4, 6 мм - индивидуальные пластины и в пакете из разнесённых на расстояние 40 мм друг от друга и сваренных в один жёсткий каркас пластин. Основным фактором в проведенных экспериментах оценивался процесс образования пробки из преграды при ударе пулей. Анализ состояния преграды, процесс деформации пули и преграды проведен визуально по типу и характеру деформации и параметрических замеров, геометрические характеристики оценивались с применением стандартных измерительных инструментов.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ

При исследовании процессов пробивания мишени различают вид пробития с вырубанием пробки или проколом, в том числе пластическим продавливанием разного рода. Данные виды пробития необходимо учитывать в основном в расчетных методиках, т.к. расчеты зависят от вида бронепробития и касаются какой-либо относительно узкой области применения условий удара.

Так, рассматриваются 3 схемы ударного взаимодействия с недеформируемым сердечником [3, 4]. При этом расчет предела сквозного пробития зависит от схемы разрушения преграды: в случае «срезания пробки» авторов Нобля, Березина К.А., по схеме «прокола» - Эйлера, Жакоб де Марра и др. Описаны процессы бронепробития и по комбинированной схеме.

Физическое условие пробивания с образованием пробки или без нее дано в работе [4]. Чтобы процесс пробития протекал в форме срезания пробки, необходимо условие, при котором усилие вдавливания было бы больше усилия срезания или в аналитическом виде отношение толщины преграды b к калибру боеприпаса d должно быть менее 1.25 , т.е. b/d < 1.25 . Оба вида разрушения возможны при равенстве отношения толщины преграды к калибру 1.25 , т.е. b/d = 1.25.

В работе были использованы некоторые основные классы из наиболее часто используемого огнестрельного нарезного оружия - пистолеты Макарова (ПМ) и Тульский Токарева (ТТ), автомат Калашникова (АКМ) и снайперская винтовка Драгунова (СВД) и её гражданский вариант «Тигр», самозарядный карабин Симонова (СКС), армейский карабин системы Мосина (КО-44), охотничьи карабины «Сайга», «Барс» и др., а также стрелковые системы иностранного производства военного, служебного и гражданского назначения калибров до 12 мм, пуль массой до ~ 20 г и дульной кинетической энергией до ~ 4000 Дж.

В таблице даны баллистические и конструктивные характеристики пуль огнестрельного нарезного оружия, используемого в работе [2].

На рис. 1. показан процесс начала образования вырубки чашечки при выстреле в

Рис. 1. Процесс начала образования вырубной чашечки

Таблица. Характеристики пуль и патронов огнестрельного оружия

Тип оружия	Калибр и тип пули	Дульная скорость, м/с	Масса пули, г
Пистолет Макарова	9.0 ОБ/ПС	305-325	6.2
Автомат АКМ	7.62, сталь ОБ/ПС	710-740	7.9
Винтовка СВД	7.62, сталь ОБ/ПС	820-840	9.6
Автомат АКМ	7.62, сталь ОБ/ТУС	710-740	7.9
Винтовка СВД	7.62, сталь ОБ/ТУС	820-840	9.6

Примечание - ОБ – оболочечная свинцовая пуля, БО – свинцовая пуля без оболочки, ОБ/ПС – оболочечная пуля с простым стальным сердечником, ОБ/ТУС – пуля с термоупрочненным стальным сердечником.

пластину стали Ст.3 пулей 7.62 мм из СВД. По вершине выпуклости трещина переходит в кольцевой отрыв. Дальше идёт расширение разрыва, открывание чашечки выпуклости как крышки «на петлях» и остановка. Пуля окончательно теряет энергию и останавливается внутри чашки.

Процесс можно описать как энергетическое штамповочное выдавливание пупка и дальнейший кольцевой полный или частичный отрыв боковых утончающихся стенок . Идёт работа на растяжение, далее имеет место разрывной отрыв, превышающий энергию разрушения атомарной структуры стали. Это аналог механической штамповки на высоких скоростях и давлениях с характерной высокотемпературной пластификацией металла мишени в зоне её продавливания с вовлечением в холодную пластическую вытяжную деформацию окружной прилегающей зоны метала («шляпка» вытягивает «юбку» и отрывает её).

На рис. 2 показана вырубленная чашечка пулей пистолета Макарова при выстреле в образец стали Ст.3 толщиной 2 мм.

Рис. 2. Образование чашечки после выстрела пулей пистолета Макарова

Рис. 3. Вырубки при лобовом (слева) и при боковом (справа) соударении пули с преградой: сердечники автоматной пули (слева) и винтовочной (справа) вложены в свои же вырубки

Выбивание пробки происходит как при лобовом ударе пули, так и при боковом соударении (рис. 3). На рисунке показаны два типа соударения с пластиной из стали Ст.3 толщиной 6 мм автоматной пули 7.62 патрона 7.62х39 мм и винтовочной 7.62х54 мм со стальным сердечником.

Таким образом, при пробитии листов преграды 5–6 мм длинноствольным оружием, торец сердечника пули успевает расплющиться, осесть, увеличиться в поперечнике, и головной частью пули вышибить пробку из листа металла по своему диаметру. На пробках-вырубках видны истончённые оторванные края вытяжки и плоскости механического разрыва металла преграды. Если идёт боковой удар, то имеем полнопрофильную боковую вырубку металла, также выносимую наружу. Таким образом, удар торцом - вырубка чашечкой, боком – лодочкой (рис. 3).

Для пуль со свинцовыми сердечниками процесс образования вырубки из мишени также наблюдается, деформация материалов пули и мишени, но протекает по-другому. На рис.4 показана вырубка из пластины стали 4 мм от выстрела винтовочной пулей 7.62х54 мм со свинцовым сердечником. На снимке раз- личим растёкшийся свинец в чашечках вырубках. Всегда остаётся центральный пупок осевой свинцовой пули или сердечника, по которому виден угол подхода пули и боя. Видны оторванные неровные края чашечек стали преграды.

На рис. 4 тяжёлый мягкий свинцовый сердечник, с силой ударяя в стальную пластину, начинает продавливать её по ходу движения, вытягивает конус, жидкий свинец тяжёлой кинетической массой самоцентрируется в ядро, собираясь в вершине конуса, которую сам же выдавил, и продолжает давить дальше, вытягивая конический пупок ещё больше. Если превышен предел прочности металла на разрыв и пуля ещё сохранила энергию, то идёт отрыв вершины конуса и всё вместе вылетает вырубкой в виде свинца, диффузионно припаявшегося к вырубленной чашечке металла мишени под высоким давлением и нагревом, получая диффузионную сварку для стальных материалов сердечника и мишени.

Собран фактический материал, образующий общий ряд типичного выбивания металла из мишени для различных типов оружия (рис. 5). Показана единая тенденция физических процессов деформации поведения для различных материалов со стальным и свинцовым сердечником. В качестве экстраполяции ряда дан пример вырубки ружейной дробью.

На рис. 5 слева направо сверху показаны вырубки и под ними сердечники пуль: ружейная

Рис. 4. Вид вырубки винтовочной пулей 7,62\54 со свинцовым сердечником из пластины стали Ст.3 со свинцом внутри (слева)

свинцовая дробь №1 массой 0.13 г, вырубившая пробку из листа кровельной жести толщиной 0.5 мм по своему диаметру. Далее вырубки из стали Ст.3 толщиной 2 мм пулей ПМ. Центральная - вырубка из Ст.3 толщиной 4 мм автоматной пулей с стальным сердечником. Последние справа винтовочные пули с вырубками из Ст.3 толщиной 6 мм патрона 7.62х54 со свинцовым сердечником и со стальным сердечником крайняя справа.

Процесс, который в отдельных случаях сопровождает вырубание пробки – это образование чашечки отгиба (рис. 6). На рис.

Рис. 5. Общий ряд типичного выбивания металла из преграды в виде пробки в зависимости от типа пули

Рис. 6. Процесс прострела разнесённой многослойной преграды автоматной пулей 7.62 мм: справа налево - 3 пластины со сквозным пробитием, образование чашечки отгиба, непробитие

6 чашеобразный отгиб получен прострелом комбинированной разнесённой многослойной цельносварной преграды из стали Ст.3 автоматной пулей 7.62х39 мм. Пластины 2 мм на расстоянии 40 мм сварены в жёсткий каркас. Первые три пластины сокращают расстояние полного полёта пули и обеспечивают предварительное торможение и естественное погашение энергии. Чашеобразные отгибы образуются на остаточных энергиях пули и на углах подхода пули к плоскости отличных от нормали. Отгиб – «неудавшаяся чашечка» вырубки. Идёт штамповка, но не достаточно энергии для оформлдения вырубки ровной правильной сферической формы и отрыва вырубки.

Таким образом, как итог выбивания пулями стальных пробок. От дроби и до самых крупных калибров выявлен один и тот же физический закон энергии кинетического импульса в работе выдавливания, вытяжки и закритического разрушения металла. Если прочность преграды (кулоновская энергия связи молекулярноатомарной структуры определённой толщины преграды) выше энергии пули, то везде получаем вытяжку металла в виде конусного «пупка» разной величины, на пределе растрескивание вершины пупка, и удержание пули. Если прочность несколько ниже, то получаем пробитие и вырубку пробки, или отгиб. Данные явления характерны для обычных малопрочных сталей (Ст3.), структуры которых допускают хорошую деформацию. Твердые, прочные и более хрупкие стали ведут себя по-другому: жесткая мощная структура сразу разрушается, практически минуя фазу пластической деформации, происходит цилиндрическая «выколотка», в отличии от сферической чашечки «пулевой штамповки», – с одной стороны ударила пуля, остановилась, упала, а с обратной стороны пластины вылетела выколотка диаметром калибра и толщиной мишени. Деформацией выколотки и окружающего металла практически можно пренебречь (так работает материал стальных бронепластин - вкладышей бронежилетов).

ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ

Исследованы критические условия пробивания стальной преграды пулей огнестстрель-ного оружия и схема пробития с образованием вырубки. Дано описание процессов образованию вырубки и описание динамического характера кинетических процессов деформации и разрушения материалов преграды и пули со стальным и свинцовым сердечником при соударении. Показан фактический эмпирический материал по образованию вырубки для пуль патронов различных классов оружия, в том числе при лобовом и боковом соударении, образовании чашечки отгиба. Показана общая тенденция скоростных режимов процесса образованию вырубки.