Готові вражаючі елементи у вигляді сталевих кульок та циліндрів. Основні параметри: маса, забійна швидкість та забійна дальність, вибір на основі розрахунків.

Останнім часом значна кількість ентузіастів долучилась до конструювання та виготовлення боєприпасів для дронів. З великою повагою, ставимось до всіх причетних до цієї справи, як до цивільних, так і військових. Будучи трохи дотичними до цієї теми в якості постачальника комплектуючих, ми виявили, що в деяких випадках розробники здійснюють неоптимальний вибір вражаючих елементів для своїх виробів. Іноді, на вибір впливають доступність конкретних елементів, іноді – вибір робиться по аналогу з вражаючими елементами подібних і не зовсім подібних конструкцій. Неодноразово доводилось спілкувались і з ентузіастами, що просто шукали під свій виріб «вольфрамові кульки як в Himars».

Насправді, вибір готових вражаючих елементів, потребує здійснення ряду математичних обчислень, унікальних до кожної конструкції, в якій вони використовуються.

В цій статті ми надамо базову інформацію з параметрів таких вражаючих елементів, та їх розрахунку. Сподіваємось, інформація буде корисною для спеціалістів, що працюють в цьому напрямі і допоможе виготовляти ефективні вироби, що зараз так потрібні на фронті.

Вимоги до вражаючих елементів

До готових вражаючих елементів уламкових боєприпасів пред'являють низку вимог:

• Висока забійна здатність
• Велика кількість для гарантованого враження
• Економічність
• Технологічність

Розглянемо кожен з цих параметрів для вражаючого елементу

Забійна здатність

Забійна здатність уламку – це його дія, що приводить до смерті або поранення живої сили противника. В нашому випадку ми будемо розглядати незахищену живу силу противника, тобто уламок має гарантовано пробити ділянки тіла, що незахищені засобами бронезахисту (бронежилетом, чи каскою). Практично забійна здатність уламку перевіряється методом пробиття сухої соснової дошки товщиною 25 мм, або ж стандартної пластилінової моделі НАТО товщиною в 180 мм. 

Є кілька методик теоретичного обчислення забійної здатності уламку, але для нашого випадку достатньо прийняти її сталою величиною енергії, що становить 100 Джоулів.

Пригадуємо формулу кінетичної енергії зі шкільної програми фізики і розуміємо, що забійна енергія уламку залежить від його маси, та квадрату його швидкості.

Маса вражаючих елементів у вигляді сталевих кульок – стала величина, значення маси для кульок діаметром від 2 до 7,5 наведені в таблиці 1.

Швидкість уламка.

Початкова швидкість уламку – є розрахунковою величиною і залежить від швидкості детонації ВР, маси вибухової речовини та маси уламків. Для типових конструкцій уламкових боєприпасів, що призначені для скидання з дрону, цей параметр знаходиться в діапазоні 1100-1300 м/с. 

Формула для обчислення початкової швидкості уламка:

Забійна швидкість уламка – це та швидкість, при якій уламок конкретної ваги передасть забійну енергію в 100 Джоулів, що, як вже писалось вище, достатньо для ураження незахищеної живої сили противника. Параметр досить легко розраховується, значення для уражаючих елементів у вигляді сталевих кульок, та сталевих циліндрів наведені у таблиці 1 і 2 відповідно.

Як видно з цих даних, надати при вибуху необхідної забійної швидкості уламкам вагою до 0,2 грам. з використанням невеликих боєприпасів неможливо.

Висновок – не треба використовувати в якості вражаючих елементів сталеві кульки діаметром менш ніж 4 мм, або шрапнель з дроту діаметром до 2,5 мм  - такі уламки не матимуть забійної здатності на будь-якій відстані. 

Велика кількість для гарантованого враження.

Очевидно, що уламок має мати не тільки достатню забійну здатність, але при цьому вони мають створювати достатню щільність уламкового поля для ураження цілей. Прийнятим критерієм суцільного ураження ростової цілі є 1 уламок на 0,37 м2 площі.

Для прикладу здійснимо дуже наближений розрахунок кількості уламків  для гарантованого ураження живої сили, в радіусі 5 метрів.

• Визначаємо площу поверхні циліндра радіусом 10 м і висотою 2 м = 63 м2.
• Необхідна кількість уламків, що мають потрапити в цю площу = 170 уламків.
• Кількість уламків, з урахуванням того, що вражаючими по цій площі будуть лише уламки, що будуть вилітати під кутом до 20 градусів над горизонтом = 170/0,22 = 772 уламків.
• Оскільки частина з цим уламків потрапить в зони захищені бронежилетом, або каскою, кількість уламків має бути ще більшою.

Висновок: ефективний боєприпас має мати максимальну кількість уламків, що мають забійну здатність. З врахуванням дуже обмеженої маси уламків, що може мати боєприпас для скиду доцільно обмежетись уламками мінімальної ваги, що матимуть забійну здатність - це сталеві кульки діаметром 4,5-5 мм, або шрапнель з дроту діаметром 2,8-4,0 мм. Для боєприпасу більшої ваги, наприклад, для оснащення FPV-дрону можна використовувати вражаючі елементи більшої маси - такі як сталеві кульки діаметром 6 або 6,35 мм.

Економічність

Питання економічності логічно виходить з розглянутої вище задачі необхідності забезпечення великої кількості уламків. В залежності від відстані до цілі працювати в напряму цілі буде дуже незначний відсоток уламків, тому уламків має бути багато, а отже вони мають бути достатньо дешеві.

Повернемось для нашого прикладу. Для ураження ростової цілі противника на радіусі в 5 метрів нам потрібно 722 уламків. Якщо в якості уламків використовуються сталева кулька вагою в 0,5 грам – наближена вартість = 722*0,5*400/1000 = 144,4 гривень. (при ціні сталевих кульок зі сталі ШХ-15 близько 400 грн. за кілограм).

Якщо в якості вражаючих елементів будуть вольфрамові кульки, вартість виросте до 3610 гривень. (при ціні вольфрамових кульок 10000 грн. за кілограм). 

Найбільш економічним варіантом виготовлення готових вражаючих елементів є шрапнель у вигляді циліндрів, нарізана зі сталевого дроту . Ціна кілограму сталевого дроту становить близько  40 грн. 

Технологічність

Готові вражаючі елементи, крім вище перелічених параметрів мають забезпечувати і технологічність процесу – як виготовлення, так і спорядження ними готових конструкцій, в т.ч. мати однакові геометричні, та масові параметри. З цих міркувань, знову ж таки, рекомендуємо зупинити свій вибір на стандартних сталевих кульках для підшипників. Вони мають однакові масогабаритні параметри та фізичні характеристики незалежно від партії/ виробника, вони постачаються готовими для використання і сам процес спорядження виробу кульками - найбільш простий та швидкий.

Проміжний підсумок

Насправді, проектування ефективних уламкових боєприпасів – досить складна і комплексна задача, що потребує теоретичних знань, здійснення досить значного обсягу попередніх розрахунків, і, наостанок експериментальних випробувань. Інтуітивне проектування боєприпасу, на жаль, в більшості випадків приведе, в кращому випадку до неефективної конструкції, в гіршому - він взагалі не буде виконувати свої функції.

І зовсім трохи про вольфрам.

Питання пошуку вражаючих елементів з вольфраму стало досить актуальним останнім часом. Причина, очевидна, - вражаючі елементи з кульок з вольфраму, що використовуються в Himars, беззаперечно, показали свою надзвичайну ефективність, в тому числі і по ураженню техніки. Вольфрам та вольфрамові сплави мають щільність вдвічі вищі за сталь, що забезпечує можливість використовувати вражаючі елементи менші за розмірами порівняно зі сталевими при кращих показниках твердості. Але, треба брати до уваги, що вага ВР Himars становить понад 23 кг, тому вважати, що подібну ефективність вольфрамові кульки можуть мати і в скидах для дронів з вагою ВР в десятки грам – неправильно.

Так само, за нашою думкою, недоцільним є і спроби використання в якості ГВЕ порізаних вольфрамових прутків, або твердосплавних елементів, виготовлених методом запікання порошків, це дорого, складно і неефективно. 

На наш погляд, оптимальною конструкцією готових вражаючих елементів для уламкових боєприпасів є сталеві кульки для зі сталі ШХ-15 діаметром від 4,5 до 6,35 мм. (Для меншої ваги ВР – кульки діаметром від 4,5 до 5 мм, для більших – кульки від 6 до 6,35 мм). Саме такі параметри кульок забезпечують оптимальне поєднання кількості уламків, їх забійну здатність, швидкість спорядження та вартість.

Також, дуже ефективним варіантом є застосування сталевих кульок для пневматики BB діаметром 4,5 мм, їх ціна істотно менша у порівнянні зі сталевими кульками для підшипника, а параметри цілком підходять для застосування як ГПЕ для боєприпасів невеликих розмірів.

І саме такі кульки використовуються в переважній кількості боєприпасів, що зараз постачаються на фронт, і що, вже довели свою ефективність сотнями і тисячами успішних використань.

Тому радимо тим розробникам, що до цього часу ще остаточно не визначились з вибором вражаючих елементів, або використовують кульки іншого діаметру зупинити свій вибір саме на такому діапазоні сталевих кульок.

Правильний підбір кількості уламкових елементів, в залежності від маси ВР, як і деякі конструктивні рішення, такі, зокрема, як використання проміжної оболонки також є критично важливими для проектування уламковиї боєприпасів, цими питаннями ми плануємо поділитись вже в наступній статті.

Таблиця 1. Параметри готових вражаючих елементів у вигляді сталевих кульок

Таблиця 2. Параметри готових вражаючих елементів у вигляді циліндрів з довжиною L=2D