Бесгильзовые патроны: история, конструкция и проблемы применения.

Введение

Тип патрона для оружия

Безгильзовый боеприпас (CL), или безгильзовый патрон, – это конструкция патрона для оружия, исключающая использование гильзы, которая обычно объединяет капсюль, пороховой заряд и снаряд в единое целое. Вместо этого пороховой заряд и капсюль крепятся к снаряду иным способом, что делает гильзу ненужной, например, внутри или снаружи снаряда в зависимости от конструкции. Безгильзовые боеприпасы – это попытка снизить вес и стоимость боеприпасов за счет отказа от гильзы, которая обычно изготавливается из латуни или стали с высокой точностью, а также упростить работу автоматического оружия, устранив необходимость извлекать и выбрасывать стреляную гильзу. Широкое распространение таких боеприпасов затрудняется проблемами с затратами на производство, чувствительностью к нагреву, герметичностью и хрупкостью. На сегодняшний день их применение в основном ограничено прототипами и оружием малой мощности, за некоторыми исключениями.

Описание

Более старые безгильзовые боеприпасы обычно используют конструкцию, в которой капсюль и метательное вещество интегрированы в донную часть снаряда, подобно ракете. При выстреле пороховые газы выходят из задней части снаряда, разгоняя его. В отличие от ракетных снарядов, имеющих схожую конструкцию, метательное вещество "безгильзовых боеприпасов с внутренним горением" имеет мгновенное время сгорания, как у традиционного патрона (менее 0,2 секунды), то есть вещество полностью сгорает до того, как снаряд покинет ствол, предпочтительно – внутри патронника. Ракетные снаряды, для сравнения, имеют время сгорания топлива более 0,2 секунды, обычно несколько секунд, что означает, что ракетный двигатель традиционно обеспечивает тягу ракете на определенном участке траектории от пусковой установки. Во время Второй мировой войны Германия начала масштабную программу по исследованию и разработке практичного безгильзового патрона с внутренним горением для военных нужд, что было вызвано растущей нехваткой металлов, особенно меди, используемой для изготовления гильз. Немцы добились определенного прогресса, но его оказалось недостаточно для организации производства безгильзовой системы патронов в ходе войны. Одним из почти запущенных в производство образцов была 55-мм Maschinenkanone MK 155. Она использовала частично сгораемые патроны, аналогичные тем, что применяются в современной танковой пушке Rheinmetall Rh 120. Однако Япония успешно разработала авиационную автоматическую пушку, использующую безгильзовые боеприпасы с внутренним горением, в ходе войны. Эта пушка, получившая название Ho 301, была 40-мм автоматической пушкой и применялась в ограниченных масштабах для обороны японских островов в последние месяцы войны.

Проблемы

Поскольку пороховые газы выбрасываются из задней части снаряда при выстреле, многие исторические орудия, использующие внутренние патроны без гильз, сталкивались с проблемой накопления порохового осадка, что приводило к сбоям в работе. Для уменьшения накопления осадка исторические системы часто вынуждены были использовать меньшее количество пороха в патронах или применять безоткатную схему, при которой часть сгорающих пороховых газов выпускается через заднюю часть орудия во время выстрела.

Проблемы

Хотя замена гильзы на кусок твердого топлива кажется простой операцией, гильза патрона выполняет не только функцию удержания компонентов патрона вместе, и эти дополнительные функции необходимо воспроизвести, если гильза будет исключена. Бесгильзовые патроны с внешним зарядом не лишены недостатков, и именно эти недостатки препятствовали более широкому распространению современных бесгильзовых патронов с внешним зарядом.

Чувствительность к теплу

Первая серьезная проблема, особенно важная в военных применениях, которые часто связаны с продолжительной стрельбой, – это теплочувствительность боеприпасов. Нитроцеллюлоза, основной компонент современного пороха для огнестрельного оружия, воспламеняется при относительно низкой температуре около 170 °C (338 °F). Одной из функций металлического гильзового патрона является отвод тепла; при извлечении после выстрела каждая металлическая гильза уносит значительное количество тепла, выделяющегося при сгорании пороха, замедляя скорость нагрева патронника. Теплоизоляция, обеспечиваемая гильзой, также действует в обратном направлении, защищая порох от накопленного тепла в стенках патронника. Без гильзы, выполняющей эти функции, бескапсовые патроны с нитроцеллюлозой начнут самопроизвольно воспламеняться от остаточного тепла в патроннике гораздо быстрее, чем патроны в гильзах. Самопроизвольного воспламенения можно избежать, сконструировав оружие для стрельбы с открытого затвора, но это создает другие проблемы и поэтому подходит только для пулеметов и пистолетов-пулеметов малого калибра. Обычно проблему перегрева решают путем повышения теплостойкости, переходя на порох с более высокой температурой воспламенения, как правило, на некристаллический взрывчатый состав, тщательно разработанный для обеспечения необходимой скорости горения. Бескапсовые патроны с внешним пороховым зарядом также должны учитывать возможность блокировки ствола, поскольку пуля окружена порохом. Для решения этой проблемы используется дополнительный заряд (бустер), который создает первоначальный импульс давления, чтобы вытолкнуть пулю из корпуса патрона в ствол до того, как корпус сгорит. Некоторые штурмовые винтовки использовали бескапсовые патроны с внешним пороховым зарядом. Одним из наиболее известных образцов такого оружия является G11, разработанная компанией Heckler & Koch в качестве потенциальной замены боевой винтовки G3. Хотя G11 так и не была запущена в серийное производство, она прошла несколько этапов прототипирования и полевых испытаний, включая испытания в рамках американской программы Advanced Combat Rifle. Несмотря на то, что планировалось принять G11 на вооружение западногерманской армии с программой закупки 300 000 винтовок G11K2 в период с 1990 по 2002 год, расходы, вызванные объединением Германии, и невозможность модифицировать G11 для использования стандартных боеприпасов НАТО привели к отмене проекта G11 и принятию более дешевой и традиционной стандартизированной штурмовой винтовки НАТО – 5,56-мм G36. Бескапсовые патроны G11 впоследствии были использованы в качестве основы для разработки бескапсовых патронов в рамках американской программы Lightweight Small Arms Technologies. Первой коммерческой винтовкой с бескапсовыми патронами и внешним пороховым зарядом с электронным воспламенением стала Voere VEC 91.

The first major problem, of special concern in military applications, which often involve sustained firing, is the heat sensitivity of the ammunition. Nitrocellulose, the primary component of modern firearm propellant, ignites at a relatively low temperature of around 170 °C (338 °F). One of the functions of the metallic cartridge case is as a heat sink; when extracted after firing, every metallic case carries away a significant amount of the heat from the combustion of the propellant, slowing the rate at which heat builds up in the chamber. The thermal insulation provided by the case also works the other way around, shielding the propellant from built up heat in the chamber walls. Without a case to provide these functions, external propellant caseless rounds using nitrocellulose will begin to cook off, firing from the residual chamber heat, much sooner than cased cartridges do. Cooking off can be avoided by designing the weapon to fire from an open bolt, but this introduces other problems, and thus is only suitable for smaller calibre machine guns and submachine guns. The normal solution to the problem of heat is to increase the heat resistance by switching to a propellant with a higher ignition temperature, typically a non crystalline explosive carefully formulated to provide an appropriate rate of combustion. Telescoped external propellant caseless rounds must also deal with the issue of blocking the bore, as the bullet is surrounded by propellant. The booster charge is used to address this issue, providing an initial burst of pressure to force the bullet out of the cartridge body and into the barrel before the body combusts. Some assault rifles have used external propellant caseless ammunition. One of the better known weapons of this type is the G11 made by Heckler & Koch as a potential replacement for the G3 battle rifle. Although the G11 never entered full production, it went through a number of prototype stages as well as field testing, including testing as part of the American Advanced Combat Rifle program. While it was scheduled to be adopted by the West German military with a plan set out to procure 300,000 G11K2 rifles over a period from 1990 to 2002, the expenses created by the reunification of Germany and the impossibility of modifying the G11 to use NATO standard ammunition led to the cancellation of the G11 project and the adoption of a cheaper, more conventional NATO standardised assault rifle, the 5.56mm G36. The G11's caseless ammunition was later used as the basis for the caseless round development in the US Lightweight Small Arms Technologies program. The first commercial external propellant caseless rifle featuring electronic firing was the Voere VEC 91.