Современное состояние и перспективы развития пулеулавливателей для отстрела нарезного огнестрельного оружия.

Источник: Журнал "Специальная техника", 2000, № 6.

Проведение баллистических экспертиз и создание пулегильзотек нарезного огнестрельного оружия связано с использованием специальных устройств для неразрушающего улавливания пуль – так называемых пулеулавливателей.

Схемные решения пулеулавливателей определяются требованиями выполнения работ в условиях помещений при достаточно высоких уровнях производительности и ресурса работы тормозящей среды. В качестве тормозящей среды используются различные жидкости, сыпучие, пористые и волокнистые материалы.

Первые образцы пулеулавливателей представляли собой емкости с водой или маслом. Отстрел оружия производился вертикально вниз или под некоторым углом к зеркалу жидкости. Главный недостаток таких пулеулавливателей – высокий уровень динамических нагрузок на пули на начальном этапе проникания пули в жидкую среду, приводящий к частичному или полному разрушению экспансивных, безоболочечных и полуоболочечных пуль и значительным деформациям оболочечных пуль, особенно при скоростях более 500 ... 600 м/с. Уровень таких нагрузок определяется в основном значением квадрата скорости пули, ее поперечной нагрузкой (отношением массы пули к площади ее поперечного сечения) и начальной плотностью тормозящей среды r _о. Для используемых в пулеулавливателях жидкостях начальная плотность колеблется от r_о = 1 г/см³ для воды до r_о = 0.8 ... 0.9 г/см³ для машинных масел.

Слабая сжимаемость этих жидкостей, и прежде всего воды, и высокий уровень давления, возникающего на границе проникающей пули и жидкости, обуславливает развитие процесса гидроудара, способного разрушить емкость пулеулавливателя даже без прямого контакта пули со стенками емкости.

При отстреле оружия под углом к зеркалу жидкости, как правило, происходит отклонение пули от прямолинейной траектории, что особенно характерно для пуль калибра 5.45 мм со смещенным центром тяжести, с возможным последующим контактом со стенками емкости пулеулавливателя. В результате такого контакта пуля может сдеформироваться, а стенка емкости – получить сквозную пробоину. При отстреле оружия по нормали к зеркалу жидкости определенные трудности создают ограниченная высота потолка помещений и необходимость использования сложных конструкций держателей оружия для работы с ветхим и самодельным оружием, для которого высока вероятность самопроизвольного разрушения в процессе выстрела. Кроме того, определенные ограничения накладывают требования проведения баллистических экспертиз.

Таким образом, пулеулавливатели, использующие жидкости в качестве тормозящей среды, обладают целым рядом недостатков, ограничивающих область их использования.

Для улавливания оболочечных пуль может использоваться тормозящая среда, выполненная в виде последовательности резиновых пластин с r _о = 1.2 ... 1.8 г/см³. Недостатком пулелавливателей, построенных на таком принципе, является как высокий уровень динамических нагрузок на пули, превышающий соответствующий показатель для пулеулавливателей с тормозящей средой на основе жидкостей, так и низкий ресурс работоспособности, обусловленный эффектом уноса вещества и составляющий от нескольких десятков до нескольких сотен выстрелов. В некоторых случаях этого ресурса бывает достаточно для отстрела небольшой партии оружия. При этом для облегчения экстракции пуль из тормозящей среды в пулеулавливателе используют пластины, толщина которых соизмерима с длиной пули.

Повышению сохранности следов оружия на пулях при их отстреле способствует использование в качестве тормозящих сред материалов с меньшим по сравнению с резиной, водой и машинным маслом значением r _о. К числу таких материалов относятся пористая резина, пенополиуретан, пенопласт и т.п., имеющие значение r _о = 0.3 ... 1.0 г/см³. При значительном снижении уровня динамической нагрузки на пули остается нерешенной проблема низкого ресурса работоспособности. Кроме того в случае улавливания высокоскоростных пуль, имеющих начальную скорость 900 и более м/с (винтовки Мосина, СВД), интенсивный разогрев тормозящей среды с температурой плавления ~ 80 ... 150 ° С, в частности пенопласта, может приводить к ее спеканию на поверхности пули с образованием корки. Удаление такой корки может повредить следы оружия на пуле.

Фото 1. Пулеулавливатель ПУ-1Р

В целом уменьшение плотности тормозящей среды за счет использования пористых материалов повышает сохранность следов оружия на улавливаемых пулях, однако, не решает проблемы неразрушающего улавливания экспансивных и безоболочечных пуль.

Дальнейшее развитие пулеулавливателей связано с использованием волокнистых материалов, имеющих температуру плавления не менее 500 ° С. В оптимальном варианте используется тормозящая среда из баллистически стойких материалов с температурой плавления ~ 600 ° С, к числу которых относятся сверхвысокомодульное волокно (СВМ) и кевлар. Причем СВМ превосходит по этому показателю кевлар.

Первые образцы пулеулавливателей с волокнистой тормозящей средой использовали непрерывную нить СВМ или кевлара в виде путанки, полученной путем снятия нити непосредственно со шпули без дополнительной обработки. Плотность тормозящей среды составляет 0.05 ... 0.07 г/см³. Для предотвращения вылета пуль из тормозящей среды ее размещают блоком в стальных (толщиной 3 ... 4 мм) или стекловолокнистых (толщиной 8 ... 15 мм) трубах с внутренним диаметром 250 ... 315 мм. Длина пути торможения пуль составляет:

При использовании волокнистых тормозящих сред основной тормозящий эффект создается за счет последовательного вовлечения в движение первоначально покоящихся участков нити, скорость которых возрастает от 0 до некоторого значения V ? V _п , где V – текущее значение скорости участка нити, V _п – текущее значение скорости пули. Пренебрегая величинами второго порядка малости, зависимость для расчета текущего значения тормозящего усилия Т(t) можно записать в следующем виде:

где	l	-	погонная масса нити;
	Vi(t)	-	текущее значение скорости i-го участка нити;
	Li	-	длина i-го участка нити;
		-	ускорение i-го участка нити;
	Cxб	-	аэродинамический коэффициент сопротивления боковой поверхности нитей в воздухе;
	r в	-	плотность воздуха;
	Fбi	-	площадь боковой поверхности i-го участка нити.

Как видно из этой зависимости и проведенных численных расчетов, тормозящее усилие Т(t) в процессе торможения пули начинает плавно увеличиваться с 0 в начале процесса проникания пули в волокнистую среду, когда масса вовлеченных в движение участков нити ничтожно мала, до Т_max на среднем участке траектории при V_п = (0.4 ... 0.6) V_по, где V _по – начальная скорость пули. При этом абсолютное значение Т_max в 3 ... 10 раз меньше соответствующего параметра для аналогичной пули на начальном этапе ее проникания в жидкие и пористые среды. Это обеспечивает возможность неразрушающего улавливания многих типов пуль, в том числе экспансивных и безоболочечных, имеющих начальную скорость до 500 ... 600 м/с.

Ресурс работы тормозящего блока в среднем составляет порядка 10000 циклов отстрела оружия.

В более совершенных моделях пулеулавливателей, в частности, типа ПУ-1Му, разработанных и выпускаемых в России, оптимизированная тормозящая среда представляет собой совокупность отдельных волокон СВМ длиной 5 ... 20 калибров отстреливаемого оружия. На данную конструкцию пулелавливателя и состав тормозящей среды имеется целый ряд патентов на изобретения.

За счет используемого принципа построения тормозящей среды из совокупности не связанных между собой отдельных волокон обеспечиваются дополнительные возможности воздействия на величину Т, в частности, уменьшения абсолютного значения Т_max и, соответственно, создания условий для более плавного торможения пуль. Это обеспечивает возможность использования пулеулавливателей типа ПУ-1Му для неразрушающего улавливания всех известных типов пуль, в том числе и экспансивных, имеющих начальную скорость до 1100 ... 1200 м/с.

Этот эффект обусловлен прежде всего отсутствием "жесткой" сцепки участков нитей между собой в отличие от варианта с одной непрерывной нитью. Взаимодействие отдельных нитей между собой при торможении пули осуществляется преимущественно за счет сил трения. Характер такого взаимодействия в зависимости (1) для расчета тормозящей силы Т учитывается с помощью коэффициента взаимодействия k_в, значение которого лежит в пределах от 0 до 1:

где l _i - погонная масса i-ой нити (в общем случае используются отрезки различных нитей).

При k_в = 1 тормозящий состав выполнен из одной непрерывной нити, когда вовлечение в движение одного из участков нити вызывает безусловное вовлечение в движение соседних участков нити, в том числе и вне пределов проекции пули. При полном отсутствии взаимодействия отдельных нитей между собой, когда в пределе коэффициент трения стремится к 0, k_в = 0. В реальных условиях 0<k_в<1. Конкретное значение коэффициента k_в определяется локальной плотностью тормозящей среды r _о, процентным соотношением содержания в ней отдельных нитей различной длины, их погонной массой, эластичностью и коэффициентом трения. Таким образом, в результате механической и термохимической обработки волокнистой тормозящей среды обеспечиваются условия для управления тормозящим усилием Т и, соответственно, для снижения уровня динамической нагрузки на пули при их торможении.

Качественная картина изменения тормозящего усилия Т для различных типов пулеулавливателей представлена на рис.1.

L – текущее значение тормозного пути;
T – текущее значение тормозящего усилия;
1 – для жидких и пористых тормозящих сред;
2 – для волокнистых тормозящих сред на основе непрерывной нити;
3 - для волокнистых тормозящих сред на основе нарезанных и обработанных нитей СВМ.

Рис. 1.

Следует отметить, что площадь под кривыми (1 – 3) для аналогичных пуль совпадает, что обусловлено эквивалентными энергетическими параметрами работы торможения.

В конкретной конструкции пулеулавливателя ПУ-1Му (фото 2) используются нарезанные и обработанные отрезки волокна СВМ длиной 5 ... 20 калибров отстреливаемого оружия, размещаемое блоком в цилиндрическом стальном корпусе длиной 1400 мм и диаметром 315 мм. Плотность тормозящей среды составляет 0.02 ... 0.07 г/см³. При этом для торможения высокоскоростных экспансивных пуль тормозящую среду рекомендуется располагать по длине корпуса с переменной плотностью, в частности, с меньшей в районе входного отверстия с постепенным ее увеличением к задней стенке. Стенки пулеулавливателя снабжены резиновым покрытием, обеспечивающим в случае производства выстрела под углом к оси пулеулавливателя рикошетирование пули с допустимым для дальнейшей экспертизы уровнем ее остаточных деформаций. За счет снижения уровня тормозящего усилия Т ресурс работы тормозящего состава увеличивается по сравнению с вариантом, использующим непрерывную нить СВМ, в 3 ... 4 раза, достигая 40000 циклов отстрела оружия и снижая тем самым стоимость осуществления единичного цикла. В случае преимущественного отстрела оружия с начальной скоростью пули до 600 ... 700 м/с с дальности 0.7 ... 1.0 м, когда до минимума сводится воздействие на тормозящую среду высокотемпературных пороховых газов и минерализованных частиц, ресурс работы одного блока тормозящей среды увеличивается до 70000 ... 80000 тысяч выстрелов.

Фото 2. Пулеулавливатель ПУ-1Му

Таким образом, использование в качестве тормозящей среды пулеулавливателя нарезанных и обработанных отрезков волокна СВМ длиной 5 ... 20 калибров отстреливаемого оружия позволяет производить неразрушающее улавливание пуль калибра 5.45 ... 12.7 мм с начальной скоростью до 1100 ... 1200 м/с.

Статья опубликована на сайте: 26.04.2006