El sabot perforante con aletas descartables ( APFSDS ), el penetrador de dardos largos o, simplemente, la munición de dardos es un tipo de munición penetradora de energía cinética que se utiliza para atacar el blindaje de los vehículos modernos . Como armamento para los carros de combate principales , sucede a la munición de sabot perforante con aletas descartables (APDS), que todavía se utiliza en sistemas de armas de calibre pequeño o mediano.
Las mejoras en los potentes sistemas de suspensión y propulsión de los vehículos después de la Segunda Guerra Mundial permitieron que los carros de combate modernos incorporasen un blindaje cada vez más grueso y pesado, manteniendo al mismo tiempo una maniobrabilidad y una velocidad considerables en el campo de batalla. Como resultado, lograr una penetración profunda del blindaje con munición disparada con cañones requería proyectiles antiblindaje aún más largos, disparados a una velocidad inicial aún mayor que la que se podía lograr con proyectiles APDS más cortos.
El sabot descartable perforante de blindaje (APDS) fue inicialmente el diseño principal del penetrador de energía cinética (KE). La progresión lógica fue hacer el disparo más largo y más delgado para aumentar su densidad seccional , concentrando así la energía cinética en un área más pequeña. Sin embargo, una varilla larga y delgada es aerodinámicamente inestable; tiende a volcarse en vuelo y es menos precisa. Tradicionalmente, a los proyectiles se les daba estabilidad giroscópica en vuelo gracias al estriado del cañón del arma, que imparte un giro al proyectil. Hasta cierto límite, esto es efectivo, pero una vez que la longitud del proyectil es más de seis o siete veces su diámetro, el efecto giroscópico impartido por el estriado del cañón se vuelve menos efectivo. [1] Agregar aletas a la base del proyectil como las plumas de una flecha en cambio le da al proyectil su estabilidad en vuelo. [2]
El giro del estriado estándar disminuye el rendimiento de estos proyectiles (el estriado agrega fricción y convierte parte de la energía cinética lineal en energía cinética rotacional, disminuyendo así la velocidad, el alcance y la energía de impacto del proyectil). Una rotación muy alta en un proyectil estabilizado por aletas también puede aumentar la resistencia aerodinámica, reduciendo aún más la velocidad de impacto. Por estas razones, los proyectiles APFSDS generalmente se disparan desde cañones de ánima lisa , una práctica que se ha adoptado para los cañones de tanques en los bloques occidental y oriental . Sin embargo, en el desarrollo temprano de la munición APFSDS, se utilizaron cañones de cañón estriado existentes (y todavía se utilizan), como el cañón M68/M68E1 de 105 mm montado en el tanque de batalla principal M60/A1/A3 o el Royal Ordnance L30 británico de 120 mm del tanque Challenger 2 . Para reducir la velocidad de giro cuando se utiliza un cañón estriado, se incorpora un "obturador deslizante" ( anillo de obturación deslizante ) que permite que los gases propulsores a alta presión sellen, pero no transfieran la velocidad de giro total del estriado al proyectil. El proyectil sigue saliendo del cañón con algo de giro residual, pero a una velocidad aceptablemente baja. Además, cierta velocidad de giro es beneficiosa para un proyectil estabilizado por aletas, ya que compensa los desequilibrios aerodinámicos y mejora la precisión. Incluso los proyectiles APFSDS disparados con ánima lisa incorporan aletas que están ligeramente inclinadas para proporcionar cierta velocidad de giro durante el vuelo; y también se han desarrollado cañones estriados de torsión muy baja con el propósito expreso de disparar munición APFSDS.
Los penetradores KE para tanques modernos tienen comúnmente un diámetro de 2 a 3 cm (0,787 a 1,18 pulgadas) y pueden alcanzar los 80 cm (31,5 pulgadas) de largo. A medida que se desarrollan diseños de penetradores-sabot más eficientes estructuralmente, su longitud tiende a aumentar, con el fin de vencer una profundidad de blindaje aún mayor en la línea de visión. El concepto de vencer el blindaje utilizando un penetrador de varilla larga es una aplicación práctica del fenómeno de la penetración hidrodinámica . [3]
A pesar de que los materiales penetradores y objetivos prácticos no son fluidos antes del impacto, a una velocidad de impacto suficientemente alta incluso los materiales cristalinos comienzan a comportarse de una manera altamente plástica similar a un fluido, por lo que se aplican muchos aspectos de la penetración hidrodinámica. [4] [5]
Los proyectiles de varilla larga penetran un fluido en el sentido literal, basándose simplemente en la densidad del blindaje del objetivo y la densidad y longitud del penetrador. El penetrador continuará desplazando el objetivo a una profundidad igual a la longitud del penetrador multiplicada por la raíz cuadrada de la densidad del penetrador respecto del objetivo. Se observa inmediatamente que los penetradores más largos y densos penetrarán a mayores profundidades, y esto forma la base para el desarrollo de proyectiles antiblindaje de varilla larga. [4]
Por lo tanto, los parámetros importantes para un penetrador de varilla larga eficaz son una densidad muy alta con respecto al objetivo, una dureza alta para penetrar superficies duras del objetivo, una tenacidad muy alta (ductilidad) para que la varilla no se rompa con el impacto y una resistencia muy alta para sobrevivir a las aceleraciones del lanzamiento del arma, así como a las variabilidades del impacto en el objetivo, como golpear en un ángulo oblicuo y sobrevivir a contramedidas como el blindaje reactivo a explosivos. [4]
Si bien la geometría del penetrador se ha adaptado a las contramedidas reactivas de blindaje , las aleaciones pesadas de tungsteno (WHA) y de uranio empobrecido (DU) siguen siendo los materiales preferidos. Ambos son densos, duros, resistentes, dúctiles y fuertes; todas cualidades excepcionales adecuadas para la penetración profunda del blindaje. Cada material exhibe cualidades de penetración únicas que pueden convertirlo en la mejor opción para una aplicación antiblindaje en particular.
Por ejemplo, la aleación de uranio empobrecido es pirofórica ; los fragmentos calientes del penetrador se encienden después del impacto en contacto con el aire, incendiando el combustible y/o la munición en el vehículo objetivo, lo que contribuye significativamente a la letalidad detrás del blindaje. [ cita requerida ] Además, los penetradores de uranio empobrecido muestran una formación significativa de bandas de corte adiabáticas . Un error común es pensar que, durante el impacto, las fracturas a lo largo de estas bandas hacen que la punta del penetrador desprenda material continuamente, manteniendo la forma cónica de la punta, mientras que otros materiales como el tungsteno sin revestimiento tienden a deformarse en un perfil redondeado menos efectivo, un efecto llamado "formación de hongo". La formación de bandas de corte adiabáticas en realidad significa que los lados del "hongo" tienden a romperse antes, lo que lleva a una cabeza más pequeña en el impacto, aunque seguirá estando significativamente "formada". [ cita requerida ]
Las pruebas han demostrado que el orificio perforado por un proyectil de uranio empobrecido tiene un diámetro más estrecho que el de un proyectil de tungsteno similar. Aunque ambos materiales tienen casi la misma densidad, dureza, tenacidad y resistencia, debido a estas diferencias en su deformación, el uranio empobrecido tiende a penetrar más que una longitud equivalente de aleación de tungsteno contra objetivos de acero. [6] El uso de uranio empobrecido, a pesar de algunas características de rendimiento superiores, provoca controversia política y humanitaria, pero sigue siendo el material preferido para algunos países debido a su menor costo y mayor disponibilidad que el tungsteno. Se ha descubierto que el tungsteno en sí es biológicamente peligroso y crea riesgos de exposición solo algo más leves que el uranio empobrecido.
En algunos países, como Corea del Sur , se aplican procesos de tratamiento térmico específicos , como el tratamiento térmico cíclico de múltiples etapas [7] [8] y el control de la microestructura a los penetradores de tungsteno para separar finamente las estructuras de grano metálico, mejorando significativamente la deformación en forma de hongo, que era un problema crónico para las aleaciones de tungsteno convencionales, aumentando la penetración en un 8-16% y la tenacidad al impacto en un 300%. Esto da como resultado que el penetrador de tungsteno de micropartículas cause un comportamiento de autoafilado equivalente al del penetrador DU. [9] [10] [11] [12]
Las velocidades típicas de los proyectiles APFSDS varían entre fabricantes y longitudes/tipos de boca de cañón. Como ejemplo típico, el cañón KEW-A1 de General Dynamics estadounidense tiene una velocidad de boca de cañón de 1740 m/s (5700 pies/s). [13] Esto se compara con los ~914 m/s (3000 pies/s) de un proyectil de 5,56 mm disparado desde un fusil M16. Los proyectiles APFSDS generalmente operan en el rango de 1400 a 1800 m/s (4593 a 5906 pies/s). Por encima de una velocidad de impacto mínima necesaria para superar significativamente los parámetros de resistencia del material del objetivo, la longitud del penetrador es más importante que la velocidad de impacto; como lo demuestra el hecho de que el modelo base M829 vuela casi 200 m/s (656 ft/s) más rápido que el modelo más nuevo M829A3, pero tiene solo la mitad de longitud, totalmente inadecuado para derrotar a los conjuntos de blindaje de última generación. [ cita requerida ]
Para complicar las cosas, cuando se considera el despliegue de fuerzas militares en el extranjero o los mercados de ventas de exportación, un sabot diseñado específicamente para lanzar un penetrador de uranio empobrecido no puede simplemente usarse para lanzar un penetrador de WHA sustituto, incluso si tiene exactamente la misma geometría fabricada. Los dos materiales se comportan de manera diferente bajo alta presión y altas fuerzas de aceleración de lanzamiento, de modo que se requieren geometrías de material de sabot completamente diferentes (más gruesas o más delgadas en algunos lugares, si es que es posible) para mantener la integridad estructural del interior del cañón. [ cita requerida ]
A menudo, el mayor desafío de ingeniería es diseñar un sabot eficiente para lanzar con éxito proyectiles penetradores extremadamente largos, que ahora se acercan a los 80 cm (31 pulgadas) de longitud. El sabot, necesario para llenar el orificio del cañón cuando se dispara un proyectil de vuelo largo y delgado, es un peso parásito que resta velocidad de salida potencial de todo el proyectil. Mantener la integridad estructural en el interior del cañón de un proyectil de vuelo tan largo bajo aceleraciones de decenas de miles de g no es una tarea trivial, y ha llevado el diseño de sabots desde el uso, a principios de los años 1980, de aluminios de grado aeroespacial de bajo costo y alta resistencia fácilmente disponibles, como 6061 y 6066-T6, al aluminio 7075-T6 de alta resistencia y más caro, acero maraging y aluminio experimental 7090-T6 de ultra alta resistencia, hasta los plásticos reforzados con fibra de grafito de última generación y costosos actuales, con el fin de reducir aún más la masa parásita del sabot, que podría ser casi la mitad de la masa de lanzamiento de todo el proyectil. [13]
Los pétalos de sabotaje que se desprenden viajan a una velocidad inicial tan alta que, al separarse, pueden continuar durante varios cientos de pies a velocidades que pueden ser letales para las tropas y dañinas para los vehículos ligeros. Por esta razón, los artilleros de tanques deben estar atentos al peligro para las tropas cercanas.
La flechette saboteada era la contraparte del APFSDS en munición de fusil. Un fusil para disparar flechettes, el Special Purpose Individual Weapon , estaba en desarrollo para el ejército de los EE. UU., pero el proyecto fue abandonado.