i

SISTEM BALISTIC DE CALIBRU MIC, RAPID CONVERTIBIL PENTRU ACȚIUNI LETALE ȘI NELETALE PCCA 297 / 2014 – UEFISCDI - ATM

ETAPA III, 2016 REALIZAREA MODELULUI VIRTUAL AL SISTEMULUI DE ARMAMENT CONPOSE

raport științific și tehnic

Activitatea III.1. Definirea principalelor mecanisme ale armei

Activitatea III.2. Definirea elementelor pentru realizarea interoperabilităţii sistemului CONPOSE cu sistemele de

calibru mic selectate drept referinţă

Activitatea III.3. Realizarea modelului virtual al sistemului CONPOSE

Activitatea III.4. Evaluarea şi selecţia prin experimente de laborator a caracteristicilor propulsive ale pulberilor

utilizate în muniţia neletală.

Activitatea III.5. Rezolvarea problemei privind asigurarea stabilităţii la tragere cu muniţia neletală.

Reconfigurarea muniţiei

Activitatea III.6. Analiza dinamică a modelului virtual

Activitatea III.7. Recalcularea parametrilor de balistică interioară, avînd fixate caracteristicile armei

Activitatea II.8. Realizarea muniţiei de test

CONPOSE

2016

director de proiect: conf. univ. dr. ing., lt. col. marius valeriu cîrmaci-matei departamentul de inginerie a sistemelor de armament și mecatronică

academia tehnică militară, bucureşti, decembrie, 2016

Form DOT F 1700.7 (8-72)

Raport Științific și Tehnic - pagină de identificare

Raport nr. 3/2016 Aviz de consultare publică nr. Nr. de catalog

Titlul

PROIECTAREA SISTEMULUI CONPOSE

Perioada

01 Ianuarie 2016 – 31 Decembrie 2016

Autori

Academia Tehnică Militară

Agenția de Cercetare pentru Tehnică și Tehnologii Militare

Societatea Uzina Mecanică SADU S.A.

Codul organizaţiei autorilor

ATM

ACTTM

UM SADU SA

Tipul raportului

Parțial Etapa III / 2016

Denumirea proiectului din care face parte raportul Finanțator

SISTEM BALISTIC DE CALIBRU MIC,

RAPID CONVERTIBIL PENTRU ACȚIUNI LETALE ȘI NELETALE

UEFISCDI – PCCA 2013

Contract nr. 297 / 2014

www.mta.ro; www.acttm.ro; www.umsadu.ro

Activitatea III.1. Definirea principalelor mecanisme ale armei

Activitatea III.2. Definirea elementelor pentru realizarea interoperabilităţii sistemului CONPOSE cu sistemele de calibru

mic selectate drept referinţă

Activitatea III.3. Realizarea modelului virtual al sistemului CONPOSE

Activitatea III.4. Evaluarea şi selecţia prin experimente de laborator a caracteristicilor propulsive ale pulberilor utilizate în

muniţia neletală

Activitatea III.5. Rezolvarea problemei privind asigurarea stabilităţii la tragere cu muniţia neletală. Reconfigurarea

muniţiei

Activitatea III.6. Analiza dinamică a modelului virtual

Activitatea III.7. Recalcularea parametrilor de balistică interioară, avînd fixate caracteristicile armei

Activitatea II.8. Realizarea muniţiei de test

Cuvinte cheie Nivel de accesibilitate

Armament, Muniție, Neletal, Conversie, CAD, Model Virtual, Balistică Fără restricţii

Clasificarea de securitate a raportului Clasificarea de securitate a paginii Nr. de pagini

Neclasificat Neclasificat 20

3

CUPRINS

CUPRINS ___________________________________________________________________________3

REZUMATUL ETAPEI _________________________________________________________________4

OBIECTIVELE RAPORTULUI ____________________________________________________________4

ANALIZA ANVELOPEI DE TRAGERE LA UTILIZAREA SISTEMELOR DE ARMAMENT DE CALIBRU MIC,

INTEROPERABILE CU SISTEMUL CONPOSE ________________________________________________5

ANALIZA DINAMICĂ A MODELULUI VIRTUAL _____________________________________________9

Model virtual al sistemului de calibru 7,62mm __________________________________________________ 11

Definirea sistemului şi a ipotezelor de lucru ____________________________________________________ 12

Modelul virtual al pistolului calibru 9mm pentru muniție conpose __________________________________ 15

MUNIȚIA CONPOSE PENTRU TESTE ___________________________________________________ 16

Caracteristici impuse cartuşului cu glonţ CONPOSE _______________________________________________ 16

Cerinţe generale de proiectare de siguranţă pentru muniţia CONPOSE _______________________________ 16

Cerinţe pentru cartuşul asamblat ___________________________________________________________ 16

Cerinţe pentru tubul cartuş ________________________________________________________________ 17

Cerinţe pentru capsa de iniţiere ____________________________________________________________ 17

Cerinţe pentru glonţ _____________________________________________________________________ 17

Cerinţe pentru pulberea de azvârlire ________________________________________________________ 17

Elementele utilizate pentru realizarea munitiei CONPOSE _________________________________________ 18

Tubul cartuş ____________________________________________________________________________ 18

Proiectilul conpose ______________________________________________________________________ 19

Capsa de aprindere prin percuţie ___________________________________________________________ 19

Incărcătura de azvârlire ___________________________________________________________________ 19

REZUMATUL ETAPEI

În Etapa III au fost preluate și dezvoltate rezultatele intermediare ale Etapelor I și II. Au fost analizate mecanismele

sistemului motor de la diferite tipuri de arme, cum ar fi carabina SKS, HK G36, sistemul AK, pistolul cu reculul scurt

al țevii și lung al închizătorului. S-a mers în paralel cu două versiuni de sistem motor, cel de la AK pentru muniția

CONPOSE de calibru 7,62x39mm și 5,56x45mm și sistemul bazat pe pistolul cal. 9x19mm fabricat la Cugir. Acest

lucru va permite analiza capabilităților neletale atât din punct de vedere tactic, cât și din punct de vedere al

efectului la țintă pentru două domenii de distață. Acestea sunt definite de distanța de siguranță rezultată, anume 5

m pentru pistol și 20 m pentru sistemul de calibru 7,62mm.

Deoarece ideea sistemului CONPOSE este de a folosi acceași armă pentru trageri letale și neletale, a fost evaluată

anvelopa de tragere cu diferite arme de calibru mic, anume pistoale de calibru 6,35mm, 7,62mm, 7,65mm, 8mm și

9mm. În acest sens s-au utilizat echipamente din dotarea laboratorului de testare și evaluare a caracteristicilor

armelor și munițiilor, LTECAM/ATM: radar balistic, cameră de fimat ultrarapidă XSTREAM, sistem de achiziție și

prelucrare date vibroacustice, PULSE 3560D. Testele au fost efectuate cu trăgători experimentați și

neexperimentați, din diferite poziții de tragere. Unghiul maxim al conului ce reprezintă înfășurătoarea tangentelor

la traiectorie în momentul inițial a fost determinat ca fiind de 60. Astfel, în testele ulterioare cu sisteme CONPOSE,

se va urmări obținerea unui comportament dinamic la tragere similar, astfel încât să nu existe diferențe majore la

trecerea de la tragerea letală la cea neletală. Astfel se evită tragerile accidentale și necontrolate. Evaluarea

tragerilor cu sisteme CONPOSE va fi efectuată, inițial, în mediu virtual, după realizarea modelului CAD al armelor și

după simularea funcționării acestora.

Au fost create modele 3D pentru armele studiate: carabina SKS, HK G36, sistemul AK, pistolul calibru 9mm. Aceasta

a permis o înțelegere adecvată a limitelor de utilizare a mecanismelor respective. Date fiind caracteristicile diferite

ale muniției CONPOSE, se impune realizarea unui model fizic al unei arme de test, model bazat pe analiza de

dinamică a modelelor virtuale. Doar așa se va putea verifica în practică soluția adoptată pentru mecanismele armei.

Până în prezent a fost produsă o muniție de test și aceasta a fost verificată prin trageri cu țevi balistice. Atașăm

buletine de tragere din care rezultă că muniția este compatibilă cu sistemele neletale definite în etapele anterioare.

Au fost efectuate calcule de balistică interioară și exterioară pentru evaluarea și selecția tipului de pulbere balistică

și pentru verificarea stabilității pe traiectorie a muniției.

OBIECTIVELE RAPORTULUI

În această etapă au fost urmărite și atinse următoarele obiective ale proiectului:

Definirea principalelor mecanisme ale armei

Definirea elementelor pentru realizarea interoperabilităţii sistemului CONPOSE cu sistemele de calibru mic

selectate drept referinţă

Realizarea modelului virtual al sistemului CONPOSE

Evaluarea şi selecţia prin experimente de laborator a caracteristicilor propulsive ale pulberilor utilizate în

muniţia neletală

Rezolvarea problemei privind asigurarea stabilităţii la tragere cu muniţia neletală. Reconfigurarea muniţiei

Analiza dinamică a modelului virtual

Recalcularea parametrilor de balistică interioară, avînd fixate caracteristicile armei

Realizarea muniţiei de test

Fabricarea unui prim lot de muniție pentru teste Modele 3D pentru mecanismul armei

ANALIZA ANVELOPEI DE TRAGERE LA UTILIZAREA SISTEMELOR DE ARMAMENT

DE CALIBRU MIC, INTEROPERABILE CU SISTEMUL CONPOSE

A fost analizat comportamentul dinamic al trăgătorilor experimentați și neexperimentați, la tragerea cu arme de

mână de diferite tipuri și calibre din dotarea forțelor de ordine din România. S-au măsurat vitezele inițiale ale

proiectilelor cu ajutorul unui radar Doppler și accelerația la care este supus corpul trăgătorilor, pe trei axe.

Măsurătorile realizate cu radarul Doppler și cu accelerometrul triaxial au fost sincronizate cu ajutorul unui

declanșator extern. Acesta a constat dintr-un accelerometru uniaxial, montat pe exteriorul armei. Astfel, în

momentul executării focului, semnalul de începere a tragerii este transmis către sistemul de achiziție a

accelerațiilor (PULSE 3560D), care va declanșa începerea simultană a măsurătorilor efectuate cu radarul Doppler și

cu accelerometrul triaxial. Semnalul de accelerație va fi integrat pentru determinarea vitezei și a deplasării corpului

trăgătorilor pe cele trei axe.

FIGURE 1 SETUP PENTRU DETERMINAREA VITEZEI PROIECTILELOR ȘI A DEPLASĂRILOR CORPULUI TRĂGĂTORILOR

În ipoteza în care, pentru fiecare tragere, brațele trăgătorului vor rămâne într-o poziție neschimbată, deplasările

corpului după cele trei axe vor genera doar rotații ale armei față de direcția țintei. Centrul de rotație, în acest caz,

este centrul instantaneu de rotație al sistemului armă – trăgător. Astfel, deplasările după axele Ox și Oz vor genera

modificarea direcției de tragere în plan vertical, iar deplasările după axa Oy vor genera rotirea armei într-un plan

paralel cu solul. Odată cunoscute valorile deplasărilor, se va putea stabili care este înfășurătoarea conului

traiectoriilor posibile ale glonțului ca urmare a devierii poziției armei pe timpul tragerii, deviere generată, în

principal, de forța de recul exercitată de sistemul de armament asupra corpului.

Beneficiind de trăgători experimentați și de trăgători neexperimentați, sistemul de analiză în lanț a datelor a permis

identificarea tendinței de rotire a corpului și, drept consecință, de modificare a unghiului de tragere, în funcție de

nivelul de instruire al fiecărui trăgător în parte și în funcție de masa acestora. Masa are un rol important deoarece

influențează momentul de inerție al sistemului armă – trăgător. Modul de înregistrare a traiectoriilor cu radarul

balistic este evidențiat în Figura 2. Variațiile de viteză observate se datorează tragerii sub unghiuri diferite, astfel

încât componenta orizontală a vectorului viteză are o valoare mai mică. Valoarea măsurată a vitezei (componenta

orizontală) confirmă unghiul de tragere în limitele anvelopei maxime determinată cu sistemul PULSE. De asemenea,

avem o confirmare a faptului că la tragerea rapidă a unor focuri succesive, ca și la tragerea automată, este dificil să

controlăm unghiul de plecare al proiectilului (tangenta la traiectorie). Din acest motiv nu va fi recomandat ca

sistemele neletale CONPOSE să fie utilizate în regim de tragere automat.

TABELUL 1 VALORILE VITEZELOR INIȚIALE ALE PROIECTILELOR PENTRU DIFERITE TIPURI DE ARME

Tragerea Armamentul Nr. de

Trăgători

Nr. de

Cartușe trase Viteza inițială

1 Glock 17 1 1 388,919

2 Glock 17 1 6 401,887

3 Glock 17 1 1 385,694

4 Glock 17 1 1 398,366

5 Glock 17 1 1 395,712

6 Glock 17 1 1 392,864

7 Cugir md. 2000 1 6 390,887

8 Cugir md. 2000 1 1 398,969

9 Cugir md. 2000 1 1 399,503

10 Cugir md. 2000 1 6 400,316

11 Cugir md. 2000 1 1 382,476

12 Cugir md. 2000 1 1 -

13 Cugir md. 2000 1 6 388,293

14 SIG SAUER 2022 1 15 395,160

15 SIG SAUER 2022 1 15 396,719

16 Steyr M9 1 6 375,161

17 Pistol md. 1974 1 4 290,323

18 Pistol md. 1974 5 15

286,492

276,320

281,401

271,727

279,273

FIGURE 2 MĂSURĂTORI CU RADARUL BALISTIC. TRAGEREA 18 DIN TABELUL 1

TABELUL 2 DEPLASĂRILE MAXIME SUFERITE DE OPERATORI PE TIMPUL TRAGERII CU PISTOLUL

Arma Trăgător Tragere Deplasări maxime

Ox [mm] Oy [mm] Oz [mm]

Glock

Experimentat 1 lovitură 0,107 0,236 0,113

6 lovituri 3,44 1,83 3,26

Neexperimentat 1 1 lovitură 0,0819 0,0604 0,177

1 lovitură 0,0412 0,042 0,036

Neexperimentat 2 1 lovitură 0,341 0,203 0,874

1 lovitură 0,0656 0,0604 0,194

Cugir md.

2000

Experimentat

6 lovituri 0,357 0,240 0,514

1 lovitură 0,0217 0,0233 0,0188

6 lovituri 0,543 0,671 0,395

Neexperimentat 1 6 lovituri 1,77 0,346 0,967

1 lovitură 0,241 0,146 0,174

Neexperimentat 2 1 lovitură 0,141 0,0887 0,212

6 lovituri 0,533 0,224 0,464

Sig Sauer

2022

Experimentat 4 lovituri

rapide şi 11

lovituri foc

cu foc

0,0118 5,2 11,3

Neexperimentat 4 lovituri

rapide şi 11

lovituri foc

cu foc

0,483 0,756 0,988

Steyr M9

Experimentat 6 lovituri 7,01 1,44 2,86

1 lovitură 1,38 0,572 0,860

Neexperimentat 1 1 lovitură 1,26 0,963 2,05

1 lovitură 0,945 0,356 0,591

Neexperimentat 2 1 lovitură 0,0138 0,017 0,0142

1 lovitură 0,0241 0,0144 0,0528

7.65 mm

md 74

Experimentat

6 lov. din

picioare

0,358 0,259 0,419

1 lov. din

genunchi

12,1 2,72 7,47

5 lov. din

genunchi

0,033 0,0767 0,0988

Neexperimentat 1

1 lov/s în

picioare

1,31 0,853 6

1 lov. din

genunchi

0,108 0,0885 0,170

6 lov. din

genunchi

0,188 0,156 0,362

Neexperimentat 2 6 lov. din

picioare

0,567 0,468 0,789

6 lov. din

genunchi

4,99 6,98 7,97

Deplasările corpului trăgătorilor pe direcția Oz sunt exemplificate în Figurile 3-6. Se remarcă diferențele

semnificative între tragerea efectuată de către un trăgător experimentat, respectiv neexperimentat. De asemenea,

pentru același trăgător deplasările sunt mai mari în cazul efectuării unei succesiuni rapide de tragere.

FIGURE 3 DEPLASARE OZ, TRĂGĂTOR EXPERIMENTAT, 1 LOVITURĂ, PISTOL GLOCK

FIGURE 4 DEPLASARE OZ, TRĂGĂTOR EXPERIMENTAT, 6 LOVITURI, PISTOL GLOCK

FIGURE 5 DEPLASARE OZ, TRĂGĂTOR NEEXPERIMENTAT 1, 1 LOVITURĂ, PISTOL GLOCK

FIGURE 6 DEPLASARE OZ, TRĂGĂTOR NEEXPERIMENTAT 1, 6 LOVITURI, PISTOL CUGIR MD. 2000

Luând în considerare valorile maxime ale deplasărilor corpului după cele trei axe de referință (notate cu roșu), se

poate estima unghiul de posibilă variație a țevii armei în raport cu direcția de tragere. Astfel, înfășurătoarea

traiectoriilor posibile poate fi reprezentată de un con cu centrul reprezentat de direcția ideală de tragere, având un

unghi de deschidere de 6o. Astfel, comportamentul dinamic al trăgătorilor cu sisteme CONPOSE trebuie să se

încadreze în limitele anvelopei determinate pentru sistemele letale compatibile.

Rezultatele graficelor obținute din calculele de balistică exterioară, utilizând metoda Siacci, sunt prezentate în

Figura 7. Datele inițiale referitoare la armament și muniție sunt afișate în Tabelul 8. Pentru înfășurătoarea calculată

a traiectoriilor, considerând poziția pistolului în timpul executării ședințelor de tragere la o distanță de 1,5 m față

de sol, săgeata maximă a traiectoriei gloanțelor va fi de 1,65 m, la distanțe de aproximativ 40 m față de gura de foc.

FIGURE 7 TRAIECTORIILE PROIECTILELOR DE CALIBRU 7,65MM (PISTOL MD. 74), RESPECTIV 9MM (PISTOL CUGIR 2000) PENTRU O TRAGERE

CU UNGHI INIȚIAL DE 300

ANALIZA DINAMICĂ A MODELULUI VIRTUAL

Analiza ciclului dinamic are la bază modelele virtuale ce au fost create pentru mai multe tipuri de arme:

Carabina SKS

HK G36

Armă CONPOSE cu sistem motor AK

Pistol calibru 9mm pentru muniție CONPOSE

Modelele virtuale analizate au fost utilizate pentru compararea soluțiilor constructive și pentru simularea

funcționării mecanismelor în condițiile utilizării unei muniții de tip CONPOSE, cu proiectil ușor și presiune maximă în

camera de încărcare mai mică față de cea realizată la utilizarea muniției letale.

FIGURE 8 CARABINA SKS. VEDERE GENERALĂ FIGURE 9 ARMA DE ASALT HK G36. VEDERE DE ANSAMBLU

FIGURE 10 DETALIU CU MECANISMUL MOTOR PENTRU CARABINA SKS

FIGURE 11 DETALIU CU MECANISMUL MOTOR AL ARMEI DE ASALT HK G36

Din rațiuni de compatibilitate cu sistemele letale aflate în uz în România, atât cele militare cât și cele din dotarea

forțelor de ordine, au fost selectate sistemele de 7,62mm și 9mm. Astfel, sistemul CONPOSE poate fi creat conform

scopului său, acela de sistem dual, cu trecere rapidă de la acțiuni letale la utilizare neletală. Odată obținut

comportamentul dinamic al armei în modelul virtual, bazat pe rezultatele experimentale cu muniția letală, se trece

la modificarea valorilor corespondente muniției neletale: modificarea impulsului inițial al sistemului reculant,

modificarea masei cartușelor și modificarea valorilor numerice ale presiunii introdusă ca funcție polinomială în

modelul virtual. Procesul tragerii reprezintă un fenomen complex care presupune – după ochire şi darea focului -

percuţia capsei de aprindere, transferul energiei calorice generate de aceasta către pulberea din camera de

combustie (tubul cartuş), aprinderea şi arderea pulberii, mişcarea proiectilului în interiorul ţevii şi propulsia pe

traiectorie, precum şi mişcarea mecanismului reculant sub acţiunea presiunii gazelor de ardere, mişcare finalizată

cu reintroducerea unui nou cartuş în camera de încărcare. Mişcarea mecanismului reculant e în măsură să

influenţeze, în mod covârşitor, precizia tragerii. În acest scop, au fost analizate câteva aspecte particulare ale

dinamicii armelor.

MODEL VIRTUAL AL SISTEMULUI DE CALIBRU 7,62MM Pentru sistemul de calibru 7,62mm au fost simulate mecanismul reculant, de dare a focului și de alimentare.

Ansamblul închizător – portînchizător. Vedere frontală și din spate

Ansamblul închizător – portînchizător. Vedere laterală

Rotirea închizătorului relativ la portînchizător, în prima etapă de recul

FIGURE 12 MECANISMUL RECULANT AL SISTEMULUI CONPOSE CALIBRU 7,62MM

Mecanismul de dare a focului se prezintă în pozițiile pentru tragere foc cu foc și foc automat, în recul și în revenire.

Arma, prin mecanismele ei, trebuie să îndeplinească ciclul funcţional într-o manieră repetabilă. La armele

automate, trecerea continuă de la un eveniment de funcţionare la altul este asigurată prin ciclul funcţional.

Funcţionarea automată poate fi atribuită doar unei părţi a ciclului funcţional, obţinându-se astfel un mecanism

semiautomat, ca în cazul pistoalelor. Ciclul funcţional trebuie să asigure o secvenţă de evenimente care conţine:

introducerea cartuşului în camera de încărcare, închiderea camerei de către închizător, percuţia capsei de

aprindere, deschiderea camerei (după ce glonţul a ieşit din ţeavă), extragerea tubului cartuş gol din ţeavă şi

aruncarea acestuia. După aceasta, un nou cartuş va fi introdus în ţeavă, după extragerea sa din încărcător. Toate

aceste operaţii sunt evidenţiate în diagrama de ciclu, a cărei analiză foloseşte fie la evaluarea funcţionării corecte a

armei în cadrul programelor de testare, fie la proiectarea unei arme noi, plecând de la una de comparaţie.

Pentru construirea unui model al armei care să poată simula mişcarea mecanismelor în condiţii de încărcare

normale sau modificate, precum și în cazul utilizării de pulberi cu parametri balistici diferiţi, este necesar mai întâi

să construim un model care să funcţioneze similar cu arma reală în condiţii de laborator controlate.

FIGURE 13 RECUL. CONTACTUL AGĂȚĂTORULUI CU FOIȚA SELECTORULUI PENTRU TRAGERE CU FOC AUTOMAT

FIGURE 14 REVENIRE. CONTACTUL AGĂȚĂTORULUI CU FOIȚA SELECTORULUI PENTRU TRAGERE CU FOC AUTOMAT

FIGURE 15 ABSENȚA CONTACTULUI DINTRE AGĂȚĂTOR ȘI FOIȚA SELECTORULUI PENTRU TRAGERE FOC CU FOC. REVENIRE

DEFINIREA SISTEMULUI ŞI A IPOTEZELOR DE LUCRU Construirea modelului s-a realizat prin iteraţii succesive, acesta fiind validat de datele obtinute prin teste reale, în

urma cărora pot fi aduse modificări geometriei corpurilor, tipurilor de legături, forţelor, tipurilor de material etc.

până când rezultatele (grafice şi numerice) obţinute prin simulare virtuală se suprapun peste datele obţinute prin

teste de laborator. Într-un final, pot fi identificaţi parametrii importanţi care afectează proiectarea produsului, ceea

ce permite realizarea unei combinaţii optime a valorilor acestora pentru obţinerea variantei celei mai bune a

produsului.

Etapele parcurse pentru simularea sistemelor de armament alese au fost:

construirea modelului (părţi componente, forţe şi legături, etc.)

testarea prototipului

(in)validarea rezultatelor cu ajutorul testelor de laborator

redefinirea proiectului şi crearea de variabile de proiectare

iteraţii succesive şi examinarea rezultatelor

optimizarea modelului

automatizarea procesului de proiectare

FIGURE 16 SISTEM AK TESTAT ÎN LABORATORUL LTECAM. SECVENȚĂ DIN FILMARE ULTRARAPIDĂ PENTRU ANALIZA CICLULUI DINAMIC

FIGURE 17 DEPLASAREA ȘI VITEZA SISTEMULUI RECULANT ALE SISTEMULUI AK DETERMINATE EXPERIMENTAL CU MUNIȚIE MODIFICATĂ. PE

ABSCISĂ SE REGĂSESC NUMERELE DE ORDINE ALE POZIȚIEI ÎNCHIZĂTORULUI, RELATIV LA NUMĂRULUI FRAME-ULUI DIN FILMAREA

ULTRARAPIDĂ. DISTANȚA DINTRE 2 FRAME-URI SUCCESIVE ESTE DE 1 MS

-50

0

50

100

150

200

250

300

350

1 4 7 10 13 16 19 22 25 28 31 34 37 40 43 46 49 52 55 58 61 64 67 70 73 76

Series1

Series2

Construirea modelului presupune realizarea părţilor componente şi conectarea acestora într-un ansamblu

funcţional. Părţile sunt obiecte ale modelului care pot avea masă şi proprietăţi inerţiale şi se pot mişca. Toate

forţele şi constrângerile definite la nivelul modelului acţionează asupra părţilor pe timpul simulării. De asemenea,

părţile pot fi considerate ca fiind:

corpuri rigide, care au masă şi moment de inerţie dar nu se pot deforma;

corpuri flexibile, care au masă şi moment de inerţie şi se pot deforma în urma acţiunii mecanice asupra lor;

mase punctiforme - părţi care au doar masă şi nu au proprietăţi inerţiale.

Simularea dinamică, într-o primă fază, permite verificarea asamblării modelului. Se pot seta durata simulării şi

numărul de paşi, în funcţie de durata de studiu dorită a mişcării şi de frecvenţa de generare a datelor de ieşire.

Testarea prototipului presupune pregătirea modelului pentru testarea virtuală şi efectuarea acesteia.

Validarea / invalidarea rezultatelor cu ajutorul testelor de laborator presupune compararea rezultatelor testelor

fizice cu cele virtuale. Aceasta s-a realizat prin:

importarea datelor obţinute în urma testelor fizice;

crearea unui grafic cu aceste rezultate;

crearea unui grafic cu rezultatele virtuale;

compararea şi analiza graficelor;

salvarea modelului.

FIGURE 18 DETALIU ȘI VEDERE GENERALĂ CU MECANISMUL DE ALIMENTARE, ȚEAVA ȘI CUTIA MECANISMELOR. SISTEM AK-CONPOSE

FIGURE 19 VEDERE DE ANSAMBLU CU SISTEMUL CONPOSE-AK REALIZAT

MODELUL VIRTUAL AL PISTOLULUI CALIBRU 9MM PENTRU MUNIȚIE CONPOSE Arma de referinţă folosită pentru realizarea modelului virtual este un pistol cal. 9mm High Power,acesta fiind

definit în Manual of Proof and Inspection Procedure for NATO 9mm Ammunition, Secţiunea 12, ca armă

nominalizată de Belgia pentru a fi folosită în teste de verificare a funcţionării muniţiei standard.

Principalele caracteristici ale armei sunt: lungimea ţevii: 118,5 mm; 6 ghinturi, rotaţie spre dreapta, pasul 250 mm;

diametrul interior al ţevii, pe goluri: 9,093(+0,04 / -0,03)mm; diametrul interior, pe plinuri: 8,85(+0,02 / -0,04)mm.

TABELUL 3 DIAGRAMA DE CICLU A PISTOLULUI CAL 9MM

FAZA EVENIMENT POZITIE MANSON [mm]

REC

UL

Inceputul reculului 0

Cocoşul este la prima lui poziţie 3,05

Teava începe să se rotească. Extragerea tubului cartuş 4,36

Ţeava îşi încetează mişcarea 7,29

Cocoşul este la poziţia a doua. Sfârşitul rotaţiei 27,24

Tubul cartuş este aruncat 32,6

Sfârşitul reculului 47,5

REV

ENIR

E Ciocnire între manşon şi corp 47,5

Oglinda închizătorului întâlneşte noul cartuş 38,84

Scoaterea cartuşului din încărcător 32,6

Sfârşitul angrenării ţevii cu noul cartuş încărcat 7,16

Sfârşitul zăvorârii şi percuţia capsei de aprindere 0

Poziţiile relative ale pieselor faţă de închizător (Tabelul 4.2) definesc funcţionarea sistemului. Mecanismul de dare a

focului este prezentat în Fig. 4.4, cu legăturile cinematice între elementele componente. De asemenea, sunt

prezentate principalele părţi ale armei, manşonul închizător (Fig. 4.5.a), corpul (Fig. 4.5.b) şi ţeava (Fig. 4.6), acestea

fiind cele care găzduiesc toate mecanismele armei. În total, au fost realizate 45 piese, conform nomenclatorului de

piese al pistolului Browning High Power.

FIGURE 20 MECANISMUL DE DARE A FOCULUI, CU LEGĂTURI CINEMATICE. ELEMENTELE DE CALCUL PENTRU SIMULAREA PERCUȚIEI

FIGURE 21 DEPLASAREA CENTRULUI DE

MASĂ ŞI ENERGIA CINETICĂ A

PERCUTORULUI.

LA MOMENTUL IMPACTULUI CU CAPSA DE

APRINDERE, ENERGIA TRANSFERATĂ

ACESTEIA ESTE DE 0,075 J, ADICĂ PESTE

VALOAREA MINIMĂ IMPUSĂ DE MOPI

CARE ESTE ECHIVALENTUL A 0,04 J

FIGURE 22 CIOCNIRILE REPETATE ALE COCOŞULUI CU

ÎNCHIZĂTORUL SUNT VIZIBILE ŞI PE SECVENŢA FILMATĂ CU

CAMERA ULTRARAPIDĂ. ZONELE DE DISCONTINUITATE DIN

GRAFICUL ACCELERAŢIEI CENTRULUI DE MASĂ AL COCOŞULUI

CORESPUND POZIŢIILOR SUCCESIVE DE SIGURANŢĂ ÎN CARE

COCOŞUL ÎNTÂLNEŞTE CĂLCÂIUL COCOŞULUI

ÎN PARTEA DE JOS A FIGURII SE REGĂSESC CURBELE DE

VARIAȚIE PENTRU FORȚA DE RECUL ÎNREGISTRATĂ CU UN

TRADUCTOR VIRTUAL PLASAT PE STANDUL DE TESTARE

(STÂNGA), POZIȚIA ȘI VITEZA CENTRULUI DE MASĂ AL

ÎNCHIZĂTORULUI.

MUNIȚIA CONPOSE PENTRU TESTE

CARACTERISTICI IMPUSE CARTUŞULUI CU GLONŢ CONPOSE

Este foarte important ca definirea şi evaluarea cerinţelor de siguranţă să se facă din timpul proiectării produsului.

Scopul evaluării cerinţelor de siguranţă din faza de proiectare a produsului este de a identifica zonele tehnice de

risc , mediile mecanice , climatice şi de utilizare a muniţiei de infanterie calibru mic precum şi de a analiza cartuşul

şi toate subansamblurile şi componentele sale principale (materialele din care sunt executate acestea ), împreună

cu modul şi tipul de ambalare a muniţiei. Este, de asemenea, necesară evaluarea de siguranţă şi adaptabilitatea în

utilizare, pentru a identifica , încă din etapa de proiectare , toate riscurile semnificative care ar putea fi întâlnite în

mediul de operare a muniţiei. Aceste riscuri ar trebui să fie specificate pentru a stabili dacă pot fi reduse la un nivel

cât mai scăzut , în mod rezonabil posibil, şi că riscul rezidual pe care muniţia îl prezintă este tolerat referitor le

intenţia de utilizare a muniţiei.

CERINŢE GENERALE DE PROIECTARE DE SIGURANŢĂ PENTRU MUNIŢIA CONPOSE

CERINŢE PENTRU CARTUŞUL ASAMBLAT

Integritatea structurală a cartuşului asamblat trebuie să fie suficientă pentru a rezista ciclurilor prin

sistemul de alimentare şi mecanismului de armare în timpul procesului de încărcare şi descărcare

Cartuşul trebuie să fie suficient de robust pentru a rezista şocurilor termice şi mecanice care decurg din

mediul de operare aşteptat

Cartuşul trebuie să rămână rezistent la apa în timpul vieţii sale de serviciu

Natura etanşanţilor , a adezivilor şi a vopselelor ( lacurilor) folosite în muniţie nu trebuie să facă nesigure

compoziţiile explozive, şi nici nu trebuie să producă o degradare inacceptabilă a performanţei în timpul

duratei de viaţă şi de depozitare a muniţiei. Eficienţa etanşanţilor şi adezivilor va fi evaluată în timpul

testării secvenţiale de mediu

Materialele utilizate la construcţia cartuşului, finisajele de protecţie, vopsele, lacuri şi etanşanţi nu trebuie

să fie degradate de mediu şi expunerea la contaminanţi care poate fi întâlnită în utilizarea în serviciu, astfel

încât muniţia devine nesigură sau inutilizabilă. Atunci când sunt expuse componente, cum ar fi cazul

tubului cartuş care este fabricat dintr-un material sensibil la coroziune, trebuie să fie evaluată rezistenţa

învelişului de protecţie a acestuia

Cerinţe de proiectare a cartuşului, şi dacă este cazul, în ambalajul acestuia, pentru a se reduce la minimum

violenţa de reacţie la stimulii aplicaţi din exterior, conform testelor şi criteriilor privind muniţii insensibile.

CERINŢE PENTRU TUBUL CARTUŞ

La tragere, tubul cartuş trebuie să reziste presiunii maxime dezvoltate

Forma tubului cartuş trebuie să asigure obturaţia satisfăcătoare spre spate a gazelor de propulsare , orice

scăpare de gaze poate duce la accidentarea trăgătorului sau la defecţiuni ale componentelor armei

CERINŢE PENTRU CAPSA DE INIŢIERE

Sensibilitatea ansamblului capsă de iniţiere la şocuri mecanice si electrice induse de stimuli în toate

condiţiile specificate de depozitare, transport, manipulare, precum şi încărcarea în arme specificate, altele

decât în limitele de toleranţă de proiectare, nu trebuie să provoace funcţionarea accidentală a muniţiei.

Nivelul de energie maximă de nefuncţionare trebuie verificat în timpul testării secvenţiale de mediu

Ansamblul capsă de iniţiere trebuie să fie montat în tubul cartuş pentru a rezista la sarcini de tragere la

condiţii de funcţionare extreme

Materialele energetice din ansamblul capsă de iniţiere trebuie să fie compatibile cu pulberea de azvârlire

utilizată, dacă există vreo posibilitate de contact dintre ele

CERINŢE PENTRU GLONŢ

Rezistenţa în condiţii de tragere normală a glonţului (fără fragmentarea şi/sau dezmembrarea acestuia) şi

urmărirea traiectoriei acestuia, în condiţiile tragerii cu armament cu ţeavă uzată

CERINŢE PENTRU PULBEREA DE AZVÂRLIRE

Valorile presiunilor generate nu trebuie să pericliteze arma, proiectilul şi operatorul

Efectele condiţiilor de mediu asupra balisticii interioare, exterioare şi terminale a cartuşului trebuie

limitate, astfel încât muniţia supusă condiţiilor de mediu va funcţiona în condiţii de siguranţă şi în mod

satisfăcător în armele specificate

Pentru toate cerințele enumerate s-au elaborat proceduri de testare și muniția realizată a trecut prin programele

de testare-evaluare interne ale partenerului industrial, S UM SADU SA. De asemenea, muniția a mai fost verificată

din perspectiva următoarelor caracteristici:

Verificări de aspect , dimensiuni și de formă utilizând calibre şi verificatoare formă. S-a prelevat o anumită cantitate de cartuşe din lot,

utilizându-se planuri de eşantionare pentru tipuri de defecte (minore, majore şi critice)

Masa glonţului şi a încărcăturii de azvârlire. Neuniformitatea execuţiei gloanţelor , din punct de vedere dimensional şi al masei precum şi

variaţii mari ale masei încărcăturii de azvârlire, au implicaţii asupra balisticii interioare , exterioare şi terminale. Trebuie evaluată uniformitatea

masei gloanţelor şi a încărcării tuburilor cartuş cu pulbere din încărcătura de azvârlire.

Forţa de extracţie a glonţului. Forţa de extragere este forţa maximă la care se desprinde glonţul din tubul cartuş. Modul cum este îmbinat glonţul la tubul

cartuş și forţa de extragere au implicaţii asupra balisticii interioare, exterioare şi terminale.

Etanşeitatea cartuşului. Cartuşul cu glonţ este o lovitură acuplată, iar etanşeitatea loviturii este importantă pentru a menţine caracteristicile de

performanţă şi siguranţă în funcţionare ale sistemului de armament în orice condiţii de mediu. Trebuie evaluată capacitatea cartuşului de a

rezista la pătrunderea diferiţilor agenţi în interiorul tubului cartuş , atât la îmbinarea glonţului cu tubul, cât şi la îmbinarea capsei în tubul cartuş.

Tensiunile remanente în tubul cartuş. Tubul cartuş şi rezistenţa acestuia influenţează funcţionarea sistemului de armament. În timpul fabricaţiei

tubului cartuş şi la finalul acesteia există posibilitatea ca tubul cartuş să prezinte tensiuni interne remanente. În situaţia când acestea depăşesc o

anumită limită, în anumite zone ale tubului, este posibil ca pe timpul funcţionării muniţiei sau după depozitarea de lungă durată să apară fisuri

sau crăpături cu implicaţii directe asupra etanşeităţii tubului cartuşului şi asupra funcţionării armei. O fisură este o discontinuitate de mică

profunzime în material. O crăpătură este discontinuitatea de mare adâncime care arată ruperea materialului pe toată adâncimea sa.

Parametrii balistici la temperatura de 21 0C

Viteza iniţială a glonţului, exprimată prin viteza medie la o distanţă d dată faţă de gura ţevii, de exemplu Vd med şi dispersia

de viteză V;

Presiunea în camera de combustie, exprimată prin presiunea maximă medie Pmaxmed şi dispersia acesteia p;

Portpresiunea, exprimată sub forma Pppmax med şi dispersia portpresiunii pp – în cazul muniţiilor destinate tragerilor cu

armament ce funcţionează prin împrumut de gaze;

Timpul de acţiune ta, exprimat prin timpul de acţiune mediu tamed şi dispersia acestuia ta;

Energia iniţială a glonţului , calculată ca fiind funcţia de masa medie a gloanţelor şi viteza proiectilelor la distanţa d fată de

gura ţevii.

Timpul de acţiune şi dispersia acestuia, determinate pentru lotul de produse testate, sunt măsurate pentru a aprecia modul cum

funcţionează muniţia la tragerile cu armamentul automat şi în special cadenţa de tragere.

Gruparea loviturilor (precizia). Verificarea grupării loviturilor sau precizia cartuşelor se face în scopul de a determina uniformitatea şi dispersia

traiectoriei gloanţelor. Testul se execută în condiţii controlate, prin tragere într-o ţintă fixă aflată la distanţa x , cu o armă fixată într-un suport

rigid.

Funcţionarea sigură a sistemului armă / cartuş. Verificarea funcţionării sistemului armă / cartuş se face pentru a evalua probabilitatea ca

muniţia să asigure funcţionarea satisfăcătoare a armamentului pentru care ea este destinată. Încercarea se face prin tragerea muniţiei cu

diferite arme în condiţii de temperaturi normale, urmarindu-se functionarea sistemului in regim foc cu foc, pirn rearmarea manuala a armei –

functionare cu repetitie.

Integritatea gloanţelor. Se determină dacă glonţul îşi păstrează configuraţia în timpul tragerii şi nu sunt desprinderi de la traiectorie sau

dezmembrări ale elementelor glonțului.

Efecte terminale ale proiectilelor CONPOSE. Muniţia trebuie să producă energia necesară ca glonţul sa paraseasca gura de foc, sa asigure

deplasarea proiectilului astfel incat sa se obtina cerintele impuse de grupare a loviturilor, dar să nu perforeze tesutul uman, aflat la distanţa

prescrisă.

Pentru studiul comportamentului proiectiului la țintă, studiul balisticii terminale, este necesară testarea muniției în materiale care simulează

țesutul viu. Sunt utilizate blocuri de hidrogeluri preparate din soluţii apoase conţinând 10÷20% gelatină și proceduri/standarde de etalonare –

calibrare a calupurilor de gelatină , precum și descrierea testelor/probelor de tragere în gelatină balistică calibrată (standard). Standardul de

material (SM 26-2015 – GELATINA BALISTICA), procesul tehnologic de preparare a blocurilor de gelatina, procedura de calibrare a gelatinei

balistice si de testare a efectului terminal al munitiei (PTMI 01-2015) au fost implementate, in cadrul acestui proiect, in etapa II, anul 2015.

Sensibilitatea la percuţie a capselor. Sensibilitatea ansamblului capsă de iniţiere la şocuri mecanice – percuţie , în toate condiţiile specificate de

depozitare, transport, manipulare, precum şi încărcarea în arme specificate, nu trebuie să provoace funcţionarea accidentală a muniţiei. Nivelul

de energie maximă de nefuncţionare trebuie verificat ca măsură de siguranţă.

ELEMENTELE UTILIZATE PENTRU REALIZAREA MUNITIEI CONPOSE

TUBUL CARTUŞ

Deoarece in cadrul proiectului CONPOSE este proiectat

glonțul, tubul cartus nu va face obiectul acestui proiect,

și vor fi utilizate tuburi cartus din fabricația de serie a

partenerului industrial, din loturi receptionate.

Este controlată cota de obturare a camerei cartuș, de

exemplu, valoarea pentru muniția de 9x19mm este de

19,15mm..

FIGURE 23 TUB CARTUȘ 9X19MM

PROIECTILUL CONPOSE

În cadrul etapei, pentru acoperirea unei plaje cât mai largi a efectelor terminale neletale, au fost analizate simultan

3 tipuri de proiectile: 9x19mm, 7.62x39mm și 5.56x45mm. Modelele 3D au fost prezentate în cadrul Etapei II. În

cursul Etapei III a acestui proiect au fost studiate pe larg proiectarea și calculul caracteristicilor dimensionale ale

proiectilelor de tip CONPOSE. Masa plastică din care au fost realizate a fost stabilită în cadrul Etapei II, 2015,

aceasta fiind polietilena de joasa densitate. Tot in cursul Etapei III, a fost studiată si proiectată tehnologia de

realizare a proiectilelo, s-au executat dispozitivele de injecție pentru cele trei tipuri de gloante (9mm, 5,56mm si

7,62mm) și s-au realizat gloante CONPOSE. În urma testelor efectuate în poligon cu aceste gloante, s-au comparat

rezultatele calculelor teoretice cu cele experimentale. Desenele de execuție prezentate acum caracterizeză

proiectilele realizate în cadrul etapei curente.

Modele CAD ale cartușelor 9x19mm și 7,62x39mm și 5,56x45mm

FIGURE 24 DESENE DE EXECUȚIE PENTRU GLOANȚELE 9MM, 7,72MM ȘI 5,56MM CONPOSE

CAPSA DE APRINDERE PRIN PERCUŢIE

La ora actuală, în întreaga lume, pentru armamentul calibru mic, muniţia funcţionează pe baza a două sisteme de

iniţiere: fie Berdan, fie Boxer In funcţie de componenţi , capsele pot fi clasificate în capse corosive , capse

necorosive , capse necorosive şi netoxice.

FIGURE 25 SISTEME DE INIȚIERE BERDAN ȘI BOXER. CAPSA DE APRINDERE NECOROZIVĂ TIP BOXER PENTRU MUNIȚIA CONPOSE

INCĂRCĂTURA DE AZVÂRL IRE

Pulberile din încărcătura de azvârlire sunt substanţe explozive care, în urma unei reacţii exoterme, pot furniza

energia necesară mişcării proiectilului în ţeava gurii de foc şi pe traiectorie.

Principalele caracteristici ale pulberilor de azvârlire avute în vedere sunt : caracteristici de compoziţie, mecanice,

fizico-chimice şi balistice. Au fost analizate pulberi cu bază simplă și dublă, ce pot fi utilizate în sistemele 9x19mm,

5.56x45mm și 7.62x39mm.

Pulbere P60 Pulbere NC03 Pulbere sferică lenticulară SB511

Pulbere sferică lenticulară SB620 Pulbere sferică lenticulară D 036-08 Pulbere sferică lenticulară D 073 FIGURE 26 PULBERI ANALIZATE PENTRU SISTEMUL CONPOSE

Caracteristicile fizice-chimice, energetice şi de stabilitate ale pulberilor analizate, sunt redate în continuare.

Caracteristica SB620 D036 SB511 D073

Compoziție chimică

Nitroceluloză *%+ rest rest rest rest

Nitroglicerină *%+ 10…18 10,0…19,0 8…12 10,0…15,0

Difenilamină *%+ 0,75…1,65 0,0…1,5 0,75…1,50 0,0…1,5

Dibutilftalat [%] 1,5…5,0 - 3,0…6,0 0,0…9,0

Sulfat de potasiu [%] - 0,4…1,0 Max. 1 Max. 0,2

Sulfat de sodiu [%] Max. 0,20 Max. 0,3 Max. 0,5 -

Grafit [%] 0,1…0,4 Max. 0,4 0,1…0,4 Max. 0,5

Umiditate şi substanţe volatile *%+ 0,55…0,90 0,2…1,2 0,75…1,25 0,2…0,8

Solvent rezidual [%] Max. 0,5 Max. 0,7 Max. 1,20 Max. 07

Proprietăți fizice și chimice Azot în nitroceluloză *%+ 13,0…13,2 13,05…13,3 13,05…13,2 Min. 12,95

Cenuşă *%+ Max. 0,5 Max. 0,8 Max. 0,6 Max. 0,5

Praf şi materii străine *%+ Max. 0,3 - Max. 0,3 -

Densitatea gravimetrică *g/cm3] 0,720…0,850 0,90…0,95 0,945…1,025 Min. 0,9

Stabilitatea chimică Temperatura de aprindere [

0C] Min. 170 Min. 170 Min. 170 Min. 170

Încălzirea la 100 0C [zile] Min. 4 zile Min. 2 zile Min. 4 zile Min. 7 zile

Testul de metil violet la 120 0C -

fără explozie *min+

Min. 300min Min. 40min +5h Min. 300min Min. 60min

Valorile presiunilor generate nu trebuie să pericliteze arma, proiectilul şi operatorul dar viteza imprimată glonțului

la ieșirea din țeavă trebuie să asigure acestuia energia necesară pentru a îndeplini cerințele din balistica exterioară

și terminală.

Pulberea SB 620, fabricata de Milan Blagojevic – Serbia este singura care a dat rezultate foarte bune, pentru cele trei tipuri de

cartuse (calibre) echipate cu gloanțe CONPOSE. Atât din punct de vedere al functionarii sistemului arma/munitie – in regim de

foc cu foc, functionarea armei cu repetitie, cât si din punct de vedere al balisticii exterioare – precizie si efect terminal, munitia

fiind neletala pentru o anumita distanta, denumita distanta de siguranta. De exemplu, pentru cartusul 9x19mm CONPOSE,

incarcat cu 0,40 grame de pulbere SB 620, aceasta distanta de siguranta este de 5m, altfel spus, la tragerea acestei munitii cu

pistolul, la o distanta peste 5m de gura tevii, energia cinetica a glontului este sub 60J, deci munitia este neletala. În cazul

muniției de calibru 7.62mm, distanța de siguranță este de 20m. Aceasta este mai mare deoarece impulsul inițial este crescut dar

satisface condițiile de utilizare ale sistemului CONPOSE, deoarece această muniție este destinată tragerilor la distanță mare.