Armour-piercing fin-stabilized discarding sabot

El concepto de ruptura de blindaje mediante un penetrador de varilla larga es una aplicación práctica del fenómeno de penetración hidrodinámica . ^{[ 3 ]}

Los materiales penetradores y objetivos prácticos no son fluidos antes del impacto, pero a una velocidad de impacto suficientemente alta, incluso los materiales cristalinos comienzan a comportarse de manera altamente plástica, como un fluido. ^{[ 4 ] [ 5 ]}

Los proyectiles largos de varilla penetran un fluido en el sentido literal, basándose simplemente en la densidad del blindaje del objetivo y en la densidad y longitud del penetrador. El penetrador seguirá desplazando el objetivo hasta una profundidad igual a la longitud del penetrador multiplicada por la raíz cuadrada de las densidades del penetrador y del objetivo. Se observa inmediatamente que los penetradores más largos y densos penetrarán a mayor profundidad, lo que constituye 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 alta dureza para penetrar superficies duras del objetivo, una tenacidad (ductilidad) muy alta para que la varilla no se rompa al impacto y una resistencia muy alta para soportar las aceleraciones del lanzamiento del cañón, así como las variabilidades del impacto en el objetivo, como golpear en un ángulo oblicuo y sobrevivir a contramedidas como el blindaje reactivo explosivo . ^{[ 4 ]}

Si bien la geometría de los penetradores se ha adaptado a las contramedidas de blindaje reactivo , la aleación pesada de tungsteno (WHA) y la aleación de uranio empobrecido (DU) siguen siendo los materiales preferidos. Ambos son densos, duros, resistentes, dúctiles y fuertes; cualidades excepcionales idóneas para la penetración profunda de blindaje. Cada material presenta propiedades de penetración únicas que pueden convertirlo en la mejor opción para una aplicación antiblindaje específica.

La aleación de uranio empobrecido, por ejemplo, es pirofórica ; los fragmentos calentados del penetrador se inflaman tras el impacto al entrar en contacto con el aire, incendiando el combustible y/o la munición del vehículo objetivo, lo que contribuye significativamente a la letalidad tras el blindaje. Además, los penetradores de uranio empobrecido presentan una importante formación de bandas de cizallamiento adiabático . Una idea errónea común es que, durante el impacto, las fracturas a lo largo de estas bandas provocan que la punta del penetrador se desprenda continuamente de material, manteniendo su forma cónica, mientras que otros materiales, como el tungsteno sin revestimiento, tienden a deformarse en un perfil redondeado menos efectivo, un efecto denominado "efecto hongo". La formación de bandas de cizallamiento adiabático en realidad significa que los lados del "hongo" tienden a desprenderse antes, lo que da lugar a una cabeza más pequeña en el impacto, aunque seguirá estando significativamente "hongo". ^{[ 6 ]}

Las pruebas han demostrado que el orificio perforado por un proyectil de uranio empobrecido tiene un diámetro menor que el de un proyectil de tungsteno similar. Aunque ambos materiales tienen prácticamente 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. ^{[ 7 ]} El uso de uranio empobrecido, a pesar de algunas características de rendimiento superiores, provoca controversia política y humanitaria, pero sigue siendo el material preferido por algunos países debido a su menor coste y mayor disponibilidad que el tungsteno. Se ha descubierto que el tungsteno es biológicamente peligroso y genera riesgos de exposición solo ligeramente menores que el uranio empobrecido.

Las velocidades típicas de los proyectiles APFSDS varían entre fabricantes y longitud/tipo de cañón. Como ejemplo típico, el General Dynamics KEW-A1 estadounidense tiene una velocidad de cañón de 1740  m/s (5700  ft/s). ^{[ 14 ]} Esto se compara con ~914  m/s (3000  ft/s) para un proyectil de 5,56 mm disparado desde un rifle M16. Los proyectiles APFSDS generalmente operan en el rango de 1400 a 1800  m/s (4593 a 5906  ft/s). Por encima de una velocidad de impacto mínima necesaria para superar significativamente los parámetros de resistencia del material 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 aproximadamente la mitad de longitud, totalmente inadecuado para superar los sistemas de blindaje de última generación. ^{[ 15 ]}

Para complicar aún más las cosas, al considerar el despliegue de fuerzas militares en el extranjero o los mercados de exportación, un proyectil perforante diseñado específicamente para lanzar un penetrador de uranio empobrecido no puede utilizarse simplemente para lanzar un penetrador de hierro blanco, incluso si tiene exactamente la misma geometría de fabricación. Los dos materiales se comportan de manera diferente bajo altas presiones y fuerzas de aceleración de lanzamiento elevadas, de modo que se requieren geometrías de material de proyectil completamente diferentes (más gruesas o más delgadas en algunos puntos, si es que esto es posible) para mantener la integridad estructural dentro del cañón.

A menudo, el mayor desafío de ingeniería reside en diseñar un sabot eficiente para lanzar con éxito proyectiles penetrantes extremadamente largos, que actualmente alcanzan casi los 80 cm (31 pulgadas) de longitud. El sabot, necesario para llenar el ánima del cañón al disparar un proyectil largo y delgado, representa un peso adicional que reduce la velocidad inicial potencial del proyectil. Mantener la integridad estructural dentro 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 empleo a principios de la década de 1980 de aluminios de grado aeroespacial de bajo costo y alta resistencia fácilmente disponibles, como el 6061 y el 6066-T6, al aluminio 7075-T6 de alta resistencia y más caro, acero maraging y aluminio experimental de ultra alta resistencia 7090-T6, 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. ^{[ 14 ]}  

Los fragmentos del sabot que se desprenden viajan a una velocidad tan alta en la boca del cañón que, al separarse, pueden recorrer cientos de metros a velocidades letales para las tropas y dañinas para los vehículos ligeros. Por esta razón, los artilleros de tanques deben estar atentos al peligro que representan las tropas cercanas.

La flecha con sabot era el equivalente a la munición APFSDS en los fusiles. El Ejército de los Estados Unidos estaba desarrollando un fusil para disparar flechas, el Arma Individual de Propósito Especial , pero el proyecto fue abandonado.