Penetrador de energía cinética

Un proyectil perforante de energía cinética ( KEP ), también conocido como proyectil perforante de varilla larga ( LRP ), es un tipo de munición diseñada para penetrar el blindaje de vehículos mediante un proyectil de alta densidad seccional similar a una flecha . Al igual que una bala o un arma de energía cinética , este tipo de munición no contiene cargas explosivas y utiliza únicamente energía cinética para penetrar el objetivo. Las municiones KEP modernas suelen ser del tipo APFSDS ( perforante, estabilizada por aletas y con sabot desechable ).

Los primeros cañones disparaban munición de energía cinética, que inicialmente consistía en pesadas bolas de piedra trabajada y, posteriormente, de metales densos . Desde sus inicios, la combinación de una alta energía en la boca del cañón con el peso y la dureza del proyectil ha sido fundamental en el diseño de estas armas. Asimismo, su principal objetivo ha sido, generalmente, perforar las corazas de vehículos blindados u otras estructuras defensivas , ya sean muros de piedra , la madera de los barcos de vela o el blindaje de los tanques modernos. La munición de energía cinética, en sus diversas formas, ha sido la opción preferida para estas armas debido a su balística terminal altamente concentrada .

El desarrollo del moderno proyectil penetrador de energía cinética combina dos aspectos del diseño de artillería: alta velocidad inicial y fuerza concentrada. La alta velocidad inicial se logra mediante el uso de un proyectil de baja masa y gran superficie de base en el cañón. Disparar un proyectil de pequeño diámetro envuelto en una cubierta exterior ligera, llamada sabot , aumenta la velocidad inicial. Una vez que el proyectil sale del cañón, el sabot ya no es necesario y se desprende en pedazos. Esto permite que el proyectil viaje a alta velocidad con una sección transversal menor y una resistencia aerodinámica reducida durante su vuelo hacia el objetivo (véase balística externa y balística terminal ). Alemania desarrolló sabots modernos bajo el nombre de " treibspiegel " ("espejo de empuje") para dar mayor altitud a sus cañones antiaéreos durante la Segunda Guerra Mundial . Antes de esto, se habían utilizado durante siglos sabots de madera primitivos en forma de un tapón de madera unido o cargado por la recámara antes de las balas de cañón en el cañón, colocado entre la carga propulsora y el proyectil. El nombre "sabot" (pronunciado / ˈ s æ b oʊ / SAB -oh en inglés) ^{[ 1 ]} es la palabra francesa para zueco (un zapato de madera que se usa tradicionalmente en algunos países europeos).

La concentración de fuerza en un área más pequeña se logró inicialmente reemplazando el proyectil de un solo metal (generalmente acero ) por un proyectil compuesto que utilizaba dos metales: un núcleo pesado (a base de tungsteno ) dentro de una capa exterior de metal más ligero. Estos diseños fueron conocidos como proyectiles perforantes compuestos rígidos (APCR) por los británicos, proyectiles perforantes de alta velocidad (HVAP) por los estadounidenses y hartkern (núcleo duro) por los alemanes. Al impactar, el núcleo tenía un efecto mucho más concentrado que un proyectil de metal simple del mismo peso y tamaño. La resistencia del aire y otros efectos eran los mismos que para la capa de tamaño idéntico. Los proyectiles perforantes de alta velocidad (HVAP) fueron utilizados principalmente por los cazacarros del Ejército de los EE. UU. y eran relativamente poco comunes, ya que el núcleo de tungsteno era costoso y se priorizaba para otras aplicaciones.

Entre 1941 y 1943, los británicos combinaron ambas técnicas en el proyectil perforante con sabot desechable (APDS). El sabot sustituyó la carcasa metálica exterior del proyectil APCR. Dentro del cañón, el proyectil tenía una gran superficie de base para obtener la máxima aceleración de la carga propulsora, pero una vez fuera, el sabot se desprendía, dejando al descubierto un proyectil pesado con una pequeña sección transversal. Los proyectiles APDS sirvieron como arma principal de energía cinética de la mayoría de los tanques durante los primeros años de la Guerra Fría, aunque su principal inconveniente era la imprecisión. Esto se resolvió con la introducción del proyectil perforante con aletas estabilizadas y sabot desechable (APFSDS) durante la década de 1970, que añadió aletas estabilizadoras al penetrador, aumentando considerablemente la precisión. ^{[ 2 ]}

El principio del proyectil penetrador de energía cinética es que utiliza su energía cinética, que es función de su masa y velocidad, para abrirse paso a través del blindaje. Si el blindaje se rompe, el calor y la fragmentación (dispersión de partículas) generados por el proyectil al atravesarlo, y la onda de presión que se desarrolla, idealmente destruyen el objetivo. ^{[ 3 ]}

El arma moderna de energía cinética maximiza la tensión (energía cinética dividida por el área de impacto) transmitida al objetivo mediante:

• maximizar la masa – es decir, usar los metales más densos posibles, que es una de las razones por las que a menudo se usa uranio empobrecido o carburo de tungsteno – y la velocidad inicial del proyectil, ya que la energía cinética es proporcional a la masa m y al cuadrado de la velocidad v del proyectil.${\displaystyle (mv^{2}/2).}$
• minimizando el ancho, ya que si el proyectil no gira, impactará primero de frente en el objetivo. Como la mayoría de los proyectiles modernos tienen áreas de sección transversal circulares, su área de impacto escalará con el cuadrado del radio r (el área de impacto es${\displaystyle \pi r^{2}}$). Por la misma razón, el "autoafilado" mediante la generación de bandas de cizallamiento adiabático también es una característica deseada para el material del proyectil. ^{[ 4 ]}

La longitud del penetrador juega un papel importante en la determinación de la profundidad final de penetración. Generalmente, un penetrador es incapaz de penetrar más allá de su propia longitud, ya que la tensión de cizallamiento del impacto y la perforación lo desgastan. ^{[ 5 ]} Esto ha llevado a los diseños actuales que se asemejan a una flecha metálica larga .

Para penetradores monobloque hechos de un solo material, una fórmula de perforación ideada por Wili Odermatt y W. Lanz puede calcular la profundidad de penetración de un proyectil APFSDS. ^{[ 6 ]}

En 1982, una investigación analítica basada en conceptos de dinámica de gases y experimentos sobre penetración de objetivos ^{[ 7 ]} llevó a la conclusión sobre la eficiencia de los impactadores de que la penetración es más profunda ^{[ 8 ]} utilizando formas tridimensionales no convencionales. ^{[ 9 ]}