قذيفة خارقة للدروع مثبتة بزعانف قابلة للفصل

يُعد مفهوم اختراق الدروع باستخدام مخترق ذي قضيب طويل تطبيقًا عمليًا لظاهرة الاختراق الهيدروديناميكي . ^{[ 3 ]}

لا تكون المواد المستخدمة في اختراق الأهداف أو استهدافها سوائل قبل الاصطدام، ولكن عند سرعة اصطدام عالية بما يكفي، حتى المواد البلورية تبدأ في التصرف بطريقة تشبه السوائل ذات اللدونة العالية. ^{[ 4 ] [ 5 ]}

تخترق المقذوفات الطويلة ذات القضبان السائل بالمعنى الحرفي، وذلك بناءً على كثافة درع الهدف وكثافة وطول المقذوف المخترق. ويستمر المقذوف في إزاحة الهدف إلى عمق يساوي طول المقذوف مضروبًا في الجذر التربيعي لنسبة كثافة المقذوف المخترق إلى كثافة الهدف. ويُلاحظ فورًا أن المقذوفات الأطول والأكثر كثافة تخترق إلى أعماق أكبر، وهذا ما يُشكل أساس تطوير المقذوفات الطويلة المضادة للدروع. ^{[ 4 ]}

لذا، فإن المعايير المهمة لاختراق فعال باستخدام قضيب طويل هي الكثافة العالية جدًا بالنسبة للهدف، والصلابة العالية لاختراق أسطح الأهداف الصلبة، والمتانة العالية جدًا (الليونة) حتى لا يتحطم القضيب عند الاصطدام، والقوة العالية جدًا لتحمل تسارع إطلاق المدفع، بالإضافة إلى متغيرات اصطدام الهدف، مثل الاصطدام بزاوية مائلة ومقاومة التدابير المضادة مثل الدروع التفاعلية المتفجرة . ^{[ 4 ]}

رغم تطور هندسة المخترقات لتتلاءم مع التدابير المضادة للدروع التفاعلية ، لا تزال سبائك التنجستن الثقيلة (WHA) وسبائك اليورانيوم المنضب (DU) من المواد المفضلة. فكلتاهما تتميزان بالكثافة والصلابة والمتانة والليونة والقوة؛ وهي صفات استثنائية تجعلهما مناسبتين لاختراق الدروع بعمق. وتُظهر كل مادة خصائص اختراق فريدة قد تجعلها الخيار الأمثل لتطبيق معين مضاد للدروع.

على سبيل المثال، تُعدّ سبيكة اليورانيوم المنضب قابلة للاشتعال التلقائي ؛ إذ تشتعل شظايا القذيفة المخترقة الساخنة بعد الاصطدام عند ملامستها للهواء، مما يُشعل النار في الوقود و/أو الذخيرة داخل المركبة المستهدفة، وهو ما يُسهم بشكل كبير في فتكها خلف الدروع. إضافةً إلى ذلك، تُظهر القذائف المخترقة من اليورانيوم المنضب تكوّنًا ملحوظًا لأشرطة القص الأديباتية . ومن المفاهيم الخاطئة الشائعة أن الشقوق على طول هذه الأشرطة، أثناء الاصطدام، تتسبب في تساقط المادة باستمرار من طرف القذيفة المخترقة، مما يحافظ على شكله المخروطي، بينما تميل مواد أخرى، مثل التنجستن غير المُغلّف، إلى التشوه إلى شكل دائري أقل فعالية، وهو ما يُعرف بظاهرة "الفطر". في الواقع، يعني تكوّن أشرطة القص الأديباتية أن جوانب "الفطر" تميل إلى الانفصال مبكرًا، مما يؤدي إلى رأس أصغر عند الاصطدام، على الرغم من أنه سيظل مُشوّهًا بشكل ملحوظ. ^{[ 6 ]}

أظهرت الاختبارات أن الثقب الذي يُحدثه قذيفة من اليورانيوم المنضب يكون أضيق قطرًا من الثقب الذي تُحدثه قذيفة مماثلة من التنجستن. ورغم أن كلا المادتين تتمتعان بكثافة وصلابة ومتانة وقوة متقاربة، إلا أن اختلافاتهما في التشوه تجعل اليورانيوم المنضب يتفوق في الاختراق على سبيكة التنجستن ذات الطول المكافئ عند استهداف أهداف فولاذية. ^{[ 7 ]} ورغم بعض خصائص الأداء المتفوقة، فإن استخدام اليورانيوم المنضب يثير جدلًا سياسيًا وإنسانيًا، ولكنه يبقى المادة المفضلة لدى بعض الدول لانخفاض تكلفته وتوافره بشكل أكبر من التنجستن. وقد وُجد أن التنجستن نفسه مادة خطرة بيولوجيًا ، وأن مخاطر التعرض له أقل حدة بقليل من مخاطر التعرض لليورانيوم المنضب.

تختلف السرعات النموذجية لطلقات APFSDS باختلاف الشركات المصنعة وطول/نوع فوهة البندقية. على سبيل المثال، تبلغ سرعة فوهة طلقة KEW-A1 من شركة American General Dynamics حوالي 1740 مترًا في الثانية (5700 قدم في الثانية). ^{[ 14 ]} بالمقارنة، تبلغ سرعة الطلقة عيار 5.56 ملم حوالي 914 مترًا في الثانية (3000 قدم في الثانية) عند إطلاقها من بندقية M16. تعمل طلقات APFSDS عمومًا في نطاق سرعة يتراوح بين 1400 و1800 متر في الثانية (4593 إلى 5906 قدم في الثانية). وعند تجاوز سرعة الارتطام الدنيا اللازمة للتغلب بشكل كبير على خصائص مقاومة مادة الهدف، يصبح طول القذيفة المخترقة أكثر أهمية من سرعة الارتطام. كما يتضح من حقيقة أن النموذج الأساسي M829 يطير بسرعة تقارب 200 متر/ثانية (656 قدم/ثانية) أسرع من النموذج الأحدث M829A3، ولكنه يبلغ نصف طول النموذج الأحدث تقريبًا، وهو غير كافٍ تمامًا لاختراق أحدث أنظمة الدروع. ^{[ 15 ]}        

ومما يزيد الأمر تعقيداً، أنه عند النظر في نشر القوات العسكرية في الخارج أو أسواق التصدير، لا يمكن استخدام غلاف مصمم خصيصاً لإطلاق قذيفة خارقة من اليورانيوم المنضب لإطلاق قذيفة خارقة من نوع WHA بديلة، حتى لو كانت بنفس الشكل الهندسي المصنّع. يتصرف كلا المادتين بشكل مختلف تحت ضغط عالٍ وقوى تسارع إطلاق عالية، مما يستلزم استخدام مواد غلاف ذات أشكال هندسية مختلفة تماماً (أكثر سمكاً أو أقل سمكاً في بعض المواضع، إن أمكن)، للحفاظ على سلامة البنية الداخلية للقذيفة.

غالباً ما يكمن التحدي الهندسي الأكبر في تصميم غلاف فعال لإطلاق قذائف خارقة طويلة للغاية، يصل طولها الآن إلى 80 سم (31 بوصة) . هذا الغلاف، الضروري لملء تجويف المدفع عند إطلاق قذيفة طويلة ورفيعة، يُعدّ وزناً إضافياً يُقلل من سرعة الفوهة المحتملة للقذيفة بأكملها. إن الحفاظ على السلامة الهيكلية داخل تجويف قذيفة تطير لمسافات طويلة كهذه تحت تسارعات تصل إلى عشرات الآلاف من أضعاف قوة الجاذبية الأرضية ليس بالأمر الهين، وقد أدى ذلك إلى تطور تصميم الغلاف الواقي من استخدام أنواع الألومنيوم المستخدمة في صناعة الطيران، مثل 6061 و6066-T6، والتي كانت متوفرة بسهولة ومنخفضة التكلفة وعالية القوة، في أوائل ثمانينيات القرن الماضي، إلى استخدام الألومنيوم 7075-T6 عالي القوة والأكثر تكلفة، والفولاذ الماراجينج ، والألومنيوم 7090-T6 فائق القوة التجريبي، وصولاً إلى أحدث التقنيات الحالية من البلاستيك المقوى بألياف الجرافيت، وذلك بهدف تقليل كتلة الغلاف الواقي الطفيلية، والتي قد تصل إلى ما يقرب من نصف كتلة إطلاق القذيفة بأكملها. ^{[ 14 ]}  

تتحرك شظايا القذيفة المنفصلة بسرعة عالية جدًا عند فوهة المدفع، لدرجة أنها قد تقطع مئات الأقدام بعد انفصالها، بسرعات قد تكون قاتلة للجنود ومُلحقة بالمركبات الخفيفة. لهذا السبب، يجب على رماة الدبابات أن يكونوا على دراية بالخطر الذي يهدد القوات القريبة.

كانت الشظية المغلفة نظيرة الشظية الخارقة للدروع في ذخيرة البنادق. وكان يجري تطوير بندقية لإطلاق الشظايا، وهي سلاح فردي للأغراض الخاصة ، لصالح الجيش الأمريكي، لكن المشروع أُلغي.