Pantserdoorborende vaste kogels voor kanonnen kunnen eenvoudige of samengestelde vaste projectielen zijn, maar combineren meestal ook een of andere vorm van brandstichtend vermogen met dat van pantserdoorboring. De brandgevaarlijke verbinding bevindt zich gewoonlijk tussen de kap en de doordringende neus, in een holte aan de achterkant, of een combinatie van beide. Indien in het projectiel ook een verklikstof is verwerkt, wordt de achterste holte vaak gebruikt om de verklikstof onder te brengen. Voor projectielen met een groter kaliber kan de tracer zich in plaats daarvan bevinden in een verlengstuk van de achterste afsluitdop. Gebruikelijke afkortingen voor massief (niet-samengesteld/hardkern) kanongebulder zijn; AP, AP-T, API en API-T; waarbij “T” staat voor “tracer” en “I” voor “incendiary”. Meer complexe, samengestelde projectielen die explosieven en andere ballistische middelen bevatten, worden meestal armor-piercing shells genoemd.
Vroege patronenEdit
Vroeg WO II-tijdperk ongedopte (AP) armor-piercing projectielen afgevuurd door hoge-snelheidsgeweren waren in staat om op korte afstand (100 m) ongeveer twee keer hun kaliber te penetreren. Op grotere afstanden (500-1.000 m) daalde dit tot 1,5-1,1 kaliber als gevolg van de slechte ballistische vorm en grotere luchtweerstand van de vroege projectielen met een kleinere diameter. In januari 1942 werd door Arthur E. Schnell een proces ontwikkeld voor 20mm en 37mm pantserdoorborende kogels om onder 500 ton druk staafstaal te persen dat gelijkmatigere “vloeilijnen” maakte op de taps toelopende neus van het projectiel waardoor de huls een directer “nose first” pad naar het pantserdoel kon volgen. Later in het conflict, konden APCBC afgevuurd op korte afstand (100 m) van groot kaliber, hoge-snelheid geweren (75-128 mm) een veel grotere dikte van pantser doorboren in verhouding tot hun kaliber (2,5 keer) en ook een grotere dikte (2-1,75 keer) op langere afstanden (1.500-2.000 m).
In een poging om een betere aërodynamica te krijgen, werden AP kogels voorzien van een ballistische kap om de luchtweerstand te verminderen en de inslagsnelheid op middellange tot lange afstand te verbeteren. De holle ballistische kap zou afbreken wanneer het projectiel het doel raakt. Deze patronen werden geclassificeerd als (APBC) of armor-piercing ballistic capped rounds.
Armor-piercing, capped projectiles waren ontwikkeld in de vroege jaren 1900, en waren in dienst bij zowel de Britse als de Duitse vloot tijdens de Eerste Wereldoorlog. De hulzen bestonden over het algemeen uit een nikkelstalen lichaam dat de springlading bevatte en was voorzien van een gehard stalen neus die bedoeld was om door zwaar pantser heen te dringen. Door het projectiel met hoge snelheid tegen een gehard stalen plaat te laten stoten, werd een aanzienlijke kracht uitgeoefend en standaard pantserdoorborende granaten hadden de neiging te versplinteren in plaats van te penetreren, vooral onder een schuine hoek, zodat de ontwerpers van de granaten een zachte stalen kap aan de neus van de granaten toevoegden. Het meer flexibele zacht staal vervormt bij de inslag en vermindert de schok die op het projectiel wordt overgebracht. Het ontwerp van de hulzen varieerde, sommige met holle hulzen en andere met massieve.
Omdat de best presterende penetratiehulzen niet erg aërodynamisch waren, werd later een extra ballistische huls aangebracht om de luchtweerstand te verminderen. De resulterende patronen werden geclassificeerd als (APCBC) of “armor-piercing capped ballistic capped”. De holle ballistische kap gaf de kogels een scherpere punt die de luchtweerstand verminderde en bij de inslag afbrak.
APDSEdit
Een belangrijke armor-piercing ontwikkeling was de armor-piercing discarding sabot (APDS). Een vroege versie werd ontwikkeld door ingenieurs die werkten voor het Franse bedrijf Edgar Brandt, en werd in twee kalibers op de markt gebracht (75 mm/57 mm voor het Mle1897/33 75 mm antitankkanon, 37 mm/25 mm voor diverse 37 mm kanontypes) vlak voor de Frans-Duitse wapenstilstand van 1940. De ingenieurs van Edgar Brandt, die naar het Verenigd Koninkrijk waren geëvacueerd, namen daar deel aan de lopende APDS-ontwikkelingsinspanningen, die uitmondden in aanzienlijke verbeteringen van het concept en de uitvoering ervan. Het APDS projectiel type werd verder ontwikkeld in het Verenigd Koninkrijk tussen 1941 en 1944 door L. Permutter en S. W. Coppock, twee ontwerpers bij de afdeling Bewapeningsonderzoek. Medio 1944 werd het APDS-projectiel voor het eerst in gebruik genomen voor het Britse QF 6 pdr anti-tankkanon en later in september 1944 voor het 17 pdr anti-tankkanon. Het idee was om een sterker en dichter penetrator materiaal te gebruiken met kleinere afmetingen en dus minder luchtweerstand, om een hogere impactsnelheid en pantserdoorboring mogelijk te maken.
Het armor-piercing concept vraagt om een groter penetratievermogen dan de dikte van het pantser van het doelwit. De penetrator is een puntige massa van materiaal met een hoge dichtheid, die is ontworpen om zijn vorm te behouden en een zo groot mogelijke hoeveelheid energie zo diep mogelijk in het doel te brengen. In het algemeen neemt het penetratievermogen van een pantserdoorborende kogel toe met de kinetische energie van het projectiel en ook met de concentratie van die energie in een klein gebied. Een efficiënt middel om een groter penetratievermogen te bereiken is dus een hogere snelheid van het projectiel. De inslag van het projectiel tegen een pantser met een hogere snelheid veroorzaakt echter een grotere schok. Materialen hebben karakteristieke maximumniveaus van schokcapaciteit, waarboven zij kunnen versplinteren, of anderszins uiteenvallen. Bij relatief hoge inslagsnelheden is staal niet langer een geschikt materiaal voor pantserdoorborende kogels. Wolfraam en wolfraamlegeringen zijn geschikt voor gebruik in pantserdoorborende kogels met nog hogere snelheid, vanwege hun zeer hoge schokbestendigheid en versplinteringsweerstand, en vanwege hun hoge smelt- en kooktemperaturen. Zij hebben ook een zeer hoge dichtheid. In patronen voor vliegtuigen en tanks wordt soms een kern van verarmd uranium gebruikt. Indringers van verarmd uranium hebben het voordeel dat zij bij de inslag pyrofoor en zelfscherpend zijn, hetgeen leidt tot intense hitte en energie gericht op een minimaal deel van het pantser van het doelwit. Sommige munitie gebruikt ook explosieve of brandgevaarlijke punten om dikkere pantsering te doorboren. High Explosive Incendiary/Armor Piercing Munition combineert een penetrator van wolfraamcarbide met een brandstichtende en explosieve punt.
De energie wordt geconcentreerd door gebruik te maken van een wolfraamkogel met een gereduceerde diameter, omgeven door een lichtgewicht buitenste drager, de sabot (een Frans woord voor een klomp). Deze combinatie maakt het mogelijk een projectiel met een kleinere diameter (dus een lagere massa/aerodynamische weerstand/penetratieweerstand) af te vuren, met een groter gebied van expanderende “stuwkracht”, dus een grotere voortstuwende kracht en resulterende kinetische energie. Eenmaal buiten de loop wordt de sabot verwijderd door een combinatie van centrifugale kracht en aërodynamische kracht, waardoor het schot een lage luchtweerstand heeft tijdens de vlucht. Voor een bepaald kaliber kan het gebruik van APDS munitie de anti-tank prestaties van een kanon effectief verdubbelen.
APFSDSEdit
Een pantserdoorborend, vin-gestabiliseerd, afwerpsabot (APFSDS) projectiel maakt gebruik van het sabot-principe met vin (weerstand) stabilisatie. Een lang, dun deelprojectiel heeft een verhoogde sectionale dichtheid en dus penetratiepotentieel. Zodra een projectiel echter een lengte/diameter verhouding van meer dan 10 heeft (minder voor projectielen met een hogere dichtheid), wordt spinstabilisatie ineffectief. In plaats daarvan wordt aërodynamische liftstabilisatie gebruikt, door middel van vinnen die aan de basis van het deelprojectiel zijn bevestigd, waardoor het op een grote metalen pijl lijkt.
Groot kaliber APFSDS projectielen worden gewoonlijk afgevuurd uit gladde (ongetande) lopen, hoewel zij kunnen worden afgevuurd en vaak worden afgevuurd uit geweren met getrokken loop. Dit geldt vooral voor wapensystemen van klein tot middelgroot kaliber. APFSDS-projectielen worden gewoonlijk gemaakt van metaallegeringen met een hoge dichtheid, zoals wolfraam zware legeringen (WHA) of verarmd uranium (DU); voor sommige vroege Sovjet-projectielen werd maragingstaal gebruikt. DU-legeringen zijn goedkoper en hebben een betere penetratie dan andere, omdat zij dichter en zelfslijpend zijn. Uranium is ook pyrofoor en kan opportunistisch brandgevaarlijk worden, vooral wanneer de kogel langs het pantser scheert en niet-geoxideerd metaal blootlegt, maar zowel de fragmenten van het metaal als het stof verontreinigen het slagveld met toxische gevaren. De minder giftige WHA’s genieten de voorkeur in de meeste landen, behalve de VS en Rusland.
APCR en HVAPEdit
Armor-piercing, composite rigid (APCR) is een Britse term; de Amerikaanse term voor het ontwerp is high-velocity armor-piercing (HVAP) en de Duitse term is Hartkernmunition. Het APCR-projectiel heeft een kern van een hard materiaal met hoge dichtheid, zoals wolfraamcarbide, met daaromheen een omhulsel over de gehele omtrek van een lichter materiaal (bijv. een aluminiumlegering). De lage sectiedichtheid van de APCR resulteerde echter in een hoge aërodynamische weerstand. Wolfraamverbindingen zoals wolfraamcarbide werden gebruikt in kleine hoeveelheden inhomogene en afgedankte sabotschoten, maar dat element was op de meeste plaatsen schaars. De meeste APCR projectielen hebben de vorm van het standaard APCBC schot (hoewel sommige van de Duitse Pzgr. 40 en sommige Sovjet ontwerpen lijken op een stompe pijl), maar het projectiel is lichter: tot de helft van het gewicht van een standaard AP schot van hetzelfde kaliber. Het lichtere gewicht maakt een hogere mondingssnelheid mogelijk. De kinetische energie van het schot is geconcentreerd in de kern en dus op een kleiner trefvlak, waardoor de doorboring van het pantser van het doel verbetert. Om versplintering bij de inslag te voorkomen, wordt tussen de kern en de buitenste ballistische huls een schokdempende kap geplaatst, zoals bij APC-kogels. Omdat het schot lichter is, maar nog steeds dezelfde totale grootte heeft, heeft het echter slechtere ballistische kwaliteiten, en verliest het snelheid en nauwkeurigheid op grotere afstanden. De APCR werd opgevolgd door de APDS, die de buitenste lichtmetalen huls overbodig maakte zodra het schot de loop had verlaten. Het concept van een zware penetrant met een kleine diameter, omhuld door licht metaal, zou later worden toegepast in kleine pantserdoorborende brandbommen en HEIAP-kogels.
APCNREdit
Armour-piercing, composite non-rigid (APCNR) is de Britse term en stond bij de Duitsers bekend als Gerlich-principewapens, maar tegenwoordig zijn de meer algemeen gebruikte termen knijpboring en taps toelopende boring. Deze granaten zijn gebaseerd op hetzelfde projectielontwerp als de APCR – een kern met hoge dichtheid binnen een omhulsel van zacht ijzer of een andere legering – maar het wordt afgevuurd door een kanon met een taps toelopende loop, hetzij een taps toelopende loop in een vaste loop, hetzij een laatste toegevoegde sectie. Het projectiel heeft aanvankelijk een volle loop, maar de buitenste huls wordt vervormd naarmate hij door de taps toeloopt. In het conische gedeelte worden flenzen of noppen aangebracht, zodat het projectiel bij het verlaten van de loop een kleinere totale doorsnede heeft. Hierdoor krijgt het betere vluchteigenschappen met een hogere sectiedichtheid, en behoudt het projectiel beter zijn snelheid over grotere afstanden dan een niet-vervormde huls van hetzelfde gewicht. Net als bij de APCR is de kinetische energie van de kogel geconcentreerd in de kern van de inslag. De beginsnelheid van de kogel wordt sterk verhoogd door de afname van de doorsnede van de loop naar de loopmonding toe, hetgeen resulteert in een evenredige toename van de snelheid van de expanderende drijfgassen.
De Duitsers gebruikten hun eerste ontwerp als een licht antitankwapen, de 2,8 cm schwere Panzerbüchse 41, vroeg in de Tweede Wereldoorlog, en volgden met de 4,2 cm Pak 41 en 7,5 cm Pak 41. Hoewel ook HE-kogels in dienst werden gesteld, wogen deze slechts 93 gram en hadden een lage effectiviteit. De Duitse conus was een vast onderdeel van de loop.
De Britten daarentegen gebruikten de Littlejohn knijp-boor adapter, die naar behoefte kon worden bevestigd of verwijderd. De adapter vergrootte de bruikbaarheid van gepantserde auto’s en lichte tanks, waarin geen kanon paste dat groter was dan de QF 2 pdr. Hoewel een volledig gamma granaten en kogels kon worden gebruikt, was het zeer onpraktisch om de adapter in het heetst van de strijd te veranderen.
Er zijn enkele belangrijke nadelen die inherent zijn aan wapens die zijn ontworpen om APCNR kogels af te vuren. De eerste is dat het ontwerpen en produceren van wapens met tapse loop zowel een geavanceerd technologisch niveau als hoge kwaliteitsnormen voor het vervaardigen van de lopen vereist, hetgeen resulteert in een hogere kostprijs per eenheid. De tweede is dat het taps toelopen van de loop om de snelheid van de kogel te verhogen, leidt tot meer slijtage doordat het projectiel tijdens het afvuren moet worden vervormd, hetgeen de levensduur van de loop verkort.
De APCNR werd vervangen door het APDS-ontwerp dat compatibel was met niet-taps toelopende lopen.