Содержание

описание, характеристики, особенности, интересные факты

Кумулятивным эффектом в военном деле называют усиление разрушающего действия взрыва посредством его концентрации в определенном направлении. Явление этого рода у человека, незнакомого с принципом его действия, обычно вызывает удивление. Из-за маленькой дырки в броне при попадании кумулятивного снаряда танк часто полностью выходит из строя.

Где используется

Собственно сам кумулятивный эффект наблюдали, наверное, все без исключения люди. Возникает он, к примеру, при падении капли в воду. В этом случае на поверхности последней образуются воронка и тонкая струя, направленная вверх.

Использоваться кумулятивный эффект может, к примеру, в исследовательских целях. Создавая его искусственно, ученые ищут пути достижения высоких скоростей веществ — до 90 км/с. Также этот эффект используется в промышленности — в основном в горных разработках. Но наибольшее применение он, конечно же, нашел в военном деле. Боеприпасы, работающие на таком принципе, используются разными странами с начала прошлого века.

Конструкция снарядов

Каким же образом изготавливаются и работают боеприпасы этой разновидности? Возникает кумулятивный заряд в таких снарядах, благодаря их особому строению. В передней части боеприпасов этого типа имеется конусообразная воронка, стенки которой покрыты металлической облицовкой, толщина которой может быть меньше 1 мм или составлять несколько миллиметров. С противоположной к этой выемке стороны находится детонатор.

После срабатывания последнего, благодаря наличию воронки, и возникает разрушающий кумулятивный эффект. Детонационная волна начинает перемещаться вдоль оси заряда внутрь воронки. В результате стенки последней схлопываются. При сильном ударе в облицовке воронки резко, до 1010 Па, возрастает давление. Такие значения намного превосходят предел текучести металлов. Поэтому ведет он себя в данном случае подобно жидкости. В результате начинается формирование кумулятивной струи, остающейся очень твердой и имеющей большую поражающую способность.

Теория

Обусловливается появление струи металла при кумулятивном эффекте не плавлением последнего, а его резкой пластической деформацией. Как и жидкость, металл облицовки боеприпаса при схлопывании воронки образует две зоны:

  • собственно тонкую металлическую струю, перемещающуюся со сверхзвуковой скоростью вперед вдоль оси заряда;

  • пест-хвост, являющийся «хвостом» струи, на долю которого приходится до 90 % металлической облицовки воронки.

Скорость кумулятивной струи после взрыва детонатора зависит от двух основных факторов:

Какими могут быть боеприпасы

Чем меньше угол конуса снаряда, тем быстрее перемещается струя. Но при изготовлении боеприпаса в данном случае к облицовке воронки предъявляются особые требования. Если она будет некачественной, струя, перемещающаяся с высокой скоростью, в последующем может разрушиться раньше времени.

Современные боеприпасы этого типа могут изготавливаться с воронками, угол которых равен 30-60 градусам. Скорость кумулятивный струй таких снарядов, возникающих после схлопывания конуса, достигает 10 км/с. Хвостовая часть при этом из-за большей массы имеет меньшую скорость - около 2 км/с.

Происхождение термина

Собственно само слово «кумуляция» произошло от латинского cumulatio. В переводе на русский этот термин обозначает «накопление» или «скопление». То есть, по-сути, в снарядах с воронкой происходит концентрация энергии взрыва в нужном направлении.

Немного истории

Таким образом кумулятивная струя — это длинное тонкое образование с «хвостом», жидкое и при этом плотное и жесткое, с огромной скоростью перемещающаяся вперед. Открыт такой эффект был достаточно давно — еще в XVIII веке. Первым предположение о том, что энергию взрыва можно сконцентрировать нужным образом высказал инженер Фрац фон Баадер. Этот ученый провел в том числе и несколько экспериментов, связанных с кумулятивным эффектом. Однако каких-либо значительных результатов ему в то время добиться не удалось. Дело в том, что Франц фон Баадер использовал в своих исследованиях черный порох, неспособный формировать детонационные волны нужной силы.

Впервые боеприпасы, работающие по кумулятивному принципу, были созданы после изобретения высокобризантных взрывчаток. В те времена кумулятивный эффект одновременно и независимо друг от друга открыли несколько человек:

  • российский военный инженер М. Борисков — в 1864 г;

  • капитан Д. Андриевский — в 1865 г;

  • европеец Макс фон Форстер — в 1883 г;

  • американский химик Ч. Мунро — в 1888 г.

В Советском Союзе в 20-х годах кумулятивным эффектом занимался профессор М. Сухаревский. На практике же военные столкнулись с ним впервые во время ВОВ. Произошло это в самом начале боевых действий — летом 1941 года. Немецкие кумулятивные снаряды оставляли в броне советских танков небольшие оплавленные отверстия. Поэтому первоначально их называли бронепрожигающими.

На вооружение советской армии такие снаряды БП-0350А были приняты уже в 42-м году. Разработали их отечественные инженеры и ученые на основе трофейных немецких боеприпасов.

Почему пробивает броню: принцип действия кумулятивной струи

В годы ВОВ войны особенности «работы» таких снарядов еще не были хорошо изучены. Именно поэтому в отношении них и применялось название «бронепрожигающие». Позднее, уже в 49 году, эффектом кумуляции у нас в стране занялись вплотную. В 1949 году российский ученый М. Лаврентьев создает теорию кумулятивных струй и получает за это сталинскую премию.

В конечном итоге исследователям удалось выяснить, что высокая пробивная способность снарядов этого типа с большими температурами абсолютно никак не связана. При взрыве детонатора происходит формирование кумулятивной струи, которая при контакте с броней танка создает на ее поверхности огромное давление в несколько тонн на квадратный сантиметр. Такие показатели превышают в том числе и предел текучести металла. В результате в броне и образуется отверстие диаметром в несколько сантиметров.

Струи современных боеприпасов этого типа способны прошивать танки и другую бронетехнику буквально насквозь. Давление при их воздействии на броню действительно создается огромное. Температура кумулятивной струи снаряда же обычно невысока и не выходит за значения в 400-600 °С. То есть собственно прожигать броню или плавить ее она не может.

Сам кумулятивный снаряд в прямой контакт с материалом стенок танка не вступает. Взрывается он на некотором расстоянии. Двигаются части кумулятивной струи после ее выброса с неодинаковой скоростью. Поэтому в процессе полета она начинает растягиваться. При достижении же расстояния на 10-12 диаметров воронки струя распадается. Соответственно, наибольшее разрушающее воздействие она может оказывать на броню танка тогда, когда достигнет максимальной длины, но еще не начнет разрушаться.

Поражение экипажа

Пробившая броню кумулятивная струя проникает во внутреннее пространство танка с высокой скоростью и может поразить в том числе и членов экипажа. В момент ее прохождения сквозь броню от последней отрываются куски металла и его разжиженные капли. Такие осколки, конечно же, также имеют сильное поражающее действие.

Проникшая внутрь танка струя, а также куски металла, летящие с огромной скоростью, могут попасть в том числе и в боевые запасы машины. В этом случае последние загорятся и произойдет взрыв. Именно таким образом и действуют кумулятивные снаряды.

Достоинства и недостатки

Какими же преимуществами отличаются кумулятивные снаряды. В первую очередь к их плюсам военные относят то, что, в отличие от подкалиберных, способность их пробивать броню не зависит от их скорости. Такими снарядами можно стрелять в том числе и из легких орудий. Также такие заряды достаточно удобно использовать в реактивных грантах. К примеру, именно таким образом ручной противотанковый гранатомет РПГ-7. Кумулятивная струя такого оружия броню танков с высокой эффективностью. На вооружении российский гранатомет РПГ-7 стоит еще и сегодня.

Заброневое действие кумулятивной струи может быть очень разрушительным. Очень часто она убивает одного или двух членов экипажа и вызывает взрыв запасов боеприпасов.

Основным же недостатком такого вооружения считается неудобство его применения «артиллерийским» способом. В большинстве случаев в полете снаряды стабилизируются вращением. В кумулятивных же боеприпасах оно может вызывать разрушение струи. Поэтому военные инженеры всячески добиваются снижения вращения таких снарядов в полете. Применяться для этого могут самые разные способы.

К примеру, в таких боеприпасах может применяться специальная текстура облицовки. Также для у снаряды этого типа часто дополняются вращающимся корпусом. В любом случае применять такие заряды удобнее все же в низкоскоростных боеприпасах или вообще неподвижных. Это могут быть, к примеру, реактивные гранаты, снаряды легких пушек, мины, ПТУРы.

Пассивная защита

Конечно же, сразу же после того, как на вооружении армий появились кумулятивные заряды, начали разрабатываться и средства, позволяющие воспрепятствовать поражению ими танков и другой тяжелой военной техники. Для защиты были разработаны специальные вынесенные экраны, устанавливаемые на некотором расстоянии от брони. Такие средства изготавливаются из стальных решеток и металлической сетки. Действие кумулятивной струи на броню танка при их наличии сводится на нет.

Поскольку при попадании в экран снаряд взрывается на значительном расстоянии от брони, струя успевает разрушаться до того, как ее достигнет. Кроме того, некоторые разновидности таких экранов способны разрушать контакты детонатора кумулятивного боеприпаса, в результате чего последний просто-напросто не взрывается вообще.

Из чего может изготавливаться защита

Во время ВОВ в советской армии применялись достаточно массивные стальные экраны. Иногда они могли изготавливаться из стали 10 мм и выноситься на 300-500 мм. Немцы же во время войны повсеместно использовали более легкую защиту из стальной сетки. На настоящий момент некоторые прочные экраны способны защищать танки даже от осколочных фугасных снарядов. Вызывая детонацию на некотором расстоянии от брони, они снижают степень воздействия на машину ударной волны.

Иногда в настоящее время для танков применяются и многослойные защитные экраны. К примеру, за машину может выноситься на 150 мм лист стали на 8 мм, после чего пространство между ним и броней заполняется легким материалом — керамзитом, стекловатой и пр. Далее поверх такого экрана выносится на 300 мм еще и стальная сетка. Такая приспособления способны защитить машину практически от всех видов боеприпасов с БВВ.

Динамичная защита

Такой экран по-другому называется реактивной броней. Впервые защита этой разновидности в Советском Союзе были испытана в 40-е годы инженером С. Смоленским. Первые опытные образцы были разработаны в СССР в 60-е годы. Производить же и использовать такие средства защиты у нас в стране начали только в 80-х годах прошлого века. Объясняется такая задержка в развитии реактивной брони тем, что первоначально она была признана бесперспективной.

Очень долгое время защиту этого типа не использовали и американцы. Первыми активно применять реактивную броню начали израильтяне. Инженеры этой страны заметили, что при взрыве запасов боеприпасов внутри танка кумулятивная струя не пробивает машины насквозь. То есть контрвзрыв способен в какой-то мере ее сдерживать.

Активно использовать динамичную защиту от кумулятивных снарядов Израиль начал в 70-х годах прошлого века. Назывались такие приспособления «Блейзер», изготавливалась в виде съемных контейнеров и размещалась снаружи брони танка. В качестве разрывного заряда в них использовались ВВ Semtex на основе гексогена.

Позднее динамическая защита танков от кумулятивных снарядов постепенно совершенствовалась. На настоящий момент в России, к примеру, используются системы «Малахит», представляющие собой комплексы с электронным управлением подрыва. Такой экран способен не только эффективно противодействовать кумулятивным снарядам, но и разрушать самые современные натовские подкалиберные DM53 и DM63, разработанные специально для уничтожения российских динамических защит предыдущего поколения.

Как ведет себя струя под водой

В некоторых случаях кумулятивный эффект боеприпасов может уменьшаться. К примеру, кумулятивная струя под водой ведет себя особым образом. В таких условиях она распадается уже на расстоянии 7 диаметров воронки. Дело в том, что при больших скоростях пробивать воду струе примерно также "тяжело", как и металл.

На советских кумулятивных боеприпасах для применения под водой, к примеру, устанавливались специальные насадки, способствующие формированию струи и укомплектованные утяжелителями.

Интересные факты

Конечно же, в России на настоящий момент ведется работа по совершенствованию в том числе и самого кумулятивного вооружения. Современные отечественные гранаты этой разновидности, к примеру, способны пробить слой металла толщиной более метра.

Используется оружие этой разновидности разными странами мира уже достаточно давно. Однако о нем до сих пор ходят разного рода легенды и мифы. Так, к примеру, иногда в Сети можно встретить информацию от том, что кумулятивные струи при попадании во внутреннее пространство танка способны вызвать настолько резкий скачек давления, что это приводит к гибели экипажа. О таком эффекте кумулятивных волн в интернете зачастую рассказывают страшные истории в том числе и сами военные. Существует даже мнение о том, что российские танкисты во время боевых действий специально ездят с открытыми люками для того, чтобы сбросить давление в случае попадания кумулятивного снаряда.

Однако, согласно законам физики, подобного эффекта металлическая струя вызывать не может. Снаряды этого типа просто концентрируют энергию взрыва в определенном направлении. На вопрос о том, кумулятивная струя прожигает или пробивает броню, есть, таким образом, очень простой ответ. При встрече с материалом стенок танка она тормозиться и действительно оказывает на него сильное давление. В результате металл начинает растекаться по сторонам и вымываться каплями на большой скорости внутрь танка.

Разжижается материал в этом случае именно из-за давления. Температура кумулятивной струи невысока. При этом и никакой значимой ударной волны сама она, конечно же, не создает. Тело человека струя способна пробивать насквозь. Также серьезной поражающей силой обладают и капли жидкого металла, оторвавшиеся от самой брони. В отверстие же, проделанное струей в броне, не способна проникнуть даже ударная волна от взрыва самого боеприпаса. Соответственно, и никакого избыточного давления внутри танка не возникает.

Согласно законам физики, ответ на вопрос о том, кумулятивная струя пробивает или прожигает броню, таким образом, очевиден. При контакте с металлом она просто разжижает его и проходит внутрь машины. Избыточного же давления же за броней она не создает. Поэтому открывать люк машины при применении противником таких боеприпасов, конечно же, не стоит. Ко всему прочему, это, наоборот, увеличивает риск контузии или гибели членов экипажа. В открытый люк может проникнуть и взрывная волна от самого снаряда.

Опыты с водой и желатиновой броней

Воссоздать кумулятивный эффект при желании можно даже в домашних условиях. Для этого понадобятся дистиллированная вода и высоковольтный разрядник. Последний можно изготовить, к примеру, из кабеля, припаяв к его оплетке соосно с основной жилой медную шайбу. Далее центральный провод нужно соединить с конденсатором.

Роль воронки в этом эксперименте может исполнить мениск, образующийся в тонкой бумажной трубке. Разрядник и капилляр нужно соединить тонкой эластичной трубкой. Далее следует налить воду в трубку с помощью шприца. После образования мениска на расстоянии примерно в 1 см от разрядника нужно завести конденсатор и замкнуть контур закрепленным на изолирующей штанге проводником.

В области пробоя при таком домашнем эксперименте разовьется большое давление. Ударная волна побежит к мениску и схлопнет его.

fb.ru

Кумулятивная струя Википедия

У этого термина существуют и другие значения, см. Кумуляция. Унитарный выстрел с кумулятивным снарядом в разрезе

Кумулятивный эффект

Кумулятивный эффект, эффект Манро (англ. Munroe effect) — усиление действия взрыва путём его концентрации в заданном направлении, достигаемое применением заряда с выемкой, противоположной местонахождению детонатора и обращённой в сторону поражаемого объекта. Кумулятивная выемка обычно конической формы, покрывается металлической облицовкой, толщина которой может варьироваться от долей миллиметра до нескольких миллиметров.

Кумулятивный эффект применяется в исследовательских целях (возможность достижения больших скоростей вещества — до 90 км/с), в горном деле, в военном деле (бронебойные снаряды).

Механизм действия кумулятивного заряда

Кумулятивная струя

После взрыва капсюля-детонатора, находящегося на противоположной по отношению к выемке стороне заряда, возникает детонационная волна, которая перемещается вдоль оси заряда.

Волна, распространяясь к боковым образующим конуса облицовки, схлопывает её стенки друг навстречу другу, при этом в результате соударения стенок облицовки давление в её материале резко возрастает. Давление продуктов взрыва, достигающее порядка 1010Па (105 кгс/см²), значительно превосходит предел текучести металла, поэтому движение металлической облицовки под действием продуктов взрыва подобно течению жидкости, однако обусловлено не плавлением, а пластической деформацией.

Аналогично жидкости, металл облицовки формирует две зоны: большой по массе (порядка 70—90 %) медленно двигающийся «пест» и меньшую по массе (порядка 10—30 %) тонкую (порядка толщины облицовки) гиперзвуковую металлическую струю, перемещающуюся вдоль оси симметрии заряда, скорость которой зависит от скорости детонации взрывчатого вещества и геометрии воронки[1]. При использовании воронок с малыми углами при вершине возможно получить крайне высокие скорости, но при этом возрастают требования к качеству изготовления облицовки, так как повышается вероятность преждевременного разрушения струи. В современных боеприпасах используются воронки со сложной геометрией (экспоненциальные, ступенчатые и др.) с углами в диапазоне от 30 до 60°; скорость кумулятивной струи при этом достигает 10 км/с.

Процесс запрессовки медной облицовочной юбки, она же в виде готового изделия и внутри снаряженного боеприпаса в разрезе
Металлическая облицовочная юбка Манро схлопывается в диаметре как юбка платья Мэрилин Монро после порыва ветра из вентиляционного люка

Поскольку при встрече кумулятивной струи с бронёй развивается очень высокое давление, на один-два порядка превосходящее предел прочности металлов, то струя взаимодействует с бронёй в соответствии с законами гидродинамики, то есть при соударении они ведут себя как идеальные жидкости. Прочность брони в её традиционном понимании в этом случае практически не играет роли, а на первое место выходят показатели плотности и толщины бронирования.[2]

Теоретическая пробивная способность кумулятивных снарядов пропорциональна длине кумулятивной струи и квадратному корню отношения плотности облицовки воронки к плотности брони. Практическая глубина проникновения кумулятивной струи в монолитную броню у существующих боеприпасов варьируется в диапазоне от 1,5 до 4 калибров.

При схлопывании конической оболочки скорости отдельных частей струи оказываются различными, и струя в полёте растягивается. Поэтому небольшое увеличение промежутка между зарядом и мишенью увеличивает глубину пробивания за счёт удлинения струи. Однако при значительных расстояниях между зарядом и мишенью непрерывность струи нарушается, что снижает бронебойный эффект. Наибольший эффект достигается на так называемом «фокусном расстоянии», на котором струя максимально растянута, но ещё не разорвана на отдельные фрагменты. Для выдерживания этой дистанции используют различные типы наконечников соответствующей длины.

При перемещении в твёрдой среде градиентно разорванная кумулятивная струя самоцентрируется, а диаметр трека по мере удаления от точки фокуса уменьшается. При движении разорванной на фрагменты кумулятивной струи в жидкостях и газах каждый фрагмент перемещается по собственной траектории, а диаметр трека по мере удаления от точки фокуса увеличивается. Этим объясняется резкое снижение пробивной способности высокоградиентных кумулятивных струй при использовании противокумулятивных экранов.

Использование заряда с кумулятивной выемкой без металлической облицовки снижает кумулятивный эффект, так как вместо металлической струи действует струя газообразных продуктов взрыва; однако при этом достигается значительно более сильное заброневое действие.

Ударное ядро

Ударное ядро — компактная металлическая форма, напоминающая пест, образующаяся в результате сжатия металлической облицовки кумулятивного заряда продуктами его детонации.

Для образования ударного ядра кумулятивная выемка имеет тупой угол при вершине или форму сферического сегмента переменной толщины (у краёв толще, чем в центре). Под влиянием ударной волны происходит не схлопывание конуса, а выворачивание его «наизнанку». Полученный снаряд диаметром в четверть и длиной в один калибр (первоначальный диаметр выемки) разгоняется до скорости 2,5 км/с. Бронебойное действие ядра ниже, чем у кумулятивной струи, но зато сохраняется на расстоянии до 1000 калибров. В отличие от кумулятивной струи, состоящей лишь из 15 % массы облицовки, ударное ядро образуется из 100 % её массы.

История

Пробитый взрывом кумулятивного заряда наблюдательный купол в форте Эбен-Эмаль. В центре снимка виден пролом, образованный воздействием кумулятивной струи.

В 1792 году горный инженер Франц фон Баадер высказал предположение, что энергию взрыва можно сконцентрировать на небольшой площади, используя полый заряд. Однако в своих экспериментах фон Баадер использовал чёрный порох, который не может формировать необходимую детонационную волну. Впервые продемонстрировать эффект применения полого заряда удалось лишь с изобретением высокобризантных взрывчатых веществ. Это сделал в 1883 году изобретатель Макс фон Фёрстер (Max von Foerster)[3].

Повторно открыл кумулятивный эффект, исследовал и подробно описал его в своих работах американец Чарльз Манро (Charles Edward Munro) в 1888 году.

В Советском Союзе в 1925—1926 годах изучением зарядов взрывчатых веществ с выемкой занимался профессор М. Я. Сухаревский[4].

В 1938 году Франц Томанэк (Franz Rudolf Thomanek) в Германии и Генри Мохоупт (Henry Hans Mohaupt) в Швейцарии независимо друг от друга открыли эффект увеличения пробивной способности при применении металлической облицовки конуса.

Рентгено-импульсная съемка процесса, осуществленная в 1939 — начале 1940-х годов в лабораториях Германии, США и Великобритании, позволила существенно уточнить принципы действия кумулятивного заряда (традиционная фотосъёмка невозможна из-за вспышек пламени и большого количества дыма при детонации).

Кумулятивные боеприпасы впервые были применены в боевых условиях 10 мая 1940 г. при штурме форта Эбен-Эмаль (Бельгия). Тогда для подрыва укреплений диверсионным отрядом использовались переносные заряды в виде полусфер весом 12,5 и 50 кг[5].

Одним из неприятных сюрпризов лета 1941 года для танкистов РККА стало применение войсками Германии кумулятивных снарядов и гранат.[6] На подбитых танках обнаруживались пробоины с оплавленными краями, поэтому снаряды получили название «бронепрожигающих». 23 мая 1942 года на Софринском полигоне были проведены испытания снаряда к 76-мм полковой пушке, разработанного НИИ-6 на основе трофейного немецкого снаряда. По результатам испытаний 27 мая 1942 года первый советский кумулятивный снаряд БП-353А принят на вооружение.[7]

В 1949 году Михаил Алексеевич Лаврентьев становится лауреатом Сталинской премии за создание теории кумулятивных струй.

В 1950-е годы был достигнут огромный прогресс в понимании принципов формирования кумулятивной струи. Предложены методы усовершенствования кумулятивных зарядов пассивными вкладышами (линзами), определены оптимальные формы кумулятивных воронок, применена ступенчатая облицовка конуса для компенсации вращения снаряда, разработаны специальные составы взрывчатых веществ. Многие из обнаруженных в те далекие годы явлений изучаются и до настоящего времени.

Кумулятивные боеприпасы и их поражающие факторы

H 50 (Hohlladung 50 kg) — один из первых серийных кумулятивных зарядов. Применялся для разрушения оборонительных укреплений во время Второй мировой войны.

Несмотря на относительно слабое заброневое действие, кумулятивная граната при попадании в башню, как правило, убивает одного или более членов экипажа бронемашины, может вывести из строя вооружение, подорвать боекомплект. Попадание в моторное отделение делало машину неподвижной мишенью, а если на пути кумулятивной струи встречались топливопроводы, происходило воспламенение топлива.

Виктор Мураховский отмечает, что широко распространен миф об том, что кумулятивные заряды поражают избыточным давлением и температурой, но это не соответствует действительности. Поражение защищённой цели достигается действием короткой кумулятивной струи небольшого диаметра, создающей давление в несколько тонн на квадратный сантиметр (что превышает предел текучести металлов) и пробивающей небольшое отверстие около 8 мм в броне. Весь наблюдаемый визуально взрыв кумулятивного заряда происходит до брони и избыточное давление и температура не могут проникнуть через небольшое отверстие и не являются основными поражающими факторами. Устанавливаемые внутри танков датчики давления и температуры не фиксируют существенного фугасного или термического воздействия после пробивания брони кумулятивной струей.[8] Основной поражающий фактор кумулятивного заряда - это отрываемые осколки и капли брони. При попадании на боекомплект танка осколков и капель от пробитой брони возможно его воспламенение и детонация с разрушением бронемашины. Если кумулятивная струя и  капли   брони не поражают людей и пожаро-/взрывоопасное оборудование танка, то в целом прямое попадание даже мощного кумулятивного заряда может не вывести из строя танк.[8]

Тяжёлые ПТУР (типа 9М120 «Атака», «Хеллфайр») при попадании в бронированные машины лёгкого класса с противопульной защитой своим синергетическим действием могут уничтожить не только экипаж, но и частично или полностью разрушить машины. С другой стороны, воздействие большинства носимых ПТС на ББМ (при отсутствии детонации боеприпасов ББМ) не столь критично — здесь наблюдается обычный эффект заброневого действия кумулятивной струи, а поражения экипажа избыточным давлением не происходит.

См. также Кумулятивно-осколочный снаряд

Интересные факты

  • Первоначально кумулятивные снаряды назывались бронепрожигающими, так как считалось (исходя из формы пробитой воронки), что они именно прожигают броню. В реальности же при подрыве заряда температура облицовки достигает всего лишь 200—600 °C, что значительно ниже температуры её плавления.
  • Распространено мнение, что при попадании кумулятивной струи в танк или иную броневую цель находящиеся внутри погибают от баротравмы при резком повышении давления в замкнутом объеме после пробития брони, и это одна из причин, почему десант БМП предпочитает ездить снаружи, на верхнем листе, а не внутри машины, а также поэтому некоторые танкисты предпочитают езду с открытыми люками, для сброса давления. В реальности же всё наоборот: расширяющиеся газы сдетонировавшего кумулятивного заряда не могут проникнуть за пробитую броню в образовавшееся небольшое отверстие, а вот открытые люки приводят к «затеканию» ударной волны и поражению экипажа[9].

См. также

Примечания

  1. Слободецкий И. Ш., Асламазов И. Г. Задачи по физике. — М.: Наука. Главная редакция физико-математической литературы, 1980. — С. 55—59. — 176 с. — (Библиотечка «Квант»). — 150 000 экз. — ISBN нет, УДК С48 530.1, ББК 22.3 53.
  2. Виктор Мураховский, полковник запаса. Ещё один кумулятивный миф (неопр.) (недоступная ссылка). Дата обращения 9 сентября 2011. Архивировано 3 июня 2012 года.
  3. Walters W. P., Zukas J. A. Fundamentals of Shaped Charges. — John Wiley & Sons Inc., 1989. — ISBN 0-471-62172-2.
  4. Hubert Schardin. Über die Entwicklung der Hohlladung, in: Wehrtechnische Hefte. — 1954.
  5. James E Mrazek. The fall of Eben Emael: prelude to Dunkerque. — Luce, 1971.
  6. ↑ German GG/P 40 H.E.A.T. Rifle Grenade — Inert-Ord.net (англ.). Дата обращения 5 декабря 2009. Архивировано 16 февраля 2012 года.
  7. Драбкин А. Я дрался с Панцерваффе. «Двойной оклад — тройная смерть!». — М.: Яуза, Эксмо, 2007. — (Война и мы). — 10 000 экз. — ISBN 978-5-699-20524-0.
  8. 1 2 Кумулятивный эффект и ударное ядро. - kumul-effekt-2.html, archive.is (13 мая 2015). Дата обращения 7 ноября 2016.
  9. ↑ ЕЩЁ ОДИН КУМУЛЯТИВНЫЙ МИФ (неопр.). Военно-патриотический сайт «Отвага». Дата обращения 29 февраля 2016.

Литература

  • Андреев С. Г., Бабкин А. В., Баум Ф. А. и др. Глава 17. Кумуляция // Физика взрыва / Под редакцией Л. П. Орленко. — издание 3-е, переработанное и дополненное. — М.: Физматлит, 2004. — Т. 2. — С. 193-350. — 656 с. — ISBN 5-9221-0220-6.
  • Лаврентьев М.А., Шабат Б.В. Глава VII. Струи. § 29. Кумулятивные струи // Проблемы гидродинамики и их математические модели. — М.: Наука, 1973. — С. 257-269. — 416 с. (недоступная ссылка)
  • Баланкин А. С., Любомудров А. А., Севрюков И. Т. Кинетическая теория кумулятивного бронепробивания. — М.: Изд-во Министерства обороны СССР. — 271 с.

Ссылки

wikiredia.ru

Кумулятивный эффект - это... Что такое Кумулятивный эффект?

У этого термина существуют и другие значения, см. Кумуляция. Унитарный выстрел с кумулятивным снарядом в разрезе

Кумулятивный эффект, эффект Манро (англ. Munroe effect) — усиление действия взрыва путём его концентрации в заданном направлении, достигаемое применением заряда с выемкой, противоположной местонахождению детонатора и обращённой в сторону поражаемого объекта. Кумулятивная выемка, обычно конической формы, покрывается металлической облицовкой, толщина которой может варьироваться от долей миллиметра до нескольких миллиметров.

Кумулятивный эффект применяется в исследовательских целях (возможность достижения больших скоростей вещества — до 90 км/с), в горном деле, в военном деле (бронебойные снаряды).

Механизм действия кумулятивного заряда

Кумулятивная струя

Кумулятивный эффект Схема образования кумулятивной струи

После взрыва капсюля-детонатора, находящегося на противоположной по отношению к выемке стороне заряда, возникает детонационная волна, которая перемещается вдоль оси заряда.

Волна, распространяясь к боковым образующим конуса облицовки, схлопывает её стенки друг навстречу другу, при этом в результате соударения стенок облицовки давление в её материале резко возрастает. Давление продуктов взрыва, достигающее порядка 1010Па (105 кгс/см²), значительно превосходит предел текучести металла, поэтому движение металлической облицовки под действием продуктов взрыва подобно течению жидкости, однако обусловлено не плавлением, а пластической деформацией.

Аналогично жидкости, металл облицовки формирует две зоны — большой по массе (порядка 70-90 %) медленно двигающийся «пест» и меньшую по массе (порядка 10-30 %) тонкую (порядка толщины облицовки) гиперзвуковую металлическую струю, перемещающуюся вдоль оси симметрии заряда, скорость которой зависит от скорости детонации взрывчатого вещества и геометрии воронки. При использовании воронок с малыми углами при вершине возможно получить крайне высокие скорости, но при этом возрастают требования к качеству изготовления облицовки, так как повышается вероятность преждевременного разрушения струи. В современных боеприпасах используются воронки со сложной геометрией (экспоненциальные, ступенчатые и др.) с углами в диапазоне 30-60 градусов; скорость кумулятивной струи при этом достигает 10 км/с.

Поскольку при встрече кумулятивной струи с бронёй развиваются очень высокие давления, на один-два порядка превосходящие предел прочности металлов, то струя взаимодействует с бронёй в соответствии с законами гидродинамики, то есть при соударении они ведут себя как идеальные жидкости. Прочность брони в её традиционном понимании в этом случае практически не играет роли, а на первое место выходят показатели плотности и толщины бронирования.[1]

Теоретическая пробивная способность кумулятивных снарядов пропорциональна длине кумулятивной струи и квадратному корню отношения плотности облицовки воронки к плотности брони. Практическая глубина проникновения кумулятивной струи в монолитную броню у существующих боеприпасов варьируется в диапазоне от 1,5 до 4 калибров.

При схлопывании конической оболочки скорости отдельных частей струи оказываются различными, и струя в полёте растягивается. Поэтому небольшое увеличение промежутка между зарядом и мишенью увеличивает глубину пробивания за счёт удлинения струи. Однако при значительных расстояниях между зарядом и мишенью непрерывность струи нарушается что снижает бронебойный эффект. Наибольший эффект достигается на так называемом «фокусном расстоянии»; для выдерживания этой дистанции используют различные типы наконечников соответствующей длины.

Использование заряда с кумулятивной выемкой без металлической облицовки снижает кумулятивный эффект, так как вместо металлической струи действует струя газообразных продуктов взрыва; однако при этом достигается значительно более сильное заброневое действие.

Ударное ядро

Для образования ударного ядра кумулятивная выемка имеет тупой угол при вершине или форму сферического сегмента переменной толщины (у краёв толще, чем в центре). Под влиянием ударной волны происходит не схлопывание конуса, а выворачивание его «наизнанку». Полученный снаряд диаметром в четверть и длиной в один калибр (первоначальный диаметр выемки) разгоняется до скорости 2,5 км/с. Бронебойное действие ядра ниже, чем у кумулятивной струи, но зато сохраняется на расстоянии до 1000 калибров. В отличие от кумулятивной струи, состоящей лишь из 15 % массы облицовки, ударное ядро образуется из 100 % её массы.

История

Разрушенный взрывом кумулятивного заряда бетонный купол в форте Эбен-Эмаль. В центре взрывной воронки виден пролом, образованный воздействием кумулятивной струи

В 1792 году горный инженер Франц фон Баадер (Franz von Baader) высказал предположение, что энергию взрыва можно сконцентрировать на небольшой площади, используя полый заряд. Однако в своих экспериментах фон Баадер использовал чёрный порох, который не может формировать необходимую детонационную волну. Впервые продемонстрировать эффект применения полого заряда удалось лишь с изобретением высокобризантных взрывчатых веществ. Это сделал в 1883 году изобретатель Макс фон Фёрстер (Max von Foerster).[2]

Повторно открыл кумулятивный эффект, исследовал и подробно описал его в своих работах американец Чарльз Манро (Charles Edward Munro) в 1888 году.

В Советском Союзе в 1925—1926 годах изучением зарядов взрывчатых веществ с выемкой занимался профессор М. Я. Сухаревский.

В 1938 году Франц Томанек (Franz Rudolf Thomanek) в Германии и Генри Мохоупт (Henry Hans Mohaupt) в США независимо друг от друга открыли эффект увеличения пробивной способности при применении металлической облицовки конуса.

Рентгено-импульсная съемка процесса, осуществленная в 1939 — начале 1940-х годов в лабораториях Германии, США и Великобритании, позволила существенно уточнить принципы действия кумулятивного заряда (традиционная фотосъёмка невозможна из-за вспышек пламени и большого количества дыма при детонации).

Кумулятивные боеприпасы впервые были применены в боевых условиях 10 мая 1940 г. при штурме форта Эбен-Эмаль (Бельгия). Тогда для подрыва укреплений диверсионным отрядом использовались переносные заряды в виде полусфер весом до 150 кг.

Одним из неприятных сюрпризов лета 1941 года для танкистов РККА стало применение войсками Германии кумулятивных снарядов и гранат.[3] На подбитых танках обнаруживались пробоины с оплавленными краями, поэтому снаряды получили название «бронепрожигающих». 23 мая 1942 года на Софринском полигоне были проведены испытания снаряда к 76-мм полковой пушке, разработанного НИИ-6 на основе трофейного немецкого снаряда. По результатам испытаний 27 мая 1942 года первый советский кумулятивный снаряд БП-353А принят на вооружение.[4]

В 1949 году Михаил Алексеевич Лаврентьев становится лауреатом Сталинской премии за создание теории кумулятивных струй.

В 1950-е годы был достигнут огромный прогресс в понимании принципов формирования кумулятивной струи. Предложены методы усовершенствования кумулятивных зарядов пассивными вкладышами (линзами), определены оптимальные формы кумулятивных воронок, применена ступенчатая облицовка конуса для компенсации вращения снаряда, разработаны специальные составы взрывчатых веществ. Многие из обнаруженных в те далекие годы явлений изучаются и до настоящего времени.

Кумулятивные боеприпасы

Несмотря на относительно слабое заброневое действие, кумулятивная граната при попадании в башню, как правило, убивает одного или более членов экипажа бронемашины, может вывести из строя вооружение, подорвать боекомплект. Попадание в моторное отделение делало машину неподвижной мишенью, а если на пути кумулятивной струи встречались топливопроводы, происходило воспламенение.

Тяжёлые ПТУР (типа 9М120 «Атака», «Хеллфайр») при попадании в бронированные машины лёгкого класса с противопульной защитой своим синергетическим действием могут уничтожить не только экипаж, но и частично или полностью разрушить машины. С другой стороны, воздействие большинства носимых ПТС на ББМ (при отсутствии детонации боеприпасов ББМ) не столь критично — здесь наблюдается обычный эффект заброневого действия кумулятивной струи, а поражения экипажа избыточным давлением не происходит.

См. также Кумулятивно-осколочный снаряд

Интересные факты

  • Первоначально кумулятивные снаряды назывались бронепрожигающими, так как считалось — исходя из формы пробитой воронки — что они именно прожигают броню. В реальности же при подрыве заряда металл облицовки даже не достигает температуры плавления, находясь в промежутке 200—600 °C.
  • Распространено мнение, что при попадании кумулятивной струи в танк или иную броневую цель находящиеся внутри погибают от баротравмы при резком повышении давления в замкнутом объеме после пробития брони, и это одна из причин, почему десант БМП предпочитает ездить снаружи, на верхнем листе, а не внутри машины, а также поэтому некоторые танкисты предпочитают езду с открытыми люками, для сброса давления. В реальности же всё наоборот: расширяющиеся газы сдетонировавшего кумулятивного заряда не могут проникнуть за пробитую броню в образовавшееся небольшое отверстие, а вот открытые люки приводят к «затеканию» ударной волны и поражению экипажа[5].

См. также

Примечания

Литература

  • Андреев С. Г., Бабкин А. В., Баум Ф. А. и др. Глава 17. Кумуляция // Физика взрыва / Под редакцией Л. П. Орленко. — издание 3-е, переработанное и дополненное. — М.: Физматлит, 2004. — Т. 2. — С. 193-350. — 656 с. — ISBN 5-9221-0220-6

Ссылки

dic.academic.ru

Кумулятивная струя Википедия

У этого термина существуют и другие значения, см. Кумуляция. Унитарный выстрел с кумулятивным снарядом в разрезе

Кумулятивный эффект

Кумулятивный эффект, эффект Манро (англ. Munroe effect) — усиление действия взрыва путём его концентрации в заданном направлении, достигаемое применением заряда с выемкой, противоположной местонахождению детонатора и обращённой в сторону поражаемого объекта. Кумулятивная выемка обычно конической формы, покрывается металлической облицовкой, толщина которой может варьироваться от долей миллиметра до нескольких миллиметров.

Кумулятивный эффект применяется в исследовательских целях (возможность достижения больших скоростей вещества — до 90 км/с), в горном деле, в военном деле (бронебойные снаряды).

Механизм действия кумулятивного заряда[ | ]

Кумулятивная струя[ | ]

После взрыва капсюля-детонатора, находящегося на противоположной по отношению к выемке стороне заряда, возникает детонационная волна, которая перемещается вдоль оси заряда.

Волна, распространяясь к боковым образующим конуса облицовки, схлопывает её стенки друг навстречу другу, при этом в результате соударения стенок облицовки давление в её материале резко возрастает. Давление продуктов взрыва, достигающее порядка 1010Па (105 кгс/см²), значительно превосходит предел текучести металла, поэтому движение металлической облицовки под действием продуктов взрыва подобно течению жидкости, однако обусловлено не плавлением, а пластической деформацией.

Аналогично жидкости, металл облицовки формирует две зоны: большой по массе (порядка 70—90 %) медленно двигающийся «пест» и меньшую по массе (порядка 10—30 %) тонкую (порядка толщины облицовки) гиперзвуковую металлическую струю, перемещающуюся вдоль оси симметрии заряда, скорость которой зависит от скорости детонации взрывчатого вещества и геометрии воронки[1]. При использовании воронок с малыми углами при вершине возможно получить крайне высокие скорости, но при этом возрастают требования к качеству изготовления облицовки, так как повышается вероятность преждевременного разрушения струи. В современных боеприпасах используются воронки со сложной геометрией (экспоненциальные, ступенчатые и др.) с углами в диапазоне от 30 до 60°; скорость кумулятивной стру

ru-wiki.ru

2.3.2. Процесс формирования кумулятивной струи и ее устойчивость

При истечении через поверхность кумулятивной выемки продукты детонации будут отклоняться от первоначальной траектории так, что максимум действия будет иметь направление, почти перпендикулярное к этой поверхности. Происходит своеобразное преломление направления движения продуктов взрыва и возникающего перед ними фронта ударной волны. В результате такого движения элементарных струй будет образован поток продуктов детонации, сходящийся вдоль оси кумулятивной выемки и обладающий повышенной плотностью и скоростью по сравнению с продуктами детонации, разлетающимися в других направлениях. Процесс формирования кумулятивной струи схематически показан на рисунке №2.5.

Отдельные элементарные струи будут двигаться перпендикулярно поверхности выемки только в непосредственной близости к поверхности выемки. В дальнейшем элементарные струи будут соударяться и образовывать единую струю. В этой струе продукты детонации по мере удаления от поверхности выемки будут всё больше и больше уплотняться пока их плотность не достигнет максимального значения. Расстояние между основанием заряда и сечением струи, в котором достигнута максимальная плотность продуктов детонации названо кумулятивным фокусом.

Фокусное расстояние при заданном профиле выемки изменяется в зависимости от скорости детонации ВВ заряда. Чем меньше скорость детонации тем больше фокусное расстояние. Это является одной из причин существенного падения кумулятивного эффекта при подрыве зарядов ВВ из малобризантных ВВ.

В теории кумуляции вводится понятие «активная часть кумулятивного заряда»; фактически это та часть заряда ВВ, которая непосредственно идёт на формирование кумулятивной струи.

Действие цилиндрического заряда с кумулятивной выемкой, облицованной металлом.

Многие исследователи видят различие между газовой струёй и струёй из металла прежде всего в значительно большем уплотнении струи при использовании металлических облицовок. Существенен также и инерционный фактор, который определяет большее пробитие мишени металлической струёй несмотря на тот факт, что общая начальная энергия струи кумулятивного заряда с облицованной выемкой не больше, а даже меньше энергии газовой струи заряда без облицовки, за счёт того, что часть энергии взрыва затрачивается на сжатие облицовки.

В этом плане физические основы образования и последующего движения струи после подрыва заряда ВВ с облицованной выемкой состоят в следующем.

На первой стадии по Ф.А Бауму, К.П.Станюковичу и Б.И. Шехтеру и ряду других авторов происходит скоростное обжатие облицовки. В зависимости от характеристики ВВ скорость обжатия стального конуса с толщиной стенки 1-2 мм варьирует в диапазоне 1000 – 2500м/с. Такая высокая скорость обжатия превращает металлическую облицовку в компактное образование – пест рис. №2.6, давая начало зарождению и последующему развитию струи.

Здесь нужно сказать, что после завершения обжатия песта металл внутри него не переходит в расплав, но в то же время состояние металла в определённой внутренней области песта претерпевает фазовый переход. Практически все исследователи не обращали внимание на тот важнейший факт, что струя формируется именно из материала, который уже не является твёрдым телом, но и не перешёл в расплав. Именно такое состояние материала определяет многие особые свойства кумулятивной струи. Прежде всего, в кумулятивной струе, как в квантовомеханической системе за счёт нахождения частиц металла в возбуждённом состоянии энергия со всей струи передаётся в её головную часть, при полном отсутствии рассеивания энергии в радиальном направлении. Это предопределяет высокую пробивную способность при сравнительно малой массе струи. По данным Ф.А Баума, К.П.Станюковича и Б.И.Шехтера, струя образуется исключительно за счёт течения металла, (но не расплава) прилегающего к внутренней поверхности облицовки; масса металла, переходящего в кумулятивную струю, не превышает 11% от массы облицовки.

Для нормального процесса обжатия облицовки, по мнению тех же исследователей, необходима высокая пластичность её материала. В процессе деформирования облицовки не должно происходить хрупкого разрушения её, так как в противном случае в значительной степени уменьшится коэффициент перехода металла в струю и соответственно снизится пробивная способность кумулятивного заряда. При оценке пластичности материала облицовки нужно иметь в виду, что физико- механические свойства материалов при высокоскоростных деформациях могут в корне отличаться от их свойств при обычных, принятых в практике испытаний материалов, скоростях деформации.

Пест и струя на начальных стадиях составляют единое целое, хотя и движутся с различными скоростями. Скорость песта составляет 500 – 1000м /с. Скорость струи варьирует по её длине. Головная часть может достигать скорости 10км/с, в то время как скорость хвостовой части близка к скорости песта. В таблице№2.4 приведены зависимости скорости головной части кумулятивной струи от некоторых факторов.

Таблица№2.4

Зависимость скорости головной части кумулятивной струи при стальной облицовке толщиной 1мм от некоторых факторов.

Размеры заряда

Форма

выемки

Параметры

выемки

Скорость

головной

части струи,

м/с

Диаметр, мм.

Высота,

Мм.

Диаметр основания,

Мм.

Угол

раствора

конуса,

град.

30

70

Полу-сфера

28

-

3000

30

70

Конус

27,2

60

6500

30

70

Конус

27,2

35

7300

30

70

Конус

27,2

27

7400

30

70

Гипер-бола

27,2

-

9500

Устойчивость кумулятивной струи.

На основе обширных экспериментальных и теоретических исследований установлено, что частичное или полное искажение кумулятивной струи происходит по следующим причинам:

  1. Попадания в кумулятивную выемку жидкости;

  2. Расположение преграды ближе фокусного расстояния;

  3. Ассиметрии подходящего к поверхности облицовки кумулятивной выемки фронта детонационной волны;

  4. Недостаточного качества применяемой кумулятивной облицовки;

  5. Частичного разложения заряда под действием высокой температуры до момента срабатывания его в скважине.

Заполнение жидкостью кумулятивной выемки делает невозможным сам кумулятивный эффект. При близком расположении преграды к основанию заряда струя не сможет окончательно сформироваться.

Ассиметрия фронта детонационной волны приведёт к смещению оси струи относительно геометрической оси заряда.

Кумулятивная облицовка не должна иметь даже малейшей разностенности и обладать особыми свойствами, обеспечивающими максимальный переход материала в струю.

Разложение кумулятивного заряда при действии высоких температур снижает не только запас энергии, участвующий в формировании струи, но и Высокие градиенты скорости в кумулятивной струе являются причиной растяжения струи вплоть до разрыва её на отдельные фрагменты. На рис. №2.7 приведена схема ситуации после растяжения кумулятивной струи, находящейся в свободном полёте, до максимального значения Lс. При дальнейшем растяжении струя будет фрагментироваться.

Деформацию кумулятивной струи при возможных ассиметриях взрывного импульса и облицовки детально исследовал Крейн. Он показал, что даже при незначительной ассиметрии кумулятивной облицовки или взрывного импульса происходит сдвиг центра формирования струи относительно оси заряда ВВ. В связи с этим, а также вследствие изменения во времени начальных скоростей и направлений элементов струи происходит её искривление.

studfiles.net

Эффект Монро - это... Что такое Эффект Монро?

Кумулятивный эффект, эффект Монро (англ. Munroe effect) — усиление действия взрыва путем его концентрации в заданном направлении. Кумулятивный эффект достигается применением заряда с кумулятивной выемкой, обращенной в сторону поражаемого объекта. Кумулятивная выемка, обычно конической формы, покрыта металлической облицовкой, её толщина в зависимости от диаметра заряда варьируется от долей миллиметра до нескольких миллиметров.

Механизм действия кумулятивного заряда

Кумулятивная струя

Кумулятивный эффект

схема образования кумулятивной струи

После взрыва капсюля-детонатора, находящегося на противоположной по отношению к выемке стороне заряда, возникает детонационная волна, которая перемещается вдоль оси заряда.

Волна, распространяясь к боковым образующим конуса облицовки, схлопывает её стенки друг навстречу другу, при этом в результате соударения стенок облицовки давление в материале облицовки резко возрастает. Давление продуктов взрыва, достигающее ~1010 Н/м² (105 кгс/см²), значительно превосходит предел текучести металла. Поэтому движение металлической облицовки под действием продуктов взрыва подобно течению жидкости и связано не с плавлением, а с пластической деформацией.

Аналогично жидкости металл облицовки формирует две зоны — большой по массе (порядка 70-90 %), медленно двигающийся «пест» и меньшую по массе (порядка 10-30 %), тонкую (порядка толщины облицовки) гиперзвуковую металлическую струю, перемещающуюся вдоль оси. При этом скорость струи является функцией от скорости детонации взрычатого вещества и геометрии воронки. При использовании воронок с малыми углами при вершине, возможно получить крайне высокие скорости, но при этом возрастают требования по качеству изготовления облицовки, так как повышается вероятность преждевременного разрушения струи. В современных боеприпасах используются воронки со сложной геометрией (экспоненциальные, ступенчатые и др.), с углами в диапазоне 30 — 60 градусов, а скорость кумулятивной струи при этом достигает 10 км/сек.

Так как скорость кумулятивной струи превышает скорость звука в металле, то струя взаимодействует с бронёй по гидродинамическим законам, то есть они ведут себя как при соударении идеальных жидкостей. Прочность брони в её традиционном понимании в этом случае практически не играет роли, а на первое место выходят показатели плотности и толщины бронирования. Теоретическая пробивная способность кумулятивных снарядов пропорциональна длине кумулятивной струи и квадратному корню отношений плотности облицовки воронки к плотности брони. Практическая глубина проникновения кумулятивной струи в монолитную броню у существующих боеприпасов варьируется в диапазоне от 1,5 до 4 калибров.

При схлопывании конической оболочки скорости отдельных частей струи оказываются различными и струя в полёте растягивается. Поэтому небольшое увеличение промежутка между зарядом и мишенью увеличивает глубину пробивания из-за удлинения струи. При значительных расстояниях между зарядом и мишенью струя разрывается на части, и эффект пробивания снижается. Наибольший эффект достигается на так называемом «фокусном расстоянии». Для выдерживания этой дистанции используют различные типы наконечников соответствующей длины.

Использование заряда с кумулятивной выемкой, но без металлической облицовки, снижает кумулятивный эффект, так как вместо металлической струи действует струя газообразных продуктов взрыва. Но при этом достигается значительное более разрушительное заброневое действие.

Ударное ядро

Формирование «ударного ядра»

Для образования ударного ядра кумулятивная выемка имеет тупой угол при вершине или форму сферического сегмента переменной толщины (у краёв толще, чем в центре). Под влиянием ударной волны происходит не схлопывание конуса, а выворачивание его «наизнанку». Полученный снаряд диаметром в четверть и длиной в один калибр (первоначальный диаметр выемки) разгоняется до скорости 2,5 км/с. Бронепробитие ядра меньше, чем у кумулятивной струи, но зато сохраняется на расстоянии до тысячи калибров. В отличие от кумулятивной струи, состоящей лишь из 15 % массы облицовки, ударное ядро образуется из 100 % её массы.

История

В 1792 году горный инженер Франц фон Баадер (Franz von Baader) высказал предположение, что энергию взрыва можно сконцентрировать на небольшой площади используя полый заряд. Однако в своих экспериментах фон Баадер использовал черный порох который не может взрываться и формировать необходимую детонационную волну. Впервые продемонстрировать эффект применения полого заряда удалось лишь с изобретением бризантных взрывчатых веществ. Это сделал в 1883 году изобретатель фон Фёрстер (von Foerster). [1]

Повторно открыл кумулятивный эффект, исследовал и подробно описал его в своих работах американец Чарльз Манро (Charles Edward Munro) в 1888 году.

В Советском Союзе 1925-1926 годах изучением зарядов взрывчатых веществ с выемкой занимался профессор М. Я. Сухаревский.

В 1938 году Франц Томанек (Franz Rudolf Thomanek) в Германии и Генри Мохоупт (Henry Hans Mohaupt) в США независимо друг от друга открыли эффект увеличения пробивной способности путем применения металлической облицовки конуса.

Впервые в боевых условиях кумулятивный заряд был применен 10 мая 1940 г. при штурме форта Эбен-Эмаль (Бельгия). Тогда для подрыва укреплений войсками германии были применены переносные заряды двух разновидностей в виде полых полусфер массами 50 и 12,5 кг.

Рентгено-импульсная съемка процесса, осуществленная в 1939 - начале 1940-х годов в лабораториях Германии, США и Великобритании позволила существенно уточнить принципы действия кумулятивного заряда (традиционная фотосъемка невозможна из-за вспышек пламени и большого количества дыма при детонации).

Одним из неприятных сюрпризов лета 1941 года для танкистов РККА стало применение войсками Германии кумулятивных боеприпасов. На подбитых танках обнаруживались пробоины с оплавленными краями, поэтому снаряды получили название «бронепрожигающих». 23 мая 1942 года на Софринском полигоне были проведены испытания кумулятивного снаряда к 76-мм полковой пушке, разработанного на основе трофейного немецкого снаряда. По результатам испытаний 27 мая 1942 года новый снаряд был принят на вооружение. [2]

В 1950-е годы был достигнут огромный прогресс в понимании принципов формирования кумулятивной струи. Предложены методы усовершенствования кумулятивных зарядов пассивными вкладышами (линзами), определены оптимальные формы кумулятивных воронок, разработаны методы компенсации вращения снаряда путем рифления конуса, применены более мощные взрывчатые вещества. Многие из обнаруженных в те далекие годы явлений изучаются до настоящего времени.

См. также

Примечания

  1. W. P. Walters, J. A. Zukas, Fundamentals of Shaped Charges. John Wiley & Sons Inc., ISBN 0-471-62172-2
  2. [1]Драбкин А., Я дрался с Панцерваффе. Эксмо, М., ISBN: 978-5-699-20524-0

Ссылки

Wikimedia Foundation. 2010.

dic.academic.ru

Поражающее действие кумулятивной струи: woozrael — LiveJournal

упер с РусАрми
... суть кумулятивного заряда в сосредоточении энергии ВВ на небольшой площади брони для её пробития . Достигается это путём придания заряду ВВ особой формы в виде тела вращения ( цилинд , конус и т.д ) с выемкой по оси . Форма выемки может быть различной - наиболее распространены коническая или раструб ( конус с переменным углом раскрытия ) , ранее использовались полусферические и цилиндро-полусферические формы выемки .
Если такой заряд установить выемкой в сторону брони и сдетонировать с противоположного торца , то в силу того , что продукты взрыва стремяться разлетаться перпендикулярно поверхности заряда , вдоль оси выемки будет сформирован поток газов с очень высокой плотностью и скоростью . Этот поток способен пробить гораздо более толстую броню , нежели аналогичный по массе заряд ВВ без выемки ( струя газа при высоком давлении и большой плотности действует подобно жидкости в гидрорезаках ) .
Но картина в корне меняется , если поверхность выемки облицована металлом ( лучше всего медь , но сталь не много уступает ) - в этом случае , детонационная волна , проходя от вершины конуса к его основанию передаст упругий удар облицовке и произойдёт ей метание к оси . Схлопываясь облицовка испытывает давление , многократно превышающее предел текучести и в результате из неё выдавливается тонкая струя в неправлении основания конуса ( грубым , но наглядным примером может служить выдавливание зубной пасты из тюбика , если резко сжать его руками ) . Собственно - это и есть кумулятивная струя . Её скорость в боевых зарядах достигает 8-12 км/с , при диаметре от долей , до единиц миллиметров . Струя будет непрерывно удлинняться , по мере схлопывания облицовки , выдавливаясь из комка под названием "пест" . При этом основная масса металла остаётся в песте и имеет относительно невысокую скорость , в бронепробитии она не участвует .
Что происходит при встрече струи с преградой ? Давление , оказываемое тонкой высокоскоростной струёй на порядки превосходит предел текучести любого известного материала брони , поэтому процесс взаимодействия описывается как проникновение жидкости в жидкость - она так и называется "Гидродинамическая теория кумулятивного эффекта Лавреньтьева" . При этом важно понимать , что материал брони и струи НЕ ЖИДКИЙ , т.е. не расплавлен ! Течение обусловлено не высокой температурой , а пластической деформацией . Опыты по улавливанию кумулятивной струи и её кристаллографичекие исследования микроструктуры показали отсутствие перекристаллизации материала , что даёт основания сделать вывод о температуре струи ниже не только tR плавления , о даже tR перекристаллизации ( для стали - не выше 400-600R ) .
Под действием струи материал преграды вымывается в радиальном направлениии далее разворачивается в сторону , противоположную движению струи , и выносится из зоны контакта . Струя так же течёт вместе с бронёй и расходуется по мере углубления . За счёт выноса материала кратер получается несколько больший по диаметру , чем струя и имеет слегка коническую форму ( диаметр у входа чуть больше ) . Так как механические свойства материалов брони и струи уже не имеют значения , бронепробиваемость ( в общем случае ) будет зависеть только от соотношения плотности материалов брони и облицовки и длины струи . Для придания струе как можно большей длины используют выемки с малым углом раскрытия ( и соответственно - максимальной длиной образующей при равном калибре боеприпаса ) и воронкообразные выемки . Так как скорость струи будет зависеть от осевой скорости соударения облицовки , то применение переменного угла раскрытия ( минимален у вершины и максимален у основания ) придаст струе градиент скорости ( головная часть струи , сформировавшись из вершины будет иметь максимальную скорость ) и вызовет её растяжение с увеличением длины .
Вставка инертного материала между детонатором и конусом преследует две цели : 1. уменьшить угол падения детонационной волны на поверхность облицовки ( меньше время = больше переданная мощность ) и 2. придание всё того же градиента скорости для вытягивания струи .

Преодолев броню остатки кумулятивной струи поражают экипаж танка , оборудование , боекомплект и топливные баки . Основным поражающим фактором является кинетическое воздействие фрагментированной струи ( бесконечное удлиннение невозможно , и рано или поздно струя начинает распадаться на всё более мелкие фрагменты ) и осколков брони . "Избыточное давление" нигде как поражающий фактор не рассматривается и по пыту современных конфликтов не обнаружено как таковое .

После пробития брони до пробоины доходят продукты детонации , имеющие высокую скорость и температуру , вызывая небольшое оплавление краёв , что дало повод ошибочно называть кумулятивные боеприпасы "бронепрожигающими" , недоразумение разрешилось после проработки теории кумулятивного эффекта .

Другим поводом для ошибки являлись следы капель металла в пораженном объекте , что наводило на мысль о невероятных температурах , однако капли образовывались именно в результате течения металла без его плавления .

И третий фактор - несовершенство первых зарядов приводило к тому , что плохо сфокусированная струя пробивала отверстие большого диаметра ( на испытаниях в броне Т-34 при подрыве Панцерфауста образовывалась пробоина до 45-55мм в диаметре ) с последующей "закачкой" через неё продуктов взрыва , которые оставляли следы опаления внутри танка .

Противокумулятивные экраны вызывают преждевременную детонацию боеприпаса с образованием кумулятивной струи на неоптимальном расстоянии от брони . Так как несовершенные первые боеприпасы очень быстро теряли бронепробиваемость с расстоянием , достаточно было зазора в 20-30см для существенного снижения эффективности . Современные бортовые противокумулятивные экраны защищают танк только от выстрелов под острым курсовым углом , и никак не препятствуют пробитию борта в случае если попадание происходит под углом близким к нормали.

woozrael.livejournal.com

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *