Ударное ядро

(Явления кумулятивного эффекта и ударного ядра)

В настоящеее время все, кто хоть немного интересуется военным делом знают о существовании так называемых кумулятивных снарядов, которые предназначены для пробивания брони. Общеизвестно о высокой пробивной способности таких снарядов. Даже граната ручного гранатомета РПГ-7 способна пробить 100мм. брони. Ракеты комплексов ПТУР способны пробивать до 500м. брони. Казалось бы, что извечный спор брони и снаряда окончательно выигран снарядом. Ведь практически невозможно создать танк с броней такой толщины. Но как всегда, на всякое действие есть противодействие. Очень быстро выяснили, что если взрыв снаряда вызвать преждевременно, т.е. на некотором расстоянии от брони, то кумулятивный эффект пропадает. Раскаленная струя рассеивается. Борта танков стали защищать тонкими листами металла и даже резины, отнесенным на некоторое расстояние от основной брони. Главное заставить сработать взрыватель. На это противодействие были изобретены так называемые тандемные снаряды, т.е. в одном снаряде находится два снаряда один за другим. Первый пробивает экран, второй основную броню. На это коварство был найден достойный ответ - активная броня. При воздействии на корпус танка кумулятивной струей, взрываются размещенные на броне контейнеры со взрывчатым веществом, ударная волна которых нейтрализует воздействие кумулятивной струи. Спор снаряда с броней продолжается.

Около 15 лет лет назад появился как сам термин "ударное ядро", так и боеприпасы, бронепробивное действие которых основано на принципе так называемого "ударного ядра". Автору пока неизвестны артиллерийские снаряды, работающие на этом принципе, но вот инженерные боеприпасы, а именно, противотанковые мины этого типа существуют уже давно. Так еще в 1983 году на вооружение Советской Армии поступила противотанковая противобортовая мина ТМ-83. В Швеции имеется подобная мина Type-14 (См.снимок). Аналоги этих мин имеются и в других странах. Эти мины устанавливаются на расстоянии нескольких метров от дороги, по которой идет танк. При взрыве мины образуется ударное ядро, которое сохраняет свою пробивную способность на дистанции до 30-40 метров от места взрыва. При испытании танка Т-72 на стойкость брони к мине ТМ-83 обнаружилось, что ударное ядро пробило бортовой экран, борт, противоположный борт, противоположный бортовой экран. Танк находился на расстоянии 15 метров от мины. Отверстие имело диаметр 3-3.5 см.

Самое любопытное в ударном ядре это то, что взрыв должен произойти на расстоянии более 1-1.5 метров от брони. Ударное ядро сформировывается именно на расстоянии около 1-2 метров от места взрыва боеприпаса и далее летит в неизменном виде около 30-40 метров, после чего вследствие трения о воздух теряет свою кинетическую энергию, высокую температуру и рассеивается.

Явление кумулятивного эффекта случайно открыл английский ученый взрывник Форстер в 1883 году, исследуя взрывные характеристики модного тогда ВВ динамита. Практическое применение кумулятивному эффекту нашли немецкие конструкторы боеприпасов в 1938 году. Впервые кумулятивные снаряды применили немецкие артиллеристы против советских танков в конце 1941 года, когда выяснилась полная неспособность немецких 37мм. и 47мм. противотанковых пушек пробить броню Т-34 и КВ. На рисунке оперенный надкалиберный бронебойный кумулятивный снаряд к немецкой 37 мм. противотанковой пушке

Физика ударного ядра, впрочем, как и физика самого кумулятивного эффекта до конца не выяснена. Нет и однозначного ответа - что собой представляет кумулятивная струя, ударное ядро. Ряд специалистов полагают, что под воздействием высокого давления и температуры в области взрыва материя переходит в состояние плазмы, чем и объясняется ее высокая кинетическая энергия. Другие справедливо возражают, что энергия не берется ниоткуда, а лишь может переходить из одного вида в другой. А потенциальной энергии данного количества взрывчатки явно недостаточно для перехода материи в плазменное состояние. Однако явление-то существует! Впрочем, по всем законам аэродинамики и майский жук летать не может, а он таки, подлец, летает!

Есть одна небольшая теорийка, которая если не объясняет полностью явление кумуляции и ударное ядро, то достаточно наглядно иллюстрирует эти явления. Все в своей жизни достаточно часто видели дождь, видели как падают капли дождя в лужи. Видели, как из лужи в месте падения капли вверх подпрыгивает струйка воды, как от нее отрывается капелька, продолжающая свое движение вверх. Такая капелька имеет довольно высокую скорость. Во всяком случае, по босым ногам бьет чувствительно. Казалось бы, что при попадании капли дождя в лужу, эта капля должна просто уйти в глубину воды, раствориться в своей родной среде.

Исследователь Ф.Киллинг, снимая высокоскоростной кинокамерой явления, происходящие в момент попадания капли воды на водную поверхность, обнаружил все то же явление кумуляции, что и при взрыве кумулятивного боеприпаса, только с обратным знаком. Исследовать то, что происходит при взрыве снаряда невозможно по ряду технических причин. А вот вода позволяет отследить все фазы этого процесса.Рассмотрим очень упрощенно процессы, происходящие при падении капли в воду. Рссматривать подробно и во всех промежуточных фазах мы не можем, будучи ограничены размерами статьи. У Киллинга развитие процесса падения капли и образования кумулятивной струи и ударного ядра отслеживаются более чем на 100 снимках.

Первый этап для нас неинтересен. Капля приближается к поверхности. Впрочем, здесь итересно, что капля в полете имеет вовсе не ту форму, как все думают, а вид утолщенного диска. "Каплевидную форму" капля имет только в момент отрыва ее от крана),

Этап второй. Капля внедряется в поверхность воды. Она еще сохраняет свою целостность и ведет себя подобно камню. Начинается процесс образования воронки.

Промежуточные этапы опускаем, т.к. они для нас неинтересны и лишь подробно описывают изменение поведения капли от поведениея подобно камню, до ее полного разрушения.

Третий этап. Мы видим воронку параболообразной формы. Давление воды в области, окружающей воронку значительно превышает давление воды в целом в данной водной среде. Этот момент можно приравнять к моменту начала процесса взрыва взрывчатого вещества. Т.е. с этого момента явления, происходящие в боеприпасе и в воде идентичны.

Этап четверый. Микрокапельки воды под воздействием давления устремляются в геометрический центр параболы. Это фокус кумуляции. При взрыве боеприпаса это место максимального давления.

Этап пятый. Капельки сливаются в единую струю, идущую с большой скоростью вверх. Это и есть кумулятивная струя. При взрыве боеприпаса такая струя и пробивает броню. Кто видел пробоины от кумулятивных снарядов, тот не мог не заметить, что отверстие в броне от такого снаряда намного меньше его калибра. Естественно. Толщина струи намного меньше диаметра воронки.

Этап шестой. Те микрокапельки, которые оказались в передовой части струи получают достаточно большую кинетическую энергию и устремляются далеко вверх. Происходит формирование ударного ядра. Наблюдая, падение капли в воду, в этот момент мы видим подпрыгнувшую довольно далеко вверх каплю из того места, куда упала дождевая капля.

Этап седьмой, заключительный. Ударное ядро продолжает свое движение, а остальные капельки воды, израсходовав свою энергию, начинают возвращаться обратно в водную среду.

Здесь достаточно наглядно ясно, что кумулятивная струя существует довольно непродолжительное время и неизбежно разрушается. Поэтому, если на пути снаряда стоит экран, то кумулятивная струя, сформировавшись при встрече снаряда с экраном, пройдя путь до брони уже разрушается, а для образования ударного ядра не хватило пространства. Если же боеприпас подорвать на достаточном удалении от экрана, то сформировавашееся ударное ядро, имея высокую кинетическую энергию, легко пробивает и экран и броню.

Источники

1.Инженерные боеприпасы. Руководство по материальной части и применению. Книга первая. Военное издательство МО СССР. Москва. 1976г.
2. Б.В.Варенышев и др. Учебник. Военно-инженерная подготовка. Военное издательство МО СССР. Москва. 1982г.
3.Е.С.Колибернов и др. Справочник офицера инженерных войск. Военное издательство МО СССР. Москва. 1989г.
4.Е.С.Колибернов и др. Инженерное обеспечение боя. Военное издательство МО СССР. Москва. 1984г.
5.В.И.Мураховский, С.Л.Федосеев. Оружие пехоты. Арсенал-Пресс.Москва. 1992г.
6.Журнал "Техника и оружие". № 1-97г. (Индекс НТИ 65811).
7.Компакт-диск "Артиллерия от Альфы ло Омеги". Выпуск 2.

---***---

Заметки на полях . Может быть кто-либо из читателей проинформирует меня об артснарядах, использующих эффект ударного ядра? Калибры, марки, в каких орудиях применяются. Способ обеспечения подрыва снаряда на строго вымеренном удалении от брони. Источники сведений. Только прошу не ссылаться на литературные источники. Там та-а-а-кого могут понаписать!

На заре практического использования кумулятивных боеприпасов, в годы Второй мировой войны, их вполне официально именовали «бронепрожигающими», поскольку в те времена физика кумулятивного эффекта была неясна. И хотя в послевоенный период было точно установлено, что кумулятивный эффект никакого отношения к «прожиганию» не имеет, отголоски этого мифа встречаются до сих пор в обывательской среде. Но в целом можно считать, что «бронепрожигающий миф» благополучно скончался. Однако «свято место пусто не бывает» и на смену одному мифу в отношении кумулятивных боеприпасов немедленно явился другой…

На этот раз «на поток» было поставлено производство фантазий о действии кумулятивных боеприпасов по экипажам бронеобъектов. Основные постулаты фантазёров таковы :
— экипажи танков якобы убивает избыточным давлением, создаваемым внутри бронеобъекта кумулятивным боеприпасом после пробития брони;
— экипажи, которые держат люки открытыми, якобы остаются в живых благодаря «свободному выходу» для избыточного давления.

Вот образчики таких высказываний с разных форумов, сайтов «знатоков» и печатных изданий (орфография оригиналов сохранена, среди цитируемых есть весьма авторитетные печатные издания):

«- Вопрос знатокам. При поражении танка кумулятивным боеприпасом, какие поражающие факторы действуют на экипаж?
— Избыточное давление в первую очередь. Все остальные факторы сопутствующие»;

«Полагая, что сама по себе кумулятивная струя и фрагменты пробитой брони, редко поражают более чем одного члена экипажа, я бы сказал, что основным поражающим фактором было избыточное давление…, вызванное кумулятивной струей…»;

«Так же следует заметить, что высокая поражающая мощь кумулятивных зарядов объясняется тем, что при прожигании струёй корпуса, танка или иной машины, струя устремляется внутрь, где она заполняет всё пространство (на пример в танке) и вызывает сильнейшие поражения людей…»;

«Командир танка сержант В.Руснак вспоминал: «Это очень страшно, когда кумулятивный снаряд попадает в танк. «Прожигает» броню в любом месте. Если люки в башне открыты, то огромная сила давления выбрасывает людей из танка…»

«…меньший объем наших танков не позволяет снизить воздействие ПОВЫШЕНИЯ ДАВЛЕНИЯ (фактор ударной волны не рассматривается) на экипаж, и что именно повышение давления его убивает…»

«На что расчет сделан, из-за чего фактическая смерть должна наступить, если каплями не убило допустим, пожар не возник, а давление избыточное или же рвет просто на куски в замкнутом пространстве, или черепушка изнутри лопнет. Там вот что-то хитрое именно с этим избыточным давлением связанно. Из-за чего и люк открытым держали»;

«Люк открытый иногда спасает тем, что через него может выкинуть танкиста взрывная волна. Кумулятивная струя может просто пролететь сквозь тело человека это во-первых, а во вторых когда за очень малое время давление очень сильно возрастает + нагревается все вокруг выжить очень маловероятно. Из рассказов очевидцев у танкистов рвет башню, глаза вылетают из глазниц»;

«При поражении бронеобъекта кумулятивной гранатой поражающими экипаж факторами являются избыточное давление, осколки брони и кумулятивная струя. Но с учётом принятия экипажами мер, исключающих образование избыточного давления внутри машины, таких, как приоткрытие люков и бойниц, поражающими личный состав факторами остаются осколки брони и кумулятивная струя» .

Наверное, достаточно «ужасов войны» в изложении как граждан, интересующихся военным делом, так и самих военнослужащих. Переходим к делу – к опровержению этих заблуждений. Сначала рассмотрим, возможно ли в принципе появление якобы «убойного давления» внутри бронеобъектов от воздействия кумулятивных боеприпасов. Прошу извинения у знающих читателей за теоретическую часть, они могут её пропустить.

ФИЗИКА КУМУЛЯТИВНОГО ЭФФЕКТА

Принцип действия кумулятивных боеприпасов основан на физическом эффекте накопления (кумуляции) энергии в сходящихся детонационных волнах, образующихся при подрыве заряда ВВ, имеющего выемку в форме воронки. В результате в направлении фокуса выемки образуется высокоскоростной поток продуктов взрыва – кумулятивная струя. Увеличение бронебойного действия снаряда при наличии выемки в разрывном заряде было отмечено ещё в XIX веке (эффект Монро, 1888 г.), а в 1914 году получен первый патент на бронебойный кумулятивный снаряд.

Рис. 1. Тандемный кумулятивный боеприпас немецкого РПГ «Panzerfaust» 3-IT600. 1 – наконечник; 2 – предзаряд; 3 – головной взрыватель; 4 – телескопическая штанга; 5 – основной заряд с фокусирующей линзой; 6 – донный взрыватель .

Рис. 2. Импульсный рентгеновский снимок детонации кумулятивного заряда. 1 – броневая преграда; 2 – кумулятивный заряд; 3 – кумулятивная выемка (воронка) с металлической облицовкой; 4 – продукты детонации заряда; 5 – пест; 6 – головная часть струи; 7 – вынос материала преграды .

Металлическая облицовка выемки в заряде ВВ позволяет сформировать из материала облицовки кумулятивную струю высокой плотности. Из наружных слоёв облицовки формируется так называемый пест (хвостовая часть кумулятивной струи). Внутренние слои облицовки образуют головную часть струи. Облицовка из тяжелых пластичных металлов (например, меди), образует сплошную кумулятивную струю с плотностью 85-90% от плотности материала, способную сохранять целостность при большом удлинении (до 10 диаметров воронки).

Скорость металлической кумулятивной струи достигает в её головной части 10-12 км/с. При этом скорость движения частей кумулятивной струи вдоль оси симметрии неодинакова и составляет до 2 км/с в хвостовой части (т.н. градиент скорости). Под действием градиента скорости струя в свободном полете растягивается в осевом направлении с одновременным уменьшением поперечного сечения. На удалении более 10-12 диаметров воронки кумулятивного заряда струя начинает распадаться на фрагменты и её пробивное действие резко снижается.

Опыты по улавливанию кумулятивной струи пористым материалом без её разрушения показали отсутствие эффекта перекристаллизации, т.е. температура металла не достигает точки плавления, она даже ниже точки первой перекристаллизации. Таким образом, кумулятивная струя представляет собой металл в жидком состоянии, нагретый до относительно низких температур. Температура металла в кумулятивной струе не превышает 200-400° градусов (некоторые эксперты верхнюю границу оценивают в 600°).

При встрече с преградой (бронёй) кумулятивная струя тормозится и передает давление преграде. Материал струи растекается в направлении, обратном её вектору скорости. На границе материалов струи и преграды возникает давление, величина которого (до 12-15 т/кв.см) обычно на один-два порядка превосходит предел прочности материала преграды. Поэтому материал преграды выносится («вымывается») из зоны высокого давления в радиальном направлении.

Эти процессы на макроуровне описываются гидродинамической теорией, в частности для них справедливо уравнение Бернулли, а также полученное Лаврентьевым М.А. уравнение гидродинамики для кумулятивных зарядов. Вместе с тем, расчётная глубина пробития преграды не всегда согласуется с экспериментальными данными. Поэтому в последние десятилетия физика взаимодействия кумулятивной струи с преградой изучается на субмикроуровне, на основе сравнения кинетической энергии удара с энергией разрыва межатомных и молекулярных связей вещества. Полученные результаты используются в разработке новых типов как кумулятивных боеприпасов, так и броневых преград.

Заброневое действие кумулятивного боеприпаса обеспечивается высокоскоростной кумулятивной струей, проникшей сквозь преграду, и вторичными осколками брони. Температуры струи достаточно для воспламенения пороховых зарядов, паров ГСМ и гидравлических жидкостей. Поражающее действие кумулятивной струи, количество вторичных осколков уменьшаются с увеличением толщины брони.

ФУГАСНОЕ ДЕЙСТВИЕ КУМУЛЯТИВНОГО БОЕПРИПАСА

Теперь подробнее по избыточному давлению и ударной волне. Сама по себе кумулятивная струя никакой значимой ударной волны не создаёт в силу своей небольшой массы. Ударную волну создаёт подрыв заряда ВВ боеприпаса (фугасное действие). Ударная волна НЕ МОЖЕТ проникнуть за толстобронную преграду через отверстие, пробитое кумулятивной струей, потому что диаметр такого отверстия ничтожен, какого-либо значимого импульса через него передать невозможно. Соответственно, не может создаваться избыточное давление внутри бронеобъекта.

Рис. 3. Входные (А) и выходные (Б) отверстия, пробитые кумулятивной струёй в толстобронной преграде. Источник:

Образующиеся при взрыве кумулятивного заряда газообразные продукты находятся под давлением 200-250 тыс. атмосфер и нагреты до температуры 3500-4000°. Продукты взрыва, расширяясь со скоростью 7-9 км/с, наносят удар по окружающей среде, сжимая и среду, и находящиеся в ней объекты. Прилегающий к заряду слой среды (например, воздух) мгновенно сжимается. Стремясь расшириться, этот сжатый слой интенсивно сжимает следующий слой, и так далее. Процесс этот распространяется по упругой среде в виде так называемой УДАРНОЙ ВОЛНЫ.

Граница, отделяющая последний сжатый слой от обычной среды, называется фронтом ударной волны. На фронте ударной волны происходит резкое повышение давления. В начальный момент формирования ударной волны давление на её фронте достигает 800-900 атмосфер. Когда ударная волна отрывается от теряющих способность к расширению продуктов детонации, она продолжает самостоятельное распространение по среде. Обычно отрыв происходит на удалении 10-12 приведённых радиусов заряда.

Фугасное действие заряда по человеку обеспечивается давлением во фронте ударной волны и удельным импульсом. Удельный импульс равен количеству движения, которое несёт в себе ударная волна, отнесённому к единице площади фронта волны. Человеческое тело за краткое время действия ударной волны поражается давлением в её фронте и получает импульс движения, что приводит к контузиям, повреждениям наружных покровов, внутренних органов и скелета.

Механизм формирования ударной волны при подрыве заряда ВВ на поверхностях отличается тем, что дополнительно к основной ударной волне формируется отражённая от поверхности ударная волна, совмещающаяся с основной. При этом давление в совмещённом фронте ударной волны в некоторых случаях почти удваивается. Например, при подрыве на стальной поверхности давление на фронте ударной волны составит 1,8-1,9 по сравнению с детонацией такого же заряда в воздухе. Именно такой эффект происходит при детонации кумулятивных зарядов противотанковых средств на броне танков и другой техники.

Рис. 4. Пример зоны поражения фугасным действием кумулятивного боеприпаса приведённой массой 2 кг при попадании в центр правой боковой проекции башни. Красным цветом показана зона летального поражения, жёлтым – зона травматического поражения. Расчёт проведён согласно общепринятой методике (без учёта эффектов затекания ударной волны в проёмы люков).

Рис. 5. Показано взаимодействие фронта ударной волны с манекеном в каске при подрыве 1,5 кг заряда С4 на удалении трёх метров. Красным цветом отмечены зоны с избыточным давлением свыше 3,5 атмосфер. Источник: NRL’s Laboratory for Computational Physics and Fluid Dynamics

В силу небольших габаритов танков и других бронеобъектов, а также детонации кумулятивных зарядов на поверхности брони, фугасное действие на экипаж в случае ОТКРЫТЫХ ЛЮКОВ машины обеспечивается сравнительно небольшими зарядами кумулятивных боеприпасов. Например, при попадании в центр бортовой проекции башни танка путь ударной волны от точки детонации до проёма люка составит около метра, при попадании в лобовую часть башни менее 2 м, в кормовую часть – менее метра.

В случае попадания кумулятивной струи в элементы динамической защиты возникают вторичные детонационные и ударные волны, способные нанести дополнительные повреждения экипажу через проёмы открытых люков.

Рис. 6. Поражающее действие кумулятивного боеприпаса РПГ «Panzerfaust» 3-IT600 в многоцелевом варианте при стрельбе по зданиям (сооружениям). Источник: Dynamit Nobel GmbH

Рис. 7. БТР М113, уничтоженный попаданием ПТУР «Хеллфайр».

Давление на фронте ударной волны в локальных точках может как снижаться, так и увеличиваться при взаимодействии с различными объектами. Взаимодействие ударной волны даже с объектами небольших размеров, например с головой человека в каске, приводит к кратным локальным изменениям давления . Обычно такое явление отмечается при наличии преграды на пути ударной волны и проникновении (как говорят – «затекании») ударной волны внутрь объектов через открытые проёмы.

Таким образом, теория не подтверждает гипотезу об уничтожающем действии избыточного давления кумулятивного боеприпаса внутри танка. Ударная волна кумулятивного боеприпаса образуется при взрыве заряда ВВ и может проникнуть внутрь танка только через отверстия люков. Поэтому люки СЛЕДУЕТ ДЕРЖАТЬ ЗАКРЫТЫМИ. Кто этого не делает, рискует получить сильную контузию, а то и погибнуть от фугасного действия при подрыве кумулятивного заряда.

В каких обстоятельствах возможно опасное повышение давления внутри закрытых объектов? Только в тех случаях, когда кумулятивным и фугасным действием заряда ВВ в преграде пробивается отверстие, достаточное для затекания продуктов взрыва и создания внутри ударной волны. Синергетический эффект достигается сочетанием кумулятивной струи и фугасного действия заряда на тонкобронных и непрочных преградах, что приводит к конструкционному разрушению материала, обеспечивая затекание продуктов взрыва за преграду. Например, боеприпас немецкого гранатомёта «Panzerfaust» 3-IT600 в многоцелевом варианте при пробитии железобетонной стены создаёт в помещении избыточное давление 2-3 бар.

Тяжёлые ПТУР (типа 9М120, «Хеллфайр») при попадании в ББМ 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 не столь печально – здесь наблюдается обычный эффект заброневого действия кумулятивной струи, а поражения экипажа избыточным давлением не происходит.

ПРАКТИКА

Приходилось стрелять из 115-мм и 125-мм танковых пушек кумулятивным снарядом, из кумулятивной гранатой по разным целям, в том числе каменно-бетонному ДОТу, самоходной установке ИСУ-152 и бронетранспортёру БТР-152. Старенький бронетранспортёр, дырявый как решето, был разрушен фугасным действием снаряда, в остальных случаях никакого якобы «сокрушающего действия ударной волны» внутри целей не обнаружено.

Несколько раз осматривал подбитые танки и БМП, в основном поражённые из РПГ и СПГ. Если нет подрыва топлива или боеприпасов, воздействия ударной волны также незаметно. Кроме того, не отмечалось контузии у выживших экипажей, машины которых пострадали от РПГ. Были ранения осколками, глубокие ожоги брызгами металла, но контузий от избыточного давления – не было.

Рис. 8. Три попадания кумулятивных выстрелов РПГ в БМП. Несмотря на плотную группировку пробоин, проломов не наблюдается.

А вот история про еще одну каплю:

"Однажды зимой, в воскресенье вечером, в доме Бриско все слуги были отпущены, и стало холодно. Мисс Бриско подошла к печке и открыла ее дверцу, чтобы посмотреть, хорошо ли она горит. Вся семья услышала звук, похожий на слабый выстрел из пистолета, и мисс Бриско воскликнула: "Меня что-то укололо!"
Когда к ней подбежали, она стояла перед открытой дверцей печки, в ужасе держалась за грудь и повторяла:
"Это было вроде сильного укуса. Что-то ударило меня - здесь!"
Когда расстегнули платье, было видно маленькое красное пятно. Все удивились, собирались помазать его йодом и позвать доктора. К их ужасу, девушка упала, и меньше чем через три минуты умерла. На этом месте кровь не выступила - только маленький красный прокол.
Вскрытие, сделанное врачом, показало, что была перерезана большая артерия и внутренние ткани сильно разорваны. Но никакого чужеродного тела, никакой "пули" сначала обнаружить не могли. Наконец, просвечиванием рентгеновскими лучами открыли в теле маленький непрозрачный предмет. Новое вскрытие показало, что это - маленькая металлическая "шляпка" странной формы, размером и формой похожая на виноградное семя, окруженная тонкой металлической "юбочкой". Никто никогда не видал подобных вещей."
"Кусочек меди, удаленный из тела, нисколько не напоминал какую-либо из частей детонатора. Здесь мы имели грушевидную "пульку" из сплошной меди , размером с виноградное зерно, окруженную тонким диском из металла, свисавшим как юбочка с середины груши "
"До этого времени образование таких тяжелых пулек не было никем замечено и описано. Их образование связано и обусловлено наличием углубления на донышке медной трубочки"
Полицейские эксперты безуспешно ломали головы над этим случаем, пока за дело не взялся знаменитый физик-экспериментатор Роберт Вуд. Он догадался, что вместе с углем в печку случайно попал детонатор, исследовал несколько детонаторов соорудил установку для ловли "виноградных семечек"
.
" Вопрос о том, как именно образуется сплошная пулька, был разрешен "стрельбой" детонаторами, заряженными разными количествами взрывчатого вещества в длинную цилиндрическую трубку, набитую ватой, с перегородками через каждые два дюйма (5 см). Пульку находили между последним пробитым и первым целым диском. По мере того, как "пулька", вылетающая с начальной скоростью около 6000 футов в секунду (1830 метров в секунду!!!), проникает в вату, она обволакивается плотным шариком - ткет себе собственный "кокон", так сказать, и этим предохраняется от трения о вещество, сквозь которое пролетает".
Этот материал взят на сайте поисковиков:http://xlt.narod.ru/default.html, опубликован Mole Men и представляет собой выдержку из книги Вильяма Сибрука про Роберта Вуда. Вуд фактически экспериментально открыл УЯ (в 1935 году

Что такое кумулятивный эффект, и как он помогает пробить толстую броню современных танков.

Установка для получения кумулятивной струи Высоковольтный генератор с напряжением до 10 кВ Высоковольтный конденсатор (6,3 кВ) емкостью 0,5 мкФ Статический вольтметр (до 7,5 кВ) Высоковольтный разрядник из коаксиального кабеля Пластиковый капилляр с бумажной вставкой Дистиллированная вода Набор желатиновых брусков толщиной от 1 до 5 см

Дмитрий Мамонтов Александр Прищепенко

В 1941 году советские танкисты столкнулись с неприятным сюрпризом — немецкими кумулятивными снарядами, оставлявшими в броне пробоины с оплавленными краями. Их назвали бронепрожигающими (у немцев в ходу был термин Hohlladungsgeschoss, «снаряд с выемкой в заряде»). Впрочем, немецкая монополия длилась недолго, уже в 1942-м на вооружение был принят советский аналог БП-350А, построенный методом «обратного инжиниринга» (разборкой и изучением трофейных немецких снарядов), — «бронепрожигающий» снаряд для 76-мм пушек. Однако на самом деле действие снарядов было связано не с прожиганием брони, а с совершенно иным эффектом.

Споры о приоритетах

Термин «кумуляция» (лат. cumulatio — накопление, суммирование) означает усиление какого-либо действия за счет сложения (накопления). При кумуляции за счет особой конфигурации заряда часть энергии продуктов взрыва сосредоточивается в одном направлении. На приоритет в открытии кумулятивного эффекта претендуют несколько человек, которые обнаружили его независимо друг от друга. В России — военный инженер, генерал-лейтенант Михаил Боресков, применивший в 1864 году заряд с выемкой для саперных работ, и капитан Дмитрий Андриевский, который в 1865 году разработал для детонации динамита заряд-детонатор из наполненной порохом картонной гильзы с углублением, заполненным опилками. В США — химик Чарльз Мунро, который в 1888 году, как гласит легенда, взорвал заряд пироксилина с выдавленными на нем буквами рядом со стальной пластиной, а затем обратил внимание на те же буквы, зеркально «отраженные» на пластине; в Европе — Макс фон Форстер (1883).

В начале XX века кумуляцию исследовали по обе стороны океана — в Великобритании этим занимался Артур Маршалл, автор вышедшей в 1915 году книги, посвященной этому эффекту. В 1920-х изучением зарядов взрывчатых веществ с выемкой (хотя и без металлической облицовки) занимался в СССР известный исследователь взрывчатых веществ профессор М.Я. Сухаревский. Однако поставить кумулятивный эффект на службу военной машине первым удалось немцам, которые начали целенаправленную разработку кумулятивных бронебойных снарядов в середине 1930-х годов под руководством Франца Томанека.

Примерно в то же время тем же занимался в США Генри Мохаупт. Именно он считается на Западе автором идеи металлической облицовки выемки в заряде ВВ. В результате к 1940-м годам у немцев такие снаряды уже стояли на вооружении.

Смертельная воронка

Как работает кумулятивный эффект? Идея очень проста. В головной части боеприпаса имеется выемка в виде облицованной миллиметровым (или около того) слоем металла воронки с острым углом при вершине (раструбом к мишени). Детонация взрывчатого вещества начинается со стороны, ближайшей к вершине воронки. Детонационная волна «схлопывает» воронку к оси снаряда, а поскольку давление продуктов взрыва (почти полмиллиона атмосфер) превышает предел пластической деформации обкладки, последняя начинает вести себя как квазижидкость. Такой процесс не имеет ничего общего с плавлением, это именно «холодное» течение материала. Из схлопывающейся воронки выдавливается очень быстрая кумулятивная струя, а остальная часть (пест) летит от точки взрыва медленнее. Распределение энергии между струей и пестом зависит от угла при вершине воронки: при угле меньше 90 градусов энергия струи выше, при угле больше 90 градусов выше энергия песта. Разумеется, это очень упрощенное объяснение — механизм формирования струи зависит от применяемого взрывчатого вещества (ВВ), от формы и толщины обкладки.

Одна из разновидностей кумулятивного эффекта. Для образования ударного ядра кумулятивная выемка имеет тупой угол при вершине (или сферическую форму). При воздействии детонационной волны за счет формы и переменной толщины стенок (к краю толще) происходит не «схлопывание» облицовки, а ее выворачивание «наизнанку». Полученный снаряд диаметром в четверть и длиной в один калибр (первоначальный диаметр выемки) разгоняется до 2,5 км/с. Бронепробитие ядра меньше, чем у кумулятивной струи, но зато сохраняется на протяжении почти тысячи диаметров выемки. В отличие от кумулятивной струи, которая «отнимает» у песта лишь 15% его массы, ударное ядро образуется из всей облицовки.

При схлопывании воронки тонкая (сравнимая с толщиной оболочки) струя разгоняется до скоростей порядка скорости детонации ВВ (а иногда и выше), то есть около 10 км/с и более. Эта струя не прожигает броню, а проникает в нее, подобно тому как струя воды под давлением размывает песок. Однако в процессе формирования струи разные ее части приобретают разную скорость (задние — меньшую), поэтому далеко кумулятивная струя полететь не может — она начинает растягиваться и распадаться, теряя способность к бронепробитию. Максимальный эффект действия струи достигается на некотором расстоянии от заряда (его называют фокусным). Конструктивно оптимальный режим бронепробития обеспечивается промежутком между выемкой в заряде и головкой снаряда.

Жидкий снаряд, жидкая броня

Скорость кумулятивной струи существенно превышает скорость распространения звука в материале брони (порядка 4 км/с). Поэтому взаимодействие струи и брони происходит по законам гидродинамики, то есть они ведут себя как жидкости. Теоретически глубина проникновения струи в броню пропорциональна длине струи и квадратному корню из соотношения плотностей материала облицовки и брони. Практически бронепробитие обычно даже выше теоретически рассчитанных значений, так как струя становится длиннее за счет разницы скоростей головной и задней ее частей. Обычно толщина брони, которую способен пробить кумулятивный заряд, составляет 6−8 его калибров, а для зарядов с обкладками из таких материалов, как обедненный уран, это значение может достигать 10. Можно ли увеличить бронепробитие, увеличив длину струи? Да, но зачастую это не имеет особого смысла: струя становится чрезмерно тонкой и снижается ее заброневое действие.

За и против

У кумулятивных боеприпасов есть свои достоинства и недостатки. К достоинствам относится то, что, в отличие от подкалиберных снарядов, их бронепробитие не зависит от скорости самого снаряда: кумулятивными можно стрелять даже из легких орудий, не способных разогнать снаряд до высокой скорости, а также использовать такие заряды в реактивных гранатах.

Кстати, именно «артиллерийское» применение кумуляции сопряжено с трудностями. Дело в том, что большинство снарядов стабилизируется в полете вращением, а оно крайне отрицательно влияет на формирование кумулятивной струи — изгибает и разрушает ее. Конструкторы добиваются снижения эффекта вращения различными способами — например, применяя специальную текстуру облицовки (но при этом и бронепробитие понижено до 2−3 калибров).

Другое решение используется во французских снарядах — вращается только корпус, а кумулятивный заряд, установленный на подшипниках, практически не вращается. Однако такие снаряды сложны в производстве, а к тому же в них не полностью используются возможности калибра (а бронепробитие связано с калибром напрямую).

Собранная нами установка вовсе не выглядит аналогом грозного оружия и смертельного врага танков — кумулятивных бронебойных снарядов. Тем не менее она представляет собой достаточно точную модель кумулятивной струи. Разумеется, в масштабе — и скорость звука в воде меньше скорости детонации, и плотность воды меньше плотности обкладки, да и калибр у настоящих снарядов побольше. Наша установка отлично подходит для демонстрации таких явлений, как фокусировка струи.

Казалось бы, выстреливаемые с высокой скоростью из гладкоствольных пушек снаряды не вращаются — их полет стабилизирует оперение, но и в этом случае есть проблемы: при высоких скоростях встречи снаряда с броней струя не успевает сфокусироваться. Поэтому наиболее эффективны кумулятивные заряды в низкоскоростных или вообще неподвижных боеприпасах: снарядах для легких пушек, реактивных гранатах, ПТУРах, минах.

Еще один недостаток связан с тем, что кумулятивная струя разрушается взрывной динамической защитой, а также при прохождении нескольких сравнительно тонких слоев брони. Для преодоления динамической защиты разработан тандемный боеприпас: первый заряд подрывает ее ВВ, а второй пробивает основную броню.

Вода вместо взрывчатки

Для того чтобы смоделировать кумулятивный эффект, совсем не обязательно применять взрывчатые вещества. Мы использовали для этой цели обычную дистиллированную воду. Вместо взрыва ударную волну будем создавать с помощью высоковольтного разряда в воде. Разрядник мы изготовили из обрезка телевизионного кабеля РК-50 или РК-75 внешним диаметром 10 мм. К оплетке припаяли медную шайбу с отверстием 3 мм (соосно с центральной жилой). Другой конец кабеля зачистили на длину 6−7 см и соединили центральную (высоковольтную) жилу с конденсатором.

В случае хорошей фокусировки струи канал, пробитый в желатине, практически незаметен, а при расфокусированной струе выглядит так, как на фотографии справа. Тем не менее «бронепробитие» и в этом случае составляет около 3−4 калибров. На фотографии — желатиновый брусок толщиной 1 см пробивается кумулятивной струей «навылет».

Роль воронки в нашем эксперименте выполняет мениск — именно такую вогнутую форму поверхность воды принимает в капилляре (тонкой трубке). Желательна большая глубина «воронки», а это значит, что стенки трубки должны хорошо смачиваться. Стеклянная не подойдет — гидравлический удар при разряде разрушает ее. Полимерные трубки плохо смачиваются, но мы решили эту проблему, использовав вкладыш из бумаги.

Вода из-под крана не годится — она хорошо проводит ток, который пройдет по всему объему. Воспользуемся дистиллированной водой (например, из ампул для инъекций), в которой нет растворенных солей. При этом вся энергия разряда выделится в области пробоя. Напряжение — около 7 кВ, энергия разряда — порядка 10 Дж.

Желатиновая броня

Соединим разрядник и капилляр отрезком эластичной трубки. Наливать внутрь воду следует с помощью шприца: в капилляре не должно быть пузырьков — они исказят картину «схлопывания». Убедившись, что мениск образовался на расстоянии около 1 см от разрядника, зарядим конденсатор и замкнем контур привязанным к изолирующей штанге проводником. В области пробоя разовьется большое давление, образуется ударная волна (УВ), которая «побежит» к мениску и «схлопнет» его.

Обнаружить кумулятивную струю можно по ее тычку в ладонь, протянутую на высоте в полметра-метр над установкой, или по расплывающимся каплям воды на потолке. Увидеть же тонкую и быструю кумулятивную струю невооруженным глазом очень сложно, поэтому мы вооружились специальной техникой, а именно камерой CASIO Exilim Pro EX-F1. Эта камера очень удобна для съемки быстропротекающих процессов — она позволяет снимать видео со скоростью до 1200 кадров в секунду. Первые пробные съемки показали, что заснять формирование самой струи почти невозможно — искра разряда «слепит» камеру.

Зато можно заснять «бронепробитие». Пробить фольгу не получится — скорость водяной струи маловата для ожижения алюминия. Поэтому в качестве брони мы решили использовать желатин. При диаметре капилляра в 8 мм нам удалось добиться «бронепробития» более 30 мм, то есть 4 калибра. Скорее всего, немного поэкспериментировав с фокусировкой струи, мы смогли бы добиться большего и даже, возможно, пробить двухслойную желатиновую броню. Так что в следующий раз, когда на редакцию нападет армия желатиновых танков, мы будем готовы дать достойный отпор.

Благодарим представительство компании CASIO за предоставленную для съемки эксперимента камеру CASIO Exilim Pro EX-F1

Принцип образования

Ударное ядро образуется при взрыве любого кумулятивного заряда с металлической облицовкой, однако его масса и энергия зависят от угла раствора облицовки. Для образования полноценных ударных ядер применяют облицовки углом раствора свыше 100° либо сферической формы, при толщине облицовки значительно бо́льшей, чем у кумулятивного заряда для действия кумулятивной струей.

Если в обычном кумулятивном заряде в пест обращается около 75 % массы облицовки, то в заряде с ударным ядром - до 95 %. В отличие от кумулятивной струи, сохраняющей относительную бронепробиваемость на длине в десятки первоначальных диаметров заряда, ударное ядро сохраняет свою скорость на расстоянии порядка тысячи первоначальных диаметров заряда.

После обжатия (схлопывания облицовки) пест имеет диаметр примерно в четверть диаметра первоначального заряда и длину около одного диаметра (то есть имеет удлинённую форму). Скорость ударного ядра составляет около 2,5 км/с, (в отдельных конструкциях и 3,5-5,0 км/с), значительно превышая скорость БОПС . При этом бронепробиваемость ударного ядра сохраняется на расстояниях в десятки метров. Бронепробиваемость ударного ядра по стальной броне может достигать на этих дистанциях величин 0,4-0,6 от начального диаметра облицовки (около диаметра (калибра) кумулятивного заряда). Согласно эмпирическим соотношениям, бронепробиваемость ударного ядра, определяемая толщиной стальной брони, составляет половину диаметра заряда для облицовки заряда из меди или железа, и полный диаметр заряда для танталовой облицовки. При этом бронепробитие типового кумулятивного заряда составляет не менее шести диаметров заряда.

Эффективная для разрушения скорость ударного ядра быстро падает, поэтому ударное ядро доставляется носителем, а также может использоваться в качестве мины или разрушительного заряда.

История

Впервые боеприпасы с ударным ядром сконструированы в Германии в годы Второй мировой войны под руководством баллистика Губерта Шардина .

Группа ученых Института Баллистики Технической академии ВВС (Technischen Akademie der Luftwaffe ), начиная с 1939 года, исследовала процессы детонации и кумуляции с помощью рентгено-импульсной установки. Было выявлено принципиальное различие результатов подрыва профилированных зарядов с конической и полусферической облицовками. Подрыв заряда с полусферической облицовкой фактически не давал образования кумулятивной струи, однако было обнаружено выворачивание полусферической облицовки заряда наружу с образованием песта в форме компактного осколка, который после формирования мог сохранять свою целостность. Скорость песта составляла порядка 5000 м/с. При этом Шардин, основываясь на данных рентгено-импульсной съемки, вполне различал механизмы пробития брони кумулятивной струей и компактным осколоком-пестом, справедливо приравнивая последний по механизму действия к снаряду, разогнанному до скорости 5000 м/с . Результатом указанных исследований явилось открытие так называемого эффекта Мижней-Шардина (Misznay-Schardin effect ).

В наше время указанный принцип получил практическое воплощение в США, начиная с 1970-х годов, где в технической документации боеприпасы с ударным ядром подразделяются на две группы:

• Эффективный на малых дальностях «самоформирующийся осколок» (self-forming fragment, SFF ) с бронепробитием не менее 100 мм на дальностях до 10 м, и
• Эффективный на повышенных дальностях «снаряд, формирующийся при взрыве заряда» (explosively formed projectile, EFP ) с бронепробитием не менее 100 мм на дальности не менее 200 м.

В нашей стране заряды с ударными ядрами могут обозначаться аббревиатурой «СФЗ» , то есть снарядоформирующим зарядом. В ФРГ принято аналогичное обозначение снарядоформирующего заряда - projektilbildende Ladung .

В августе 1987 года предприятием ГНПП «Базальт» создана разовая бомбовая кассета РБК-500СПБЭ с высокоточными самоприцеливающимися противотанковыми боевыми элементами (СПБЭ). Боевая часть СПБЭ выполнена на основе снарядоформирующего заряда.

Поскольку боеприпасы с ударным ядром являются кумулятивным зарядом с особой формой облицовки, их иногда путают с классическими кумулятивными зарядами, действующими струей металла. Но в отличие от классических кумулятивных зарядов, заряды с ударным ядром, достаточно схожие по конструкции с кумулятивными, действуют фактически как обычные кинетические боеприпасы (бронебойные снаряды и БОПС) .

Ссылки

Литература

• Gook M. The Science of High Explosives N,Y.: Reinhold Publishing Cjrp, 1958,

Категории:

• Военная техника
• Оружие
• Боеприпасы
• Взрывчатые вещества
• Артиллерийские боеприпасы
• Противотанковое оружие
• Импровизированные взрывные устройства

Wikimedia Foundation . 2010 .

Смотреть что такое "Ударное ядро" в других словарях:

Ударное топоним: Содержание 1 Беларусь 2 Россия 3 Украина 4 См. также … Википедия

Авианосная ударная группа «Авраам Линкольн». Авианосная ударная группа Джордж Вашингтон. Авианосное ударное соединение оперативное соединение, боевое ядро которого составляют авианосцы. Авианосцы никогда не действуют в одиночку, а всегда в… … Википедия

Оперативное соединение во флотах США, Великобритании и Франции, боевое ядро которого составляют ударные авианосцы. А. у. с. предназначены для поражения наземных объектов силами авиации, уничтожения кораблей и судов противника в море и в… … Большая советская энциклопедия

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

Унитарный кумулятивный боеприпас в разрезе Кумулятивный эффект, эффект Монро (англ. Munroe effect) усиление действия взрыва путем его концентрации в заданном направлении. Кумулятивный эффект достигается применением заряда с кумулятивной выемкой … Википедия

Унитарный кумулятивный боеприпас в разрезе Кумулятивный эффект, эффект Монро (англ. Munroe effect) усиление действия взрыва путем его концентрации в заданном направлении. Кумулятивный эффект достигается применением заряда с кумулятивной выемкой … Википедия

- «Тоу» BGM 71 TOW Ракета TOW, запущенная с джипа F … Википедия

выстрел гранатомётный МШВ - МШВ (многоцелевой штурмовой выстрел) предназначен для стрельбы по легкобронированным, быстроманевренным наземным и воздушным целям (танкам, боевым машинам пехоты, бронетранспортерам, самоходным артиллерийским установкам и низколетящим вертолетам) … Военная энциклопедия

У этого термина существуют и другие значения, см. Шрапнель (значения). Устройство диафрагменной шрапнели … Википедия

---