Кумулятивное действие боеприпасов

Кумуляцией (кумулятивным эффектом) называется явление концентра­ции энергии взрыва в направлении специальной (кумулятивной) выемки в заряде.

Явление кумуляции было впервые открыто русским артиллеристом М.М. Боресковым в 1864 г. Однако долгое время на него не обращали долж­ного внимания и не использовали кумулятивные заряды ни в военной, ни в промышленной технике.

Впервые систематические исследования кумулятивного эффекта были проведены в 1923–1926 гг. А. В. Сухаревским, который установил зависи­мость бронебойного действия кумулятивных зарядов от формы выемки и ря­да других факторов.

Кумулятивные заряды получили широкое практическое применение лишь в период Второй мировой войны – в боеприпасах и подрывных сред­ствах, предназначавшихся для борьбы с танками и фортификационными со­оружениями.

В настоящее время кумулятивные заряды находят широкое применение в боеприпасах, предназначенных для поражения брониро­ванных целей и инженерных сооружений.

Итак. Кумулятивным действием обладают боеприпасы, разрывной заряд которых имеет специальную, так называемую кумулятивную, выемку.

При взрыве такого заряда разлетающиеся с поверхности выемки продукты детонации устремляются к оси заряда и, соударяясь друг с другом, образуют мощный газовый поток – газовую кумулятивную струю.

Точка, в которой происходит соударение основной массы газов, называется фокусом газовой струи. В этой точке диаметр струи минимален, давление достигает миллиона атмосфер, температура – 6000–7000°С, а скорость струи равна 12–15 км/с.

За фокусом струя рассеивается вследствие быстрого расширения сильно сжатых газов.

Кумулятивная струя обладает тремя видами поражающего действия: пробивным, зажигательным и инициирующим.

Пробивное и инициирующее действие струи обусловлены чрезвычайно высоким давлением, возникающим в месте ее соударения с преградой (броней, боеприпасами), а зажигательное – высокой температурой струи.

Однако эффективность поражающего действия кумулятивных зарядов может быть резко увеличена, если в кумулятивную выемку вставить соответствующую ей по форме тонкостенную металлическую облицовку.

Пробивное действие кумулятивного заряда с облицовкой превосходит действие аналогичного заряда без облицовки в 5–6 раз. На рисунке показана зависимость толщины пробивной брони L от расстояния х между зарядом и броней для зарядов без облицовки и с облицовкой.

При резком обжатии металлической облицовки продуктами взрыва металл облицовки ведет себя подобно жидкости, в нем происходят пластические течения и из облицовки как бы выдавливается струя металла.

Скорость такой металлической струи достигает 8–10 км/ч, а масса ее составляет 5–15% массы облицовки. Часть облицовки, оставшаяся после выдавливания струи, называется пестом, который движется за струей со скоростью порядка 1–1,5 км/с.

Ввиду неодинаковой интенсивности обжатия облицовки скорость головной части кумулятивной струи больше, чем хвостовой. Поэтому в процессе своего движения она растягивается, и в какой-то момент времени происходит разрыв струи на отдельные части.

Расстояние от заряда до головной части струи в момент, когда она растягивается перед своим разрывом на максимальную длину, называется фокусным расстоянием кумулятивного заряда с металлической облицовкой.

Максимум пробивного действия струи соответствует подрыву такого заряда на фокусном расстоянии. Последнее объясняется тем, что процесс внедрения струи в преграду носит гидродинамический характер, т. е. струя как бы вымывает материал преграды, образуя в нем воронку (рис. 2.5).

Поэтому чем длиннее струя, тем больше будет глубина воронки, а следовательно, и толщина пробиваемой брони, которая примерно равна длине струи.

Толщина пробиваемой преграды зависит от калибра заряда и его конструктивных особенностей и составляет примерно 3–4 диаметра заряда.

Основными факторами, оказывающими влияние на бронепробивное действие кумулятивных зарядов, являются: размеры заряда (рис. 3.12), параметры кумулятивной выемки, материал и толщина облицовки, свойства ВВ, технология изготовления заряда. Для зарядов с выемкой конической формы оптимальное отношение H/D ≈ 3.

Если толщина брони будет меньше той, которая может быть пробита данным средством поражения, то остаток проникающей за броню струи вместе с выбитыми из брони осколками способен поразить находящиеся за броней агрегаты цели.

Эффективность заброневого действия зависит от количества, массы, скорости и углов разлета осколков брони, а также от длины оставшейся части струи, проникшей за броню, длина которой равна разности между максимальной толщиной, которую способен пробить данный заряд, и толщиной пробитой брони.

Так, например, кумулятивный заряд, способный пробить 300-мм броню, при пробитии 150-мм брони обладает следующими характеристиками заброневого действия: остаток струи способен пробить 16 дюралевых 3-мм листов или вызвать детонацию боезапаса, осколки брони (N≈400 шт.) массой до 0,5 г разлетаются в конусе с углом при вершине 90° и, имея скорость V = 2000 м/с, пробивают дюралевую преграду толщиной 15 мм.

Эффективное действие рассмотренных выше кумулятивных зарядов проявляется лишь на небольших расстояниях до цели (примерно 5–7 диа­метров заряда). Для обеспечения дальнобойного кумулятивного действия ис­пользуются специальные кумулятивные заряды с металлическими облицов­ками малого прогиба.

Одним из типов дальнобойных элементов, формируемых при взрыве кумулятивного заряда, является «ударное ядро», в котором пест и струя, разделяющиеся у классического осесимметричного кумулятивного заряда, пред­ставляют собой единое целое.

Вследствие этого начальная скорость такого элемента ниже, чем средняя скорость кумулятивной струи, и достигает величины порядка 3,5 км/с. Однако масса «ударного ядра» значительно больше массы кумулятивной струи и может составлять до 95% исходной массы облицовки.

Под действием сил давления продуктов детонации происходит деформация облицовки в компактный элемент и сообщение ему некоторой начальной скорости метания V₀.

При движении по траектории «ударное ядро» сохраняет ту форму, которую оно получило в процессе взрыва заряда.

Рис. Процесс формирования компактного элемента типа «ударное ядро»

Значение скорости метания облицовки, характер ее деформирования определяется в основном формой заряда и облицовки, а также физико-механическими характеристиками используемых в них ВВ и металла соответственно. Существует определенный диапазон значений изменения отно­сительных геометрических размеров металлической облицовки При этом отношение высоты заряда к диаметру H/D не должно быть меньше 0,5.

Варьируя геометрические параметры облицовки заряда, можно получать компактный элемент различной формы – от эллиптической, вытянутой в направлении его метания, до блюдцеобразной, который движется по траектории, не вращаясь (рис. 3.15).

Рис. 3.15. Формы «ударных ядер»: 1 – блюдцеобразная; 2 – грушевидная; 3 – шарообразная; 4 – эллипсовидная

Обладая большой массой и достаточно высокой скоростью, «ударные ядра» выбивают из брони значительное количество вторичных осколков большой массы, которые способны эффективно поражать жизненно важные агрегаты цели.

На больших дальностях, достигающих десятков метров, «ударные ядра» способны пробивать броневые преграды толщиной 0,4 – 0,6 от диаметра d исходной облицовки.

Дата добавления: 2014-01-05