Снаряды (WoT). Типы снарядов и принцип их действия

Механизм действия кумулятивного заряда

Кумулятивная струя

Кумулятивный эффект

схема образования кумулятивной струи

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 ~10 10 Н/м² (10 5 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).

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.

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.

Примечания

Ссылки

Теория процесса бронепробивания кумулятивных и подкалиберных снарядов Танковая мощь
В. Мураховский, сайт «Отвага 2004» Ещё один кумулятивный миф .

Wikimedia Foundation . 2010 .

- ая, ое. cumulatif, ve adj., kumulativ <лат. cumulatio увеличение, скопление. Отн. к кумуляции. Андрей рассматривал свой случай как провиденциально сработавший кумулятивный эффект. Октябрь 2003 2 67. Это <конкуренция с другими определениями… … Исторический словарь галлицизмов русского языка

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

Другое, устаревшее значение термина «снаряд» устройство, приспособление, конструкция … Википедия

снаряд - ▲ боеприпас для (чего), стрелять снаряд боеприпас для стрельбы. пуля. пулевой. дум дум. дробь. картечь. шрапнель. кумулятивный (# снаряд). бронебойный. мина боеприпас для стрельбы из гладкоствольных орудий … Идеографический словарь русского языка

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

А; м. 1. Вид боеприпасов для стрельбы из орудий. Авиационный, зенитный, противотанковый с. Дальнобойный с. Осколочный с. Разрывы снарядов. 2. Приспособление, устройство для спортивных упражнений. С. для метания. Снаряды для опорных прыжков.… … Энциклопедический словарь

Снаряд артиллерийский - основной элемент артиллерийского выстрела, предназначенный для поражения различных целей и выполнения других задач (освещения, задымления, обучения и т. д.). Состоит из корпуса, снаряжения и взрывателя. По калибру делятся на С. малого, среднего и … Словарь военных терминов

Механизм действия кумулятивного заряда

Кумулятивная струя

Кумулятивный эффект

схема образования кумулятивной струи

Ударное ядро

Формирование «ударного ядра»

История

Примечания

Ссылки

Теория процесса бронепробивания кумулятивных и подкалиберных снарядов Танковая мощь
В. Мураховский, сайт «Отвага 2004» Ещё один кумулятивный миф .

Wikimedia Foundation . 2010 .

Кумулятивные боеприпасы – это особый вид снарядов, ракет, мин, ручных гранат и гранат для гранатометов, предназначенный для поражения бронированной техники противника и его железобетонных фортификационных сооружений. Принцип их действия основан на образовании после взрыва тонкой, узконаправленной кумулятивной струи, которая прожигает броню. Кумулятивный эффект достигается за счет особой конструкции боеприпасов.

В настоящее время кумулятивные боеприпасы являются наиболее распространенным и самым эффективным противотанковым средством. Массовое применение подобных боеприпасов началось во время Второй мировой войны .

Широкому распространению кумулятивных боеприпасов способствует их простота, низкая стоимость и необычайно высокая эффективность.

Немного истории

С момента появления танков на поле боя сразу встал вопрос об эффективных средствах борьбы с ними. Идея использовать артиллерийские орудия для уничтожения бронированных монстров появилась практически сразу, пушки начали широко применяться для этой цели еще во время Первой мировой войны . Следует отметить, что идея создать специализированное противотанковое орудие (ПТО) впервые пришла в голову немцам, но сразу реализовать ее на практике они не смогли. До самого окончания Первой мировой войны против танков весьма успешно использовали самые обычные полевые орудия.

В промежутке между двумя мировыми бойнями разработками в области создания специализированной противотанковой артиллерии занимались практически во всех крупнейших военно-промышленных державах. Результатом этих работ стало появление большого количества образцов ПТО, которые довольно успешно поражали танки того времени.

Так как броня первых танков защищала в основном от пуль, то справиться с ней могла даже пушка небольшого калибра или противотанковое ружьё. Однако перед самой войной в разных странах начали появляться машины следующего поколения (английские «Матильды», советские Т-34 и КВ , французские S-35 и Char B1), оснащенные мощным двигателем и противоснарядной броней. Эту защиту ПТО первого поколения пробить уже не могли.

В качестве противодействия новой угрозе конструкторы стал увеличивать калибр ПТО и повышать начальную скорость полета снаряда. Подобные меры в несколько раз увеличили эффективность пробития брони, но имели и значительные побочные эффекты. Орудия стали тяжелее, сложнее, повысилась их стоимость и резко снизилась маневренность. Немцы отнюдь не от хорошей жизни использовали против советских «тридцатьчетверок» и КВ 88-мм зенитные орудия. Но далеко не всегда их можно было применить.

Нужно было искать другой путь, и он был найден. Вместо того, чтобы увеличивать массу и скорость бронебойной болванки, были созданы боеприпасы, которые обеспечивали пробитие брони за счет энергии направленного взрыва. Такие боеприпасы получили название кумулятивных.

Исследования в области направленного взрыва начались еще в середине XIX столетия. На лавры первооткрывателя кумулятивного эффекта претендуют сразу несколько человек в разных странах, которые занимались работами в этом направлении примерно в одно и то же время. Первоначально эффект направленного взрыва достигался за счет использования специальной конусообразной выемки, которую изготавливали в заряде взрывчатого вещества .

Работы проводились во многих странах, однако практического результата первыми добились немцы. Талантливый немецкий конструктор Франц Томанек предложил использовать металлическую облицовку выемки, которая сделала кумулятивный заряд еще более эффективным. В Германии эти работы начались еще в середине 30-х годов, и к началу войны кумулятивный снаряд уже стоял на вооружении германской армии.

В 1940 году по другую сторону Атлантики швейцарский конструктор Генри Мохаупт создал реактивную гранату с кумулятивной боевой частью для армии США.

В начале войны советские танкисты столкнулись с новым видом немецких боеприпасов, которые стали для них весьма неприятным сюрпризом. Немецкие кумулятивные снаряды при попадании прожигали танковую броню и оставляли пробоины с оплавленными краями. Поэтому их и назвали «бронепрожигающими».

Однако уже в 1942 году кумулятивный снаряд БП-350А появился и на вооружении Красной армии. Советские инженеры скопировали немецкие трофейные образцы и создали кумулятивный снаряд для 76-мм пушки и 122-мм гаубицы.

В 1943 году на вооружении Красной армии появились кассетные противотанковые кумулятивные бомбы ПТАБ, которые предназначались для поражения верхней проекции танка, где толщина брони всегда меньше.

Также в 1943 году американцы впервые применили противотанковый гранатомет «Базука ». Он был в состоянии пробить 80-мм броню на расстоянии 300 метров. Немцы с большим интересом изучили трофейные образцы «Базук», вскоре на свет появилась целая серия немецких гранатометов, которые у нас традиционно называются «Фаустпатронами ». Эффективность их использования против советской бронетехники до сих пор является вопросом весьма дискуссионным: в некоторых источниках «Фаустпатроны» называют чуть ли не настоящим «чудо-оружием», а в других — справедливо указывают на их низкую дальность стрельбы и неудовлетворительную кучность.

Немецкие гранатометы были действительно весьма результативны в условиях городского боя, когда гранатометчик мог вести стрельбу с ближних дистанций. При других обстоятельствах подобраться к танку на расстояние эффективного выстрела у него было не так много шансов.

Также немцами были разработаны специальные противотанковые магнитные кумулятивные мины Hafthohlladung 3. Пользуясь «мертвым пространством» вокруг танка, боец должен был приблизиться к машине и укрепить мину на любую гладкую поверхность. Подобные мины довольно эффективно пробивали танковую броню, но приблизиться к танку вплотную и установить мину было весьма непростым заданием, это требовало от солдата огромной храбрости и выдержки.

В 1943 году в СССР были разработаны несколько ручных кумулятивных гранат, которые предназначались для поражения бронетехники противника на ближних дистанциях боя.

Еще во время войны началась разработка противотанкового гранатомета РПГ-1, который стал родоначальников целого семейства этого оружия. Сегодня гранатометы РПГ – это настоящий мировой бренд, который мало уступает по своей узнаваемости знаменитому АК-47 .

После окончания войны работы по созданию новых кумулятивных боеприпасов были продолжены сразу во многих странах мира, проводились теоретические изыскания в области направленных взрывов. Сегодня кумулятивная боевая часть является традиционной для гранат противотанковых гранатометов, ПТРК, авиационных противотанковых боеприпасов, танковых снарядов, противотанковых мин. Защита бронетехники постоянно улучшается, не отстают и средства поражения. Однако устройство и принцип действия подобных боеприпасов не изменился.

Кумулятивный снаряд: принцип действия

Кумулятивный эффект означает усиление действия какого-либо процесса за счет сложения усилий. Это определение очень точно отображает принцип работы кумулятивного эффекта.

В боевой части заряда делается воронкообразное углубление, которое облицовывается слоем металла толщиной в один или несколько миллиметров. Данная воронка повернута широким краем к мишени.

После детонации, которая происходит у острого края воронки, взрывная волна распространяется к боковым стенкам конуса и схлопывает их к оси боеприпаса. При взрыве создается огромное давление, которое превращает металл облицовки в квазижидость и под огромным давлением перемещает ее вперед вдоль оси снаряда. Таким образом образуется струя металла, которая движется вперед с гиперзвуковой скоростью (10 км/с).

Следует отметить, что при этом металл облицовки не плавится в традиционном понимании этого слова, а деформируется (превращается в жидкость) под огромным давлением.

Когда струя металла входит в броню, прочность последней не имеет никакого значения. Важна ее плотность и толщина. Пробивная способность кумулятивной струи зависит от ее длины, плотности материала облицовки и материала брони. Максимальное проникающее действие возникает при взрыве боеприпаса на определенном расстоянии от брони (оно называется фокусным).

Взаимодействие брони и кумулятивной струи происходит по законам гидродинамики, то есть давление столь велико, что самая крепкая танковая броня при попадании на нее струи ведет себя как жидкость. Обычно кумулятивный боеприпас может пробить броню, толщина которой составляет от пяти до восьми его калибров. При облицовке из обедненного урана бронебойное действие увеличивается до десяти калибров.

Преимущества и недостатки кумулятивных боеприпасов

Подобные боеприпасы имеют как сильные стороны, так и недостатки. К их несомненным достоинствам можно отнести следующее:

высокая бронебойность;
бронепробиваемость не зависит от скорости боеприпаса;
мощное заброневое действие.

У калиберных и подкалиберных снарядов бронепробиваемость напрямую связана с их скоростью, чем она выше, тем лучше. Именно поэтому для их применения используются артиллерийские системы. Для кумулятивных боеприпасов скорость не играет роли: кумулятивная струя образуется при любой скорости столкновения с мишенью. Поэтому кумулятивная боевая часть – идеальное средство для гранатометов, безоткатных орудий и противотанковых ракет, бомб и мин. Более того, слишком высокая скорость снаряда не дает образоваться кумулятивной струе.

Попадание кумулятивного снаряда или гранаты в танк часто приводит к взрыву боекомплекта машины и полностью выводит ее из строя. Экипаж при этом практически не имеет шансов на спасение.

Недостатки кумулятивных боеприпасов:

довольно высокая сложность изготовления;
сложность применения для артиллерийских систем;
уязвимость перед динамической защитой.

Снаряды нарезных орудий стабилизируются в полёте за счет вращения. Однако центробежная сила, которая возникает при этом, разрушает кумулятивную струю. Придуманы разные «хитрости», для того чтобы обойти эту проблему. Например, в некоторых французских боеприпасах вращается только корпус снаряда, а его кумулятивная часть устанавливается на подшипниках и остается неподвижной. Но практически все решения этой проблемы значительно усложняют боеприпас.

Боеприпасы для гладкоствольных орудий, наоборот, имеют слишком высокую скорость, которая недостаточна для фокусирования кумулятивной струи.

Именно поэтому боеприпасы с кумулятивные боевые части более характерны для низкоскоростных или неподвижных боеприпасов (противотанковые мины).

Против подобных боеприпасов существует довольно простая защита – кумулятивная струя рассеивается с помощью небольшого контрвзрыва, который происходит на поверхности машины. Это так называемая динамическая защита, сегодня этот способ применяется очень широко.

Чтобы пробить динамическую защиту используется тандемная кумулятивная боевая часть, которая состоит из двух зарядов: первый устраняет динамическую защиту, а второй – пробивает основную броню.

Сегодня существуют кумулятивные боеприпасы с двумя и тремя зарядами.

Видео о кумулятивных боеприпасах

Если у вас возникли вопросы - оставляйте их в комментариях под статьей. Мы или наши посетители с радостью ответим на них

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 зделан, из-за чего фактическая смерть должна наступить, если каплями неубило 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

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.

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.

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

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

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.

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

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

Представляем вашему вниманию очередной материал любителя-эксперта аналитической группы «Истиглал» по бронетехнике Эльдара Ахундова на тему кумулятивных боеприпасов. Уверены, что читатели узнают для себе много интересного и полезного, как это часто бывает в нашем разделе появященном вооружениям.

В настоящее время почти все кто интересуется военной техникой знают о существовании так называемых кумулятивных снарядов, ракет, мин и т.д. Но мало кто вникает в принцип действия и другие подобные детали. В этой статье мы попытаемся изложить в более — менее простой и понятной форме принципы действия и факторы, которые определяют эффективность кумулятивных боеприпасов. Вся имеющаяся информация по кумулятивным снарядам заняла бы размер нескольких книг, поэтому эта статья является упрощенной.

Впервые возможность создания кумулятивного заряда предположил в 1792 году немецкий горный инженер Франц фон Баадер. Предположение было в том, что энергию взрыва можно сконцентрировать преимущественно в одном направлении и на небольшой площади при особой форме заряда с выемкой внутри. Этот потенциальный эффект планировалось использовать для пробития глубоких дыр в твердых скальных породах. Однако в своих экспериментах Баадер использовал чёрный порох, который просто не обладал необходимыми свойствами (мощность, скорость детонационной волны и т.д.). Как результат, эти эксперименты не увенчались успехом.

Продемонстрировать эффект применения кумулятивного заряда удалось только после изобретения т.н. высокобризантных взрывчатых веществ, таких как тротил или гексоген, у которых высокая скорость детонационной волны. На Западе это впервые сделал в 1883 году немецкий военный инженер, изобретатель и предприниматель Макс фон Фёрстер. По некоторым данным русский военный инженер генерал Михаил Матвеевич Боресков открыл кумулятивный эффект раньше, и еще в 1864 году впервые применил заряд с выемкой для проведения саперных работ.

Повторно кумулятивный эффект был открыт, исследован и достаточно подробно описан в 1888 году американцем Чарльзом Монро, и с тех пор кумулятивный эффект так и прозвали в научных кругах — эффектом Монро.

Первые патенты на бронебойные кумулятивные боеприпасы были выданы в 1910 году в Германии и в 1911 году в Англии.

Вторая Мировая Война положила начало широкому применению различных видов нового и до тех пор неизвестного смертоносного вооружения. Кумулятивные боеприпасы не стали исключением. И хотя, как мы уже знаем, они и были созданы задолго до Второй Мировой, именно в ней они начали широко применяться на полях сражений — вполне логиччно ввиду роли и места бронетехники на полях сражений от Сталинграда до Арденн.

Первое и весьма успешное применение кумулятивного заряда состоялось в мае 1940 года при штурме немецкими десантниками бельгийского укрепленного форта Эбен-Эмаэль. Мощные бетонные огневые точки форта уничтожались специальными саперными кумулятивными зарядами. Фактор внезапности, отлично проведенная разведка, превосходная подготовка немецких парашютистов, и конечно же новые кумулятивные заряды (как и применение воздушных планеров для высадки десанта) привели к тому что, гарнизон крепости капитулировал через сутки после начала штурма. Кстати несмотря на численное превосходство в несколько раз.

Слева: Бетонный купол разрушенный взрывом кумулятивного заряда. Форт Эбен-Эмаэль. В центре взрывной воронки виден пролом, пробитый кумулятивной струей. Точная масса примененного заряда неизвестна. Источник (Википедия). Справа: С аперный кумулятивный заряд весом 13.5 кг. Существовали как легкие, так и более тяжелые версии этого заряда в 50 кг. Видны складывающиеся ножки для установки. Так же ножки нужны для выдерживания расстояния от заряда до пробиваемой преграды (т.н. фокусное расстояние). Подробнее об этом позже. Источники: Википедия, Handbook of German Military Forces.

Наиболее важное значение кумулятивный заряд приобрел с разработкой легкого переносного противотанкового гранатомета. И если раньше кумулятивный заряд применялся лишь в саперных и артиллерийских снарядах, а также в авиабомбах, то его переработка в пехотный вариант открыла новую эру в развитии противотанкового оружия. Это значительно сместило баланс борьбы «броня — снаряд» в сторону снаряда так как практически любой обученный мальчишка, вооруженный простым и неприхотливым гранатометом уже представлял собой серьезную опасность для танка.

Первым таким серийным ручным противотанковым гранатометом был американский многоразовый гранатомет Базука (Bazooka). Базука являлся результатом работ по созданию противотанкового ракетного оружия в США, которые начались еще в 1930-х годах. Он начал применяться армией США против немецких танков с 1942 года в боях в Северной Африке.

М1 Базука (США). Рядом два типа боеприпасов: кумулятивный и осколочно-фугасный. Источник: Википедия.

Германия разработала свой гранатомет под названием Фаустпатрон (Faustpatron) в 1942 году, и впервые применила его в 1943 году на Восточном фронте. По некоторым данным, немцы остались под впечатлением от американских Базук и решили разработать свой гранатомет. По другим данным, что более вероятно, гранатомет был создан независимо от американской разработки так как в Германии уже долгое время шли работы над противотанковым пехотным вооружением, и к началу войны уже были определенные теоретические и практические наработки. В пользу этого говорит еще то что в отличие от Базуки, Фаустпатрон одноразовый и имеет другую и значительно более простую конструкцию. Он был проще в применении, не требовал специально обученного расчета. За время Второй Мировой войны Германия выпустила больше 8 миллионов одноразовых гранатометов всех моделей.

Семейство одноразовых противотанковых гранатометов производства Германии в годы Второй Мировой войны. Panzerfaust Klein изначально и назывался Фаустпатроном. Одним из его недостатков была возможность рикошета от наклонной брони. В следующих моделях этот недостаток был устранен благодаря тупоголовой форме головной части. Цифровой номер показывал прицельную дистанцию. Панцерфауст 150 представлял собой опытную версию гранатомета и не производился серийно. Кстати советские солдаты, не разбираясь в тонкостях моделей, называли все подобные гранатометы просто Фаустпатронами.

Противотанковая авиационная бомба ПТАБ, 1942 год (СССР). 1 – взрывчатое вещество; 2 – кумулятивная облицовка. Истоник: Topwar.ru.

Дальнейшее развитие подобного оружия привело к созданию противотанковых управляемых ракет (ПТУР) выстреливаемых из противотанковых ракетных комплексов (ПТРК). Первые эксперементы в этом направлении были проведены опять же немцами в 1943 — 1944 годах. После Второй Мировой войны подобные ракеты появились практически на всех возможных носителях вооружений, начиная от бронемашин и заканчивая современными легкими ударными беспилотниками и вертолетами. В наше время кумулятивные боеприпасы являются основным средством борьбы с бронетехникой.

Каков принцип действия кумулятивного снаряда? В кумулятивном снаряде взрывчатое вещество размещено вокруг пустого металлического конуса, называемого так же воронкой или облицовкой.

Устройство кумулятивного снаряда: 1 - аэродинамический обтекатель. 2 - воздушная полость. 3 - облицовка. 4 - детонатор. 5 - заряд взрывчатого вещество (залитый расплав или пластичный). 6 - взрыватель. Источник: Википедия.

Детонация начинается от вершины конуса к его основанию. Огромное давление взрыва начинает деформировать (обжимать ) металлическую облицовку с большой скоростью по направлению к центральной оси заряда. Части металлической облицовки конуса сталкиваются в центре конуса. Из-за огромного давления, в разы превышающего все возможные пределы прочности и текучести металла облицовки, он теряет свои прочностные связи в структуре и просто «течет» как жидкость в виде длинной и тонкой струи, которая и называется кумулятивной струей. Т.е., фактически материал облицовки в этот момент ведет себя как жидкость, при этом сам по себе жидкостью не являясь. Называется такое состояние вещества квазижидкостью.

Металл облицовки, кстати, при этом не плавится, ибо в среднем температура кумулятивной металлической струи около 300-500 градусов. Струя растягивается в полете с дальнейшим уменьшением ее диаметра. Происходит это потому что головная часть струи имеет скорость около 8 — 12 км/сек, а хвостовая около 2 км/сек и соответственно отстает при полете. Большая часть масссы облицовки переходит в хвостовую часть (пест).

В пробитии участвует головная часть, а низкоскоростной пест этом случае практически не оказывает влияние. При длине струи больше чем 5 — 8 диаметров воронки (в зависимости от характеристик и конструкции заряда) струя теряет стабильность и начинает распадаться на отдельные фрагменты.

Схематическое изображение процесса образования кумулятивной струи. Подрыв - начало обжатия воронки — образование струи (выдавливание материала воронки наружу) — растягивание струи - головная тонкая высокоскоростная часть отделилась от хвостовой части и ушла вперед (10 — 12 км/сек) - видна хвостовая более толстая часть (пест), но двигается она с низкой скоростью (около 2 км/сек). Источник: P opmech. ru.

Кумулятивная струя обладает огромной кинетической энергией, и большая ее часть расходуется на пробитие брони. Контактное давление в точке ударения струи по броне огромно и создает нагрузки во много раз выше чем все возможные пределы прочности в металле брони. Металл брони в точке попадания ведет себя так же, как и металл облицовки, о чем уже написано выше. Он «течет« . Привычные характеристики металлов известные нам в статическом (спокойном) состоянии, такие как твердость, гибкость или механическая прочность просто перестают иметь значение в подобных условиях. Металл брони не прожигается и не плавится, как ошибочно кажется, а просто «вымывается» («расплескивается») в стороны от точки попадания. По этой причине края отверстия в броне имеют оплавленный внешний вид.

Кстати, по этой же причине одно из старых и ошибочных названий кумулятивного снаряда «бронепрожигающий».

Импульсный рентгеновский снимок момента подрыва кумулятивного заряда.

Слева — до подрыва. Справа — момент подрыва. 1 – броня. 2 – кумулятивный заряд. 3 – кумулятивная выемка (воронка) с металлической облицовкой. 4 – газообразные продукты детонации заряда и ударная волна. 5 – хвостовая низкоскоростная часть- пест. 6 – головная высокоскоростная часть струи, пробившая броню. 7 – вынос материала брони в стороны из точки попадания струи.

Схематичное изображение момента попадания и пробития металлической преграды кумулятивной струей. 1 — Струя в полете и броня до контакта. 2 — попадание струи в броню, видно, как бы «расплескивание» материала струи и брони в стороны и наружу. 3 — процесс продолжается, струя уже короче по длине так как расходуется на преодоление сопротивления преграды, то есть передают часть своей энергии броне. 4 — видно отверстие, пробитое струей. Мощности заряда в этом примере недостаточно для сквозного пробития преграды, поэтому вся струя просто израсходовалась на пробитие углубления. Остатки материала кумулятивной струи «размазаны» на внутренней поверхности пробитого отверстия. Источник: Otvaga2004.ru.

Использование заряда с кумулятивной выемкой, но без металлической облицовки значительно снижает кумулятивный эффект и пробиваемость. Причина этого кроется в том, что вместо металлической струи высокой плотности действует струя газообразных продуктов взрыва (газовая кумулятивная струя), которая быстро рассеивается в окружающем пространстве.

Главными факторами от которых зависит эффективность кумулятивного боеприпаса являются:

Параметры взрывчатого вещества. Вот, например, данные экспериментов с черным порохом и ТНТ, о которых было написано в начале статьи:

Таблица свойств некоторых взрывчатых веществ для кумулятивных зарядов. Верхняя таблица для чистых веществ. Как видно из таблицы CL20 — самое мощное взрывчатое вещество… и самое дорогое. В кумулятивных зарядах, как правило, применяются смеси различных взрывчатых веществ с примесью других ингредиентов в разнообразных порциях.