Кумулятивный эффект направленного взрыва стал известен ещё в 19-м веке, вскоре после начала массового производства бризантных взрывчатых веществ. Первая же научная работа, посвященная этому вопросу, была опубликована в 1915 году в Великобритании.
Этот эффект достигается приданием специальной формы зарядам взрывчатых веществ. Обычно для этой цели заряды изготовляют с выемкой в противоположной от его детонатора части. При инициировании взрыва сходящийся поток продуктов детонации формируется в высокоскоростную кумулятивную струю, причём кумулятивный эффект увеличивается при облицовке выемки слоем металла (толщиной 1-2 мм). Скорость струи металла достигает 10 км/с. По сравнению с расширяющимися продуктами детонации обычных зарядов в сходящемся потоке продуктов кумулятивного заряда давление и плотности вещества и энергии значительно выше, что обеспечивает направленное действие взрыва и высокую пробивную силу кумулятивной струи.
При схлопывании конической оболочки скорости отдельных частей струи оказываются несколько различными, в результате струя в полёте растягивается. Поэтому небольшое увеличение промежутка между зарядом и мишенью увеличивает глубину пробивания из-за удлинения струи. Толщина брони, пробиваемой кумулятивными снарядами, не зависит от дальности стрельбы и примерно равна их калибру. При значительных расстояниях между зарядом и мишенью струя разрывается на части, и эффект пробития снижается.
В 30-е годы XX века произошло массовое насыщение войск танками и бронемашинами. Помимо традиционных средств борьбы с ними, в довоенное время в некоторых странах велись разработки кумулятивных снарядов.
Особенно заманчивым было то, что бронепробиваемость таких боеприпасов не зависела от скорости встречи с бронёй. Это позволяло с успехом их применять для поражения танков в артиллерийских системах изначально для этого не предназначенных, а также создать высокоэффективные противотанковые мины и гранаты. Больше всего в создании кумулятивных противотанковых боеприпасов продвинулась Германия, к моменту нападения на СССР там были созданы и приняты на вооружение кумулятивные артиллерийские снаряды калибра 75-105-мм.
К сожалению, в Советском Союзе до войны этому направлению должного внимания не уделялось. В нашей стране совершенствование противотанковых средств шло путём наращивания калибров противотанковых пушек и увеличения начальных скоростей бронебойных снарядов. Справедливости ради стоит сказать, что в СССР в конце 30-х была выпущена и испытана стрельбой опытная партия 76-мм кумулятивных снарядов. Во время испытаний выяснилось, что кумулятивные снаряды, оснащённые штатными взрывателями от осколочных снарядов, как правило, броню не пробивают и дают рикошеты. Очевидно, что дело было во взрывателях, однако военные, и без того не проявлявшие особого интереса к таким снарядам, после неудачных стрельб окончательно от них отказались.
В это же время в СССР было изготовлено значительное количество безоткатных (динамореактивных) пушек Курчевского.
76-мм безоткатное орудие Курчевского на шасси грузовика
Достоинством подобных систем является небольшой вес и меньшая стоимость по сравнению с «классическими» орудиями. Безоткатки в сочетании с кумулятивными снарядами вполне успешно могли бы проявить себя в качестве противотанкового .
С началом боевых действий с фронтов стали поступать сообщения о том, что немецкая артиллерия применяет неизвестные ранее так называемые «бронепрожигающие» снаряды, эффективно поражающие танки. При осмотре подбитых танков обратили внимание, на характерный вид пробоин с оплавленными краями. Поначалу было высказана версия, что в неизвестных снарядах используется «быстрогорящий термит», ускоряемый пороховыми газами. Однако экспериментальным путём это предположение вскоре было опровергнуто. Было установлено, что процессы горения термитных зажигательных составов и взаимодействия струи шлаков с металлом брони танка протекают слишком медленно и не могут быть реализованы за очень короткое время пробития брони снарядом. В это время с фронта были доставлены образцы захваченных у немцев «бронепрожигающих» снарядов. Оказалось, что их конструкция основана на использовании кумулятивного эффекта взрыва.
В начале 1942 года, конструкторы М.Я. Васильев, З.В. Владимирова и Н.С. Житких спроектировали 76-мм кумулятивный снаряд с конусной кумулятивной выемкой, облицованной стальной оболочкой. Был использован корпус артиллерийского снаряда с донным снаряжением, камера которого дополнительно растачивалась на конус в головной ее части. В снаряде применили мощное взрывчатое вещество - сплав тротила с гексогеном. Донное отверстие и пробка служили для установки дополнительного детонатора и лучевого капсюля-детонатора. Большой проблемой стало отсутствие в производстве подходящего взрывателя. После ряда экспериментов был выбран авиационный взрыватель мгновенного действия АМ-6.
Кумулятивные снаряды, имевшие бронепробиваемость порядка 70-75 мм, появились в боекомплекте полковых орудий с 1943 года, и изготовлялись серийно в течение всей войны.
Полковое 76-мм орудие обр. 1927 г.
Промышленность поставила фронту около 1,1 млн. 76-мм кумулятивных противотанковых снарядов. К сожалению, использовать их в танковых и дивизионных 76-мм орудиях из-за ненадёжной работы взрывателя и опасности взрыва в стволе было запрещено. Взрыватели для кумулятивных артиллерийских снарядов, удовлетворяющие требованиям безопасности при стрельбе из длинноствольных орудий, были созданы только в конце 1944 года.
В 1942 году группой конструкторов в составе И.П. Дзюбы, Н.П. Казейкина, И.П. Кучеренко, В.Я. Матюшкина и А.А. Гринберга были разработаны кумулятивные противотанковые снаряды к 122-мм гаубицам.
122-мм кумулятивный снаряд к гаубице образца 1938 г. имел корпус из сталистого чугуна, снаряжался эффективным взрывчатым составом на основе гексогена и мощным тэновым детонатором. 122-мм кумулятивный снаряд комплектовали взрывателем мгновенного действия В-229, который был разработан в очень сжатые сроки в ЦКБ-22, руководимом А.Я. Карповым.
122-мм гаубица М-30 обр. 1938 г.
Снаряд был принят на вооружение, запущен в массовое производство в начале 1943 года, и успел принять участие в Курской битве. До конца войны было произведено более 100 тыс. 122-мм кумулятивных снарядов. Снаряд пробивал броню толщиной до 150 мм по нормали, обеспечивая поражение тяжелых немецких танков «Тигр» и «Пантера». Однако эффективная дальность стрельбы из гаубиц по маневрирующим танкам была самоубийственной - 400 метров.
Создание кумулятивных снарядов открыло большие возможности для использования артиллерийских орудий с относительно небольшими начальными скоростями - 76-мм полковых пушек образцов 1927 и 1943 гг. и 122-мм гаубиц образца 1938 г., которые в больших количествах имелись в армии. Наличие кумулятивных снарядов в боекомплектах этих орудий значительно повысило эффективность их противотанкового огня. Это значительно усилило противотанковую оборону советских стрелковых дивизий.
Одной из основных задач принятого на вооружение в начале 1941 года бронированного штурмовика Ил-2 была борьба с бронетехникой.
Однако имеющееся на вооружении штурмовиков пушечное вооружение позволяло эффективно поражать только легкобронированную технику.
Реактивные 82-132-мм снаряды не обладали требуемой точностью стрельбы. Тем не менее, для вооружения Ил-2 в 1942 году были разработаны кумулятивные РБСК-82.
Головная часть реактивного снаряда РБСК-82 состояла из стального цилиндра с толщиной стенок 8 мм. В переднюю часть цилиндра закатывался конус из листового железа, создающий выемку во взрывчатом веществе, залитого в цилиндр головки снаряда. По центру цилиндра проходила трубка, которая служила «для передачи луча огня от накольного капсюля к капсюлю-детонатору ТАТ-1». Снаряды испытывались в двух вариантах снаряжения ВВ: тротил и сплав 70/30 (тротил с гексогеном). Снаряды с тротилом имели очко под взрыватель АМ-А, а снаряды со сплавом 70/30 - взрыватель М-50. Взрыватели имели капсюль накольного действия типа АПУВ. Ракетная часть РБСК-82 - штатная, от ракетных снарядов М-8, снаряженных пироксилиновым порохом.
В общей сложности в ходе испытаний было израсходовано 40 штук РБСК-82, из них 18 - стрельбой в воздухе, остальные - на земле. Обстреливались трофейные немецкие танки Pz. III, StuG III и чешский танк Pz.38(t) с усиленным бронированием. Стрельба в воздухе велась по танку StuG III с пикирования под углом 30° залпами по 2-4 снаряда в одном заходе. Дистанция стрельбы 200 м. Снаряды показали хорошую устойчивость на траектории полета, но ни одного опадания в танк получить не удалось.
Реактивный бронебойный снаряд кумулятивного действия РБСК-82, снаряженный сплавом 70/30, пробивал броню толщиной 30 мм под любыми углами встречи, а броню толщиной 50 мм пробивал под прямым углом, но не пробивает под углом встречи 30°. Видимо, низкая бронепробиваемость является следствием запаздывания в срабатывании взрывателя «от рикошета и кумулятивная струя формируется при деформированном конусе».
Снаряды РБСК-82 в тротиловом снаряжении пробивали броню толщиной 30 мм лишь под углами встречи не менее 30°, а броню 50 мм - не пробивали ни при каких условиях попадания. Отверстия, получаемые при сквозном пробитии брони, имели диаметр до 35 мм. В большинстве случаев пробитие брони сопровождалось отколом металла вокруг выходного отверстия.
На вооружение кумулятивные РСы не принимались ввиду отсутствия явного преимущества перед штатными реактивными снарядами. На подходе уже было новое, гораздо более сильное оружие - ПТАБы.
Приоритет в разработке мелких авиационных бомб кумулятивного действия принадлежит отечественным ученым и конструкторам. В середине 1942 года известный разработчик взрывателей И.А. Ларионов, предложил конструкцию легкой противотанковой авиабомбы кумулятивного действия. Командование ВВС проявило заинтересованность в реализации предложения. ЦКБ-22 быстро провело проектировочные работы и испытания новой бомбы начались в конце 1942 года. Окончательный вариант представлял собой ПТАБ-2,5-1,5, т.е. противотанковую авиационную бомбу кумулятивного действия массой 1,5 кг в габаритах 2,5-кг авиационной осколочной бомбы. ГКО в срочном порядке решил принять на вооружение ПТАБ-2,5-1,5 и организовать ее массовое производство.
У первых ПТАБ-2,5-1,5 корпуса и клепаные стабилизаторы перисто-цилиндрической формы изготовляли из листовой стали толщиной 0,6 мм. Для увеличения осколочного действия на цилиндрическую часть бомбы дополнительно надевали стальную 1,5-мм рубашку. Боевой заряд ПТАБ состоял из смесевого BB типа ТГА, снаряженного через донное очко. Для предохранения крыльчатки взрывателя АД-А от самопроизвольного свертывания на стабилизатор бомбы надевали специальный предохранитель из жестяной пластины квадратной формы с закрепленной на ней вилкой из двух проволочных усов, проходящих между лопастями. После сбрасывания ПТАБ с самолета его срывало с бомбы встречным потоком воздуха.
При ударе о броню танка срабатывал взрыватель, который через тетриловую детонаторную шашку вызывал детонацию заряда взрывчатого вещества. При детонации заряда, благодаря наличию кумулятивной воронки и металлического конуса в ней, создавалась кумулятивная струя, которая, как показали полигонные испытания, пробивала броню толщиной до 60 мм при угле встречи 30° с последующим разрушающим действием за броней: поражение экипажа танка, инициирование детонации боеприпасов, а также воспламенение горючего или его паров.
В бомбовую зарядку самолета Ил-2 входило до 192 авиабомб ПТАБ-2,5-1,5 в 4-х кассетах мелких бомб (по 48 штук в каждой) или до 220 штук при их рациональном размещении навалом в 4-х бомбоотсеках.
Принятие на вооружение ПТАБ какое-то время держалось в секрете, их применение без разрешения верховного командования было запрещено. Это позволило использовать эффект внезапности и эффективно применить новое оружие в сражении под Курском.
Массовое применение ПТАБ имело ошеломляющий эффект тактической неожиданности и оказало сильное моральное воздействие на противника. Немецкие танкисты, впрочем, как и советские, к третьему году войны уже привыкли к относительно низкой эффективности бомбоштурмовых ударов авиации. На начальном этапе сражения немцы совершенно не применяли рассредоточенные походные и предбоевые порядки, то есть на маршрутах движения в составе колонн, в местах сосредоточения и на исходных позициях, за что и были жестоко наказаны - полоса разлета ПТАБ перекрывала 2-3 танка, удаленных один от другого на 60-75 м, вследствие чего последние несли ощутимые потери, даже в условиях отсутствия массированного применения Ил-2. Один Ил-2 с высоты 75-100 метров мог накрыть площадь 15х75 метров, уничтожив на ней всю вражескую технику.
В среднем во время войны безвозвратные потери танков от действий авиации не превышали 5%, после применения ПТАБ на отдельных участках фронта это показатель превысил 20%.
Оправившись от шока, немецкие танкисты вскоре перешли исключительно к рассредоточенным походным и предбоевым порядкам. Естественно, это сильно затруднило управление танковыми частями и подразделениями, увеличило сроки их развертывания, сосредоточения и передислокации, усложнило взаимодействие между ними. На стоянках немецкие танкисты стали располагать свои машины под деревьями, легкими сеточными навесами и устанавливать над крышей башни и корпуса легкие металлические сетки. Эффективность ударов Ил-2 с применением ПТАБ снизилась примерно в 4-4,5 раза, оставаясь, тем не менее, в среднем в 2-3 раза выше, чем при использовании фугасных и осколочно-фугасных авиабомб.
В 1944 году на вооружение была принята более мощная противотанковая бомба ПТАБ-10-2,5, в габаритах 10-кг авиационной бомбы. Она обеспечивала пробитие брони толщиной до 160 мм. По принципу действия и назначению основных узлов и элементов ПТАБ-10-2,5 была аналогична ПТАБ-2,5-1,5 и отличалась от нее только формой и габаритами.
На вооружении РККА в 1920-1930-е годы состоял дульнозарядный «гранатомет Дьяконова», созданный еще в конце Первой мировой войны и впоследствии модернизированный.
Он представлял собой мортирку калибра 41-мм, которая надевалась на ствол винтовки, фиксируясь на мушке вырезом. Накануне Великой Отечественной войны гранатомет имелся в каждом стрелковом и кавалерийском отделении. Тогда же встал вопрос о придании ружейному гранатомету «противотанковых» свойств.
В ходе Второй мировой войны, в 1944 году на вооружение РККА поступила кумулятивная граната ВКГ-40. Выстреливалась граната специальным холостым патроном с 2,75 г пороха марки ВП или П-45. Уменьшенный заряд холостого патрона позволял стрелять гранатой прямой наводкой с упором приклада в плечо, на дальность до 150 метров.
Винтовочная кумулятивная граната предназначена для борьбы с легкобронированной техникой и с подвижными средствами противника, не защищенными броней, а также с огневыми точками. Использовалась ВКГ-40 весьма ограниченно, что объясняется низкой кучностью стрельбы и слабой бронепробиваемостью.
Во время войны в СССР было выпущено значительное количество ручных противотанковых гранат. Первоначально это были гранаты фугасного действия, по мере увеличения толщины брони увеличивался и вес противотанковых гранат. Однако это всё равно не обеспечивало пробития брони средних танков, так граната РПГ-41 при весе взрывчатого вещества 1400 г могла пробить 25-мм броню.
Излишне говорить, какую опасность представляло это противотанковое средство для того, кто её применял.
В середине 1943 года на вооружение Красной Армии принимается принципиально новая граната кумулятивного действия РПГ-43, разработанная Н.П. Беляковым. Это была первая кумулятивная ручная граната, разработанная в СССР.
Ручная кумулятивная граната РПГ-43 в разрезе
РПГ-43 имела корпус с плоским дном и конической крышкой, деревянную рукоятку с предохранительным механизмом, ленточный стабилизатор и ударно-воспламеняющий механизм с запалом. Внутри корпуса помещается разрывной заряд с кумулятивной выемкой конической формы, облицованной тонким слоем металла, и стаканчик с закрепленными в его дне предохранительной пружиной и жалом.
На ее переднем конце рукоятки закреплена металлическая втулка, внутри которой находятся держатель запала и удерживающая его в крайнем заднем положении шпилька. Снаружи на втулку надета пружина и уложены матерчатые ленты, крепящиеся к колпаку стабилизатора. Предохранительный механизм состоит из откидной планки и чеки. Откидная планка служит для удержания колпака стабилизатора на ручке гранаты до ее броска, не позволяя ему сползать или проворачиваться на месте.
Во время броска гранаты откидная планка отделяется и освобождает колпачок стабилизатора, который под действием пружины сползает с рукоятки и вытягивает за собой ленты. Предохранительная шпилька выпадает под собственным весом, освобождая держатель запала. Благодаря наличию стабилизатора полет гранаты происходил головной частью вперед, что необходимо для оптимального использования энергии кумулятивного заряда гранаты. При ударе гранаты о преграду дном корпуса запал, преодолевая сопротивление предохранительной пружины, накалывается на жало капсюлем-детонатором, что вызывает подрыв разрывного заряда. Кумулятивный заряд РПГ-43 пробивал броню толщиной до 75 мм.
С появлением на поле боя немецких тяжелых танков потребовалась ручная противотанковая граната с большей бронепробиваемостью. Группа конструкторов в составе М.З. Полеванова, Л.Б. Иоффе и Н.С. Житких разработала кумулятивную гранату РПГ-6. В октябре 1943 года гранату приняли на вооружение Красной Армии. Граната РПГ-6 во многом сходна с германской PWM-1.
Немецкая ручная противотанковая граната PWM-1
РПГ-6 имела каплевидный корпус с зарядом и дополнительным детонатором и рукоятку с инерционным взрывателем, капсюлем-детонатором и ленточным стабилизатором.
Ударник взрывателя блокировался чекой. Ленты стабилизатора укладывались в рукоятке и удерживались предохранительной планкой. Предохранительный шплинт вынимался перед броском. После броска отлетала предохранительная планка, вытягивался стабилизатор, выдергивалась чека ударника - запал взводился.
Таким образом, система предохранения РПГ-6 была трехступенчатой (у РПГ-43 - двухступенчатая). В плане технологии существенной особенностью РЛГ- 6 было отсутствие точеных и резьбовых деталей, широкое применение штамповки и накатки. По сравнению с РПГ-43, РПГ-6 была технологичнее в производстве и несколько безопаснее в обращении. Метались РПГ-43 и РПГ-6 на 15-20 м, после броска бойцу следовало укрыться.
За годы войны в СССР так и не были созданы ручные противотанковые гранатометы, хотя работы в этом направлении велись. Основными противотанковыми средствами пехоты по-прежнему оставались ПТР и ручные противотанковые гранаты. Отчасти это компенсировалось значительным увеличением во второй половине войны количества противотанковой артиллерии. Но в наступлении противотанковые орудия не всегда могли сопровождать пехоту, и в случае внезапного появления танков противника это зачастую вело к большим и неоправданным потерям.
В основе действия кумулятивных снарядов лежит кумулятив- . ный эффект, открытый еще в. 1864 г. генералом русской армии М. М. Боресковым. Кумулятивные снаряды (рис. 6.11) были раз- | работаны в 30-х годах как средство борьбы с танками, имеющими мощную броню, с помощью орудий, имеющих относительно невысокую начальную скорость снаряда.
Существо кумулятивного эффекта заключается в следующем. При подрыве разрывного заряда начинаются процесс взрывчатого превращения и распространение во взрывчатом веществе волны детонации со скоростью детонации. На фронте этой волны практически мгновенно образуются продукты детонации, которые получают скорость поступательного движения, в три-четыре раза меньшую скорости детонации. При достижении волной детонации поверхности заряда продукты детонации начнут распространяться в пространстве приблизительно перпендикулярно поверхности. Если поверхность заряда покрыта оболочкой, то под действием высоких давлений, равных сотням тысяч атмосфер, материал оболочки становится похожим на несжимаемую жидкость, а частицы будут перемещаться вместе с продуктами детонации. Поскольку плотность оболочки значительно выше плотности ВВ, то плотность потока соответственно возрастает.
Для получения кумулятивного эффекта в разрывном заряде: вдоль его оси делается кумулятивная выемка конической, полу- i сферической или более сложной формы, покрытая металлической | облицовкой (воронкой), а подрыв заряда осуществляется с про- 1 тивоположной стороны (рис. 6.12).
Продукты взрыва с поверхности воронки устремляются к оси, где соударяются, образуя кумулятивную струю^небольшого диаметра (5-10 мм), направленную вдоль оси. Кумулятивная струя состоит в основном из частиц материала облицовки, имеет плотность, близкую к плотности этого материала, температуру, непревышающую 1000° К, и скорость вдоль оси, достигающую 10 км/с.
К концу формирования кумулятивная струя имеет длинуинаилучшие пробивные возможности. Далее- струя постепенно растягивается и разрушается. Основная часть металла воронки (до
75%) не входит в состав кумулятивной струи, а образует так называемый пест, который перемещается за кумулятивной струей с относительно небольшой скоростью.
Таким образом, кумулятивный эффект заключается в кумуляции (концентрации) продуктов детонации и частиц материала
облицовки по оси выемки с образованием кумулятивной струи, обладающей космической скоростью. Кумулятивная струя пробивает броню, являясь, таким образом, поражающим фактором. Пест и другие элементы снаряда остаются перед броней.
При встрече кумулятивной струи с броней происходит удар, сопровождающийся потерей механических качеств материалом преграды. Кумулятивная струя и преграда взаимодействуют, как струя несжимаемой жидкости с жидкой средой. При пробитии брони ее материал последовательно вымывается все новыми и новыми участками кумулятивной струи. Образуется сначала конический кратер, а затем сквозное отверстие. Часть вещества кумулятивной струи, частицы преграды и газообразные продукты детонации проникают через отверстие, вызывая поражение живой силы, вооружения и приборов за преградой - в танке или самоходной артиллерийской установке. Обычно для кумулятивных снарядов применяются головные взрыватели. Для передачи взрывного импульса от взрывателя к капсюлю-детонатору с детонатором, которые расположены у дна снаряда, в разрывном заряде по оси его имеется цилиндрическое отверстие с центральной трубкой. Разрывной заряд вместе со всеми деталями называется кумулятивным узлом.
Характеристикой действия кумулятивного снаряда, как и действия бронебойных снарядов, является наибольшая толщина пробиваемой по нормали преграды Ь*. Для определения этой характеристики можно пользоваться формулой академика Лаврентьева
где-длина кумулятивной струи;
Плотность кумулятивной струи;
Плотность материала преграды.
Как отмечалось выше, плотность вещества струи близка к плотности материала облицовки кумулятивной выемки. Для вращающихся кумулятивных снарядов плотность струи будет зависеть от скорости вращения снаряда, поскольку кумулятивная струя будет вращаться со скоростью, значительно большей скорости вращения снаряда, и будет подвержена действию центробежных сил. С увеличением скорости вращения снаряда при прочих равных условиях плотность струи будет меньше.
Длина кумулятивной струи существенно зависит от формы и площади поверхности кумулятивной выемки. С увеличением калибра снаряда, очевидно, длина кумулятивной струи увеличивается.
Из формулы (6.20) следует, что эффективность действия кумулятивного снаряда зависит от калибра снаряда, мощности ВВ, устройства кумулятивного узла, способа стабилизации снаряда, свойств преграды. Следует отметить, что действие кумулятивного снаряда практически не зависит от его окончательной скорости.
Толщина пробиваемой брони, как обычно, зависит от угла встречи:
Замечательным качеством кумулятивных снарядов является отсутствие рикошета кумулятивной струи при больших углах встречи. Оперенные кумулятивные снаряды обладают более высокой бронепробиваемостью, чем вращающиеся кумулятивные снаряды. Толщина пробиваемой брони для современных кумулятивных снарядов достигает 300 мм и более
Эффективность действия кумулятивных снарядов в большей степени, чем ударного, осколочного и фугасного действия, зависит от действия взрывателя. Это объясняется, с одной стороны, высокими скоростями кумулятивной струи, а с другой - относительно малой ее устойчивостью.
Головные взрыватели, предназначенные для кумулятивных снарядов, должны обладать высокой чувствительностью, быстродействием и однообразием действия. Устройство взрывателя и головной части снаряда должно обеспечить при заданной окончательной скоростивстречу кумулятивной струи с поверхностью преграды в момент завершения ее формирования. Расстояние между (Основанием кумулятивной выемки и поверхностью преграды в этот момент называется фокусным расстоянием F. Считая, что процесс передачи взрывного импульса от взрывателя к детонатору кумулятивного узла и процесс образования кумулятивной струи мгновенны, можем определить наивыгоднейшую длину головной части снаряда
где- время действия взрывателя.
Действительное расстояние х между поверхностью преграды и основанием кумулятивной выемки будет отличаться от фокусного расстояния F:
При
изменении величин
расстояние
х будет
изменяться
согласно равенству, полученному на основании формулы (6.23):
где
Как следует из равенства (6.24), изменение окончательной скорости снаряда и времени действия взрывателя одинаковым образом сказывается на эффективности действия кумулятивного снаряда, ухудшая ее. Вот почему приходится заботиться не только об обеспечении оптимального времени действия взрывателя, но и о сохранении оптимальной окончательной скорости снаряда. Стрель-
ба кумулятивными снарядами должна вестись только на том заряде, который указан в таблицах стрельбы.
Если взрыватель срабатывает раньше, чем это предусмотрено, то кумулятивная струя к моменту встречи с преградой будет ослаблена, что приведет к снижению эффективности действия кумулятивного снаряда. Именно на это рассчитано применение экранированной брони, перед которой на некотором расстоянии устанавливается экран, например в виде металлической сетки, вызывающий преждевременное действие взрывателя.
Таким образом, кумулятивные снаряды при относительной простоте их устройства и изготовления обладают хорошим бронебойным действием при стрельбе из орудий, имеющих невысокие начальные скорости. В этом состоит их основное преимущество. К недостаткам кумулятивных снарядов относятся ограниченные дальности стрельбы и возможность слабого действия по экранированной броне.
Улучшение действия кумулятивных снарядов достигается за счет совершенствования конструкции кумулятивного узла, применения оперенных снарядов, улучшения конструкции взрывателей и повышения дальности и кучности стрельбы.
Перед началом боя в танк необходимо загрузить снаряды. Без них танк не сможет стрелять и, соответственно, будет бесполезен. Количество снарядов, которое можно загрузить в танк, зависит от типа танков в WoT, а точнее от вида орудия (калибра) и башни. Разные виды снарядов имеют разные свойства.
Обычные снаряды
Бронебойные (ББ) снаряды
Бронебойные снаряды - основной тип снарядов, которыми может стрелять практически любое орудие. Этот снаряд наносит урон только в случае пробития брони противника (сопровождается сообщениями «Пробитие» и «Есть пробитие»). Также он может повредить модули или экипаж , если попадет в нужное место (сопровождается сообщениями «Попадание» и «Есть попадание»). В случае, когда пробивной мощи снаряда недостаточно, он не пробьет броню и не нанесет урона (сопровождается сообщением «Не пробил»). Если снаряд попадает в броню под слишком острым углом, то он рикошетит и также не наносит урона (сопровождается сообщением «Рикошет»). Осколочно-фугасные снаряды - имеют самый большой потенциальный урон , но незначительную бронепробиваемость . Если снаряд пробил броню, он взрывается внутри танка, нанося максимальный урон и дополнительный урон модулям или экипажу от взрыва. Осколочно-фугасному снаряду необязательно пробивать броню цели - при непробитии он взорвется на броне танка, нанеся меньший урон, чем при пробитии. Урон в этом случае зависит от толщины брони - чем толще броня, тем больший урон от взрыва она гасит. Кроме того, урон от взрывов снарядов фугаса поглощают и экраны танков, а так же не влияет наклон брони, как и не влияет её приведенное значение. Осколочно-фугасные снаряды также могут повредить несколько танков одновременно, так как взрыв имеет определённый радиус действия. У танковых снарядов меньший радиус фугасного действия, у снарядов САУ - максимальный. Также стоит отметить, что только при стрельбе фугасными снарядами есть возможность получить награду Бомбардир !Подкалиберные (БП) снаряды
Подкалиберные снаряды - основной тип снарядов для большинства средних танков 10 уровня, некоторых средних танков 9 уровня и лёгких T71 , M41 Walker Bulldog , а так же и M4A1 Revalorisé , ИС-5 , ИС-3 с МЗ , T26E5 . Принцип действия аналогичен бронебойным. Отличаются повышенной бронепробиваемостью и более высокой скоростью полета снаряда, но сильнее теряют в пробитии с расстоянием и имеют меньшую нормализацию (сильнее теряют эффективность при стрельбе под углом к броне).Улучшенные снаряды
Подкалиберные (БП) снаряды
Подкалиберные снаряды - это самые распространенные премиум снаряды в игре, устанавливаемые почти в любое орудие. Принцип действия аналогичен бронебойным. Отличаются повышенной бронепробиваемостью, но имеют меньшую нормализацию (сильнее теряют эффективность при стрельбе под углом к броне).Кумулятивные (КС) снаряды
Что такое кумулятивные снаряды? Это улучшенные снаряды для многих танков в игре, за исключением снарядов для топового орудия легкого танка T49 и ПТ-САУ Ikv 103 , которые не являются улучшенными. Пробиваемость у них заметно выше, чем у стандартных бронебойных снарядов, а наносимый урон на уровне бронебойных для того же орудия. Эффект пробития достигается не за счёт кинетической энергии снаряда (как у ББ или БП), а за счёт энергии кумулятивной струи, образующейся при подрыве взрывчатого вещества определённой формы на некотором расстоянии от брони. На них не распространяется правило нормализации, трех калибров и они не теряют бронепробитие с расстоянием , но быстро теряет бронепробитие при попадании в экран.Подробное устройство кумулятивного снаряда представлено в википедии.
Осколочно-фугасные (ОФ) снаряды
Эти снаряды отличаются от обычных осколочно-фугасных либо большим радиусом взрыва (при игре на САУ), либо повышенной бронепробиваемостью (HESH снаряды на некоторых британских орудиях). Также стоит отметить, что только при стрельбе фугасными снарядами есть возможность получить награду Бомбардир .Бронебойные (БС) снаряды
Бронебойные премиум снаряды встречаются на нескольких машинах в игре и отличаются от обычных бронебойных либо увеличенной бронепробиваемостью при том же уроне (152 мм М-10{ "type":"Орудие", "mark": "152 мм М-10", "data": { "Уровень": "VI", "Пробитие": "110/136/86 мм", "Урон": "700/700/910 ед", "Средний урон в минуту": "1750/1750/2275 ед/мин", "Скорострельность": "2.5 выстр/мин", "Время перезарядки": "24 с", "Разброс": "0.6 м/100м", "Сведение": "4 с", "Вес": "2300 кг", "Цена": "60000" } } ) и у большинства орудий японских танков, либо меньшей бронепробиваемостью при большем уроне (130 мм Б-13-С2{ "type":"Орудие", "mark": "130 мм Б-13-С2", "data": { "Уровень": "VIII", "Пробитие": "196/171/65 мм", "Урон": "440/510/580 ед", "Средний урон в минуту": "1650/1913/2175 ед/мин", "Скорострельность": "3.75 выстр/мин", "Время перезарядки": "16 с", "Разброс": "0.38 м/100м", "Сведение": "2.9 с", "Вес": "5290 кг", "Цена": "147000" } } ).Правила пробития для кумулятивных снарядов
В обновлении 0.8.6 установлены новые правила пробития для кумулятивных снарядов:
- Кумулятивный снаряд теперь может рикошетить при попадании снаряда в броню под углом 85 градусов и более. При рикошете бронепробиваемость отрикошетившего кумулятивного снаряда не падает.
- После первого пробития брони рикошет больше сработать не может (в связи с образованием кумулятивной струи).
- После первого пробития брони снаряд начинает терять бронепробиваемость со следующей скоростью: 5 % оставшейся после пробития бронепробиваемости - за 10 cм проходимого снарядом пространства (50 % - за 1 метр свободного пространства от экрана до брони).
- После каждого пробития брони бронепробиваемость снаряда уменьшается на величину, равную толщине брони, с учётом угла наклона брони относительно траектории полёта снаряда.
- Теперь гусеницы также являются экраном для кумулятивных снарядов.
Изменение рикошета в обновлении 0.9.3
- Теперь при рикошете снаряд не исчезает, а продолжает свое движение по новой траектории, причем у бронебойного и подкалиберного снаряда теряется 25% бронепробиваемости, а у кумулятивного снаряда бронепробитие не изменяется.
Цвета трассеров снарядов
- Осколочно-фугасные - самые длинные трасcеры, заметного оранжевого цвета.
- Подкалиберные - светлые, короткие и прозрачные трассеры.
- Бронебойные - похожи на подкалиберные, но заметны лучше (дольше, время жизни и прозрачность меньше).
- Кумулятивные - жёлтые и самые тонкие.
Какой тип снарядов использовать?
Основные правила при выборе между бронебойными и осколочно-фугасными снарядами:
- Используйте бронебойные снаряды против танков своего уровня; осколочно-фугасные снаряды против танков со слабой броней или САУ с открытыми рубками.
- Используйте бронебойные снаряды в длинноствольных и мелкокалиберных орудиях; осколочно-фугасные - в короткоствольных и крупнокалиберных. Использование ОФ снарядов мелкого калибра бессмысленно - зачастую они не пробивают, следовательно - не наносят урон.
- Применяйте осколочно-фугасные снаряды под любым углом, не стреляйте бронебойными снарядами под острым углом к броне противника.
- Выцеливание уязвимых зон и стрельба под прямым углом к броне полезны и для ОФ - так повышается вероятность пробития брони и прохождения полного урона.
- Осколочно-фугасные снаряды имеют высокие шансы нанести малый, но гарантированный урон даже при непробитии брони, поэтому их можно эффективно использовать для сбивания захвата с базы и добивания противников с малым запасом прочности.
Например, орудие 152мм М-10 на танке КВ-2 - крупнокалиберное и короткоствольное. Чем больше калибр снаряда, тем большее количество взрывного вещества в нем находится и тем больше урона он наносит. Но из-за малой длины ствола орудия снаряд вылетает с очень маленькой начальной скоростью, что ведет к низкой пробиваемости, точности и дальности полета. В таких условиях, бронебойный снаряд, для которого необходимо точное попадание, становится неэффективен, и следует использовать осколочно-фугасный.
Подробный обзор снарядов
|
|
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.
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).
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.
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
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.
