Александрова Виктория Евгеньевна,
14.09.2020, 22:07
Средства поражения и боеприпасы кумулятивного действия используют прежде всего для поражения бронированных и легкобронированных целей, таких как: танки, САУ, БМП и БТР, самолеты и вертолеты, подводные лодки и надводные корабли, долговременные железобетонные сооружения, а также для разрушения грунтовых, ледяных, кирпичных и других типов комбинированных преград значительной толщины. Действие кумулятивных средств поражения и боеприпасов по таким преградам основано на использовании явления кумуляции.
Термин «кумуляция» (от лат. cumulatio - скопление) дословно означает увеличение или усиление какого-либо эффекта за счет сложения или накопления нескольких однородных с ним эффектов. Применительно к кумулятивным средствам поражения и боеприпасам явление кумуляции заключается в сосредоточении энергии взрыва в заданном направлении, что приводит к локальному увеличению разрушительного действия. Поражение цели осуществляется кумулятивной струей, которая формируется при обжатии кумулятивной облицовки продуктами взрыва заряда взрывчатого вещества.
Целью данной работы является изучение физической природы кумулятивного эффекта и зависимости его величин от свойств заряда взрывчатого материала.

1. Кумулятивный эффект.
Физическая природа явления
Кумулятивный эффект - существенное повышение местного действия взрыва в одном направлении. Этот эффект получается при использовании зарядов, имеющих на одном из концов полость - кумулятивную выемку. Если такой заряд инициировать с противоположного конца, то эффект действия в направлении оси выемки оказывается значительно большим, чем при действии обычных зарядов. Если же к тому же поверхность кумулятивной выемки покрыть сравнительно тонкой металлической облицовкой, то пробивное действие такого заряда во много раз увеличится.
Открытие кумулятивного эффекта связывают с разработкой взрывных петард, вошедших во всеобщее употребление в горнодобывающей промышленности во второй половине ХVIII века. В 1792 г. немецкий минный инженер и естествоиспытатель Франц фон Баадер впервые сфокусировал энергию фугасного заряда, создав в нем полость.
Дальнейшее развитие исследования кумулятивного эффекта относится ко второй половине XIX века.
В 1864 г. русский военный инженер М. М. Боресков выявил повышенный эффект действия у инженерных мин с кумулятивной выемкой и использовал его для разрушения твердых пород при строительстве фортификационных сооружений.
В России первые систематические исследования явления кумуляции были проведены в 1923-1926 г. г. профессором М. Я. Сухаревским. Результаты экспериментальных и теоретических исследований явления кумуляции позволили к началу Второй Мировой войны создать первые образцы боеприпасов, использующих это явление.
На чем основано столь мощное действие кумулятивных зарядов? За счет углубления в виде воронки, которая при взрыве «схлопывается», как пробитая каплей поверхность воды, создается газовая струя из продуктов взрыва. Поражение достигается действием струи небольшого диаметра на участок порядка 80 мм. При определённом расстоянии до цели эта струя имеет мощнейшее бронебойное действие.

Схема заряда с выемкой конической формы и образование кумулятивной струи: 1 - детонатор; 2 - взрывчатое вещество; 3- металлическая облицовка; 4 - кумулятивная струя; 5- продукты взрыва; 6 - фронт детонационной волны.
Теория кумулятивного эффекта позволяет рассчитать параметры струи н максимальную глубину её проникновения в преграду. В общепринятой гидродинамической теории кумулятивного эффекта для материала оболочки и преграды используют модель идеальной жидкости. Возможность такого приближения обоснована тем, что при высоких (до 10 ГПа) давлениях упругие силы на два порядка меньше инерционных. В предположении бесконечной скорости детонации гидродинамической теория для массы, радиуса, длины и скорости кумулятивной струи приводит к следующим выражениям:

где М - масса облицовки конуса.
Кумулятивный эффект применяется в исследовательских целях (возможность достижения больших скоростей вещества - до 90 км/с) в горном деле, в военном деле (бронебойные снаряды).

2. Разлёт продуктов детонации с косого среза
При подходе детонационной волны к косому срезу заряда продукты детонации под действием градиента давления получают соответствующую скорость, направленную почти по нормали к поверхности. Градиент давления возникает из-за существенной разницы между скоростью детонации и скоростью движения продуктов. Результирующая составляющая обычно на 5-15° отклоняется от нормали.
Поскольку основная часть линейного заряда сконцентрирована внутри малого угла, то возможно геометрическое построение фронтов разлетающихся продуктов детонации такого заряда, заданного любым уравнением, то есть имеющий вид любой произвольной кривой.

Разлет продуктов детонации с косого среза

3. Зависимость величины кумулятивного эффекта от свойств заряда ВМ
В современных противотанковых снарядах применяются кумулятивные заряды, обеспечивающие броне пробиваемость 800-900 мм. Величина пробития прочных преград кумулятивными снарядами зависит от ряда факторов: диаметра их заряда, свойств ВВ заряда и его массы, формы выемки и свойств металла ее облицовки, расстояния от заряда до преграды в момент взрыва.
Из свойств заряда ВВ важнейшим является скорость его детонации. Чем выше эта скорость, тем более высокими будут параметры кумулятивной струи – ее скорость, давление, плотность. В 60-70-х годах в кумулятивных зарядах применяли смесь тротила и гексогена (по 50 %). Скорость детонации тротила составляет 7000 м/с, а гексогена – 8100 м/с. Еще большей скоростью детонации обладает ВВ, которое стали применять в новых образцах противотанковых снарядов. Это так называемый окфол – смесь октогена с флегматизатором. Скорость его детонации достигает 8700 м/с. Понятно, что большая масса ВВ обеспечивает при прочих равных условиях большее пробивное действие. Этот путь повышения пробиваемости кумулятивных снарядов ограничивается их массой и калибром.
Существенное влияние на броне пробиваемость имеют форма кумулятивной выемки, материал ее покрытия. Формы кумулятивной выемки подбираются разные: конические или сферические, в зависимости от назначения и калибра снаряда. Увеличение относительной высоты конической кумулятивной выемки приводит к увеличению скорости струи и ее длины.

Схема кумулятивного заряда
Существенно влияют на пробивное действие одной и той же формы, размеры выемки – ее диаметр и глубина. При схлопывании облицовки начальная длина металлической кумулятивной струи равна образующей выемки, в последствии струя растягивается в несколько раз и обеспечивает глубину пробития до 10 диаметров облицовки (до того момента, пока плотность струи и преграды остаются примерно одинаковы). Материал облицовки также влияет на пробивное действие заряда. Лучший эффект обеспечивают медные облицовки.
Существует оптимальное значение толщины облицовки, при котором достигается максимальное бронепробивное действие. Если толщина обли¬цовки слишком мала, ее масса оказы¬вается недостаточной для формирования нормальной кумулятивной струи. При излишне толстой облицовке отношение ее массы к массе активной части кумулятивного заряда становится выше некоторо¬го предельного значения, при котором прекращается формирова¬ние струи. Оптимальное отношение толщины облицовки к диаметру выемки конической формы лежит в пределах 3-4%.
Рассмотрим еще один фактор, влияющий на эффект. Фокусное расстояние — это расстояние от основания воронки до пробиваемой преграды, на котором кумулятивная струя является полностью сформированной, обладает максимальной длинной (вытянута), и еще не начала распадаться на отдельные компоненты. То есть и у нее максимальная эффективность и пробивная способность. Поэтому используются разные типы геометрии снаряда и разные наконечники, которые вызывают детонацию заряда на определенном фокусном расстоянии от брони. При слишком близком взрыве к броне кумулятивная струя просто не успеет сформироваться и как результат пробиваемость ее значительно снижается. При слишком дальнем подрыве от брони струя уменьшает свою эффективность. Фокусное расстояние отличается у разных типов кумулятивных боеприпасов и рассчитывается индивидуально исходя из параметров заряда.

а — сплошной заряд без выемки и глубина пробитой преграды. б — тот же заряд на расстоянии (пробития нет). в — заряд с кумулятивной выемкой без металлической облицовки и пробитое им отверстие. г — тот же заряд на расстоянии (пробития нет так как газовая кумулятивная струя быстро рассеивается). д — тот же заряд только с металлической облицовкой. е — тот же заряд на фокусном расстоянии, пробитая преграда.

В работе было выяснено, что Детонация начинается от вершины конуса к его основанию. Огромное давление взрыва начинает деформировать 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.
Главными факторами от которых зависит эффективность кумулятивного боеприпаса являются: диаметр их заряда, свойства ВВ заряда и его масса, форма выемки и свойства металла ее облицовки, расстояния от заряда до преграды в момент взрыва.
После Второй Мировой войны ракеты, которые использовали немцы, 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.

Список литературы
• Балаганский И.А., Мержиевский Л.А. Действие средств поражения и боеприпасов. Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2004.
• Боевая авиационная техника: Авиационное вооружение / Под ред. Д.И. Гладкова. М: Воениздат, 1987.
• Л.П.Орленко. Физика взрыва. Том 2. Физматлит. Москва. 2002г
• http://saper.isnet.ru/mines-4/kumul-effekt.html
• https://cyberpedia.su/8xedc1.html
• https://studopedia.ru/3_3137_faktori-vliyayushchie-na-kumulyativnoe-deystvie.html
Категория: Smart Student Science — 2020 | Добавил: 1912000
Просмотров: 15 | Загрузок: 0 | Рейтинг: 0.0/0
Всего комментариев: 0
avatar