Кумулятивный снаряд. Танковый кумулятивный снаряд: принцип действия

Обувь 13.06.2019

Обувь

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

Споры о приоритетах

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

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

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

Смертельная воронка

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

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

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

Жидкий снаряд, жидкая броня

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

За и против

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

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

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

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

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

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

Вода вместо взрывчатки

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

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

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

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

Желатиновая броня

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

ФИЗИКА КУМУЛЯТИВНОГО ЭФФЕКТА

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

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

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

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

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

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

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

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

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

ФУГАСНОЕ ДЕЙСТВИЕ КУМУЛЯТИВНОГО БОЕПРИПАСА

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Тяжёлые ПТУР (типа 9М120, «Хеллфайр») при попадании в ББМ лёгкого класса с противопульной защитой своим синергетическим действием могут уничтожить не только экипаж, но и частично или полностью разрушить машины. С другой стороны, воздействие большинства носимых ПТС на ББМ не столь печально – здесь наблюдается обычный эффект заброневого действия кумулятивной струи, а поражения экипажа избыточным давлением не происходит.

ПРАКТИКА

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

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

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

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 .

Кумулятивное оружие - вид боеприпасов, основным назначением которых является кумулятивное действие на объект.

Что такое кумулятивное оружие

Кумулятивным эффектом (действием) является процесс усиления воздействия на объект после взрыва и высвобождение полученной мощности в заданном направлении.

Кумулятивный снаряд — способен уничтожать бронетехнику.

Чтобы понять, как работает кумулятивный снаряд, надо знать, что высвобожденная, в результате взрыва, энергия достигает скорости до 90 км/с. Используют такие снаряды для поражения бронированных целей или железобетонных конструкций.

Кумулятивные снаряды во время использования формируют направленную струю, которая обладает высокой степенью пробития. При столкновении с объектом из снаряда с помощью взрывчатого вещества выходит кумулятивная струя, которая начинает движение вдоль оси.

Соприкасаясь с объектом, создается высокое давление, которое способно пробить броню. Мощность таких снарядов напрямую зависит от формы, используемых материалов и взрывчатого вещества.

История создания

Дата	Событие
1864 г.	Открытие кумулятивного эффекта, что позволило разработать принцип кумулятивного снаряда для производства боеприпасов
1910 г. – 1926 г.	Исследование кумулятивного эффекта, создание кумулятивных снарядов и их испытание
1935 г.	Создание первых удачных кумулятивных снарядов немецким ученым Францем Рудольфом
1940 г.	Начало работ американских ученых по созданию кумулятивных снарядов и гранат. Использование кумулятивных снарядов немецкой армией
1942 г.	Создание и принятие на вооружение СССР кумулятивных снарядов. Период, когда появились кумулятивные снаряды в артиллерии
1950 г.	Создание учеными США первого снаряда с высокой стабилизацией и начало работ по совершенствованию кумулятивного оружия
1960 г.	Разработка и испытание советских ученых сбалансированного кумулятивного снаряда
1990 г.	Советские ученые создали первые кумулятивные боеприпасы тандемного вида с пробитием брони до 800 мм

В 1864 году военный инженер М. Бересков (он стал первым, кто придумал кумулятивный снаряд) открыл кумулятивный эффект, после чего начал испытание и применение разработок в разрушении твердых объектов. Военные были поражены, как действует кумулятивный снаряд на бронированную технику. Именно с этого момента западные ученые начали исследование данного эффекта.

С 1910 по 1926 годы продолжались исследовательские работы и создание разнотипных кумулятивных снарядов и мин. Целью этих опытов было нахождение правильной формы и материла, которые в совместном использовании могли пробивать объекты, имевшие большую толщину бронирования.

В 1935 году молодой немецкий ученый начал работы по созданию кумулятивных артиллерийских снарядов, которые активно использовались в начальном этапе Второй Мировой войны. Увидев потенциал кумулятивных снарядов, советские ученые на примере немецких боеприпасов начали разработку и производство собственного оружия. В 1942 году кумулятивные советские снаряды начали использоваться на артиллерийском оружии калибра 76 и 122 мм.

Устройство кумулятивного снаряда Второй Мировой войны

В середине 1950 года ученые США запатентовали новый тип кумулятивного снаряда, который обладал высокой стабилизацией во время полета и имел уникальную металлическую облицовку. В этом же году новый тип снарядов был принят на вооружение США.

В 1960 году создали уникальный кумулятивный снаряд имеющий новую структуру и материалы, которые во много раз превосходили кумулятивные снаряды Второй мировой войны. С этого момента были начаты упорные работы по улучшению уже имевшихся разработок.

В 1990 году был создан кумулятивный тандемный снаряд калибра 130 мм и имевший пробитие 800 мм.

Кумулятивный снаряд состоит из частей:

взрыватель;
головка;
кумулятивная воронка;
кольцо;
разрывной заряд;
капсюль детонатор;
фиксатор;
трассер;
стабилизатор;
корпус;
лопасть.

Принцип работы кумулятивного снаряда

Во время Великой Отечественной войны был разработан кумулятивный снаряд, принцип действия которого основывался на направленном взрыве. В нем установлена металлическая конусная воронка, которая имеет толщину стенок до одного сантиметра. Широкий край воронки повернут напрямую к мишени. После столкновения взрывателя с объектом создается давление, которое идет по конусу в центр снаряда.

в секунду, такую скорость имеет высвобождаемая снарядом обратная струя

После чего снаряд высвобождает под огромным давлением в обратную сторону металлическую струю, которая имеет скорость до 10 км в секунду. Высвобождаемая снарядом металлическая струя начинает входить в броню или в любой другой объект на высокой скорости, при этом игнорируя толщину объекта воздействия. Именно таков принцип работы кумулятивного снаряда.

Что такое кумулятивный снаряд? Если описать все более просто, то при воздействии кумулятивного снаряда броня под давлением превращается в жидкость.

Действие кумулятивной снаряда напрямую зависит от размера, используемого материала и объекта воздействия. Пробитие таких снарядов может превышать их калибр от пяти до десяти раз.

Кумулятивные боеприпасы и гранаты

Кумулятивное оружие, так как является очень эффективным, нашло свое применение в качестве гранат, используемых на ручных и винтовочных гранатометах. Такой тип снаряда может легко использоваться пехотой для среднебронированной техники в любых условиях.

Первыми кумулятивный боеприпас в виде гранаты использовали фашисты во Второй Мировой войне, где показали превосходные результаты и значительно усложнили использование легкобронированной техники в различных условиях.

Кумулятивный снаряд - фото пробитой брони

Первые кумулятивные гранаты имели массу до 3 кг, диаметр 15 см и вес содержащегося взрывчатого вещества до 1 кг. Далее ученые всего мира вели разработку универсальных кумулятивных гранат, которые в результате получили калибры 30, 40,80 и 90 мм. Пробитие составляло в среднем 300 мм. Такой тип снарядов использовался на РПГ и Базуках.

Тактико-технические характеристики:

Принцип действия кумулятивного заряда позволил использовать гранаты против легкобронированной техники. Они показали высокую эффективность к полному выводу из строя техники и экипажа.

Немецкая кумулятивная ракета «воздух-земля»

Тактико-технические характеристики ракеты «воздух-земля»:

Во время Второй Мировой войны, немецкими учеными была создана неуправляемая кумулятивная ракета типа «воздух - земля». Целью таких ракет являлось уничтожение вражеской бронированной техники с воздуха.

Кумулятивные ракеты имели высокую начальную скорость в 570 метров в секунду, калибр 130 мм и пробивную способность до 200 мм. В ходе исследовательской работы было создано три таких ракеты, после чего проект был свернут по неизвестным причинам.

Преимущества и недостатки кумулятивного оружия

Кумулятивные снаряды являются превосходным оружием, которое отлично справляется с бронированными целями. Такой тип оружия имеет как преимущества, так и недостатки.

Преимущества:

независимость от скорости полета снаряда;
пробитие до 1000 мм;
направленный взрыв и прожигание брони (принцип действия кумулятивного снаряда);
стабилизация.

Недостатки:

сложность изготовления;
сложное применение для разных типов орудий;
высокая уязвимость перед динамической защитой.
невозможность создать кумулятивный патрон.

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.