Кумулятивным эффектом в военном деле называют усиление разрушающего действия взрыва посредством его концентрации в определенном направлении. Явление этого рода у человека, незнакомого с принципом его действия, обычно вызывает удивление. Из-за маленькой дырки в броне при попадании кумулятивного снаряда танк часто полностью выходит из строя.
Где используется
Собственно сам кумулятивный эффект наблюдали, наверное, все без исключения люди. Возникает он, к примеру, при падении капли в воду. В этом случае на поверхности последней образуются воронка и тонкая струя, направленная вверх.
Использоваться кумулятивный эффект может, к примеру, в исследовательских целях. Создавая его искусственно, ученые ищут пути достижения высоких скоростей веществ — до 90 км/с. Также этот эффект используется в промышленности — в основном в горных разработках. Но наибольшее применение он, конечно же, нашел в военном деле. Боеприпасы, работающие на таком принципе, используются разными странами с начала прошлого века.
Конструкция снарядов
Каким же образом изготавливаются и работают боеприпасы этой разновидности? Возникает кумулятивный заряд в таких снарядах, благодаря их особому строению. В передней части боеприпасов этого типа имеется конусообразная воронка, стенки которой покрыты металлической облицовкой, толщина которой может быть меньше 1 мм или составлять несколько миллиметров. С противоположной к этой выемке стороны находится детонатор.
После срабатывания последнего, благодаря наличию воронки, и возникает разрушающий кумулятивный эффект. Детонационная волна начинает перемещаться вдоль оси заряда внутрь воронки. В результате стенки последней схлопываются. При сильном ударе в облицовке воронки резко, до 1010 Па, возрастает давление. Такие значения намного превосходят предел текучести металлов. Поэтому ведет он себя в данном случае подобно жидкости. В результате начинается формирование кумулятивной струи, остающейся очень твердой и имеющей большую поражающую способность.
Теория
Обусловливается появление струи металла при кумулятивном эффекте не плавлением последнего, а его резкой пластической деформацией. Как и жидкость, металл облицовки боеприпаса при схлопывании воронки образует две зоны:
-
собственно тонкую металлическую струю, перемещающуюся со сверхзвуковой скоростью вперед вдоль оси заряда;
-
пест-хвост, являющийся «хвостом» струи, на долю которого приходится до 90 % металлической облицовки воронки.
Скорость кумулятивной струи после взрыва детонатора зависит от двух основных факторов:
-
скорости детонации взрывчатки;
-
геометрии воронки.
Какими могут быть боеприпасы
Чем меньше угол конуса снаряда, тем быстрее перемещается струя. Но при изготовлении боеприпаса в данном случае к облицовке воронки предъявляются особые требования. Если она будет некачественной, струя, перемещающаяся с высокой скоростью, в последующем может разрушиться раньше времени.
Современные боеприпасы этого типа могут изготавливаться с воронками, угол которых равен 30-60 градусам. Скорость кумулятивный струй таких снарядов, возникающих после схлопывания конуса, достигает 10 км/с. Хвостовая часть при этом из-за большей массы имеет меньшую скорость - около 2 км/с.
Происхождение термина
Собственно само слово «кумуляция» произошло от латинского cumulatio. В переводе на русский этот термин обозначает «накопление» или «скопление». То есть, по-сути, в снарядах с воронкой происходит концентрация энергии взрыва в нужном направлении.
Немного истории
Таким образом кумулятивная струя — это длинное тонкое образование с «хвостом», жидкое и при этом плотное и жесткое, с огромной скоростью перемещающаяся вперед. Открыт такой эффект был достаточно давно — еще в XVIII веке. Первым предположение о том, что энергию взрыва можно сконцентрировать нужным образом высказал инженер Фрац фон Баадер. Этот ученый провел в том числе и несколько экспериментов, связанных с кумулятивным эффектом. Однако каких-либо значительных результатов ему в то время добиться не удалось. Дело в том, что Франц фон Баадер использовал в своих исследованиях черный порох, неспособный формировать детонационные волны нужной силы.
Впервые боеприпасы, работающие по кумулятивному принципу, были созданы после изобретения высокобризантных взрывчаток. В те времена кумулятивный эффект одновременно и независимо друг от друга открыли несколько человек:
-
российский военный инженер М. Борисков — в 1864 г;
-
капитан Д. Андриевский — в 1865 г;
-
европеец Макс фон Форстер — в 1883 г;
-
американский химик Ч. Мунро — в 1888 г.
В Советском Союзе в 20-х годах кумулятивным эффектом занимался профессор М. Сухаревский. На практике же военные столкнулись с ним впервые во время ВОВ. Произошло это в самом начале боевых действий — летом 1941 года. Немецкие кумулятивные снаряды оставляли в броне советских танков небольшие оплавленные отверстия. Поэтому первоначально их называли бронепрожигающими.
На вооружение советской армии такие снаряды БП-0350А были приняты уже в 42-м году. Разработали их отечественные инженеры и ученые на основе трофейных немецких боеприпасов.
Почему пробивает броню: принцип действия кумулятивной струи
В годы ВОВ войны особенности «работы» таких снарядов еще не были хорошо изучены. Именно поэтому в отношении них и применялось название «бронепрожигающие». Позднее, уже в 49 году, эффектом кумуляции у нас в стране занялись вплотную. В 1949 году российский ученый М. Лаврентьев создает теорию кумулятивных струй и получает за это сталинскую премию.
В конечном итоге исследователям удалось выяснить, что высокая пробивная способность снарядов этого типа с большими температурами абсолютно никак не связана. При взрыве детонатора происходит формирование кумулятивной струи, которая при контакте с броней танка создает на ее поверхности огромное давление в несколько тонн на квадратный сантиметр. Такие показатели превышают в том числе и предел текучести металла. В результате в броне и образуется отверстие диаметром в несколько сантиметров.
Струи современных боеприпасов этого типа способны прошивать танки и другую бронетехнику буквально насквозь. Давление при их воздействии на броню действительно создается огромное. Температура кумулятивной струи снаряда же обычно невысока и не выходит за значения в 400-600 °С. То есть собственно прожигать броню или плавить ее она не может.
Сам кумулятивный снаряд в прямой контакт с материалом стенок танка не вступает. Взрывается он на некотором расстоянии. Двигаются части кумулятивной струи после ее выброса с неодинаковой скоростью. Поэтому в процессе полета она начинает растягиваться. При достижении же расстояния на 10-12 диаметров воронки струя распадается. Соответственно, наибольшее разрушающее воздействие она может оказывать на броню танка тогда, когда достигнет максимальной длины, но еще не начнет разрушаться.
Поражение экипажа
Пробившая броню кумулятивная струя проникает во внутреннее пространство танка с высокой скоростью и может поразить в том числе и членов экипажа. В момент ее прохождения сквозь броню от последней отрываются куски металла и его разжиженные капли. Такие осколки, конечно же, также имеют сильное поражающее действие.
Проникшая внутрь танка струя, а также куски металла, летящие с огромной скоростью, могут попасть в том числе и в боевые запасы машины. В этом случае последние загорятся и произойдет взрыв. Именно таким образом и действуют кумулятивные снаряды.
Достоинства и недостатки
Какими же преимуществами отличаются кумулятивные снаряды. В первую очередь к их плюсам военные относят то, что, в отличие от подкалиберных, способность их пробивать броню не зависит от их скорости. Такими снарядами можно стрелять в том числе и из легких орудий. Также такие заряды достаточно удобно использовать в реактивных грантах. К примеру, именно таким образом ручной противотанковый гранатомет РПГ-7. Кумулятивная струя такого оружия броню танков с высокой эффективностью. На вооружении российский гранатомет РПГ-7 стоит еще и сегодня.
Заброневое действие кумулятивной струи может быть очень разрушительным. Очень часто она убивает одного или двух членов экипажа и вызывает взрыв запасов боеприпасов.
Основным же недостатком такого вооружения считается неудобство его применения «артиллерийским» способом. В большинстве случаев в полете снаряды стабилизируются вращением. В кумулятивных же боеприпасах оно может вызывать разрушение струи. Поэтому военные инженеры всячески добиваются снижения вращения таких снарядов в полете. Применяться для этого могут самые разные способы.
К примеру, в таких боеприпасах может применяться специальная текстура облицовки. Также для у снаряды этого типа часто дополняются вращающимся корпусом. В любом случае применять такие заряды удобнее все же в низкоскоростных боеприпасах или вообще неподвижных. Это могут быть, к примеру, реактивные гранаты, снаряды легких пушек, мины, ПТУРы.
Пассивная защита
Конечно же, сразу же после того, как на вооружении армий появились кумулятивные заряды, начали разрабатываться и средства, позволяющие воспрепятствовать поражению ими танков и другой тяжелой военной техники. Для защиты были разработаны специальные вынесенные экраны, устанавливаемые на некотором расстоянии от брони. Такие средства изготавливаются из стальных решеток и металлической сетки. Действие кумулятивной струи на броню танка при их наличии сводится на нет.
Поскольку при попадании в экран снаряд взрывается на значительном расстоянии от брони, струя успевает разрушаться до того, как ее достигнет. Кроме того, некоторые разновидности таких экранов способны разрушать контакты детонатора кумулятивного боеприпаса, в результате чего последний просто-напросто не взрывается вообще.
Из чего может изготавливаться защита
Во время ВОВ в советской армии применялись достаточно массивные стальные экраны. Иногда они могли изготавливаться из стали 10 мм и выноситься на 300-500 мм. Немцы же во время войны повсеместно использовали более легкую защиту из стальной сетки. На настоящий момент некоторые прочные экраны способны защищать танки даже от осколочных фугасных снарядов. Вызывая детонацию на некотором расстоянии от брони, они снижают степень воздействия на машину ударной волны.
Иногда в настоящее время для танков применяются и многослойные защитные экраны. К примеру, за машину может выноситься на 150 мм лист стали на 8 мм, после чего пространство между ним и броней заполняется легким материалом — керамзитом, стекловатой и пр. Далее поверх такого экрана выносится на 300 мм еще и стальная сетка. Такая приспособления способны защитить машину практически от всех видов боеприпасов с БВВ.
Динамичная защита
Такой экран по-другому называется реактивной броней. Впервые защита этой разновидности в Советском Союзе были испытана в 40-е годы инженером С. Смоленским. Первые опытные образцы были разработаны в СССР в 60-е годы. Производить же и использовать такие средства защиты у нас в стране начали только в 80-х годах прошлого века. Объясняется такая задержка в развитии реактивной брони тем, что первоначально она была признана бесперспективной.
Очень долгое время защиту этого типа не использовали и американцы. Первыми активно применять реактивную броню начали израильтяне. Инженеры этой страны заметили, что при взрыве запасов боеприпасов внутри танка кумулятивная струя не пробивает машины насквозь. То есть контрвзрыв способен в какой-то мере ее сдерживать.
Активно использовать динамичную защиту от кумулятивных снарядов Израиль начал в 70-х годах прошлого века. Назывались такие приспособления «Блейзер», изготавливалась в виде съемных контейнеров и размещалась снаружи брони танка. В качестве разрывного заряда в них использовались ВВ Semtex на основе гексогена.
Позднее динамическая защита танков от кумулятивных снарядов постепенно совершенствовалась. На настоящий момент в России, к примеру, используются системы «Малахит», представляющие собой комплексы с электронным управлением подрыва. Такой экран способен не только эффективно противодействовать кумулятивным снарядам, но и разрушать самые современные натовские подкалиберные DM53 и DM63, разработанные специально для уничтожения российских динамических защит предыдущего поколения.
Как ведет себя струя под водой
В некоторых случаях кумулятивный эффект боеприпасов может уменьшаться. К примеру, кумулятивная струя под водой ведет себя особым образом. В таких условиях она распадается уже на расстоянии 7 диаметров воронки. Дело в том, что при больших скоростях пробивать воду струе примерно также "тяжело", как и металл.
На советских кумулятивных боеприпасах для применения под водой, к примеру, устанавливались специальные насадки, способствующие формированию струи и укомплектованные утяжелителями.
Интересные факты
Конечно же, в России на настоящий момент ведется работа по совершенствованию в том числе и самого кумулятивного вооружения. Современные отечественные гранаты этой разновидности, к примеру, способны пробить слой металла толщиной более метра.
Используется оружие этой разновидности разными странами мира уже достаточно давно. Однако о нем до сих пор ходят разного рода легенды и мифы. Так, к примеру, иногда в Сети можно встретить информацию от том, что кумулятивные струи при попадании во внутреннее пространство танка способны вызвать настолько резкий скачек давления, что это приводит к гибели экипажа. О таком эффекте кумулятивных волн в интернете зачастую рассказывают страшные истории в том числе и сами военные. Существует даже мнение о том, что российские танкисты во время боевых действий специально ездят с открытыми люками для того, чтобы сбросить давление в случае попадания кумулятивного снаряда.
Однако, согласно законам физики, подобного эффекта металлическая струя вызывать не может. Снаряды этого типа просто концентрируют энергию взрыва в определенном направлении. На вопрос о том, кумулятивная струя прожигает или пробивает броню, есть, таким образом, очень простой ответ. При встрече с материалом стенок танка она тормозиться и действительно оказывает на него сильное давление. В результате металл начинает растекаться по сторонам и вымываться каплями на большой скорости внутрь танка.
Разжижается материал в этом случае именно из-за давления. Температура кумулятивной струи невысока. При этом и никакой значимой ударной волны сама она, конечно же, не создает. Тело человека струя способна пробивать насквозь. Также серьезной поражающей силой обладают и капли жидкого металла, оторвавшиеся от самой брони. В отверстие же, проделанное струей в броне, не способна проникнуть даже ударная волна от взрыва самого боеприпаса. Соответственно, и никакого избыточного давления внутри танка не возникает.
Согласно законам физики, ответ на вопрос о том, кумулятивная струя пробивает или прожигает броню, таким образом, очевиден. При контакте с металлом она просто разжижает его и проходит внутрь машины. Избыточного же давления же за броней она не создает. Поэтому открывать люк машины при применении противником таких боеприпасов, конечно же, не стоит. Ко всему прочему, это, наоборот, увеличивает риск контузии или гибели членов экипажа. В открытый люк может проникнуть и взрывная волна от самого снаряда.
Опыты с водой и желатиновой броней
Воссоздать кумулятивный эффект при желании можно даже в домашних условиях. Для этого понадобятся дистиллированная вода и высоковольтный разрядник. Последний можно изготовить, к примеру, из кабеля, припаяв к его оплетке соосно с основной жилой медную шайбу. Далее центральный провод нужно соединить с конденсатором.
Роль воронки в этом эксперименте может исполнить мениск, образующийся в тонкой бумажной трубке. Разрядник и капилляр нужно соединить тонкой эластичной трубкой. Далее следует налить воду в трубку с помощью шприца. После образования мениска на расстоянии примерно в 1 см от разрядника нужно завести конденсатор и замкнуть контур закрепленным на изолирующей штанге проводником.
В области пробоя при таком домашнем эксперименте разовьется большое давление. Ударная волна побежит к мениску и схлопнет его.
