Ударное ядро (Явления кумулятивного эффекта и ударного ядра)

В настоящее время все, кто хоть немного интересуется военным делом, знают о существовании так называемых кумулятивных снарядов, которые предназначены для пробивания брони. Общеизвестно о высокой пробивной способности таких снарядов. Даже граната ручного гранатомета РПГ-7 способна пробить 100 мм. брони. Ракеты комплексов ПТУР способны пробивать до 500 м. брони. Казалось бы, что извечный спор брони и снаряда окончательно выигран снарядом. Ведь практически невозможно создать танк с броней такой толщины. Но как всегда, на всякое действие есть противодействие. Очень быстро выяснили, что если взрыв снаряда вызвать преждевременно, т.е. на некотором расстоянии от брони, то кумулятивный эффект пропадает. Раскаленная струя рассеивается. Борта танков стали защищать тонкими листами металла и даже резины, отнесенным на некоторое расстояние от основной брони. Главное заставить сработать взрыватель. На это противодействие были изобретены так называемые тандемные снаряды, т.е. в одном снаряде находится два снаряда один за другим. Первый пробивает экран, второй основную броню. На это коварство был найден достойный ответ - активная броня. При воздействии на корпус танка кумулятивной струей, взрываются размещенные на броне контейнеры с взрывчатым веществом, ударная волна которых нейтрализует воздействие кумулятивной струи. Спор снаряда с броней продолжается.

Около 15 лет назад появился как сам термин "ударное ядро", так и боеприпасы, бронепробивное действие которых основано на принципе так называемого "ударного ядра". Автору пока неизвестны артиллерийские снаряды, работающие на этом принципе, но вот инженерные боеприпасы, а именно, противотанковые мины этого типа существуют уже давно. Так еще в 1983 году на вооружение Советской Армии поступила противотанковая противобортовая мина ТМ-83. В Швеции имеется подобная мина Type-14 (См. снимок). Аналоги этих мин имеются и в других странах. Эти мины устанавливаются на расстоянии нескольких метров от дороги, по которой идет танк. При взрыве мины образуется ударное ядро, которое сохраняет свою пробивную способность на дистанции до 30-40 метров от места взрыва. При испытании танка Т-72 на стойкость брони к мине ТМ-83 обнаружилось, что ударное ядро пробило бортовой экран, борт, противоположный борт, противоположный бортовой экран. Танк находился на расстоянии 15 метров от мины. Отверстие имело диаметр 3-3.5 см.

Самое любопытное в ударном ядре это то, что взрыв должен произойти на расстоянии более 1-1.5 метров от брони. Ударное ядро сформировывается именно на расстоянии около 1-2 метров от места взрыва боеприпаса и далее летит в неизменном виде около 30-40 метров, после чего вследствие трения о воздух теряет свою кинетическую энергию, высокую температуру и рассеивается.

Явление кумулятивного эффекта случайно открыл английский ученый взрывник Форстер в 1883 году, исследуя взрывные характеристики модного тогда ВВ динамита. Практическое применение кумулятивному эффекту нашли немецкие конструкторы боеприпасов в 1938 году. Впервые кумулятивные снаряды применили немецкие артиллеристы против советских танков в конце 1941 года, когда выяснилась полная неспособность немецких 37 мм. и 47 мм. противотанковых пушек пробить броню Т-34 и КВ. На рисунке оперенный надкалиберный бронебойный кумулятивный снаряд к немецкой 37 мм. противотанковой пушке

Физика ударного ядра, впрочем, как и физика самого кумулятивного эффекта до конца не выяснена. Нет и однозначного ответа - что собой представляет кумулятивная струя, ударное ядро. Ряд специалистов полагают, что под воздействием высокого давления и температуры в области взрыва материя переходит в состояние плазмы, чем и объясняется ее высокая кинетическая энергия. Другие справедливо возражают, что энергия не берется ниоткуда, а лишь может переходить из одного вида в другой. А потенциальной энергии данного количества взрывчатки явно недостаточно для перехода материи в плазменное состояние. Однако явление-то существует! Впрочем, по всем законам аэродинамики  и майский жук летать не может, а он таки, подлец, летает!

Есть одна небольшая теорийка, которая если не объясняет полностью явление кумуляции и ударное ядро, то достаточно наглядно иллюстрирует эти явления. Все в своей жизни достаточно часто видели дождь, видели, как падают капли дождя в лужи. Видели, как из лужи в месте падения капли вверх подпрыгивает струйка воды, как от нее отрывается капелька, продолжающая свое движение вверх. Такая капелька имеет довольно высокую скорость. Во всяком случае, по босым ногам бьет чувствительно. Казалось бы, что при попадании капли дождя в лужу, эта капля должна просто уйти в глубину воды, раствориться в своей родной среде.

Исследователь Ф. Киллинг, снимая высокоскоростной кинокамерой явления, происходящие в момент попадания капли воды на водную поверхность, обнаружил все то же явление кумуляции, что и при взрыве кумулятивного боеприпаса, только с обратным знаком. Исследовать то, что происходит при взрыве снаряда невозможно по ряду технических причин. А вот вода позволяет отследить все фазы этого процесса. Рассмотрим очень упрощенно процессы, происходящие при падении капли в воду. Рассматривать подробно и во всех промежуточных фазах мы не можем, будучи ограничены размерами статьи. У Киллинга развитие процесса падения капли и образования кумулятивной струи и ударного ядра отслеживаются более чем на 100 снимках.

Первый этап для нас неинтересен. Капля приближается к поверхности. Впрочем, здесь интересно, что капля в полете имеет вовсе не ту форму, как все думают, а вид утолщенного диска. "Каплевидную форму" капля имеет только в момент отрыва ее от крана.

Этап второй. Капля внедряется в поверхность воды. Она еще сохраняет свою целостность и ведет себя подобно камню. Начинается процесс образования воронки.

Промежуточные этапы опускаем, т.к. они для нас неинтересны и лишь подробно описывают изменение поведения капли от поведения подобно камню, до ее полного разрушения.

Третий этап. Мы видим воронку параболообразной формы. Давление воды в области, окружающей воронку значительно превышает давление воды в целом в данной водной среде. Этот момент можно приравнять к моменту начала процесса взрыва взрывчатого вещества. Т.е. с этого момента явления, происходящие в боеприпасе и в воде идентичны.

Этап четвертый. Микрокапельки воды под воздействием давления устремляются в геометрический центр параболы. Это фокус кумуляции. При взрыве боеприпаса это место максимального давления.

Этап пятый. Капельки сливаются в единую струю, идущую с большой скоростью вверх. Это и есть кумулятивная струя. При взрыве боеприпаса такая струя и пробивает броню. Кто видел пробоины от кумулятивных снарядов, тот не мог не заметить, что отверстие в броне от такого снаряда намного меньше его калибра. Естественно. Толщина струи намного меньше диаметра воронки.

Этап шестой. Те микрокапельки, которые оказались в передовой части струи получают достаточно большую кинетическую энергию и устремляются далеко вверх. Происходит формирование ударного ядра. Наблюдая, падение капли в воду, в этот момент мы видим подпрыгнувшую довольно далеко вверх каплю из того места, куда упала дождевая капля.

Этап седьмой, заключительный. Ударное ядро продолжает свое движение, а остальные капельки воды, израсходовав свою энергию, начинают возвращаться обратно в водную среду.

Здесь достаточно наглядно ясно, что кумулятивная струя существует довольно непродолжительное время и неизбежно разрушается. Поэтому, если на пути снаряда стоит экран, то кумулятивная струя, сформировавшись при встрече снаряда с экраном, пройдя путь до брони уже разрушается, а для образования ударного ядра не хватило пространства. Если же боеприпас подорвать на достаточном удалении от экрана, то сформировавшееся ударное ядро, имея высокую кинетическую энергию, легко пробивает и экран и броню.

Заметки на полях. Может быть кто-либо из читателей проинформирует меня об артснарядах, использующих эффект ударного ядра? Калибры, марки, в каких орудиях применяются. Способ обеспечения подрыва снаряда на строго вымеренном удалении от брони. Источники сведений. Только прошу не ссылаться на литературные источники. Там та-а-а-кого могут понаписать!

Веремеев Ю.Г.
Сапер