Кумулятивный заряд — это взрывной заряд, сформированный для фокусировки эффекта энергии взрывчатого вещества. Различные типы кумулятивных зарядов используются для различных целей, таких как резка и формовка металла, инициирование ядерного оружия , пробивание брони или перфорация скважин в нефтегазовой промышленности .
Типичный современный кумулятивный заряд с металлической облицовкой в полости заряда может пробивать стальную броню на глубину, в семь и более раз превышающую диаметр заряда (диаметр заряда, CD), хотя были достигнуты глубины в 10 CD и более [1] [2] . Вопреки заблуждению, возможно, возникшему из-за аббревиатуры фугасного противотанкового оружия , HEAT, эффективность кумулятивного заряда никоим образом не зависит от нагрева или плавления; то есть струя кумулятивного заряда не проплавляет броню, поскольку ее действие носит чисто кинетический характер [3] – однако этот процесс создает значительное тепло и часто имеет значительный вторичный зажигательный эффект после проникновения.
Эффект Манро или Неймана — это фокусировка энергии взрыва полостью или разрезом на поверхности взрывчатого вещества. Самые ранние упоминания о полых зарядах относятся к 1792 году. Франц Ксавьер фон Баадер (1765–1841) был немецким горным инженером того времени; в журнале по горному делу он отстаивал идею конического пространства на переднем конце взрывчатого заряда для увеличения эффекта взрывчатого вещества и, таким образом, экономии пороха. [4] Идея была принята на некоторое время в Норвегии и на шахтах гор Гарц в Германии, хотя единственным доступным взрывчатым веществом в то время был порох, который не является бризантным взрывчатым веществом и, следовательно, не способен производить ударную волну , которая требуется для эффекта кумулятивного заряда. [5]
Первый настоящий эффект кумулятивного заряда был достигнут в 1883 году Максом фон Ферстером (1845–1905), [6] руководителем нитроцеллюлозной фабрики Wolff & Co. в Вальсроде , Германия. [7] [8]
К 1886 году Густав Блюм из Дюссельдорфа , Германия, подал заявку на патент США 342,423 на полусферические полости металлических детонаторов для концентрации эффекта взрыва в осевом направлении. [9] Эффект Манро назван в честь Чарльза Э. Манро , который открыл его в 1888 году. Будучи гражданским химиком, работавшим на Военно-морской торпедной станции США в Ньюпорте, штат Род-Айленд , он заметил, что когда блок взрывчатого пироксилина с выбитым на нем названием производителя детонировал рядом с металлической пластиной, надпись вырезалась на пластине. И наоборот, если буквы были рельефно подняты над поверхностью взрывчатого вещества, то буквы на пластине также были бы подняты над ее поверхностью. [10] В 1894 году Манро сконструировал свой первый грубый кумулятивный заряд: [11] [12]
Среди проведенных экспериментов... был один на безопасном кубе со стороной двадцать девять дюймов, со стенками толщиной четыре дюйма и три четверти, сделанном из пластин железа и стали... Когда на нем был взорван пустотный заряд динамита весом девять с половиной фунтов и не утрамбованный, в стене образовалось отверстие диаметром три дюйма... Полый патрон был сделан путем привязывания динамитных шашек к консервной банке, открытая горловина которой была направлена вниз. [13]
Хотя эксперимент Манро с кумулятивным зарядом был широко опубликован в 1900 году в Popular Science Monthly , важность жестяной «вкладыша» полого заряда оставалась непризнанной в течение следующих 44 лет. [14] Часть этой статьи 1900 года была перепечатана в выпуске Popular Science за февраль 1945 года , [15] описывая, как работают боеголовки с кумулятивным зарядом. Именно эта статья наконец раскрыла широкой публике, как на самом деле работала базука армии США против бронетехники во время Второй мировой войны.
В 1910 году Эгон Нойман из Германии обнаружил, что блок тротила , который обычно оставляет вмятину на стальной пластине, пробивает в ней отверстие, если взрывчатое вещество имеет коническую выемку. [16] [17] Военная полезность работы Манро и Ноймана долгое время оставалась недооцененной. Между мировыми войнами ученые в нескольких странах — Мирон Яковлевич Сухаревский в Советском Союзе [18] , Уильям Х. Платеж и Дональд Уитли Вудхед в Великобритании [19] и Роберт Уильямс Вуд в США [20] — признали, что во время взрывов могут образовываться снаряды.
В 1932 году Франц Рудольф Томанек, студент физики в Венской высшей технической школе , задумал противотанковый снаряд, основанный на эффекте кумулятивного заряда. Когда австрийское правительство не проявило интереса к продолжению этой идеи, Томанек перешел в Берлинскую высшую техническую школу , где продолжил обучение под руководством эксперта по баллистике Карла Юлиуса Кранца. [21] Там в 1935 году он и Хельмут фон Хуттерн разработали прототип противотанкового снаряда. Хотя эффективность оружия оказалась разочаровывающей, Томанек продолжил свою опытно-конструкторскую работу, сотрудничая с Хубертом Шардином в Институте вооружения ВВС в Брауншвейге. [22]
К 1937 году Шардин считал, что эффекты кумулятивного заряда были вызваны взаимодействием ударных волн. Именно во время проверки этой идеи 4 февраля 1938 года Томанек задумал кумулятивное взрывчатое вещество (или Hohlladungs-Auskleidungseffekt (эффект кумулятивного заряда)). [23] (Именно Густав Адольф Томер в 1938 году впервые визуализировал с помощью импульсной радиографии металлическую струю, полученную при взрыве кумулятивного заряда. [24] ) Тем временем Генри Ганс Мохаупт , инженер-химик из Швейцарии, в 1935 году независимо разработал кумулятивный боеприпас, который был продемонстрирован швейцарским, французским, британским и американским военным. [25]
Во время Второй мировой войны кумулятивные боеприпасы были разработаны Германией ( Panzerschreck , Panzerfaust , Panzerwurfmine , Mistel ), Великобританией ( граната No. 68 AT , PIAT , заряд Beehive cratering), Советским Союзом ( РПГ-43 , РПГ-6 ), США ( винтовочная граната M9 , базука ) [26] [27] и Италией ( снаряды Effetto Pronto Speciale для различных артиллерийских орудий). [28] Разработка кумулятивных зарядов произвела революцию в противотанковой войне . Танки столкнулись с серьезной уязвимостью от оружия, которое могло переноситься пехотинцем или самолетом.
Одно из самых ранних применений кумулятивных зарядов было совершено немецкими войсками, десантируемыми на планерах, против бельгийского форта Эбен-Эмаэль в 1940 году. [29] Эти подрывные заряды, разработанные доктором Вюльфкеном из Немецкого управления вооружений, представляли собой взрывчатые заряды без подкладки [30] и не создавали металлической струи, как современные боеголовки HEAT. Из-за отсутствия металлической подкладки они сотрясали башни, но не разрушали их, и другие воздушно-десантные войска были вынуждены взбираться на башни и разбивать стволы орудий. [31]
Общим термином в военной терминологии для кумулятивных боеголовок является фугасная противотанковая (HEAT) боеголовка. Кумулятивные боеголовки часто используются в противотанковых управляемых ракетах , неуправляемых ракетах , артиллерийских снарядах (как вращающихся ( стабилизированных вращением ), так и невращающихся), винтовочных гранатах , наземных минах , бомбах малого калибра , торпедах и различных других видах оружия.
Во время Второй мировой войны точность конструкции заряда и его режим детонации были ниже, чем у современных боеголовок. Эта более низкая точность привела к тому, что струя искривлялась и распадалась раньше и, следовательно, на меньшем расстоянии. Полученное рассеивание уменьшило глубину проникновения для заданного диаметра конуса, а также сократило оптимальное расстояние отступа. Поскольку заряды были менее эффективны при большем расстоянии, боковые и башенные юбки (известные как Schürzen ), установленные на некоторых немецких танках для защиты от обычных противотанковых ружей [32], по счастливой случайности давали струе пространство для рассеивания и, следовательно, также уменьшали проникновение кумулятивных снарядов. [ необходима цитата ]
Использование дополнительных разнесенных броневых юбок на бронетехнике может иметь противоположный эффект и фактически увеличить проникновение некоторых кумулятивных боеголовок. Из-за ограничений по длине снаряда/ракеты встроенное расстояние отступа на многих боеголовках меньше оптимального расстояния. В таких случаях юбок эффективно увеличивает расстояние между броней и целью, и боеголовка детонирует ближе к своему оптимальному расстоянию. [33] Юбку не следует путать с решетчатой броней , которая в основном используется для повреждения системы взрывателя снарядов РПГ-7 , но также может привести к тому, что кумулятивный снаряд будет наклоняться вверх или вниз при ударе, удлиняя путь проникновения для проникающего потока кумулятивного заряда. Если носовой зонд ударяется об одну из планок решетчатой брони, боеголовка будет функционировать как обычно.
В невоенных целях кумулятивные заряды используются для взрывного сноса зданий и сооружений , в частности для прорезания металлических свай, колонн и балок [34] [35] [36] и для бурения отверстий. [37] В сталелитейном производстве небольшие кумулятивные заряды часто используются для прокалывания забитых шлаком отверстий. [37] Их также используют при разработке карьеров, разломе льда, разломе заторов из бревен, валке деревьев и бурении отверстий для столбов. [37]
Кумулятивные заряды наиболее широко используются в нефтяной и газовой промышленности, в частности при заканчивании нефтяных и газовых скважин , где они взрываются для перфорации металлической обсадки скважины с интервалами, чтобы обеспечить приток нефти и газа. [38] [39] Другое применение в промышленности — тушение пожаров нефти и газа путем лишения огня кислорода.
Кумулятивный заряд весом 4,5 кг (9,9 фунта) использовался в миссии Hayabusa2 на астероиде 162173 Ryugu . Космический корабль сбросил взрывное устройство на астероид и взорвал его, когда космический корабль находился за укрытием. Детонация вырыла кратер шириной около 10 метров, чтобы обеспечить доступ к нетронутому образцу астероида. [40]
Типичное устройство состоит из сплошного цилиндра взрывчатого вещества с металлической конической полостью на одном конце и центральным детонатором , массивом детонаторов или волноводом детонации на другом конце. Взрывная энергия высвобождается непосредственно от ( нормально к ) поверхности взрывчатого вещества, поэтому формирование взрывчатого вещества будет концентрировать взрывную энергию в пустоте. Если полость имеет правильную форму, обычно коническую, огромное давление, создаваемое детонацией взрывчатого вещества, толкает облицовку в полой полости внутрь, чтобы она схлопнулась по ее центральной оси.
В результате столкновения формируется и проецируется высокоскоростная струя металлических частиц вперед вдоль оси. Большая часть материала струи исходит из самой внутренней части лайнера, слоя толщиной около 10–20 % от толщины. Остальная часть лайнера образует медленно движущуюся порцию материала, которую из-за ее внешнего вида иногда называют «морковкой».
Из-за изменения скорости коллапса вдоль лайнера скорость струи также меняется по его длине, уменьшаясь от фронта. Это изменение скорости струи растягивает ее и в конечном итоге приводит к ее распаду на частицы. Со временем частицы имеют тенденцию выпадать из выравнивания, что уменьшает глубину проникновения при больших расстояниях.
На вершине конуса, который образует самый фронт струи, лайнер не успевает полностью разогнаться, прежде чем сформирует свою часть струи. Это приводит к тому, что его небольшая часть струи выбрасывается с меньшей скоростью, чем струя, образованная позже за ним. В результате начальные части струи сливаются, образуя выраженную более широкую концевую часть.
Большая часть струи движется с гиперзвуковой скоростью. Наконечник движется со скоростью от 7 до 14 км/с, хвост струи — с меньшей скоростью (от 1 до 3 км/с), а пуля — с еще меньшей скоростью (менее 1 км/с). Точные скорости зависят от конфигурации и ограничения заряда, типа взрывчатого вещества, используемых материалов и режима инициирования взрывчатого вещества. При типичных скоростях процесс проникновения создает такие огромные давления, что его можно считать гидродинамическим ; в хорошем приближении струю и броню можно рассматривать как невязкие , сжимаемые жидкости (см., например, [41] ), игнорируя прочность их материалов.
Недавняя методика, использующая анализ магнитной диффузии, показала, что температура внешних 50% по объему наконечника медной струи во время полета составляла от 1100 К до 1200 К, [42] что гораздо ближе к точке плавления меди (1358 К), чем предполагалось ранее. [43] Эта температура согласуется с гидродинамическим расчетом, который моделировал весь эксперимент. [44] Для сравнения, двухцветные радиометрические измерения конца 1970-х годов указывают на более низкие температуры для различных материалов облицовки кумулятивного заряда, конструкции конуса и типа взрывчатого наполнителя. [45]
Кумулятивный заряд, загруженный Comp-B с медной облицовкой и заостренной конической вершиной, имел температуру кончика струи в диапазоне от 668 К до 863 К в течение пяти выстрелов выборки. Заряды, загруженные Octol с закругленной конической вершиной, как правило, имели более высокие температуры поверхности со средним значением 810 К, а температура оловянно-свинцовой облицовки с заполнением Comp-B составляла в среднем 842 К. В то время как струя оловянно-свинцового состава была определена как жидкая, медные струи находятся значительно ниже точки плавления меди. Однако эти температуры не полностью согласуются с доказательствами того, что мягкие восстановленные частицы медной струи показывают признаки плавления в ядре, в то время как внешняя часть остается твердой и не может быть приравнена к объемной температуре. [46]
Расположение заряда относительно цели имеет решающее значение для оптимального проникновения по двум причинам. Если заряд детонирует слишком близко, струе не хватает времени для полного развития. Но струя распадается и рассеивается на относительно коротком расстоянии, обычно значительно меньше двух метров. При таких зазорах она распадается на частицы, которые имеют тенденцию падать и дрейфовать от оси проникновения, так что последующие частицы имеют тенденцию расширять, а не углублять отверстие. При очень больших зазорах скорость теряется из-за сопротивления воздуха , что еще больше ухудшает проникновение.
Ключом к эффективности кумулятивного заряда является его диаметр. По мере того, как проникновение продолжается через цель, ширина отверстия уменьшается, что приводит к характерному действию «кулак в палец», где размер конечного «пальца» основан на размере исходного «кулака». В общем, кумулятивные заряды могут пробить стальную пластину толщиной от 150% до 700% [47] от их диаметра, в зависимости от качества заряда. Эта цифра относится к базовой стальной пластине, а не к композитной броне , реактивной броне или другим типам современной брони.
Наиболее распространенная форма лайнера — коническая , с внутренним углом при вершине от 40 до 90 градусов. Различные углы при вершине дают разное распределение массы и скорости струи. Малые углы при вершине могут привести к бифуркации струи или даже к полному отказу от формирования струи; это объясняется тем, что скорость коллапса превышает определенный порог, обычно немного превышающий объемную скорость звука в материале лайнера. Другие широко используемые формы включают полусферы, тюльпаны, трубы, эллипсы и биконусы; различные формы дают струи с различным распределением скорости и массы.
Подкладки изготавливались из многих материалов, включая различные металлы [48] и стекло. Самые глубокие проникновения достигаются с плотным, пластичным металлом, и очень распространенным выбором была медь . Для некоторых современных противотанковых средств были приняты молибден и псевдосплавы вольфрамового наполнителя и медного связующего (9:1, таким образом, плотность составляет ≈18 Мг/м3 ) . Были опробованы почти все распространенные металлические элементы, включая алюминий , вольфрам , тантал , обедненный уран , свинец , олово , кадмий , кобальт , магний , титан , цинк , цирконий , молибден , бериллий , никель , серебро и даже золото и платину . [ необходима цитата ] Выбор материала зависит от цели, через которую нужно пробить; например, алюминий оказался выгодным для бетонных целей.
В ранних противотанковых орудиях медь использовалась в качестве материала для футеровки. Позже, в 1970-х годах, было обнаружено, что тантал превосходит медь из-за своей гораздо более высокой плотности и очень высокой пластичности при высоких скоростях деформации. Другие металлы и сплавы с высокой плотностью, как правило, имеют недостатки с точки зрения цены, токсичности, радиоактивности или отсутствия пластичности. [49]
Для самых глубоких проникновений чистые металлы дают наилучшие результаты, поскольку они демонстрируют наибольшую пластичность, которая задерживает распад струи на частицы по мере ее растяжения. Однако в зарядах для завершения нефтяных скважин важно, чтобы не образовывалась твердая пробка или «морковка», поскольку она закупорит только что пробитое отверстие и помешает притоку нефти. Поэтому в нефтяной промышленности лайнеры обычно изготавливаются методом порошковой металлургии , часто из псевдосплавов , которые, если их не спекать , дают струи, состоящие в основном из дисперсных мелких металлических частиц.
Однако неспеченные холоднопрессованные вкладыши не являются водонепроницаемыми и, как правило, хрупкими , что делает их легко повреждаемыми во время обработки. Можно использовать биметаллические вкладыши, обычно оцинкованные медные; во время формирования струи слой цинка испаряется, и слизь не образуется; недостатком является повышенная стоимость и зависимость формирования струи от качества соединения двух слоев. Можно использовать припои с низкой температурой плавления (ниже 500 °C) или сплавы, подобные твердым припоям (например, Sn 50 Pb 50 , Zn 97,6 Pb 1,6 , или чистые металлы, такие как свинец, цинк или кадмий); они плавятся до того, как достигнут обсадной трубы скважины, и расплавленный металл не закупоривает отверстие. Другие сплавы, бинарные эвтектики (например, Pb 88,8 Sb 11,1 , Sn 61,9 Pd 38,1 или Ag 71,9 Cu 28,1 ), образуют композиционный материал с металлической матрицей с пластичной матрицей и хрупкими дендритами ; такие материалы уменьшают образование сгустков, но их трудно формовать.
Другой вариант — композит на основе металлической матрицы с дискретными включениями легкоплавкого материала; включения либо расплавляются до того, как струя достигает обсадной трубы скважины, ослабляя материал, либо служат очагами зарождения трещин , и слиток распадается при ударе. Дисперсия второй фазы может быть достигнута также с помощью литьевых сплавов (например, меди) с легкоплавким металлом, нерастворимым в меди, таким как висмут, 1–5% лития или до 50% (обычно 15–30%) свинца; размер включений можно регулировать термической обработкой. Также можно добиться неоднородного распределения включений. Другие добавки могут изменять свойства сплава; олово (4–8%), никель (до 30% и часто вместе с оловом), до 8% алюминия, фосфор (образующий хрупкие фосфиды) или 1–5% кремния образуют хрупкие включения, служащие очагами зарождения трещин. Для снижения стоимости материала и образования дополнительных хрупких фаз можно добавлять до 30% цинка. [50]
Оксидные стеклянные вкладыши производят струи низкой плотности, поэтому дают меньшую глубину проникновения. Двухслойные вкладыши с одним слоем менее плотного, но пирофорного металла (например, алюминия или магния ) могут использоваться для усиления зажигательного эффекта после бронебойного действия; для их изготовления может использоваться сварка взрывом , так как тогда интерфейс металл-металл однороден, не содержит значительного количества интерметаллидов и не оказывает отрицательного воздействия на формирование струи. [51]
Глубина проникновения пропорциональна максимальной длине струи, которая является произведением скорости кончика струи и времени до детектирования. Скорость кончика струи зависит от объемной скорости звука в материале лайнера, время до детектирования зависит от пластичности материала. Максимально достижимая скорость струи примерно в 2,34 раза превышает скорость звука в материале. [52] Скорость может достигать 10 км/с, достигая пика примерно через 40 микросекунд после детонации; кончик конуса подвергается ускорению около 25 миллионов g. Хвост струи достигает около 2–5 км/с. Давление между кончиком струи и целью может достигать одного терапаскаля. Огромное давление заставляет металл течь как жидкость, хотя рентгеновская дифракция показала, что металл остается твердым; одна из теорий, объясняющих это поведение, предполагает расплавленное ядро и твердую оболочку струи. Лучшими материалами являются гранецентрированные кубические металлы, так как они наиболее пластичны, но даже графит и керамические конусы с нулевой пластичностью показывают значительную проникающую способность. [53]
Для оптимального проникновения обычно выбирается взрывчатое вещество с высокой скоростью детонации и давлением. Наиболее распространенным взрывчатым веществом, используемым в высокоэффективных противотанковых боеголовках, является октоген (октоген), хотя никогда не в чистом виде, так как он был бы слишком чувствительным. Обычно его смешивают с несколькими процентами какого-либо типа пластикового связующего, например, в полимерно-связанном взрывчатом веществе (PBX) LX-14, или с другим менее чувствительным взрывчатым веществом, например, с тротилом , с которым он образует октол . Другие распространенные высокоэффективные взрывчатые вещества — это составы на основе гексогена , опять же либо в виде PBX, либо в виде смесей с тротилом (для образования состава B и циклотолов ) или воском (циклониты). Некоторые взрывчатые вещества включают порошкообразный алюминий для увеличения температуры взрыва и детонации, но это добавление обычно приводит к снижению производительности кумулятивного заряда. Проводились исследования по использованию высокоэффективного, но чувствительного взрывчатого вещества CL-20 в кумулятивных боеголовках, однако в настоящее время из-за его чувствительности оно представлено в виде композита PBX LX-19 (связующее вещество CL-20 и эстан).
«Формирователь волн» — это тело (обычно диск или цилиндрический блок) из инертного материала (обычно сплошной или вспененный пластик, но иногда металл, возможно, полый), вставленное во взрывчатое вещество с целью изменения пути детонационной волны. Эффект заключается в изменении схлопывания конуса и результирующего формирования струи с целью повышения эффективности проникновения. Формирователи волн часто используются для экономии места; более короткий заряд с формирователем волн может достичь той же эффективности, что и более длинный заряд без формирователя волн. Учитывая, что пространство возможных форм волн бесконечно, были разработаны методы машинного обучения для проектирования более оптимальных формирователей волн, которые могут улучшить эффективность кумулятивного заряда с помощью вычислительного проектирования. [54]
Еще одной полезной особенностью конструкции является подкалибровка , использование вкладыша, имеющего меньший диаметр (калибр), чем взрывчатый заряд. В обычном заряде взрывчатое вещество у основания конуса настолько тонкое, что оно не способно разогнать соседний вкладыш до достаточной скорости для формирования эффективной струи. В подкалиброванном заряде эта часть устройства фактически отсекается, что приводит к более короткому заряду с той же производительностью.
Существует несколько форм кумулятивного заряда.
Линейный кумулятивный заряд (LSC) имеет облицовку с V-образным профилем и переменной длиной. Облицовка окружена взрывчатым веществом, которое затем заключено в подходящий материал, который служит для защиты взрывчатого вещества и ограничения (трамбовки) его при детонации. «При детонации фокусировка взрывной волны высокого давления, когда она падает на боковую стенку, заставляет металлическую облицовку LSC разрушаться, создавая режущую силу». [55] Детонация проецируется в облицовку, образуя непрерывную ножевидную (плоскую) струю. Струя разрезает любой материал на своем пути на глубину, зависящую от размера и материалов, используемых в заряде. Как правило, струя проникает примерно в 1–1,2 раза [56] больше ширины заряда. Для резки сложных геометрий существуют также гибкие версии линейного кумулятивного заряда, которые имеют свинцовую или высокоплотную пенную оболочку и пластичный/гибкий облицовочный материал, который также часто является свинцом. LSC обычно используются для резки стальных балок проката (RSJ) и других структурных целей, таких как контролируемый снос зданий. LSC также используются для разделения ступеней многоступенчатых ракет и их уничтожения , когда они выходят из строя. [57]
Взрывообразующий пенетратор (EFP) также известен как самоформирующийся фрагмент (SFF), взрывообразующий снаряд (EFP), самоформирующийся снаряд (SEFOP), пластинчатый заряд и заряд Миснея-Шардена (MS). EFP использует действие детонационной волны взрывчатого вещества (и в меньшей степени пропульсивный эффект продуктов его детонации) для проецирования и деформации пластины или тарелки из пластичного металла (такого как медь, железо или тантал) в компактный высокоскоростной снаряд, обычно называемый слизнем. Этот слизень проецируется в сторону цели со скоростью около двух километров в секунду. Главным преимуществом EFP перед обычным (например, коническим) кумулятивным зарядом является его эффективность на очень больших расстояниях, равных сотням диаметров заряда (возможно, сотням метров для практического устройства).
EFP относительно не подвержен влиянию реактивной брони первого поколения и может преодолеть расстояние до 1000 диаметров заряда (CD)s, прежде чем его скорость станет неэффективной для проникновения в броню из-за аэродинамического сопротивления или успешное попадание в цель станет проблемой. Удар шара или пули EFP обычно вызывает отверстие большого диаметра, но относительно неглубокое, максимум в пару CD. Если EFP пробивает броню, произойдет откол и обширные эффекты за броней (BAE, также называемые повреждением за броней, BAD).
BAE в основном вызвана высокотемпературной и высокоскоростной броней и фрагментами пуль, которые впрыскиваются во внутреннее пространство, и избыточным давлением взрыва , вызванным этим мусором. Более современные версии боеголовок EFP, благодаря использованию усовершенствованных режимов инициирования, могут также производить длинностержневые (растянутые пульки), многоснарядные и ребристые стержневые/снарядные снаряды. Длинностержневые способны проникать на гораздо большую глубину брони, с некоторым проигрышем для BAE, многоснарядные лучше поражают легкие или площадные цели, а ребристые снаряды намного точнее.
Использование этого типа боеголовки в основном ограничено легкобронированными областями основных боевых танков (MBT), такими как верхняя, нижняя и задняя бронированные области. Он хорошо подходит для атаки других менее защищенных бронированных боевых машин (AFV) и для прорыва материальных целей (зданий, бункеров, опор мостов и т. д.). Более новые стержневые снаряды могут быть эффективны против более тяжелобронированных областей MBT. Оружие, использующее принцип EFP, уже использовалось в бою; « умные » суббоеприпасы в кассетной бомбе CBU-97 , использованной ВВС и ВМС США в войне в Ираке в 2003 году, использовали этот принцип, и армия США, как сообщается, экспериментирует с высокоточными артиллерийскими снарядами в рамках проекта SADARM (Seek And Destroy ARMor). Существуют также различные другие снаряды (BONUS, DM 642) и ракетные суббоеприпасы (Motiv-3M, DM 642) и мины (MIFF, TMRP-6), которые используют принцип EFP. Примерами боеголовок EFP являются патенты США 5038683 [58] и US6606951. [59]
Некоторые современные противотанковые ракеты ( РПГ-27 , РПГ-29 ) и ракеты ( TOW-2 , TOW-2A, Eryx , HOT , MILAN ) используют тандемную боеголовку кумулятивного заряда, состоящую из двух отдельных кумулятивных зарядов, один перед другим, как правило, с некоторым расстоянием между ними. TOW-2A был первым, кто использовал тандемные боеголовки в середине 1980-х годов, аспект оружия, который армия США должна была раскрыть под давлением средств массовой информации и Конгресса в результате беспокойства о том, что противотанковые ракеты НАТО были неэффективны против советских танков, которые были оснащены новыми коробками динамической защиты . Армия показала, что 40-мм предшественник кумулятивной боеголовки была установлена на наконечнике складного зонда TOW-2 и TOW-2A. [60]
Обычно передний заряд несколько меньше заднего, так как он предназначен в первую очередь для разрушения коробок или плиток ERA. Примерами тандемных боеголовок являются патенты США 7363862 [61] и США 5561261. [62] Американская противотанковая ракета Hellfire является одной из немногих, которые совершили сложный инженерный подвиг, имея два кумулятивных заряда одинакового диаметра, сложенных в одну боеголовку. Недавно российская оружейная фирма представила 125-мм снаряд для танковой пушки с двумя кумулятивными зарядами одинакового диаметра, расположенными один за другим, но со смещением заднего заряда, чтобы его проникающая струя не мешала проникающей струе переднего кумулятивного заряда. Обоснование того, что и Hellfire, и российские 125-мм боеприпасы имеют тандемные боеголовки одинакового диаметра, заключается не в увеличении проникающей способности, а в увеличении заброневого эффекта .
В 1964 году советский ученый предложил адаптировать кумулятивный заряд, изначально разработанный для пробивания толстой стальной брони, к задаче ускорения ударных волн. [63] Полученное устройство, немного похожее на аэродинамическую трубу, называется компрессором Войтенко. [64] Компрессор Войтенко изначально отделяет испытательный газ от кумулятивного заряда с помощью податливой стальной пластины. Когда кумулятивный заряд детонирует, большая часть его энергии фокусируется на стальной пластине, двигая ее вперед и толкая испытательный газ перед собой. Лаборатория Эймса перевела эту идею в самоуничтожающуюся ударную трубу. 66-фунтовый кумулятивный заряд разгонял газ в 3-сантиметровой стеклянной трубе длиной 2 метра. Скорость результирующей ударной волны составляла 220 000 футов в секунду (67 км/с). Аппарат, подвергшийся детонации, был полностью разрушен, но не раньше, чем были извлечены полезные данные. [65]
В типичном компрессоре Войтенко кумулятивный заряд разгоняет водородный газ, который в свою очередь разгоняет тонкий диск примерно до 40 км/с. [66] [67] Небольшое изменение концепции компрессора Войтенко — это сверхсжатая детонация, [68] [69] устройство, которое использует сжимаемую жидкость или твердое топливо в стальной камере сжатия вместо традиционной газовой смеси. [70] [71] Дальнейшее расширение этой технологии — взрывная ячейка с алмазной наковальней , [72] [73] [74] [75] использующая несколько противоположных кумулятивных струй, проецируемых на одно стальное инкапсулированное топливо, [76] такое как водород. Топливо, используемое в этих устройствах, наряду с реакциями вторичного сгорания и длинным импульсом взрыва, создает условия, аналогичные тем, которые встречаются в топливно-воздушных и термобарических взрывчатых веществах. [77] [78] [79] [80]
Предложенная ядерная двигательная установка Project Orion потребовала бы разработки ядерных кумулятивных зарядов для ускорения реакции космических аппаратов. Эффекты кумулятивных зарядов, вызванные ядерными взрывами, обсуждались спекулятивно, но не известны, были ли они получены на самом деле. [81] [82] [83] Например, цитируют одного из первых разработчиков ядерного оружия Теда Тейлора , который сказал в контексте кумулятивных зарядов: «Устройство деления в одну килотонну, сформированное должным образом, может сделать отверстие диаметром десять футов (3,0 м) и тысячу футов (305 м) в твердой скале». [84] Кроме того, в 1960-х годах, по-видимому, предлагался ядерный взрывной пенетратор для защиты от баллистических ракет на конечном участке. [85] [86]
{{cite web}}: CS1 maint: архивная копия как заголовок ( ссылка ){{cite journal}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )