Физические особенности функционирования кумулятивных боеприпасов. Кумулятивный эффект

Полученный эффект первоначально использовался при разрушении твердых пород, но уже в 1865 году был применен при создании капсюля-детонатора с конической кумулятивной выемкой для усиления направленного действия при взрыве. Аналогичные исследования были проведены в 1883 году М. Ферстером и Р. Вудом, несколько позже появилась работа Мапро (1888 г.), посвященная кумулятивному эффекту.

Было установлено, что характер разрушения в преграде зависит от формы разрывного заряда. Если в заряде на торце, соприкасающемся с преградой, сделать выемку, а капсюль-детонатор расположить на противоположной стороне заряда таким образом, чтобы фронт детонационной волны (ДВ) распространялся по направлению к углублению, то даже при меньшей массе заряда большее разрушение в преграде сделает заряд, имеющий выемку (рис. 17.1). Повышенное разрушительное действие обусловлено тем, что благодаря выемке создается большая концентрация энергии продуктов детонации (ПД) в определенном направлении. Первый патент на применение кумулятивного эффекта в военном деле был получен в 1914 году, однако широкое применение это техническое решение нашло только во второй мировой войне.

Первые систематические исследования кумулятивного эффекта были проведены в 1923 - 1926 г.г. профессором М.Я. Сухаревским, который показал целесообразность использования кумулятивных зарядов (КЗ) в качестве эффективных подрывных средств и установил зависимость пробивного действия КЗ без облицовки от формы кумулятивной выемки, как основного фактора, определяющего разрушительное действие. В работах М.Я. Сухаревского впервые была высказана гипотеза о физической сущности кумулятивного эффекта, которая позднее получила теоретическое обоснование в трудах А.Ф. Беляева, изучавшего эффект столкновения в пространстве ударных волн (УВ), и Г.И. Покровского, установившего основные аналитические зависимости, определяющие взаимосвязь параметров газовой кумулятивной струи (КС). Качественным скачком, обусловившим широкое применение кумулятивного эффекта, явилось использование металлической облицовки кумулятивной выемки. При взрыве заряда с кумулятивной выемкой без облицовки образуется газовая струя, а с металлической облицовкой — металлическая кумулятивная струя. Кумулятивный эффект увеличивается при установке КЗ на определенном расстоянии от преграды.
На рис. 17.2 представлено схематичное изображение процесса формирования КС и пробития ею стальной плиты при взрыве КЗ с металлической облицовкой выемки. Заряд ВВ 1, снабженный детонатором 2, имеет коническую выемку 3, облицованную тонким слоем металла, и расположен на некотором удалении от стальной преграды 4. При срабатывании детонатора происходит инициирование ВВ с образованием ПД 5, которые, воздействуя на кумулятивную выемку, вызывает ее схлопывание, в результате чего из металлической облицовки формируется КС 6. Взаимодействуя с преградой, КС пробивает отверстие глубиной до шести - восьми диаметров заряда.

Результаты экспериментальных и теоретических исследований явления кумуляции позволили в годы ВОВ создать первые образцы боевой техники. Приоритет в создании гидродинамической теории кумуляции принадлежит советским ученым М. А. Лаврентьеву, Г. И. Покровскому.

В 1942 году появились отечественные 76-мм бронебойные кумулятивные снаряды, а в 1943 г. были приняты на вооружение мощная ручная кумулятивная противотанковая граната (РПГ-6) (бронепробиваемость 100 мм) и

122-мм кумулятивный снаряд (бронепробиваемость 100 ¼ 120 мм).

Высокая пробиваемость КЗ с металлической облицовкой (до 8 d₃, где d₃ - диаметр заряда) определяет их основную область применения — поражение сильно защищенных целей. К ним относятся различные противотанковые боеприпасы (БП) калибра от 30 до 150 мм: артиллерийские снаряды, ручные и станковые гранатометы, противотанковые управляемые ракеты, кассетные элементы для авиабомб и реактивных систем залпового огня (РСЗО). Так же кумулятивный эффект может быть использован в боевых частях большого калибра: противокорабельных крылатых ракетах, торпедах, противолодочных глубинных бомбах, морских и речных минах, стационарных инженерных средствах.

Особенности действия КЗ предопределяет целесообразность их использования при решении конкретных задач в горнодобывающей, нефтегазовой, металлургической и ряде других отраслей промышленности. При этом наиболее широкое применение нашли такие технологии, как перфорация нефтяных и газовых скважин, предусматривающая вскрытие продуктивного пласта через спущенную или зацементированную обсадную колонну; проведение аварийных или ремонтно-спасательных работ в тех же скважинах на больших глубинах, образование шпуров для последующего размещения в них зарядов ВВ при взрывном способе разрушения, дробления, перемещения горных пород; проделывание отверстий в плитах и конструкциях из различных материалов. В качестве наиболее типовых массивных металлических объектов могут рассматриваться, например, стальные и чугунные скрапы массой до 100 т, металлические конструкции толщиной до 3 м. Разработанные для этих целей осесимметричные кумулятивные заряды (ОКЗ) способны формировать шпуры для размещения заряда ВВ вторичного дробления диаметром 100... 150 мм и глубиной до 1000 мм в стальных преградах при массе заряда основного ВВ до 25 кг, а также разрушать шлакочугунные скрапы объемом до 5 м³ на фрагменты необходимой массы без проведения подрыва шпуровых зарядов.