Вы вошли как ГостьПриветствую Вас, Гость
Главная » 2013 » Сентябрь » 6 » Кумулятивный эффект
15:32
Кумулятивный эффект

Кумуляция (значит "сосредоточение”) – это явление концентрации взрывной волны при детонации заряда с конической выемкой. Явление основано на пластической деформации материала облицовки кумулятивной выемки под действием высокого давления. Высокое давление возникает при встречном схлопывании кумулятивной выемки взрывной волной со всех сторон, что достигается за счет разницы в скорости распространения продольных волн в более плотном материале (ВВ относительно воздуха).

Впервые кумулятивный эффект открыл и использовал на горных разработках военный инженер М.М. Боресков в 1864 году. Было отмечено повышение пробивной способности связки из пироксилиновых шашек при извлечении центральной (в которой детонатор) шашки на половину длинны. Под ней образовалась выемка приличной глубины. Для повышения этого эффекта стали формовать жестяные корпуса с выемкой, заполняемые ВВ.

Независимо от него, в 1883 году Макс Фон Фёрстер отметил аномальное поведение фигурных зарядов прессованного пироксилина. Это случилось при испытании прессованных пироксилиновых шашек массой 100 гр. на бризантность и восприимчивость к детонации при различной влажности. Заряд помещали на стальную плиту и производили подрыв от детонатора, вставленного сверху. При одном из подрывов, испытатель заметил на плите странные буквы и символы, в которых смог прочитать дату изготовления шашки. На пироксилиновых шашках того времени отпрессовывали дату и место изготовления (так как, пироксилин обладает очень ограниченным сроком хранения). Исследователя заинтересовал механизм появления отпечатка. И вскоре, он выяснил, что углубление на поверхности заряда, прилегающей к поверхности, вызывает формирование концентрированной ударной волны в этом месте. Что может даже вызвать деформацию течения металла мишени, вплоть до ее пробивания.

Первые систематические исследования эффекта газовой кумуляции продуктов взрыва произведены в Советском союзе М.Я. Сухаревским в 1923-1926 годах.

Первый патент на использование кумулятивного эффекта в военном деле был получен в 1932 году в США. Это была шомпольная граната для отстрела из пехотной магазинной винтовки. Первым серийным изделием военного назначения с кумулятивной выемкой стал полусферический заряд для инженерных войск, который производился в Германии с 1938 по 1945 годы. Заряды выпускались двух типов: 8-ми и 12-ти кг. и использовались для уничтожения фортификационных сооружений. Вскоре, кумулятивный эффект стали широко применять для борьбы с бронетехникой.

Для понимания механизма образования кумулятивной струи, взгляните на рисунок 1. На рисунке 1 представлена упрощенная схема процессов в цилиндрической шашке БВВ (показано зеленым цветом) с торцевым возбуждением детонации (детонатор показан красным цветом). В противоположном торце шашки сделана коническая выемка облицованная металлом (металл показан синим цветом). После срабатывания детонатора происходит детонационный процесс, сопровождаемый расширением продуктов взрыва (показаны желтым цветом).

кумулятивная струя

Рисунок 1.

В позиции 1 показано начало распространения детонации вокруг детонатора. В позиции 2 показан выход фронта детонации в сечение шашки и его распространение по материалу. В позиции 3 взрывная волна подошла к вершине конуса металлической облицовки, при этом, фронт взрывного превращения практически параллелен сечению шашки. В позиции 4 происходит обгон взрывной волны в материале ВВ, относительно той, которая распространяется в пространстве конической воронки. При этом происходит смятие воронки со всей поверхности с образованием области высокого давления. В позиции 5 происходит дальнейшее распространение взрывной волны в шашке ВВ и образование сжатой области на месте центральной оси воронки. При этом, из области высокого давления начинает выдавливаться струя металла. Позиция 6 показывает полную детонацию шашки ВВ, при этом часть области высокого давления выплескивается в виде иглы в направлении цели (направление, противоположное направлению к детонатору).

Черными стрелками показано воздействие фронта высокого давления на границе взрывного превращения, в том числе, на материал металлической облицовки.

Температура металла струи при этом остается сравнительно небольшой, около 600-1000оС. Это даже меньше, чем температура взрывного превращения в прилегающих к металлу воронки слоев ВВ (2000-5000оС). Металл облицовки нагревается только из-за деформации течения и сжатия. Сам процесс течения металла происходит под действием давления продуктов взрыва при соударении противоположных краев облицовки.

Таким образом, кумулятивный эффект это явление концентрации действия взрывной волны во вполне конкретной точке. Струя выбрасываемого металла имеет не одинаковую скорость, на рисунке 2 представлен градиент скорости струи и песта при их движении. Скорость кончика струи достигает 10-12 км/сек. В то время, как скорость движения основания струи близка к 1-2 км/сек. Пест (область высокого давления, показана овалом) движется вслед струе с практически постоянной скоростью, около 0,5-1 км/сек. Удар песта по металлу вызывает образование пологой воронки или даже следов эрозии вокруг отверстия от кумулятивной струи.

кумулятивная игла

Рисунок 2.

На образование струи расходуется 10-20% металла облицовки, остальной образует пест. В зависимости от пластичности материала облицовки и характеристик ВВ, на некотором расстоянии от места детонации заряда, происходит разрыв струи на отдельные "капли”. Что сопровождается резким снижением пробивной способности.

Использование высоко эластичных и в тоже время твердых материалов облицовки позволяет повысить пробивное действие струи, которое сохраняется на значительном удалении от места детонации (до 12-17 диаметров заряда). Наибольшим пробивным действием обладает облицовка из вольфрамовой пудры (70-75%), меди (около 20%) и баббита (около 5-8%). Этот состав при использовании в качестве ВВ таких композиций как "окфол” "гекфол”, A-IX-2 или других высокоэнергетических композиций с высокой скоростью детонации, позволяет добиться пробивания стали толщиной до 12 калибров заряда. Это означает, что гранатомет калибром в 105 мм, при диаметре заряда ВВ в 90 мм может пробить стальную плиту до метра толщиной. Это полигонные данные при угле встречи в 90о и монолитной плите из стали Ст3.

Для обеспечения воздействия струи на цель в момент ее максимальной скорости, используют баллистические обтекатели, подставки, полимерные подложки, выдвижные стойки и другие устройства, обеспечивающие подрыв заряда на оптимальном расстоянии от цели.

Кроме того, для снижения массы заряда используют так называемую "линзу”, то есть, полимерную вставку на пути детонации между детонатором и вершиной кумулятивной воронки. Это позволяет несколько задержать ход взрывной волны по оси шашки, что уменьшает требуемую длину заряда и повышает эффективность использования мощности имеющейся массы БВВ. Как правило, линза имеет форму плоского диска.

На рисунке 3 показан классический пример кумулятивной боевой части реактивного противотанкового гранатомета РПГ-7. Одного из лучших для своего времени гранатометов в мире.

РПГ-7 кумулятивная

Рисунок 3.

На рисунке 3, цифрой 1 показан пьезоэлектрический элемент (дающий электрический импульс при встрече с целью), цифрой 2 – облицовка кумулятивной выемки, 3 – крепежная вставка для центровки линзы и облицовки кумулятивной воронки, 4 – линза, 5 – донный взрыватель. Желтым цветом показано ВВ. Основное преимущество кумулятивных боеприпасов – высокая пробивная способность, не зависящая от скорости снаряда.

кумулятивный шнур

Рисунок 4.

На рисунке 4 представлен разрез удлиненного кумулятивного заряда для резки металла. Заряд выпускается в бухтах не менее 10 метров в каждой. Полимерная изоляционная оболочка (1) препятствует негативному воздействию воды и других внешних факторов на заряд. Несущей основой заряда является резиновая оболочка (2). Внутри помещен заряд БВВ (3), обычно: пластит, симтекс или аналогичные композиции РЕ-1(2, 3, 4). Облицовка выполнена обычно алюминием, реже медью (показано красным цветом). Снизу заряд закрыт прокладкой из микропористой резины (показана голубым цветом). Основа заряда может иметь клейкий слой для наклеивания на цель, но, чаще, заряд закрепляется скотчем или изолентой.

Справа представлен пример использования кумулятивного заряда для пробивания овального отверстия в стальном листе. При этом, можно быстро пробить отверстие любой формы и размера, или, например, отрезать балку или трубу.

кумулятивные перфораторы

Рисунок 5.

На рисунке 5 представлены кумулятивные перфораторы производства ФКП "Чапаевский механический завод”, основного производителя подобной продукции на Российском рынке. Кумулятивные перфораторы достаточно широко применяются для пробивания отверстий в металлических плитах и других преградах, а также, для продувки нефтяных скважин, разбивания крупных кусков породы, аккуратного сноса зданий и сооружений и многих других областей применения. Особую ценность представляют подобные устройства в труднодоступных районах (например, на приисках, нефтедобывающих платформах, полярных станциях, стройках вдалеке от крупных городов и пр.).

Форма кумулятивных перфораторов уже отдаленно демонстрирует форму кумулятивной выемки. В вершине овальных или овально-конических конструкций видны места крепежа детонатора. У двух перфораторов виден характерный цвет медной облицовки кумулятивных воронок.

Таким образом, кумулятивный эффект достаточно широко используется в боеприпасах различного назначения и промышленных устройствах широкого спектра использования.

Категория: Энергонасыщенные соединения | Просмотров: 3254 | Добавил: Chemadm | Теги: кумулятивный заряд, взрывные работы, воздействие взрывной волны, история ВВ | Рейтинг: 4.9/32
Всего комментариев: 4
1
3  
"...
На рисунке 3, цифрой 1 показан головной запал (дающий форс пламени при встрече с целью), цифрой 2 – облицовка кумулятивной выемки, 3 – канал для передачи форса пламени к донному взрывателю,
..."

-- о каком "форсе пламени" речь? Шутите? В головной части гранаты к РПГ-7 установлен ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ элемент. Импульс тока от него при ударе с целью поступает на донный ЭЛЕКТРОвзрыватель по двум тоководам -- внешней поверхности (корпусу) гранаты и внутренней вставке (внутри конусного обтекателя гранаты), электрически изолированных друг от друга.

0
4  
В связи с высокой скоростью полета гранат станковых гранатометов СПГ-9 или РПГ-18, они изначально получили в боекомплект только гранаты с пьезоэлектрическим элементом и электрозапалом. Скорость полета гранаты РПГ-7 (разработанного раньше данных моделей) несколько ниже, и изначально для него разработана граната с ударным не электрическим взрывателем. Позже в ходе испытаний и принятия на вооружение, приняли решение о переходе на электрический метод подрыва (граната ПГ-7).
В данном случае я допустил некоторое обобщение, изложив общий принцип работы всех ранних кумулятивных снарядов к данной модели. Приношу извинения, если ввел кого-то в заблуждения. Благодарю за указанную неточность.

1
1  
кумуляция может быть достигнута для всех составов? например, дымный порох?

0
2  
Для любых БВВ, то есть, составов, способных к детонационным превращениям. В том числе, околодефлограционным. Для ДВП так же можно вызвать кумулятивный эффект, но диаметр шашки не менее 250 мм, при длине не менее 600-700 мм. Использование промежуточного детонатора не менее 100 гр. ТНТ обязательно. Эффективность кумулятивного заряда пропорциональна скорости распространения детонации и фугасности использованного БВВ. В конце 19-го начале 20-го века в импровизированных кумулятивных устройствах промышленного назначения применяли почти все, что может детонировать, от милинита и динамитов до индюритов, динаммонов или хлоратных смесей.

Добавлять комментарии могут только зарегистрированные пользователи.
[ Регистрация | Вход ]