2.5.4  Призначення, будова і дія кумулятивних снарядів

 

Кумулятивні снаряди призначені для ураження броньованих рухомих і нерухомих цілей стрільбою прямою наводкою з гармат середнього калібру.

Кумулятивні снаряди, на відміну від бронебійних, пробивають броню не за рахунок кінетичної енергії, а за рахунок ефективного використання енергії вибухової речовини кумулятивного заряду. (рис.2.14).

 

Кумулятивний ефект був відкритий ще в 1864 році генералом М.М.Боресковим і практично використовувався у саперній справі. В кумулятивних снарядах він почав використовуватися з 30-х років     ХХ ст., що дозволило в роки Великої Вітчизняної війни використовувати для боротьби з танками противника не тільки гармати, а і гаубиці, які мали невисоку швидкість польоту снарядів.

Досвід показує, що характер руйнування броні залежить не лише від потужності вибухової речовини і його маси, але і від форми і положення розривного заряду стосовно броні в момент вибуху.

 

Якщо в розривному заряді зробити кумулятивну  виїмку, то такий заряд зробить більше заглиблення в броні. Якщо ж такий заряд підірвати на деякому віддаленні від броні, то він зробить ще більше заглиблення в броні. Це пояснюється тим, що ударна хвиля вибуху отримує напрямок зосередже-ння в бік перешкоди і при деякому віддалені від неї встигає сформуватися в ущільнений кумулятивний струмінь.

Таким чином, суть кумулятивного ефекту полягає у фокусному зосередженні енергії вибуху в заданому напрямку, тобто у ство-ренні концентрованого ущільненого газового потоку в ділянці кумулятивної виїмки.

Для підвищення щільності газового потоку, а отже, і руйнівної дії кумуля-тивного снаряда в кумулятивну виїмку уста-новлюють металеве облицювання з червоної міді або з її сплавів.

Дія кумулятивних снарядів полягає в такому. Під час підриву розривного заряду починається процес перетворення вибухової речовини в хвилю детонації. На фронті цієї хвилі практично миттєво утво-рюються продукти детонації, які рухаються  за хвилею детонації. При досягненні хвилею детонації кумулятивної виїмки продукти детонації почнуть поширюватись у просторі майже перпендикулярно до її поверхні. Якщо ж кумулятивна виїмка покрита металевим облицюванням, то під дією високих тисків, які дорівнюють сотням тисяч атмосфер, матеріал облицювання стає схожим на нестискувану рідину, а її частинки переміщуються разом із продуктами детонації,  збільшуючи щільність потоку.

Продукти вибуху й частинки облицювання з її поверхні прямують до осі, де, вдаряючись один об одного, утворюють кумулятивний струмінь невеликого діаметра, спрямований уздовж осі, і мають щільність, близьку до щільності матеріалу облицювання, температуру близько 1000К і швидкість – 10–15 км/с. До кінця формування кумулятивний струмінь має довжину lкс і найбільші пробивні здатності. Потім струмінь поступово розтягується і руйнується. До складу кумулятивного струменя входить до 25% матеріалу облицювання, решта 75% його утворюють пест, який переміщається за струменем разом з продуктами детонації з відносно невеликою швидкістю (1–2 км/с).

 

При зустрічі кумулятивного струменя, який рухається з космічною швидкістю, з бронею у результаті гальмування кінетична енергія струменя перетворюється в потенціальну енергію тиску дуже великої сили, яка дорівнює 1–2 млн атмосфер, що і забезпечує пробивання броні.

При цьому пест та інші елементи снаряда залишаються перед бронею. У цьому випадку взаємодію кумулятивного струменя з бронею можна розглядати як взаємодію струменя нестискуваної рідини з рідинним середовищем, тобто під час пробивання броні її матеріал вимивається все новими ділянками кумулятивного струменя з утворенням спочатку конічного кратера, а потім наскрізного отвору. З цього можна зробити висновок, що кумулятивний струмінь є уража-ючим фактором. Уражаюча дія за бронею забезпечується спільною дією кумулятивного струменя, газоподібних продуктів детонації розривного заряда і металевими частинками броні.

Характеристикою дії кумулятивних снарядів, як і дії броне-бійних снарядів, є найбільша товщина броні, що пробивається, для визначення якої користуються формулою академіка Лавренть’єва:

 

 ,         (2.8)

      де      lкс  – довжина кумулятивного струменя;

                               кс  – густина кумулятивного струменя;

   – кут зустрічі кумулятивного струменя;

п  – густина матеріалу перешкоди.

 

Для обертальних снарядів густина кумулятивного струменя зі збільшенням швидкості обертання снаряда зменшується, оскільки струмінь перебуває під дією відцентрових сил.

Довжина кумулятивного струменя залежить від форми й площі поверхні кумулятивної виїмки. Очевидно, що зі збільшенням калібру снаряда довжина кумулятивного струменя збільшується.

Крім того, зі зменшенням кута зустрічі кумулятивного струменя з поверхнею перешкоди бронебійність зменшується. Варто визначити, що кумулятивні снаряди не дають рикошету струменя при невеликих кутах зустрічі з бронею.

Таким чином, ефективність дії кумулятивних снарядів залежить від їх конструкції, потужності вибухової речовини, будови кумулятивного вузла, способу стабілізації снаряда, властивостей перешкоди і кута зустрічі з нею і не залежить від швидкості снаряда в момент зустрічі з перешкодою.

Звичайно кумулятивні снаряди комплектуються головними підривниками з високою чутливістю, одноманітністю та швидкістю дії.

Будова підривника та головної частини снаряда повинна забезпечувати при заданій швидкості Vс зустріч кумулятивного струменя з перешкодою в момент завершення її формування. Відстань між основою кумулятивної виїмки і поверхнею перешкоди в цей момент називається фокусною відстанню F. Вважаючи миттєвим спрацьовування детонаційного вузла і формування кумулятивного струменя, можна визначити найвигіднішу довжину головної частини снаряда.

 ,         (2.9)

де tп – час дії підривника.

Ефективність дії кумулятивного струменя знижується зі зміною швидкості зустрічі снаряда з перешкодою та часу дії підривника. Тому підривники кумулятивних снарядів повинні відрізнятися високою одноманітністю дії, а стрільба ними повинна вестися тільки з тими бойовими зарядами, які вказані в Таблицях стрільби. Як правило, це спеціальні бойові заряди. Для передачі вибухового імпульсу від головного підривника до капсуль-детонатора з детонатором, який знаходиться на дні снаряда, в розривному заряді по його осі є циліндричний отвір з центральною трубкою. Розривний заряд разом з усіма його деталями називають кумулятивним вузлом.

Основні характеристики кумулятивних снарядів наведені в табли-   ці 2.6.

Таблиця 2.6 - Характеристики кумулятивних снарядів

Тип снаряда           L, клб     , клб     ,  %      Cq,  кг/дм3            Сω, кг/дм3

Кумулятивний      3,5–5,0    1/17–1/12               10–17      7–13        0,8–2,8

 

З таблиці 2.6 випливає, що кумулятивні снаряди за своїми конструктивними характеристиками близькі до фугасних снарядів і на відміну від них мають дещо меншу товщину корпусу і коефіцієнт наповнення вільного об’єму у головній частині снаряда і в кумулятивній виїмці розривного заряду. За способом стабілізації в польоті кумулятивні снаряди поділяються на обертальні  та необертальні.

Обертальні кумулятивні снаряди складаються з таких основних елементів: головного підривника; корпусу з пригвинтною головкою; кумулятивного вузла у складі: розривного заряду, металевого облицювання, центральної трубки, капсуль-детонатора з детонатором, запобіжного конусу; трасера (рис.2.15).

Головний підривник угвинчується в нарізне вічко головної втулки і має високу стабільність дії.

Корпус – тонкостінний сталевий з потовщенням стінок до донної частини, чим забезпечується міцність при стрільбі. Дно корпуса має нарізне вічко під трасер. Пригвинтна головка – сталева тонкостінна оживальної форми з нарізним вічком під підривник.

Розривний заряд - з пресованих шашок флегматизованого гексогену або тену з кумулятивною виїмкою.

Металеве облицювання конічної або сферичної форми з міді або її сплавів, але може бути з цинку, заліза або сталі.

Центральна трубка зберігає підривний заряд від руйнування і забезпечує одноманітність передачі вибухового імпульсу від головного підривника на капсуль-детонатор з детонатором, розміщеним у донній частині розривного заряду.

Запобіжний конус зберігає металеве облицювання від руйнування при дії підривника і внутрішню порожнину центральної трубки від потраплення до неї сторонніх предметів.

Трасер полегшує спостереження за кумулятивним снарядом під час коригування вогню.

Необертальні оперені кумулятивні снаряди за будовою аналогічні до обертальних снарядів, але додатково мають такі елементи: стабілізуючий пристрій, плаваюче кільце з ведучим пояском.

Стабілізуючий пристрій забезпечує аеродинамічну стійкість снаряда у польоті і складається з корпусу з трасером і пір’я, які розкриваються після вильоту снаряда із ствола під дією відцентрових сил і сили опору повітря.

Плаваюче кільце з мідним ведучим пояском забезпечує обтюрацію порохових газів при пострілі. Плаваюче кільце закріплене в проточці корпусу снаряда і при пострілі вільно провертається відносно нього.

Під час руху снаряда по каналу ствола він під дією сил інерції осідає, підтискуючись до плаваючого кільця, що викликає прове-ртання снаряда за рахунок тертя між плаваючим кільцем і корпусом снаряда. Це провертання підтримується і у польоті завдяки наявності  косих зрізів на пір’ях стабілізатора. Таке обертання оперених снарядів збільшує кучність стрільби.

Бронебійність необертальних кумулятивних снарядів значно вища, ніж обертальних. Так, обертальні кумулятивні снаряди пробивають броню товщиною до 2 клб, а необертальні – до 4 клб.

Таким чином, при відносній простоті будови  і виготовлення кумулятивні снаряди мають добру бронебійну дію при стрільбі з гармат, які мають невеликі початкові швидкості снарядів. У цьому полягає їх основна перевага. До недоліків кумулятивних снарядів належать обмеження дальності стрільби і можливість слабкої дії по екранованій броні.

Поліпшення дії кумулятивних снарядів досягається за рахунок удосконалення конструкції кумулятивного вузла, застосування необертальних оперених снарядів, поліпшення конструкції підри-вника і підвищення дальності і кучності стрільби.

Крім того, кумулятивні снаряди мають і порівняно добру осколкову дію, а тому вони можуть використовуватись проти піхоти, але у виключних випадках. З метою збільшення осколкової дії деякі снаряди мають товстостінний сталевий захисний конус.