Кумуляция (от латинского cumulatio — увеличивать, суммировать, накапливать) в физике взрыва — явление, проявляющееся в резком увеличении в заданном направлении местного разрушающего действия детонирующего заряда взрывчатого вещества при придании ему определенной формы, так называемый кумулятивный эффект. Иногда термин “кумулятивное действие” применяется к эффектам, производимым комбинацией нескольких зарядов.

Повышенное разрушающее действие возникает в результате концентрации энергии в ограниченном пространстве поля взрыва при столкновении потоков газообразных продуктов взрыва, выброшенных с поверхности детонирующего заряда (газовая кумуляция), или потоков металла, образованных элементами тонкой металлической оболочки заряда. Необходимое для этого первоначальное направление движения потоков задается путем создания в теле заряда углубления — кумулятивной выемки, а сам заряд называют кумулятивным.

Классическим примером кумуляции может служить сходящаяся детонационная или ударная волна, возникающая при взрыве заряда, имеющего форму полой сферы, при одновременном инициировании детонации по всей наружной поверхности. Давление в области прилегающей к центру сферы может достигать миллиона атмосфер.

Важное для практики значение имеет направленная осевая кумуляция, возникающая при взрыве зарядов с выемкой той или иной формы (полусфера, сегмент сферы большого радиуса, конус, парабола, гипербола и т.д.), облицованной металлом. Под действием детонационной волны (1) металлическая облицовка (2) кумулятивной полости деформируется и выбрасывается к оси заряда, образуя сходящийся со скоростью 2 – 4 км/с поток металла (3). Слева от точки схождения потока (рис.1) образуется массивный низкоскоростной пест (4), в который переходит большая часть массы облицовки, а справа — высокоскоростная кумулятивная струя (5). Разрушающее действие кумулятивного заряда, в основном, связано с воздействием на преграду струи. Диаметр струи мал — 2–13 мм, но скорость достигает 8 – 10 км /с.

Гидродинамическая теория кумуляции, разработанная в 1945 году в России М.А. Лаврентьевым и, независимо, в США, основана на модели идеальной несжимаемой жидкости и использует теорию сходящихся струй. Если U — вектор скорости, называемой скоростью метания или обжатия материала кумулятивной облицовки, направлен перпендикулярно к поверхности сходящихся потоков, а 2? — угол соударения противоположных сторон кумулятивной облицовки, то скорость струи Vс и скорость песта Vп определятся как

Vc = U1 + U2 = U / sin? + U / tg? = Uctg(? / 2)) (1)

Vп = U1 ? U2 = U / sin? ? U / tg? = U tg(? / 2)). (2)

Масса кумулятивной облицовки m распределится в струю mc и пест mп следующим образом:

mс = m(1 - cos?) / 2 (3)

mп = m(1 + cos?) / 2. (4)

Как видно из (1), при малом угле ? скорость кумулятивной струи может быть очень большой, даже при умеренном значении U. Действительно, при ? a 0 Vc a 2 U / ? a ?, но масса струи при этом стремится к нулю. Максимальное значение скорости струи в 90 км/с получено в вакууме для облицовок из бериллия.

Соотношение между глубиной h пробития преграды, с плотностью ?м и эффективной длиной струи L, с плотностью ?с, задается как:

h = L(?c / ?м)1/2 (5)

Таким образом, факторы, определяющие скорость и угол схлопывания кумулятивной облицовки, такие как скорость распространения детонационной волны и давление на ее фронте, толщина и плотность материала облицовки, форма кумулятивной выемки, конструкция кумулятивного заряда, влияют на глубину пробития преграды при постоянном калибре кумулятивного заряда.

Классическая гидродинамическая теория идеализирует процесс и лишь качественно описывает явление, поэтому последующее ее развитие было направлено на учет как факторов, определяющих возможность стабильного струеобразования, так и фрагментацию материала облицовки.

На практике применяют кумулятивные облицовки из стали, меди или алюминия простейшей конической или сферической формы толщиной от 0,2 до 3 мм. Для того чтобы реализовать большую глубину пробития, следует использовать взрывчатые вещества с возможно большими плотностью и скоростью детонации.

Глубина пробития по стали реально используемых кумулятивных зарядов составляет 3,5 – 5 калибров, но при оптимизации, если позволяет конструкция, может быть увеличена до 10 калибров.

При ударе кумулятивной струи в преграду со скоростью выше 4,5 км/с развиваются давления, в сотни раз превышающие предел текучести любых известных материалов, поэтому механическая прочность преграды оказывает относительно малое влияние на глубину пробития.

С помощью кумуляции можно эффективно управлять явлением взрыва, получать, хотя и в ограниченном объеме, концентрацию энергии и давления большую, чем в продуктах взрыва самого взрывчатого вещества. Это делает проблему кумуляции весьма интересной как в научном, так и в практическом отношении.

Кумулятивные заряды находят широкое применение в военном деле в качестве боевых частей артиллерийских снарядов, мин, гранат, авиационных бомб, в боевых частях ракет, в инженерных боеприпасах, в мирных отраслях хозяйства—в газо- и нефтедобыче, в горном деле и строительстве, при обработке металла взрывом, в изделиях, используемых для ликвидации лесных пожаров и последствий землетрясений, а также в научных целях для получения компактных тел с чрезвычайно высокой скоростью, моделирующих воздействие метеоритов на космические объекты, и как способ получения чрезвычайно высоких давлений.

¦ Лаврентьев М. А. // УМН. – 1957. – Т.12. – Вып. 4 (76). – С.41-56; Birghoff G., Mac Dougal D.P. et. al. // J. Appl. Phys. – 1948. – V.19. – P.563; Андреев К.К. Беляев А.Ф. Теория взрывчатых веществ. – М.: Оборонгиз, I960. – 595 с.; Кичеловский С.А., Тришин Ю.Л. // ФГВ. – 1980. – Т.16. – №5. – С.26 – 40; Томашевич И.И. // ЖХФ. – 1994. – Т.13. – №8 – 9. – С. 164 – 173.

В. Г. Хотин

На сегодня - это единственный в мире снаряд с тандемным расположением двух кумулятивных зарядов, обеспечивающий сложение пробития от каждого из зарядов. В противотанковых ракетах, ПТУР особых проблем сделать тандемную боевую часть нет. Принципиальные отличия таких снарядов от ракет и ПТУР - перегрузки при выстреле, толщина корпуса, габариты боевой части и, как следствие, принципиально разные условия на согласование действий двух кумулятивных зарядов. Характеристики, приводимые ниже в таблице, не имеют аналогов среди снарядов аналогичного назначения и класса - их просто на сегодня не существует. Достаточно сказать, что разработка этого снаряда до его логического и практического завершения велась более 10  лет, было получено более 50  авторских свидетельств на изобретения. Были решены многие научные, технические, технологические проблемы. Впервые снаряд демонстрировался на выставке вооружений вАбу- Даби в 1994 г. Разработка этого уникального снаряда была выполнена в Институте прикладной физики под непосредственным руководством профессора, академика АТН РФ, лауреата Гос.премии СССР, генерального директора института В.Ф.Минина. Опытный кумулятивный снаряд предназначен для поражения бронетанковой техники, оснащенной встроенными и навесными блоками динамической защиты. Снаряд совместим с гладкоствольными танковыми пушками калибра 125  мм (2 А46 М, 2 А46 М-1), системами прицеливания и автоматами заряжания. Основная особенность снаряда - тандемное расположение двух основных кумулятивных зарядов, что увеличивает бронепробитие при их последовательном действии. ..   Ключник.

 

Назад на http://www.pirotek.info - пиротехника и изготовление взрывчатых веществ, бомбы и детонация

Links - программа, позволяющая раскручивать ссылки на сайт, на файл с файлообмениика. . Подробности - частные объявления Йошкар-Олы : советы.