Ударное ядро и кумулятивная струя

1. Различия между поражением кумулятивной струей и ударным ядром

Средства поражения с использованием ударного ядра являются одним из видов кумулятивных боеприпасов. Термин «кумуляция» происходит от латинского «cumulo» — накапливаю, и в данном случае, заключается в сосредоточении энергии взрыва в заданном направлении.

Кумулятивные боеприпасы классического типа и снарядоформирующие заряды (СФЗ) имеют ряд общих признаки, как-то: форма заряда ВВ с кумулятивной выемкой, тонкостенная металлическая кумулятивная облицовка и т.п.

Однако, в силу конструктивных параметров, поражающие элементы (ПЭ) формируемые СФЗ принципиально отличаются от кумулятивной струи (КС), создаваемой классическим кумулятивным зарядом.

При взрыве обычного КЗ образуется высокоградиентная кумулятивная струя, масса которой, в головной части, может составлять 20–30% от массы облицовки и до 50% в хвостовой.

На расстоянии 4–6 калибров от заряда, струя распадается на несколько десятков элементов, которые движутся как недеформируемые тела.

Ввиду технологических погрешностей производства и отсутствия аэродинамической устойчивости происходит потеря их ориентации. В результате, боеприпас не может поразить даже легкобронированную технику, если цель находится в нескольких десятках калибров от места подрыва.

Снарядоформирующие заряды обеспечивают формирование поражающих элементов компактных (КПЭ) или удлиненных (УПЭ) сохраняющих свою сплошность на траектории и обладающих запасом аэродинамической устойчивости

В этом случае, при взрыве формируется не высокоградиентная растягивающаяся кумулятивная струя, а безградиентный поражающий элемент — ударное ядро. 

Скорость такого ПЭ достигает 2–3 км/с, а масса до 90% от массы кумулятивной облицовки. При калибре 100–200 мм такие ПЭ по кинетической энергии сопоставимы с бронебойными артиллерийскими снарядами

Такой эффект достигается за счет использования в кумулятивном заряде, КО малого прогиба, ограниченных сферическими плоскостями с радиусами кривизны, существенно превышающими калибр заряда.

Характер действия по бронепреграде классического кумулятивного заряда (КЗ) и ударного ядра (СФЗ) показан на схеме ниже.

Главным недостатком «ударного ядра» по сравнению с «кумулятивной струей» является значительно меньшее (до 10 раз) бронепробитие.

Однако у СФЗ имеются и существенные преимущества:

• сохранение указанного уровня бронепробития (0,4–1,1 dз) на дальности до 1000 калибров
• мощное запреградное действие, так масса образующихся осколков преграды может быть до 7 раз больше, чем масса ПЭ 
• для угла встречи, в промежутке от 0 до 30 градусов, бронепробиваемость практически не меняется

Именно эти особенности определили выбор СФЗ в качестве основы для конструкции боеприпасов, реализующих концепцию атаки сверху или сбоку.

2. Виды поражающих элементов типа ударное ядро

Поражающие элементы типа «ударное ядро» условно делятся на два вида:

• компактные (КПЭ)
• удлиненные (УПЭ), с относительным удлинение 3–4 и выше

Эффективность ударного действия определяется их массой и скоростью (для КПЭ) а также длиной (для УПЭ).

Типичные размеры компактного поражающего элемента полученного из медной КО с углом раствора 160 градусов составляют:

• Длина Lпэ — (0,4–0,6)dз
• Диаметр dпэ — (0,5–0,6)dз
• Расстояние, на котором формируется КПЭ составляет (3–8)dз

Глубина бронепробития такого ПЭ, движущегося со скоростью 2000 м/с составляет 0,4–0,6dз.

Толщина брони наиболее защищенных бронецелей — танков, в верхней проекции составляет 20–80 мм. Современные СФЗ, калибром 100 мм и более обеспечивают сквозное пробитие таких преград.

Однако это может оказаться недостаточным для поражения современных и модернизированных машин.  Это объясняется более продуманным расположением уязвимых агрегатов в запреградном пространстве и значительным улучшением их защищенности.

Согласно экспертным оценкам, гарантированное поражение сверху современных танков могут обеспечить снарядоформирующие заряды с бронепробиваемость свыше 100 мм. В реальных калибрах СФЗ это возможно при достижении бронепробития равного или превышающего диаметр заряда

Данную задачу можно решить путем формирования более удлиненных (относительное удлинение 4 и более) высокоплотных (сплавы тантала и обедненного урана) поражающих элементов с высокой начальной скоростью.

Обязательным условием является наличие у поражающего элемента хороших аэродинамических и баллистических характеристик, обеспечивающих его ориентированное движение по траектории с малыми потерями скорости.

Одним из способов придания аэродинамической устойчивости УПЭ является придание им стабилизирующего вращения вокруг продольной оси за счет создания наклонных складок на юбке в процессе взрывного формирования.

Этот способ успешно реализован в СФЗ SADRAM, где вращение сформированного поражающего элемента с частотой 20 Гц позволило скомпенсировать влияние асимметрии хвостовых складок ПЭ и повысить точность попадания в цель с 1,5 до 0,3 м на дальности 200 м

В данном боеприпасе применяется биметаллическая кумулятивная облицовка, состоящая из обедненного урана и сплава тантала с вольфрамом (97,5 и 2,5%) что обеспечивает и высокое зажигательное действие

Экспериментально установлено, что гарантированное возгорание дизельного топлива пораженной цели происходит только при использовании в ПЭ обедненного урана. При применении тантала возгорание возможно только при соблюдении некоторых условий. Медные ПЭ зажигательного действия по дизтопливу, как правило, не имеют.

К сожалению, если судить по опубликованным данным, ТТХ отечественных СФЗ находятся на уровне окончания холодной войны. Формируются медные, компактные поражающие элементы, с бронепробитием 70–80 мм, что для гарантированного поражения современных танков явно недостаточно.

В тоже время немецкий СПБЭ (снаряд DM 702) с танталовой КО, калибра 140 мм, высотой 200 мм и массой 12 кг, обеспечивает бронепробитие 150 мм (т.е. 1,1dз)

Такое положение можно объяснить нашей бедностью и развалом фундаментальной (да и прикладной) науки

Согласно некоторым сообщениям, стоимость тантала превышает стоимость меди примерно в 45 раз. В результате, там, где все «развитые страны» используют тантал, наши специалисты вынуждены придумывать разнообразные эрзац-варианты.

Ведущий российский разработчик СФЗ (с середины 80-х) Всероссийского научно-исследовательского институт экспериментальной физики (ФГУП «РФЯЦ-ВНИИЭФ»).

Сегодня в этой организации, в том числе, ведутся работы по использованию в качестве КО циркония и биметалла на основе меди и боргидрида никеля. По мнению разработчика в последнем случае удастся несколько повысить зажигательные свойства.

Остается только надеяться, что такие же работы, ведутся и по танталу и обедненному урану, как и в других странах, разрабатывающих аналогичные образцы средств поражения.