автореферат диссертации по химической технологии, 05.17.07, диссертация на тему:Исследование научно-технических проблем эффекта кумуляции в зарядах малого и сверхмалого диаметра

На правам рукописи

Нгуен Минь Туан

ИССЛЕДОВАНИЕ НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКИХ ПРОБЛЕМ ЭФФЕКТА КУМУЛЯЦИИ В ЗАРЯДАХ МАЛОГО И СВЕРХМАЛОГО ДИАМЕТРА

05 17 07 - Химия и технология топлив и специальных продуктов

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой-степени кандидата технических наук

>

0 7 ИЮН 2007

Москва - 2007

)

Работа выполнена в Российском химико-технологическом университете им Д И Менделеева Научный руководитель кандидат технических наук,

доцент Хотин В Г

Официальные оппоненты

доктор физико-математических наук, профессор Дубовик А В

Ведущая организация

кандидат технических наук, начальник лаборатории НИМИ Давыдов В Ю ЗАО «Нитро Сибирь», г Москва

Защита состоится « ив- июня 2007 г в " 11 " часов на заседании диссертационного совета ДС 212:017.02 в РХТУ им Д И Менделеева (123514, Москва, ул Героев Панфиловцев, д 20, корп 2, аудитория 250) С диссертацией можно ознакомиться в научно-информационном центре РХТУ имени Д И Менделеева

Автореферат диссертации разослан мая 2007 г

Ученый секретарь ^

диссертационного совета -" —1

ДС 212 017.02, доцент, ктн / ' КозакГД

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность работы. Кумулятивный эффект - одно из мощных средств

концентрации энергии взрыва в строго заданном направлении, что позволяет

управлять действием взрыва и эффективно разрушать окружающую среду

Кумулятивные средства широко представлены в Российских вооруженных

силах, что является следствием плановой организации систематических

исследований, начиная с 50-х годов, как конкретно кумулятивного эффекта, так и

физики взрыва в целом В результате, приняты на вооружение, или находятся в

заключительной стадии разработки многие системы различного назначения

Кумулятивные заряды широко применяются в мирной промышленности в

горном деле, при добыче нефти, при обработке металлов взрывом, в космосе для

разделения космических объектов, при ликвидации последствий крупных аварий и

катастроф, при тушении пожаров и т д

Однако, несмотря на значительные достижения в использовании

кумулятивного эффекта, можно констатировать, что область малых (менее 40 мм)

калибров, как с точки зрения самого явления, так и с точки зрения его реальною

эффективного использования, изучена ещё недостаточно Этот пробел объясняется

тем, что долгое время бытовало мнение, что малокалиберные кумулятивные

боеприпасы являются малоэффективными из-за ряда сложностей сопутствующих их

применению требуется повышение точности изготовления всех узлов, а также

возникает необходимость обеспечения более высокой детонационной способности

ВВ

Относительно высокая эффективность кумулятивных зарядов малого калибра, установленная в работе, и наличие сравнительно мало из>ченной области их применения, делают актуальной тему диссертации, посвященной исследованию научно-технических проблем эффекта кумуляции в зарядах малого и сверхмалого диаметра

Простые соображения показывают, что при переходе к меньшему калибру кумулятивного заряда его бронепробивная способность сокращается пропорционально изменению геометрических размеров, в го время как вес изделия изменяется пропорционально третьей степени калибра Поэтому при переходе к меньшему калибру изделия бронепробивная способность, отнесенная к весу

взрывчатого вещества боевой части, быстро возрастает Это указывает на большую перспективность выбранного направления научного исследования

Цель и задачи работы. Целью работы явилось изучение возможности создания эффективных кумулятивных зарядов малого калибра и веса, предназначенных для использования в мирной и военной области С этой целью изучено влияние на эффективность бронепробивного действия кумулятивных зарядов малого калибра и веса элементов конструкции заряда, а также состава мощных взрывчатых смесей, используемых для снаряжения боевых частей

К кумулятивным зарядам малого калибра можно отнести заряды с диаметром основания кумулятивной облицовки в 5-10 раз меньше, чем диаметр облицовки типового противотанкового боеприпаса (гранаты средств ближнего боя, или боевой части противотанковой управляемой ракеты)

Для достижения этой цели в работе решены следующие задачи

- изучено влияние калибра кумулятивной воронки на бронепробивную способность зарядов малого калибра,

- изучено влияние формы кумулятивной выемки на бронепробивную способность зарядов малого калибра,

- изучено влияние детонационных характеристик ВВ на бронепробивную способность кумулятивных зарядов малого калибра,

- изучена бронепробивная способность кумулятивных зарядов малого калибра, оснащенных кумулятивными воронками "нетрадиционной" формы,

- разработаны основы теории бронепробивного действия кумулятивных зарядов малого калибра, оснащенных кумулятивными воронками "нетрадиционной" формы

Научная новизна работы. Впервые детально исследовано влияние на бронепробивную способность кумулятивных зарядов малого калибра и веса элементов конструкции заряда диаметра боевой части заряда, калибра и формы кумулятивной облицовки, состава и детонационных характеристик взрывчатых веществ, а также способа снаряжения зарядов

Получены количественные данные по глубине бронепробития кумулятивными зарядами малого калибра (диаметра боевой части от 40 до 5 мм) и веса (от 24 до 0,3 г)

Впервые обнаружен эффект повышенного заброневого поражающего действия зарядов с "нетрадиционной" формой кумулятивной воронки При испытании макета в преграде возникает отверстие, равное диаметру боевой части Интенсивно развиваются откольные явления, не характерные для обычных кумулятивных зарядов Вынос металла достигает 3 гр на 1 гр веса боевого заряда

Предложена физическая модель, объясняющая наблюдаемый эффект, а также проведены расчеты, количественно подтверждающие предложенную схему разрушения преграды

Показано, что эффективность кумулятивных зарядов малого калибра, охарактеризованная относительной глубиной пробития одназначно определяется относительным импульсом контактного взрыва

L/L100 = 0,02410га- 1,4 (l)

Это соотношение использовано для прогнозирования эффективности кумулятивных боевых частей, снаряженных новыми мощными взрывчатыми веществами Показано, что кумулятивные заряды малого калибра и веса, снаряжены взрывчатыми смесями на основе нового мощного взрывчатого вещества - CL20, способны пробить преграду на глубину 2 раза большую, чем ТГ 50/50

Практическая значимость работы. Полученные в диссертации количественные данные, как по влиянию элементов конструкции заряда диаметра боевой части заряда, калибра и формы кумулятивной облицовки, так и по влиянию состава и детонационных характеристик взрывчатых веществ на его бронепробивную способность, являются теоретической основой для конструирования кумулятивных зарядов малого калибра и веса, предназначенных для использования как в военном деле, так и в мирной промышленности Эти результаты могут быть использованы при конструировании эффективных кумулятивных боеприпасов к новому формирующемуся классу стрелкового оружия - "оружие поддержки пехоты" В диссертации защищаются:

- экспериментальные данные по влиянию калибра кумулятивной воронки на

бронепробивную способность зарядов малого калибра,

- экспериментальные данные по влиянию формы кумулятивной выемки на бронепробивную способность зарядов малого калибра,

- экспериментальные данные по влиянию детонационных характеристик ВВ (детонационной способности и параметров детонационной волны) на

бронепробивную способность кумулятивных зарядов малого калибра, - экспериментальные данные о бронепробивной способности кумулятивных зарядов малого калибра, оснащенных кумулятивными воронками "нетрадиционной* формы, и физическая модель явления, описывающая разрушающее действие кумулятивных зарядов этого типа

Апробация работы. Основные результаты работы доложены на XIX Международной конференции молодых ученых по химии и химической технологии «Успехи в химии и химической технологии», «МКХТ- 2005», Москва, 2005 , на XX Международной конференции молодых ученых по химии и химической технологии «Успехи в химии и химической технологии», «МКХТ- 2006», Москва, 2006 г , на XIII международной научно- практической конференции научно- педагогического состава и обучающихся, Академии ГЗМЧС РФ, «Предупреждение, спасение, помощь», Москва, 2006

Публикации. По теме работы опубликовано 4 статьи, учебное пособие Структура и объём работы. Диссертация состоит из введения, литературного обзора, постановки задачи исследования, экспериментальной части, обсуждения результатов, выводов, списка литературы, включающего 62 источника и приложения Работа изложена на 127 страницах машинописного текста, содержит 59 рисунков и 16 таблиц

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Во вводной части работы и главе постановки задачи исследования

обоснована актуальность выбранной темы исследования, сформулированы задачи и цели работы

Литературный обзор. Изложены основы гидродинамической теории кумуляции, развитой в трудах М А Лаврентьева, Тейлора и Райхельбергера Рассмотрены современные представления об условиях формирования сплошной связной кумулятивной струи С А Кинеловского, феноменологическая теория формирования кумулятивной струи И И Томашевича, теория бронепробивного действия кумулятивной струи Дан краткий исторический обзор области использования кумуляции в современной взрывной технике

Объекты и методы исследования. В качестве объектов исследований выбраны кумулятивные заряды малого калибра (диаметр боевой части от 40 до 5 мм) и веса (от 24 до 0,3 г) В качестве эталонного, в работе использован заряд бескорпусного кумулятивного перфоратора ПКС - ЗПК 103 (рис 1) Он имеет малые

размеры и вес (около 22 г.), но обладает относительно большой пробивной способностью. Форма заряда - коническая, наиболее выгодная, е точки зрения реализации в ограниченной объеме боевой части заряда максимальной активной массы. Кумулятивная выемка - конусообразная с углом раствора 75°. Боевая часть имеет переменную толщину свода над кумулятивной выемкой. Облицовки чаще всего Выполнялись из меди, штампованные.

Риг, ]. Схема макета кумулятивного заряда на базе ЗПК-111.1

1- шашка исследуемого ВВ.

2- кумулятивная облицовка,

3- ОболоЧКа заряда,

4- маижега,

5- промежуточный детонатор.

6- подсыпка из геКеогепа,

7- инициатор аетоштии.

Тайлица 1

Детонационные характеристики индииндуалышх взрывчатых Веществ, Использованных в работе, полученные расчетом по программе аш) 1НТипзИ|>8"

В В

Формула

тнт

Iспешен

Оюгоген

нто_ _сио ож

С.Н.А,^

_ СзНбОбКб

р«. г/см

1,640_ "¡.800

СДйО^в

1,900

С^ОзМ,

С6Н60и]%

с8о1(,ы8

1.911

2,044

1,9X0

Г), м/с

7304

8959

9298

Р, ГШ

19,70

_36,24_ 41.25

8610

4557 9036

34.49

47.89

39,96

О»,

КЮ1.1К к

1267.8

3547

1473

3550

1473.5

371 1

1066,6

1579.9

1824.8

3029

4361

6204

Таблица 2

Детонационные характеристики взрывчаты* смесей, иски ль »»ванных н работе, переделенные экспериментально н полученные расчетом но программе «.ЧЬоск ап<1 Ое(опаНоп"

вв Брутго-формула р„. г/ем [>, м/с 1*, ГПа Ояпч ккал/т 1

Гексоген фл. С16 2.(Нзгг490г; (([N¡5 1,680 18501 29,59 1396.89 3591

Октоген фл. С15 .йго ] .ЙЕЪ&М^Й.П? 1.760 8822 33,57 1422.2 3601

(Х20 + 5,5% фя С■ 1 б.«1' 2(1.1Огадэ?^ а ля 1,913 9206 40,27 1526.3 4043

ТНТ/Октоген 40/60 1,720 8306 28,26 1387,6 3760

ИТО/Октоген 40/60 1,861) 8885 36,24 1308,83 1365,6

Г11'171 "ексогса 50/50 Сц, 1 ьЦи& 51О2Й.7 1,660 7969 25,01 3770

Детонационные характеристики взрывчатых веществ и взрывчатых смесей, использованных в работе, определенные экспериментально электромагнитным методом или полученные расчетом по программе "Shock and Detonation" и приведены в таблицах 1 и 2

В основном для изготовления зарядов использован метод прессования Прессование шашек ВВ и промежуточных детонаторов осуществлялось на ручном масляном гидравлическом прессе при помощи специального прессинструмента Давление прессования 2000 кг/см2 В ряде случаев снаряжение боевых частей осуществлялось методом вибрационной заливки Средняя плотность взрывчатых веществ в заряде определялась путем расчета, после взвешивания готового изделия на воздухе и в воде с точностью до 10"4 г Для надежного возбуждения детонации, в

качестве промежуточного боевика, применялась шашка из тетрила массой 5 г, отпрессованная до плотности 1,4 г/см3, диаметр боевика 12 мм Инициирование промежуточного детонатора осуществлялось с помощью столбика порошкообразного гексогена (подсыпка), в верхнюю часть которого вставлялась капелька инициирующего состава из азида свинца весом ОД г

Методика проведения испытаний во взрывной камере показана на схеме (рис 2) Подрыв осуществлялся с помощью взрывной л которой непосредственно перед подрывом присоединялись к взрывной линии 1. Влияние калибра кумулятивной воронки

С целью определения предельного минимального размера кумулятивного заряда, еще способного эффективно пробить стальную преграду, проведена серия опытов с зарядами весьма малого калибра (до 5мм)

Показано, что для зарядов диаметром 15 и 20мм глубина бронепробития еще достаточно велика (относительная глубина пробития, L/d =3-4), но падает при переходе к зарядам калибра 9мм, в связи со снижением параметров

/

Рис 2. Схема установки заряда для проведения опытов

1- кумулятивный заряд, 2- бумажный цилиндр, 3- пластин-свидетель

машинки ВМК-1/100П, клемм

детонационной волны по мере приближения к критическим условиям распространения детонации в Ток 40/60 Заряд калибром 7мм, с конической воронкой диаметром 5мм, был снаряженный мощным взрывчатым веществом с высокой детонационной способностью и пробил 15мм стали, ЫА = 3 (рис 3)

Рис. 3 Влияние калибра конической кумулятивной воронки на относительную глубину бронепробития по стали для кумулятивных зарядов малого калибра

1- эталонный заряд ЗПК 103, расстояние до преграды равно калибру Угол раствора конуса 75°

2- кумулятивные заряды снаряженные Ток 40/60, воронка точеная из меди М-1 с углом раствора конуса 60° и толщиной стенки 0,8 мм Расстояние до преграды - калибр

3- заряд снаряжен мощным ВВ с высокой детонационной способностью

В изученном диапазоне боеприпасов малою калибра глубина пробития кумулятивными зарядами в 2-3 раза больше, чем подкалиберными снарядами с твердосплавым сердечником

Проведенные эксперименты показали высокую эффективность кумулятивных зарядов малого калибра и веса с воронками традиционной конической формы Заряды сохраняют способность пробивать стальную преграду на глубину 3-4 калибра даже при уменьшении диаметра боевой части до 15мм Этот предел может быть понижен в еще большей степени за счет использования мощных ВВ с высокой детонационной способностью При этом глубина пробития стальной преграды отнесенная к весу заряда, для зарядов чрезвычайно малого калибра, может достигать 10-50мм на грамм ВВ Для зарядов большого калибра, используемых в настоящее время в конструкции современных РПГ, глубина пробития составляет 1200мм, но отнесенная к весу заряда составляет всего 0,7-5мм на грамм ВВ 2 Результаты оценки броиепробивной способности заряда малого калибра принятого за эталон. Влияние фокусного расстояния

Для эталонных зарядов выбранной конструкции экспериментально определена глубина пробития по мягкой стали (СтЗ) С помощью методов математической статистики построены кривые пробития с вероятностью 95%, 50%

4 -

3 — 3 ■ 2 ► 1

2 — 1 — -------- /------ ------ ------

I I | I |

Калибр кумулятивной воронки

и 5%, в зависимости от расстояния до преграды (рис 4) Установлено, что заряд данной конструкции калибра 32,7 мм с воронкой из меди диаметром в основании 30,7 мм с углом раствора конуса 75° при весе боевой части 23 г из флегматизированного октогена имеет фокусное расстояние 50 мм Он способен пробить сталь на глубину 110мм с вероятностью 50% Глубина пробития с вероятностью 95% при серийном изготовлении заряда составила 95мм и 125мм с вероятностью 5%.

Î 40 -

Рис 4. Зависимость глубины бронепробития от фокусного расстояния для зарядов типа ЗПК-ЮЗ из флегматизированного октогена

140

130

5

120

с

110

о

Л) 100

& 90

эс

ю 80

с

70

60

ГУ*

С

Ж

К ( °

0,93 0 94 095 036 097 0S8 Относительная плотность

Рис 5. Зависимость глубины бронепробития для зарятов типа ЗПК-ЮЗ от относительной плотности флегматизированного октогена при F = 50 мм

Результаты испытаний позволяют заключить, что в случае зарядов малого калибра, разброс в глубине бронепробития, в основном, зависит от степени совершенства боевого заряда и в основном определяется изменением его плотности Контроль плотности прессованных кумулятивных зарядов методом гидростатического взвешивания показал, что глубина пробития в значительно меньшей степени зависит от несовершенства конструкции (несоосность воронки, различие по толщине ) а в основном определяется относительной плотностью заряда При плотности заряда 1,77 г/см3 (относительная плотность 0,96) глубина пробития составляет 122мм, диапазон возможных изменений последней в результате влияния остальных конструкционных факторов составляет ± 5мм (4%) (рис 5)

3. Влияние детонационных характеристик ВВ на относительную глубину пробития при заданном калибре. Оценка эффективности взрывчатых веществ

Особое значение имеет поиск связи между детонационными

характеристиками взрывчатого вещества и эффективностью бронепробивного действия кумулятивного заряда Решение этой задачи позволяет производить обоснованный выбор взрывчатых веществ пригодных для снаряжения кумулятивных боевых частей и вести целенаправленный синтез новых мощных взрывчатых веществ с требуемыми характеристиками

Следует иметь в виду, что теория предсказывает наличие прямой зависимости между скоростью детонации (Б) и скоростью движения головного элемента кумулятивной струи (11с), однако прямой связи между скоростью детонации и глубиной пробития преграды нет Известно, что для разрушения стальной преграды достаточно обеспечить умеренную скорость кумулятивной струи ~ 2500 м/с Чрезмерно высокая скорость, до 8000-12000 м/с, легко достижимая при взрыве кумулятивного заряда, обеспечивает интенсивное развитие эффектов послетечения, но для эффективного бронепробивного действия не нужна

Таким образом, связь бронепробивного действия кумулятивного заряда с параметрами детонации взрывчатых веществ оказывается достаточно сложной Следует принять во внимание некоторые общие теоретические соображения о работе взрыва, развитые ранее в работах А Ф Беляева При этом следует учесть, что процесс отбора энергии на разгон тонкой металлической облицовки кумулятивной полости при детонации характеризуется крайне малым временем

Кумулятивное действие можно охарактеризовать, как крайний случай проявления бризантного действия взрыва Поэтому следует ожидать наличия связи между эффективностью бронепробивного действия и такими детонационными характеристиками взрывчатого вещества, как скорость детонации (О), давление на фронте детонационной волны (Р), скорость движения продуктов взрыва (и), показатель политропы продуктов взрыва (к), начальная плотность заряда (ро), и некоторыми показателями работоспособности взрывчатого вещества, такими как и удельный импульс контактного взрыва (1тн)

Дубновым, Еременко, Струковым, Пепекиным величину относительного импульса контактного взрыва предлагается использовать в качестве критерия для оценки бронепробивного действия кумулятивных зарядов

Относительный импульс контактного взрыва предложено рассчитывать по известным детонационным характеристикам взрывчатых веществ

, „7л \Р^%ет XcCvcTdem) пл 1отн~ 28,0 + 5,57 p0-J-—------(2)

Где ро - плотность заряда г/см3, Q^em~ калориметрическая теплота взрыва,

экспериментально найденная или рассчитанная, ккая/кг, М - средний молекулярный вес газообразных продуктов взрыва, % - количество углерода в продуктах взрыва,

гат/кг, Тдет- температура детонации, К, Cvc - средняя теплоемкость углерода,

ккал/г am град Значения % , Тдет и М расчитываются по уравнениям материального

и теплового баланса с учетом равновесия реакции водяного газа

В настоящей работе относительный импульс контактного взрыва рассчитан по соотношению (2), при этом необходимые детонационные характеристики взрывчатых веществ и взрывчатых смесей были определены экспериментально, или с использованием программы "Shock and Detonation" и приведены в таблице 3

Таблица 3

Результаты расчета относительного импульса контактного взрыва и экспериментальные данные, характеризующие относительную глубину пробития ____стальной преграды кумулятивными зарядами ЗПК-ЮЗ__

Взрывчатые Ро, V, Р, I™, Q»er L/Ljoo

вещества г/см3 м/с м/с ГШ % КДа/кг

ТГ 50/50 1,660 7969 1891 25,01 103 5719 1,00

ТНТ 1,640 7304 1645 19,7 92,3 5312 _0,822

Гексоген фл 1,680 8501 2072 29,59 111,3 5853 1,233

Октоген фл 1,760 8822 2162 33,37 118,1 5959 1,575

Ток 40/60 1,720 8306 1978 28,26 109,0 5814 1,164

НТО/октоген 40/60 1,860 8885 2193 36,24 119,8 5484 1,369

Результаты расчета относительного импульса контактного взрыва позволяют

обсудить весьма важный вопрос о влиянии скорости детонации на эффективность

разрушающего действия кумулятивных зарядов Согласно соотношению (2),

1/2

относительный импульс контактного взрыва пропорционален <Здет и можно ожидать, что имеется простая зависимость между относительным импульсом контактного взрыва и скоростью детонации В действительности же, относительный импульс контактного взрыва, лишь в первом приближении, оказывается пропорционален скорости деюнации (рис 6) Зависимость построена на основании литературных и оригинальных экспериментальных данных, с использованием массива, состоящего из 37 индивидуальных и смесевых взрывчатых веществ

Оценку эффективности взрывчатых веществ, предназначенных для снаряжения кумулятивных боеприпасов, обычно проводят по глубине пробития стальной преграды макетом кумулятивного заряда достаточно большого калибра (50 мм) и веса (более 500 г) Это позволяет сравнивать различные взрывчатые вещества в условиях реализации детонационного режима, близкого к идеальному В таблице 3 эффективность бронепробивного действия изучавшихся составов охарактеризована относительной глубиной пробития стальной преграды кумулятивным зарядом значительно меньшего калибра, и веса (21-23 г), выполненного в габаритах боевой части кумулятивного перфоратора ЗПК-ЮЗ

3D

й

2Q

р

ш Ю

s

g оо

|1Г

= эо

15

с? so

8 70

о

СО

• Литера гурны Э данные

Гексоген фл е гм атиэ ироеаинь!й <> октогеи флвгматиз ированный сз Тротил/О кггогем 4Q/6Q • МТО/Окгогем 40/60 А гсксоге! *

t^jP^Z У == 2D 1С19Х - S1 628

О ТН Т

к мто

т- s © es

Скорость детонации км/с

Рис.

6. Сравнение экспериментальных данных с литературными данными для зависимости относительного импульса от скорости детонации

Для сравнения использованы данные, полученные при испытании заряда ЗПК-ЮЗ, снаряженного смесью ТГ 50/50 На рис 7 сопоставлена относительная глубина пробития с рассчитанным относительным импульсом контактного взрыва смесей приведенных в таблице 3 и найдена зависимость

L/L100 = 0,0241ОТН- 1,4 (1)

Гексаген

SлeгмaтизиDoв энный ктоген флегматизиров энный з Тротил/Октоген 4-0/60

w НТО/ Окггоген 40/6Q

90 95 ЮО 105 110 115 120 125

Относительный импульс контактного взрыва %

Рис 7 Зависимость относительной глубины бронепробития от относительного импульса контактного взрыва

Это позволяет производить априорную оценку бронепропробития реальных кумулятивных зарядов на основе расчетных параметров детонации взрывчатых смесей, использованных для их снаряжения

Например, оказалось, что эффективность взрывчатой смеси, в которой 40% октогена заменено на малочувствительное взрывчатое вещество нитротриазолон (НТО), сравнима с эффективностью заряда флегматизированного октогена Соответственно 1отн=119,8,17Ьюо=1,369 для смеси октогена с шпротриазолоном 60/40 и Топ^Пв,1, Ь/Ь|оо = 1,575 для флегматизированного октогена При этом глубина пробития пакета пластин из мягкой стали (50% вероятность) перфоратором ЗПК-103, снаряженным флегматизированным октогеном составляет 118,5 мм

Таблица 4

Результаты расчета относительного импульса контактного взрыва и относительной глубины

пробития для кумулятивных зарядов малого калибра и веса, снаряженных новыми перспективными мощными взрывчатыми веществами и взрывчатыми смесями на их основе

Взрывчатые вещества Ро, г/см3 ккал/ кг гат/ кг Cvc , ккал/г ат.град T * дет» "К М,г/ гат ÍOTH» % L/Ljqo

CL20 2,044 1579,9 1,01 5,9 103 4361 32,2 141,1 1,99

CL20 + 5,5% фл 1,913 1526,3 4,86 5,8 10"3 4043 31,9 126,1 1,63

CL20/THT 60/40 1,861 1457,0 8,04 5,8 10"3 4083 34,5 113,7 1,33

CL20/Fox7 60/40 1,977 1439,6 1,69 5,7 10"3 3844 31,2 131,8 1,76

CL20/HTO 60/40 1,989 1341,1 3,15 5,7 10"3 3730 32,4 126,0 1,62

CL20/TNAZ 60/40 1,957 1586,6 0,93 5,9 10"' 4397 31,9 134,7 1,83

CL20/TATB 60/40 2,000 1387,1 6,44 5,7 10"3 3697 33,1 124,9 1,60

Октоген/ Fox7 60/40 1,900 1389,7 2,26 5,6 10"J 3518 29,6 126,4 1,63

Октоген/TNAZ 60/40 1,881 1537,9 1,33 5,8 10"J 4014 30,3 129,3 1,70

Октоген/ТАТВ 60/40 1,921 1337,0 7,06 5,6 10"3 3384 31,4 119 8 1,48

ONC 1,980 1824,8 0 6,54 10"3 6204 38,2 135,3 1,85

ONC/THT 60/40 1,828 1597,4 6,8 6,11 10"3 4965 37,3 112,1 1,29

ONC/Fox7 60/40 1,941 1589,3 0,42 6,05 КГ 4781 33,7 131,0 1,74

ONC/HTO 60/40 1,952 1491,4 1,78 6,02 10"3 4708 35,2 125,2 1,60

ONC/TNAZ 60/40 1,922 1730,5 0 6,26 10"3 5397 34,4 133,3 1,80

ONC/TATB 60/40 1,963 1539,1 5,15 5,99 10"3 4615 36,1 123,3 1,56

Соотношение Ь/Ьто = 0 024 10,н - 1,4, полученное в работе, не только

устанавливает связь между относительной глубиной пробития и рассчитанным относительным импульсом контактного взрыва для известных в настоящее время мощных взрывчатых смесей, но и позволяет, в последующем, прогнозировать достижимую глубину бронепробития для кумулятивных зарядов малого калибра и

веса снаряженных новыми перспективными мощными взрывчатыми веществами и взрывчатыми смесями на их основе (результаты расчета приведены в таблице 4)

Из приведенного графика (рис 8) видно, что кумулятивные заряды малого калибра и веса, снаряженные новым перспективным мощным взрывчатым веществом - CL20, способны пробить преграду на глубину 2 раза большую, чем ТГ 50/50

к 2,1

о 1 9

л 1,7

ID 1,5

« 1,3

1,1

1 0,9

о 0,7

О

i

= 00 '47х- 1 494' Т Г

R2 = 0,89 34 ♦ .

¿Л г ~

90 95 100 105 110 115 120 125 130 135 140 145 150

______Г>тнгуцту»пьныи L*Mnum.n ипнта|тгот нзпына 1

♦ экспериментальные результаты А смеси на основе НМЛ -Линейный (экспериментальные результаты)

■ смеси на основе CL20 ~ смеси на основе ONC

Рис. 8 Прогнозирование бронепробивиой способности кумулятивных зарядов малого калибра и веса, снаряженных новыми мощными перспективными взрывчатыми веществами и смесями на их основе

Результаты экспериментов, представленные в таблице 3 позволяют сделать вывод об относительно высокой эффективности кумулятивных зарядов типа ВПК-ЮЗ малого калибра и веса

Теоретический подход к оценке эффективности кумулятивных боевых частей, предложенный Дубновым, Еременко, Струковым, Пепекиным для зарядов большого калибра, сохраняет свое значение и для боеприпасов весьма малого калибра и веса при условии реализации устойчивого детонационного режима 4. Влияние формы кумулятивной воронки на результаты бронепробитня

Изучено бронепробивное действие, определена глубина и форма отверстия пробитого в стали кумулятивными зарядами малого калибра с воронками традиционной формы конус, сфера, "ударное ядро" - сферический сегмент, парабола Показано, что заряды с конической воронкой традиционной формы сохраняют способность пробивать стальную преграду на глубину 3-4 калибра даже при уменьшении диаметра боевой части до 15мм Этот предел может быть понижен в еще большей степени за счет использования мощных ВВ с высокой детонационной способностью или путем помещения заряда в прочную оболочку Заброневое

действие, обусловленное откольными явлениями в броне, практически отсутствует, диаметр пробитого отверстия весьма ограничен (рис 9)

Из рис 2, сопоставив результаты опытов с бронепробивной способностью

эталонного заряда, можно придти к заключению, чго снижение угла конусности с 75° до 60° приводит к увеличению относительной глубины бронепробития с 3 до 4 калибров, те почти на 25%, что связано, видимо, с относительным увеличением длины образующей конуса, при том же его калибре Этот результат находится в хорошем согласии с существующей теорией бронепробивного действия кумулятивной струи

Для зарядов, имевших кумулятивную выемку в форме сферы, отмечено существенное изменение характера воздействия заряда на преграду Глубина брнепробития сокращается до 2 калибров, но возрастает диаметр отверстия пробитого в стальной преграде, до 10- 15 мм на входе струи в преграду, те почти в 3-4 раза, в основном за счет возросших эффектов послетечения Откольные эффекты и связанное с ними заброневое действие выражены слабо (рис 10 и 11)

Возросшие эффекты послетечения в материале преграды могут быть объяснены увеличением скорости головных участков кумулятивной струи, формирующихся также в результате столкновения элементов кумулятивной облицовки, метаемых с большой скоростью детонационным фронтом, падающим в начальный момент по нормали к поверхности кумулятивной выемки В последующем, детонационный фронт становится скользящим, чго приводит к снижению, почти в 2 раза, скорости метания элементов кумулятивной выемки и, в результате, к уменьшению диаметра пробиваемого отверстия в преграде и снижению эффективной длины кумулятивной струи В целом же, все наблюдаемые эффекты находят свое непротиворечивое объяснение с позиций существующей теории бронепробития

Рис. 9 Боевая часть кумулятивного заряда с вороикои конической формы

калибром 30,8 мм и результат ее воздействия на пакет стальных плит

Рис 10 Боевая часть кумулятивного заряда с воронкой сферической формы калибром 31,2мм и результат ее воздействия на пакет стальных плит

Рис 11 Боевая часть кумулятивного заряда с воронкой сферической формы калибром 20,6 мм и результат ее воздействия на пакет стальных плит

При взрыве кумулятивных зарядов с воронками в виде сегментов сферы большого радиуса, т н "ударное ядро", наблюдается дальнейшее увеличение диаметра пробиваемого отверстия, до 0,4-0 6 калибра, при резком сокращении глубины бронепробшия (рис 13) Бронепробитие воронок типа "ударное ядро" равноценно деисгвию урезанных до размера сегмента сферических воронок того же радиуса В этом можно убедится, сравнив рис 13 и 11

Рис 12 Боевая часть кумулятивного заряда с воронкой параболической формы калибром 27 мм и результат её воздействия на стальную __преграду толщиной 40 мм___

Рис 13 Боевая часть кумулятивною заряда с воронкой в виде шарового сегмента ("ударное

ядро") и результат ее воздействия на пакет стальных плит Калибр воронки 27 мм, прогиб сегмента 8 мм

И с пользование воронок типа "ударное ядро" целесообразно для формирования высокоскоростные ударных -шементоа ограниченной д.:пты. по не приводит к увеличений бронепробивной способности сопоставлении с зарядами, имеющими кумуляттшную облицовку в форме сферы того же радиуса. Палас: глубина пробития и при сравнении зарядов с боевой частью одинакового калибра.

Кумулятивные воронки в форме параболы обеспечиваю 1 наиболее стабильное^ хотя и ограниченное по глубине, бронепробивное действие. Глубина отверстия в стали достигает 1,5 калибра. Диаметр отверстия крайне г ¡ер а к но мере; 1 ¡г составляем 0,5 калибра на входе струи в металл и. в последующем, с глубиной резко Сокращается. Заброневое осколочное действие выражено слабо (рис. ¡2). 5. Исследование бропепробввиой способности кумулятивных зарядов малого калибра, оснащённых воронками "нетрадиционнаи* формы

Основным критерием оценки эффективности броненробмтан кумулятивных зарядов с традиционной формой кумулятивной воронки является глубина бропепрооич ин. Но в ряде случаев, необходимо создавать широкие отверстия при относительно небольшой толщине преграды. Это важно также для перфорации нефтегазовых скважин, т.к. узкое отверстие в обсадкой трубе может л£Ш5 забиться пестом. В ряде случаев важен запое материала за преграду и приходится Рачительно усложнять конструкцию боеприпаса, чтобы обеспечить занос песта за броню. Поэтому значительное внимание уделено зарядам с цилиндрическими облицовками и облицовками "нетрадиционной формы", т.к. они дают пробоину практически равную калибру кумулятивного заряда.

Рис. 14. Кумулятивные йбЛИ ЦОВКН не градкцнпнион фирмы.

11, Н .1ШI д роко Н И ЧIX 1С л с облицовки

Рис. 15. Кумулятивные облзщовкя нс 1 р:' 1 и циой нин фррмы. Цилии,¡¡шчсскнс »Елкновки

К зарядам с "'нетрадиционной" формой кумулятивной воронки мы относим заряды с комбинированной формой воронки: конус + цилиндр (рис. 14), сфера + цилиндр, и цш™ндричеекой кумулятивной облицовкой (рис. 15).

Для зарядов с "нетрадиционной" формой кумулхтняпой воронки впервые обнаружена характерное особое воздействие на преграду, несвойственное зарядам с обычными (например коническими) кумулятивными облицовками. Диаметр пробиваемого в преграде отверстия оказывается равен диаметру кумулятивной облицовки, а на тыльной поверхности преграды развиваю тся мощные откольные явления. Диаметр откололшегося слон доходит до двух диаметров заряда (рис, 16. 17).

Г|Ч . I6. Конструкция ззрядц С I.1. мулЯ I (ПИК И воронкой нетрадиционной формы калибром 30 мм и реаулъта! ею воздействия п.! стальную плату тилнишой ]') viví. Uct ñoeuoíi чисти кI Ok" lll í-l! 27 грам _(1- кумултпчцшян RO[¡H>MK»h 2- 3 ннициаюр)

Риг. И.Отко.тьныг явления i.- сыльнаИ

сторон 1-1 ПЛЙСГВНЫ, lipoDHTnil je v 11 vj [ ч п i и 111 11 зарядом и г nopoHK'Oii _ истраднинояноП фор^ы_

Боевые части зарядов в этой серии опытов были выполнена из Мощного взрывчатого вещества с высокой скоростью детонации - литого состава ТО к 40/60.

Первая серии опытов устанавливает зависимоеIь между броненробивной сшсобностыв кумулятивных зарядоа с цшшндроконмчссшй формой кумулятивной выемки и расстоянием до преграды.

Следующие две серии опытов проведены в целях установления зависимости бропепробивпого действия от расстояния до преграды и от высоты цилиндрической части облицовки с зарядами. имеющими цилиндрические кумулятивные выемки. Па рис- 18. приведены графики зависимостей диаметров Входного и выходного отверстий, а также отколь ной воронки от расстояния до прегралы для зарядов первой и второй серии. Видно, что:

Растояние до преграды мм

а)

Растояние до преграды мм

о е 2

Растояние до преграды мм

Рис. 18 Зависимость диаметра входного (а) и выходного (б) отверстий, а также откольной воронки (в) от расстояния до преграды для зарядов с цилиндроконическими (1) и цилиндрическими (2) кумулятивными облицовками

В)

- с ростом расстояния до преграды диаметр пробиваемого отверстия медленно уменьшается как для зарядов с цилиндроконическими кумулятивными облицовками, так и для зарядов с цилиндрическими облицовками,

- для зарядов с цилиндроконическими кумулятивными облицовками пробитие сохраняется на большем расстоянии до преграды, чем для зарядов с цилиндрическими облицовками,

- максимальный диаметр входного отверстия у зарядов с цилиндрическими облицовками,

Следующая, третья серия иллюстрирует зависимость бронепробивной способности кумулятивных зарядов с цилиндрической облицовкой от высоты облицовки при постоянной толщине облицовки и расстоянии до преграды 10 мм

На рис 19, приведены зависимости диаметра входного, выходного отверстий и откольной воронки от высоты цилиндрической части облицовки Установлено, что диаметр входного отверсгия постоянен и равен калибру цилиндрической части воронки Диаметр выходного отверстия быстро нарастает и пробитое отверстие приобретает форму цилиндра с диаметром равным калибру воронки Диаметр

откольной воронки во всех случаях значительно больше и составляет два диаметра цилиндрической части кумулятивной воронки

Высота цилиндрической части к

а)

высота цилиндрическом части мм

Высота цилиндрической части мм

б)

Рис 19. Зависимость диаметра входного (а) и выходного (б) отверстий, а также откольной воронки (в) от высоты цилиндрической части облицовки

6. Разработка основ теории броиепробивного действия кумулятивных зарядов малого калибра, оснащённых кумулятивными воронками "нетрадиционной" формы

Этим фактам можно дать непротиворечивое объяснение исходя из совместного рассмотрения гидродинамической и феноменологической концепций струеобразования и кратерообразования (рис 20, 21) Можно предположить, что разрушение преграды в случае воронок "нетрадиционной" формы происходит вследствие двойного удара по преграде

Теория броиепробивного действия кумулятивного узла с воронкой нетрадиционной формы операется на теорию разрушающего действия заряда с кумулятивной воронкой цилиндрической формы

Для случая цилиндроконической кумулятивной облицовки струя формируется из конической части облицовки, но на низкоскоростные фрагменты КС обжимается цилиндрическая часть облицовки, формируя низкоскоростной бьющий элемент

большой массы Высокоскоростная часть струи производит разрушающее действие и осуществляет ударно-волновое нагружение преграды По нагруженной преграде воздействует низкоскоростной бьющий элемент, обеспечивая тем самым широкие входные отверстия на малых расстояниях Вследствие большой разницы в скоростях высокоскоростной струи и низкоскоростного элемента (а следовательно и большего времени задержки подхода низкоскоростного элемента к преграде) на больших расстояниях происходит некоторое снижение диаметра входного отверстия

(6)

Рис 20 Схема заряда (а) и метаемых элементов б) 1- дно облицовки, 2- цилиндрическая трубка, 3- заряд ВВ

Ряс 21 Схема формирования кратера в преграде

В случае цилиндрических кумулятивных облицовок также имеет место похожий механизм воздействия на преграду (см рис 21) - двойной удар по преграде Но сначала воздействие осуществляется низкоскоростным ударником - элементом плоского дна, второй удар производит кумулятивная струя

Представленная, таким образом, физическая модель процесса пробития, в целом, правильно описывает характер производимых разрушений, диаметр отверстия незначительно превышает расчетный, что связано с влиянием явлений послечения Обнаруженный эффект позволяет сконструировать боевую час1ь кумулятивного заряда весьма выгодной формы

ВЫВОДЫ

1 Анализ основных соотношений теории кумуляции позволяет сделать вывод об отсутствии простой связи между скоростью детонации ВВ и эффективностью кумулятивного заряда Поэтому предложено использовать в качестве критерия эффективности величину относительного импульса контактного взрыва, как это сделано в работах Дубнова, Пипекина, Ерёменко, и Нестеренко

2 Показано, что эффективное бронепробитие возможно даже при снаряжении кумулятивных боеприпасов обычными штатными ВВ в калибре боеприпаса до Юмм Эффективность в зарядах меньшего калибра (до 5мм) может быть обеспечена применением новых современных взрывчатых веществ с повышенной мощностью и высокой детонационной способностью

3 Разработана методика экспериментальной оценки эффективности кумулятивных зарядов малого калибра В качестве показа геля эффективности предложено использовать относительную глубину пробития по мягкой стали эталонными зарядами, выполненными в габаритах заряда кумулятивного перфоратора ЗПК-ЮЗ

4 На примере эталонного заряда малого калибра и веса изучено влияние на бронепробивную способность некоторых важных факторов состава взрывчатой смеси, плотности боевого заряда и расстояния до префады

5 Для зарядов малого калибра установлена связь между относительной глубиной бронепробития и относительным импульсом контактного взрыва в виде соотношения Ь/Ьюо = 0,0241ОГН - 1,4 Это позволяет прогнозировать эффективность ВВ, используемых для снаряжения кумулятивных боеприпасов малого калибра

6 Получены количественные данные о бронепробивной способности, глубине и форме отверстия в стали для кумулятивных зарядов малого к&чибра, оснащенных воронками традиционной формы конус, сфера, "ударное ядро" - сферический сегмент, парабола. Изучено влияние конструктивных факторов на эффективность кумулятивного заряда Полученные результаты позволяют производить обоснованный выбор конструкции кумулятивного узла с заданным характером разрушающего действия

7 Впервые обнаружен и объяснен качественно новый характер воздействия на преграду кумулятивных зарядов оснащенных воронками "нетрадиционной'' формы При испытании макета заряда в стали формируется отверстие равное калибру боевой части, и мощная воронка откола, не характерная для разрушающего действия кумулятивных зарядов обычной конструкции При этом вынос металла в запреградное пространство достигает 3 гр на 1 гр веса боевого заряда

8 Результаты проведенных исследований составляют теоретическую основу для создания эффективного боеприпаса малого калибра и веса и могут послужить основой для выполнения в последующем опытно-конструкторских работ Основное содержание результатов опубликовано в работах

1 Потапчук С М, Нгуен Минь Туан, Хотин В Г, Цвигунов А Н Изучение методами физико-химического анализа продутое взрыва взрывчатых веществ типа СДАЛ Ч Сборник трудов "Успехи в химии и химической технологии" М РХТУ им Д И Менделеева, 2005, Том XIX, № 4, -с 60-63

2 Нгуен Минь Туан, Устименко В А, Хотин В Г К вопросу о факторах, определяющих эффективность бронепробивного действия кумулятивных зарядов малого калибра // Сборник тезисов XIII международной научно- практической конференции научно-педагогического состава и обучающихся «Предупреждение, спасение, помощь», Академия ГЗМЧС РФ, Химки, 2006 -с 136-137

3 Зуев А В , Нгуен Минь Туан, Хотин В Г Использование методов взрывного воздействия в целях дезактивации боеприпасов // Сборник трудов Успехи в химии и химической технологии" М РХТУ им ДИ Менделеева, 2006, Том XX. №4, -с 88- 90

4 Хотин В Г, Нгуен Минь Туан, Устименко В А Эффективность использования кумулятивных зарядов малого калибра при работах в нефтяных скважинах // Химическая технология, 2007, № 4, -с 182-185

5 Хотин В Г , Томашевич И И, Нгуен Минь Туан , Устименко В А Явление кумуляции и его использование во взрывной технике // Под ред В Г Хотина Учебное пособие М РХТУ им Д И Менделеева, 2007 -88с

Введение.

1. Литературный обзор.

1.1. Основные этапы в истории изучения и практического использования кумулятивного эффекта во взрывной технике.

1.2. Гидродинамическая теория формирования кумулятивной струи

1.2.1. Теория сходящихся струй и ее применение М.А. Лаврентьевым для описания явления кумуляции.

1.2.2. Основы гидродинамической теории кумуляции, учитывающей конечное значение скорости детонации.

1.2.3. Условия формирования сплошной связной кумулятивной струи

1.2.4. Феноменологическая теория формирования кумулятивной струи

И. И. Томашевича.

1.2.5. Теория бронепробивного действия кумулятивной струи.

1.3. Область использования кумуляции в современной взрывной технике

1.3.1. Использование кумулятивного эффекта в нефтедобывающей промышленности.

1.3.2. Примеры использование кумулятивного эффекта в военной технике 34;

2. Постановка задачи исследования.

3. Экспериментальная часть.

3.1. Методика проведения эксперимента.

3.1.1. Выбор заряда, отвечающего требованиям работы.

3.1.2. Методика изготовления кумулятивных зарядов.

3.1.3. Характеристика применяемых веществ.

3.1.4. Методика проведения испытаний во взрывной камере.

3.1.5. Методика получения и обработки результатов экспериментов.

3.2. Экспериментальное исследование эффективности бронепробития кумулятивных зарядов малого и сверхмалого калибра.

3.2.1. Влияние калибра кумулятивной воронки.

3.2.2. Влияние детонационных характеристик ВВ на относительную глубину пробития при заданном калибре. Оценка эффективности взрывчатых веществ.

3.2.3. Влияние формы кумулятивной воронки на результаты бронепробития.

3.3. Исследование бронепробивной способности кумулятивных зарядов малого калибра, оснащённых кумулятивными воронками ''нетрадиционной* формы.

3.3.1. Определение бронепробивной способности зарядов с цилиндроконическими облицовками.

3.3.2. Определение бронепробивной способности зарядов с цилиндрическими облицовками.

4. Обсуждение экспериментальных результатов.

4.1. Влияние конструкции кумулятивного узла на эффективность бронепробивного действия.

4.2. Влияние детонационных характеристик взрывчатых веществ на эффективность бронепробивного действия.

4.3. Прогнозирование бронепробивной способности кумулятивных зарядов малого калибра и веса, снаряженных новыми мощными перспективными взрывчатыми веществами и смесями на их основе.

4.4. Особенности бронепробивного действия кумулятивных зарядов малого калибра и веса с воронкой ''нетрадиционной" формы.

Выводы.

Кумулятивный эффект - одно из мощных средств концентрации энергии взрыва в строго заданном направлении, что позволяет управлять действием взрыва и эффективно разрушать окружающую среду.

Благодаря необычайно высокой эффективности, кумулятивные заряды широко применяются в военных целях для борьбы с бронированными средствами противника, а также в мирной промышленности в горном деле, при добыче нефти, при обработке металлов взрывом, в космосе, для разделения космических объектов, при ликвидации последствий крупных аварий и катастроф, при тушении пожаров и т.д.

Эффективность кумулятивных зарядов принято оценивать величиной бронепробивного действия, поэтому научные разработки в области кумуляции ведутся, в первую очередь, с целью достижения максимального бронепробивного действия при ограниченном калибре и весе ^заряда.

Одной из актуальных задач в области практического использования явления кумуляции является изучение влияния на эффективность бронепробивного действия кумулятивных зарядов малого калибра и веса состава мощных взрывчатых смесей, используемых для снаряжения боевых частей, а также элементов конструкции заряда. В связи с этим в работе поставлены задачи:

1. Изучение теоретических основ явления кумуляции как эффективного способа управления местным действием взрыва;

2. Изучение и освоение технологии изготовления кумулятивных зарядов малого калибра и веса, на примере заряда перфоратора типа ЗПК-ЮЗ;

3. Изучение влияния калибра боеприпаса на бронепробивную способность кумулятивных зарядов;

4. Изучение влияния формы кумулятивной выемки на бронепробивную эффективность зарядов малого калибра;

5. Выбор экспериментального метода, позволяющего оценить влияние физико-механических характеристик заряда и состава взрывчатых смесей на эффективность бронепробивного действия кумулятивных зарядов малого калибра;

6. Проведение экспериментов с целью установления влияния физико-механических характеристик заряда и состава взрывчатых смесей на эффективность бронепробивного действия кумулятивных перфораторов ЗПК-ЮЗ;

7. Ознакомление с теоретическими методами расчета параметров детонации ВВ и импульса контактного взрыва. Расчет этих характеристик для взрывчатых смесей используемых в работе и поиск корреляции между бронепробивным действием зарядов малого калибра, детонационными характеристиками и некоторыми показателями работоспособности взрывчатых веществ, использованных для снаряжения зарядов;

8. Разработка лутей повышения эффективности зарядов ЗПК-ЮЗ и прогнозирование пределов реального бронепробивного действия кумулятивных перфораторов;

9. Изучение бронепробивной способности кумулятивных зарядов малого калибра, оснащённых кумулятивными воронками "нетрадиционной* формы. Разработка основ теории бронепробивного действия кумулятивного заряда малого калибра, оснащённых кумулятивными воронками "нетрадиционной* формы.

В последующих главах данной работы последовательно излагаются пути решения сформулированных выше задач и полученные при этом результаты.

1. Литературный обзор

1.1. Основные этапы в изучении и практическом использовании кумулятивного эффекта во взрывной технике

Термин «кумуляция» происходит от латинского cumulatio — скопление или cumulo - накапливаю. Дословно обозначает увеличение или усиление какого-либо эффекта [1,2].

Обычно, при взрыве сосредоточенного заряда ВВ, по мере удаления от источника взрыва, давление в расширяющихся продуктах взрыва быстро падает. Соответственно, падает и разрушающее действие продуктов взрыва, причем одинаково в разных направлениях. При взрыве же кумулятивного заряда, напротив, имеет место усиление разрушающего действия в направлении оси, так называемой, кумулятивной выемки. Такой эффект получается при использовании зарядов специальной формы. С этой целью, обычно, на внешней поверхности заряда, создают углубление -кумулятивную выемку. Продукты взрыва, выбрасываемые с поверхности заряда, образуют в направлении оси выемки сходящийся поток с высоким давлением и скоростью. Этот поток и обеспечивает повышенное разрушающее действие кумулятивных зарядов [3,4].

Высокая скорость потока продуктов взрыва, метаемых с поверхности заряда, необходимая для проявления эффекта кумуляции, может быть получена только при детонации ВВ. Поэтому, осуществленный в середине прошлого века синтез ряда химических соединений, способных к детонации, явился необходимой предпосылкой открытия явления кумуляции.

В 1864 г. русский военный инженер генерал М. М. Боресков открыл кумулятивный эффект и использовал его в саперном деле [5]. Но первые систематические исследования кумулятивного эффекта были проведены в 1923 - 1926 гг. М. Сухаревским, который установил зависимость бронебойного действия кумулятивных зарядов без облицовки от формы выемки и ряда других факторов.

Позже было показано, что, если поверхность кумулятивной выемки облицована тонким слоем металла, то бронепробивное действие такого заряда увеличивается в несколько раз.

К началу Великой Отечественной войны на вооружении советских войск имелись различные типы бронебойных снарядов. Однако, кумулятивными снарядами отечественная артиллерия-тогда не располагала, хотя в немецкой армии боеприпасы этого типа уже были. Этот серьезный пробел в арсенале средств борьбы р бронированной техникой пришлось спешно ликвидировать уже в начале войны, в связи с резко возросшей броневой защитой танков.

В октябре 1941. г. в НИЙ-6 инженер М. Я. Васильев начал исследования возможности практического использования кумулятивного эффекта при конструировании -боеприпасов [6]. И уже в конце 1941 г. получил основные исходные данные, необходимые для проектирования кумулятивных снарядов. А в 1942 г., совместно с 3. В. Владимировой и Н.С. Житкнх, им был создан первый в Советском Союзе 76-мм кумулятивный снаряд, который, после некоторой доработки, был принят на вооружение и изготовлялся серийно в течение всей войны. Снаряд пробивал броню толщиной 100 мм и использовался для поражения средних немецких танков.

В 1942 г. группой конструкторов и ученых в составе И.П. Дзюбы, Н.П. Казейкина, И.П. Кучеренко, В .Я. Матюшкина и А.А. Гринберга были разработаны, а в начале 1943 г. приняты на вооружение 122 - мм и 152 - мм кумулятивные снаряды. Снаряды пробивали броню толщиной до 150 мм и поражали любые бронированные цели, в том числе и тяжелые немецкие танки «Тигр» и «Пантера».

В 1942 г. в КБ - 30 конструктор Н. П. Беляков начал разрабатывать гранату кумулятивного действия, которая была принята на вооружение в 1943 г. под индексом РПГ - 43 и предназначалась для борьбы с целями, имевшими броню толщиной до 70 мм.

В связи с необходимостью поражения тяжелых танков «Тигр» и самоходных артиллерийских штурмовых установок «Фердинанд» с увеличенной толщиной брони была разработана и в октябре 1943 г. принята на вооружение ручная противотанковая граната РПГ- 6, которая пробивала броню толщиной до 100 мм.

В 1943 г. в немецкой армии появились фаустпатроны. Фаустпатрон ("бронепробивной кулак") - это динамореактивный гранатомет одноразового действия, состоящий из надкалиберной кумулятивной гранаты с хвостовым оперением, порохового (вышибного)- заряда и открытого с обоих концов ствола, со стреляющим механизмом и прицельной планкой. Имелись два варианта фаустпатронов - Ф-1 и Ф-2 с дальностью стрельбы до 30 метров. Масса Ф-1 - 5,35 кг, Фг2 - 3,25 кг; масса гранаты соответственно 2,8 кг и 1,65 кг; бронепробиваемость по нормали — 200 и 140 мм. В момент выстрела из казенной части трубы вылетал сноп пламени длиной до 4 метров, начальная скорость гранаты составляла 50-70 м/с.

Фаустпатрон оказался эффективным средством поражения танков и других бронированных целей.

Помимо стрелковых и артиллерийских боеприпасов кумулятивный эффект с успехом был использован при конструировании авиационных боеприпасов. Для борьбы с танками эффективно использовалась штурмовая авиация. Однако обычные фугасно-осколочные авиабомбы в борьбе с танками были не эффективны [6]. В 1942 г. конструктор И.А. Ларионов предложил конструкцию легкой противотанковой авиабомбы кумулятивного действия и в апреле 1943 г. была принята на вооружение противотанковая авиабомба ПТАБ

2,5-1,5, пробивавшая броню толщиной до 70 мм. Эти ПТАБы, явившиеся прообразом современных кассетных боеприпасов, сыграли решающую роль в уничтожении немецких танков во время битвы на Курской дуге. В декабре 1944 г. началось производство более крупной противотанковой авиабомбы кумулятивного действия ПТАБ-10-2,5, которая пробивала 160 мм брони.

После окончания Великой Отечественной войны кумулятивный эффект находит широкое применение и в мирных целях.

При создании и эксплуатации скважин, предназначенных для разведки и разработки месторождений полезных ископаемых (нефти, газа, угля, воды, и др.), широко применяются прострелочные и взрывные работы. С их помощью выполняют важнейшие операции, осуществление которых другими способами, например, чисто механическими, является сложной, трудоемкой, дорогой, а иногда, и неосуществимой задачей, особенно на больших глубинах [7,8,9].

В 1942 - 1943 гг. для перфорации и торпедирования чжважин было предложено использовать кумулятивные заряды (в СССР - Ю.Л. Колодяжный, в США - К. Девис и-Л. Берроус).

В 1954 г. началось внедрение отечественных кумулятивных перфораторов, которые, благодаря большой пробивной способности, большей термостойкости и высокой производительности зарядного комплекса, в 60-е годы почти полностью вытеснили пулевые перфораторы.

Кумулятивные заряды используются для резки кабеля, мостовых балок, листов металла большой толщины. Их применяют для резки металлических профилированных листов и труб. В промышленности довольно широко используется сварка взрывом также основанная на использовании явления кумуляции [10].

Принцип действия кумулятивных зарядов находит применение и в научных исследованиях. Например, явление кумуляции используется для метания частиц вещества, имитирующих космические объекты, со скоростями, достигающими 100 км/сек, а также для получения сверхвысоких давлений с целью изучения свойств различных веществ в этих условиях.

Теоретические и экспериментальные исследования кумулятивного эффекта, ввиду его большого значения, в 1942 — 1943 гг. провели М. А. Лаврентьев, К. П. Станюкович, Г. И. Покровский.

выводы

1. Анализ основных соотношений теории кумуляции позволяет сделать вывод об отсутствии простой связи между скоростью детонации ВВ и эффективностью кумулятивного заряда. Предложено использовать в качестве критерия эффективности величину относительного импульса контактного взрыва, как это сделано в работах Дубнова, Пипекина, Ерёменко, и Нестеренко.

2. Показано, что эффективное бронепробитие возможно даже при снаряжении кумулятивных боеприпасов обычными штатными ВВ в калибре боеприпаса до 10мм. Эффективность в зарядах меньшего калибра (до 5мм) может быть обеспечена применением новых современных взрывчатых веществ с повышенной мощностью и высокой детонационной способностью.

3. Разработана методика экспериментальной оценки эффективности кумулятивных зарядов малого калибра. В качестве показателя эффективности предложено использовать относительную глубину пробития по мягкой стали эталонными зарядами, выполненными в габаритах заряда кумулятивного перфоратора ЗПК-ЮЗ.

4. На примере эталонного заряда малого калибра и веса изучено влияние на бронепробивную способность некоторых важных факторов: состава взрывчатой смеси, плотности боевого заряда и расстояния до преграды.

5. Для зарядов малого калибра установлена связь между относительной глубиной бронепробития и относительным импульсом контактного взрыва в виде соотношения: ULm = 0,0241отн - 1,4. Это позволяет прогнозировать эффективность ВВ, используемых для снаряжения кумулятивных боеприпасов малого калибра.

6. Получены количественные данные о бронепробивной способности, глубине и форме отверстия в стали для кумулятивных зарядов малого калибра, оснащённых воронками традиционной формы: конус, сфера, "ударное ядро" -сферический сегмент, парабола. Изучено влияние конструктивных факторов на эффективность кумулятивного заряда. Полученные результаты позволяют производить обоснованный выбор конструкции кумулятивного узла с заданным характером разрушающего действия.

7. Впервые обнаружен и объяснён качественно новый характер воздействия на преграду кумулятивных зарядов, оснащённых воронками "нетрадиционной* формы. При испытании макета заряда, в стали формируется отверстие равное калибру боевой части и мощная воронка откола, не характерная для разрушающего действия кумулятивных зарядов обычной конструкций. При этом вынос металла в запреградное пространство достигает 3 гр. на 1 гр. веса боевого заряда.

8. Результата проведенных исследований составляют теоретическую основу для создания эффективного боеприпаса малого калибра и веса и могут послужить основой для выполнения в последующем опытно-конструкторских работ.

1. Под ред. Б. А. Введенского. Большая Советская Энциклопедия// Изд. 2-е. М., БСЭ, 1953. -620 с.

2. Покровский Г.И. Взрыв// М.: Недра, 1980.

3. Баум Ф.А., Орленко Л.П., Станюкович К.П. и др. Физика взрыва// М.: Наука, 1975.

4. Под ред. Л. П. Орленко. Физика взрыва// Изд. 3-е, перераб. - В 2 т. Т. 2. - М.: ФИЗМАТЛИТ, 2002. - 656 с.

5. Майер В. В. Кумулятивный эффект в простых опытах// М., Наука, 1989. -192 с.

6. Вернидуб И. И. На передовой линии тыла// М., ЦНИИНТИКПК, 1994. -728 с.

7. Григорян Н. Г., Пометун Д. Е., Горбенко Л. А. и др. Прострелочные и взрывные работы в скважинах// М., Недра, 1972. -288 с.

8. Григорян Н.Г., Пометун Д.Е., Горбенко Л.А., Ловля С.А. Прострелочные и взрывные работы в скважинах// М.: Недра, 1980.

9. Григорян Н.Г. Вскрытие нефтегазовых пластов стреляющими перфораторами// -М.: Недра, 1982.

10. Дерибас А. А. Физика упрочнения и сварки взрывом// Новосибирск, Наука, 1980. -221 с.

11. Лаврентьев М. А. Кумулятивный заряд и принцип его работы 7/ Успехи математических наук. 1957. Т. 12, вып. 4(76). -с. 41-56.

12. Томашевич И.И. Проникание в преграду высокоскоростного потока удлиненных элементов. //Физика горения и взрыва. 1987 - Т.23, №2 -С.97-101.

13. Лаврентьев М; А., Шабат Б. В. Проблемы гидродинамики и их математические модели// М.: Наука, 1973. -407 с.

14. CookM. A. The Science of High Explosives//1958.-p. 440.

15. Кук M.A. Наука о промышленных взрывчатых веществах// М.: Недра, 1980.

16. Кинеловский С. А., Тришин Ю. А. Физические аспекты кумуляции // Физика Горения и Взрыва. 1980, Т. 16, №5, -с. 26-40.

17. Григорян Н. Г., Ловля С. А., Шахназаров Г. Г и др. Простреленные и взрывные работы а скважинах/А-М.: Недра, 1992.

18. Ловля С. А. Прострелочно-взрывные работы в скважинах// -М.: Недра, 1987.

19. Составители: Г. К. Вожко, А. В. Бокарева. Прострелочно-взрывные и импульсные виды работ в скважинах //Сборник научных трудов. -М.: ВНИПИ Взрыв-геофизика, 1984.

20. Illustrier Enzyklopadie der Schutzenwaffen aus aller Welt. SchutzenwafFen heute (1945-1985). Band 1,2; 2 Aufl.-Berlin: Militarveriagder DDR, 1990-268 s.

21. Пат. ФРГ №2706060, класс 102, публ. 25.03.1982.

22. Пат. США №4481886, класс Е42В 1/02, публ. 13.11.1984.

23. Пат. США №4436033, класс Е42В 1/02, публ. 13.03.1984.

24. Пат. Франция№2496252, класс Е42В 1/02, публ. IS.05Л982.

25. Пат. Франция №2493506, класс Е42В 1/02,публ. 17.05.1982.

26. Пат. Франция,№2552869, класс Е42В 13/10, публ. 05ЛМ. 1985.

27. Пат. США №4499830, класс Е42В 13/12, публ. 19.02.1985.

28. Пат. США №4466353, класс Б42В 1/02, публ. 21.08.1984.

29. Мураховский В. И., Федосеев С. Л. Оружие пехоты// Справочник. М.: Арсенал-Пресс, 1^97. -400 с.

30. Орлова. Е. Ю. Химия и технология бризантных взрывчатых веществ// учебник для вузов- 3-е изд., перераб.- Л.: Химия, 1981-312 с.

31. Орлова Е. Ю., Орлова Н. А., Жилин В. Ф. И др. Октоген -термостойкое взрывчатое вещество// М., "Недра", 1975,-128с.

32. Под. ред. Л. А. Шипицын. Термостойкие взрывчатые вещества в условиях глубоких скважин//- М.: Недра. 1981.

33. Дубнов Л. В., Бахаревич Н. С, Романов А. И. Промышленные взрывчатые вещества// М.: Недра, 1988. - 358 с.

34. Кукиб Б. Н., Росси Б. Д. Высокопредохранительные взрывчатые вещества// -М.: Недра, 1980.-176 с.

35. Андреев К. К., Беляев А. Ф. Теория взрывчатых веществ// М., Оборонгиз, 1960. -595 с.

36. Беляев А. Ф. Горение, детонация и работа взрыва конденсированных систем// М.: Наука, 1968. -255 с.

37. Махов М.Н., Пепекин В.И., Лебедев Ю.А. Критерий оценки параметров детонации ВВ// ДАН СССР, 1977, т.234, №6,-е. 1391-1394.

38. Под ред. проф. Б.Н. Кондрикова. Расчет равновесных процессов при высоких температуре и давлении// -Методические указания. М., Изд-во МХТИ им. Д.И.Менделеева, 1984, -48 с.

39. Авякян Г.А. Расчет энергетических и взрывчатых характеристик ВВ// М, ВИА им. Ф.Е. Дзержинского, 1964, -106 с.

40. KamletMJ., DlcrinconC, J. Chem. Phys. 48,43 <1968).--p.43-50.

41. Кузнецов H.M., Шведов K.K. ФГВ, 1969, т.5, №3, -с. 362-369.

42. Айзенштадт ГШ. Метод расчета идеальной скорости детонации конденсированных ВВ// ФГВ, 1976, т.12, №5, -с. 754-758.

43. Державец, А.А. Разработка малогабаритного макета для -оценки эффективности кумулятивного заряда// Дипломная работа. М, РХТУ, 1989. -95 с.

44. Сморчкова. Е. JH. Исследование влияния-состава мощных взрывчатых смесей на эффективность бронепробивного действия кумулятивного заряда// Дипломная работа. М, РХТУ, 2001. -75 с.

45. Чигин А. С. Разработка конструкции и экспериментальное определение бронепробивной способности кумулятивного выстрела на базе ВОГ -25П// Дипломная работа. М, РХТУ, 2001. -74с.