Was ist der kumulative Effekt und wie hilft er dabei, die dicke Panzerung moderner Panzer zu durchdringen.
Im Jahr 1941 erlebten sowjetische Tanker eine unangenehme Überraschung – deutsche HEAT-Granaten, die Löcher mit geschmolzenen Kanten in der Panzerung hinterließen. Sie wurden panzerbrechend genannt (die Deutschen verwendeten den Begriff Hohlladungsgeschoss, "ein Projektil mit einer Kerbe in der Ladung"). Das deutsche Monopol hielt jedoch nicht lange an, bereits 1942 wurde das sowjetische Analogon des BP-350A, das nach der Methode des "Reverse Engineering" (Demontage und Untersuchung erbeuteter deutscher Granaten) gebaut wurde, für den Dienst übernommen - eine "Panzerung". brennendes" Projektil für 76-mm-Kanonen. Tatsächlich war die Wirkung der Granaten jedoch nicht mit einem Durchbrennen der Panzerung verbunden, sondern mit einer ganz anderen Wirkung.
Prioritätsstreitigkeiten
Der Begriff "Kumulation" (lat. cumulatio - Akkumulation, Summierung) bedeutet die Verstärkung jeglicher Wirkung durch Addition (Akkumulation). Während der Kumulierung wird aufgrund einer speziellen Ladungskonfiguration ein Teil der Energie der Explosionsprodukte in eine Richtung konzentriert. Die Priorität bei der Entdeckung des kumulativen Effekts wird von mehreren Personen beansprucht, die ihn unabhängig voneinander entdeckt haben. In Russland - ein Militäringenieur, Generalleutnant Mikhail Boreskov, der 1864 eine Ladung mit einer Kerbe für Pionierarbeiten verwendete, und Kapitän Dmitry Andrievsky, der 1865 eine Zündladung aus einer mit Schießpulver gefüllten Papphülle mit einer mit Sägemehl gefüllten Aussparung entwickelte Dynamit zünden. In den USA der Chemiker Charles Munro, der 1888 der Legende nach eine Ladung Pyroxylin mit darauf ausgepressten Buchstaben neben einer Stahlplatte in die Luft sprengte und dann auf dieselben Buchstaben gespiegelt „reflektiert“aufmerksam machte Platte; in Europa, Max von Forster (1883).
Zu Beginn des 20. Jahrhunderts wurde die Kumulierung auf beiden Seiten des Ozeans untersucht - in Großbritannien tat dies Arthur Marshall, der Autor eines 1915 veröffentlichten Buches, das sich diesem Effekt widmet. In den 1920er Jahren hat der bekannte Sprengstoffforscher Professor M. Ya. Sucharewski. Die Deutschen waren jedoch die ersten, die die kumulative Wirkung in den Dienst der Militärmaschine stellten, die Mitte der 1930er Jahre unter der Führung von Franz Tomanek mit der gezielten Entwicklung von kumulativen panzerbrechenden Granaten begann.
Etwa zur gleichen Zeit tat Henry Mohaupt dasselbe in den USA. Er gilt im Westen als Urheber der Idee einer Metallauskleidung einer Aussparung in einer Sprengladung. Infolgedessen waren die Deutschen bereits in den 1940er Jahren mit solchen Granaten bewaffnet.
Todestrichter
Wie funktioniert der kumulative Effekt? Die Idee ist sehr einfach. Im Kopf der Munition befindet sich eine Aussparung in Form eines Trichters, der mit einer etwa millimetergroßen Metallschicht mit einem spitzen Winkel oben (Glocke zum Ziel) ausgekleidet ist. Die Detonation des Sprengstoffs beginnt an der Seite, die der Oberseite des Trichters am nächsten liegt. Die Detonationswelle "kollabiert" den Trichter zur Achse des Projektils, und da der Druck der Explosionsprodukte (fast eine halbe Million Atmosphären) die Grenze der plastischen Verformung der Auskleidung überschreitet, beginnt sich letztere wie eine Quasi-Flüssigkeit zu verh alten. Ein solcher Vorgang hat nichts mit Schmelzen zu tun, es ist eben das „k alte“Fließen des Materials. Ein sehr schneller kumulativer Strahl wird aus dem kollabierenden Trichter herausgedrückt, und der Rest (der Stößel) fliegt langsamer vom Explosionspunkt weg. Die Energieverteilung zwischen Strahl und Stößel hängt vom Winkel an der Spitze des Trichters ab: Bei einem Winkel von weniger als 90 Grad ist die Energie des Strahls höher, bei einem Winkel von mehr als 90 Grad die Energie von der Stößel ist höher. Dies ist natürlich eine sehr vereinfachte Erklärung - der Strahlbildungsmechanismus hängt vom verwendeten Sprengstoff, von der Form und Dicke der Auskleidung ab.
Aufprallkern
Eine der Spielarten der kumulativen Wirkung. Zur Bildung eines Prallkerns weist die kumulative Vertiefung oben einen stumpfen Winkel (bzw. Kugelform) auf. Bei Belastung durch eine Detonationswelle „kollabiert“die Auskleidung aufgrund der Form und der variablen Wandstärke (zum Rand hin dicker) nicht, sondern stülpt sich um. Das resultierende Projektil mit einem Durchmesser von einem Viertel und einer Länge von einem Kaliber (dem Anfangsdurchmesser der Aussparung) beschleunigt auf 2,5 km / s. Die Panzerungsdurchdringung des Kerns ist geringer als die des kumulativen Strahls, wird jedoch über fast tausend Durchmesser der Aussparung beibeh alten. Im Gegensatz zu einem Summenstrahl, der dem Stößel nur 15 % seiner Masse „wegnimmt“, wird der Prallkern aus der gesamten Auskleidung gebildet.
Wenn der Trichter zusammenbricht, beschleunigt ein dünner (vergleichbar mit der Dicke der Hülle) Strahl auf Geschwindigkeiten in der Größenordnung der Explosionsgeschwindigkeit (und manchmal sogar noch höher), dh etwa 10 km/s oder mehr. Dieser Strahl brennt nicht durch die Panzerung, sondern durchdringt sie, ähnlich wie ein Wasserstrahl unter Druck Sand wäscht. Bei der Strahlbildung erreichen die verschiedenen Teile jedoch unterschiedliche Geschwindigkeiten (die hinteren sind niedriger), sodass der kumulative Strahl nicht weit fliegen kann - er beginnt sich zu dehnen und aufzulösen und verliert seine Fähigkeit, Panzerungen zu durchdringen. Die maximale Wirkung der Strahlwirkung wird in einem bestimmten Abstand von der Ladung erreicht (dies wird als Fokus bezeichnet). Strukturell wird die optimale Art der Panzerdurchdringung durch den Sp alt zwischen der Kerbe in der Ladung und dem Projektilkopf bereitgestellt.
Flüssiges Projektil, flüssige Panzerung
Die Geschwindigkeit des kumulativen Strahls übersteigt die Ausbreitungsgeschwindigkeit des Schalls im Panzerungsmaterial (ca. 4 km/s) erheblich. Daher erfolgt die Wechselwirkung von Strahl und Panzerung nach den Gesetzen der Hydrodynamik, dh sie verh alten sich wie Flüssigkeiten. Theoretisch ist die Eindringtiefe des Strahls in die Panzerung proportional zur Strahllänge und der Quadratwurzel des Verhältnisses der Dichten des Auskleidungsmaterials und der Panzerung. In der Praxis ist die Panzerdurchdringung meist sogar höher als theoretisch errechnete Werte, da der Strahl durch die unterschiedlichen Geschwindigkeiten von Kopf- und Hinterteil länger wird. Typischerweise beträgt die Dicke der Panzerung, die eine Hohlladung durchdringen kann, 6-8 ihres Kalibers, und für Ladungen mit Auskleidungen aus Materialien wie abgereichertem Uran kann dieser Wert 10 erreichen. Ist es möglich, die Panzerungsdurchdringung zu erhöhen, indem man die Länge des Strahls? Ja, aber oft macht es keinen Sinn: Der Strahl wird zu dünn und seine Panzerwirkung lässt nach.
HEAT Munition in der Küche
Vor- und Nachteile
HEAT-Runden haben ihre Vor- und Nachteile. Zu den Vorteilen gehört die Tatsache, dass ihre Panzerungsdurchdringung im Gegensatz zu Unterkaliberprojektilen nicht von der Geschwindigkeit des Projektils selbst abhängt: HEAT kann auch von leichten Kanonen abgefeuert werden, die das Projektil nicht auf hohe Geschwindigkeit beschleunigen und auch verwenden können solche Ladungen in raketengetriebenen Granaten.
Übrigens ist es der "Artillerie" -Einsatz der Kumulierung, der mit Schwierigkeiten behaftet ist. Tatsache ist, dass die meisten Granaten durch Rotation im Flug stabilisiert werden, was sich äußerst negativ auf die Bildung eines kumulativen Jets auswirkt - es biegt und zerstört es. Designer versuchen, den Rotationseffekt auf verschiedene Weise zu reduzieren - zum Beispiel durch Anwenden einer speziellen Futtertextur (aber gleichzeitig wird die Panzerungsdurchdringung auf 2-3 Kaliber reduziert).
Eine andere Lösung wird in französischen Granaten verwendet - nur der Körper dreht sich, und die auf Lagern montierte Hohlladung dreht sich praktisch nicht. Solche Granaten sind jedoch schwierig herzustellen und nutzen außerdem die Fähigkeiten des Kalibers nicht vollständig (und die Panzerdurchdringung steht in direktem Zusammenhang mit dem Kaliber).
Die Installation, die wir zusammengebaut haben, sieht überhaupt nicht aus wie ein Analogon einer gew altigen Waffe und eines Todfeindes von Panzern - kumulative panzerbrechende Granaten. Trotzdem ist es ein ziemlich genaues Modell eines kumulativen Jets. Natürlich auf einer Skala - die Schallgeschwindigkeit in Wasser ist geringer als die Detonationsgeschwindigkeit, und die Dichte von Wasser ist geringer als die Dichte der Auskleidung, und das Kaliber echter Granaten ist größer. Unser Aufbau eignet sich hervorragend, um Phänomene wie die Strahlfokussierung zu demonstrieren.
Es scheint, dass Projektile, die mit hoher Geschwindigkeit aus Glattrohrkanonen abgefeuert werden, sich nicht drehen - ihr Flug stabilisiert das Gefieder, aber selbst in diesem Fall gibt es Probleme: Bei hohen Geschwindigkeiten des Projektils, das auf die Panzerung trifft, dreht sich der Strahl nicht Zeit haben, sich zu konzentrieren. Daher sind Hohlladungen am effektivsten bei Munition mit niedriger Geschwindigkeit oder im Allgemeinen stationär: Granaten für leichte Geschütze, Panzerfäuste, Panzerabwehrraketen, Minen.
Ein weiterer Nachteil ist, dass der kumulative Strahl durch explosiven dynamischen Schutz zerstört wird, sowie beim Durchdringen mehrerer relativ dünner Panzerungsschichten. Um den dynamischen Schutz zu überwinden, wurde eine Tandem-Munition entwickelt: Die erste Ladung untergräbt ihren Sprengstoff und die zweite durchbohrt die Hauptpanzerung.
Wasser statt Sprengstoff
Um eine kumulative Wirkung zu simulieren, ist es gar nicht nötig, Sprengstoff einzusetzen. Wir haben zu diesem Zweck gewöhnliches destilliertes Wasser verwendet. Statt einer Explosion erzeugen wir eine Schockwelle durch eine Hochspannungsentladung im Wasser. Den Ableiter haben wir aus einem Stück TV-Kabel RK-50 oder RK-75 mit einem Außendurchmesser von 10 mm gefertigt. Auf das Geflecht wurde eine Kupferscheibe mit einem 3 mm Loch gelötet (koaxial zum zentralen Kern). Das andere Ende des Kabels wurde auf eine Länge von 6-7 cm abisoliert und die mittlere (Hochspannungs-) Ader mit dem Kondensator verbunden.
Wenn der Strahl gut fokussiert ist, ist der in die Gelatine gestanzte Kanal fast unsichtbar, und wenn der Strahl defokussiert ist, sieht es aus wie auf dem Foto rechts. Trotzdem beträgt die "Rüstungsdurchdringung" in diesem Fall etwa 3-4 Kaliber. Auf dem Foto - ein 1 cm dicker Gelatinestab wird von einem kumulativen Strahl "durchbohrt".
Die Rolle des Trichters spielt in unserem Experiment der Meniskus - diese konkave Form nimmt die Wasseroberfläche in einer Kapillare (dünnes Rohr) an. Eine große Tiefe des "Trichters" ist wünschenswert, was bedeutet, dass die Wände des Rohrs gut benetzt sein müssen. Glas funktioniert nicht - ein hydraulischer Schock während des Entladens zerstört es. Polymerschläuche benetzen nicht gut, aber wir haben dieses Problem gelöst, indem wir eine Papierauskleidung verwendet haben.
Leitungswasser ist nicht gut - es ist ein guter Stromleiter, der durch das gesamte Volumen fließt. Verwenden wir destilliertes Wasser (z. B. aus Ampullen zur Injektion), in dem keine gelösten Salze enth alten sind. In diesem Fall wird die gesamte Energie der Entladung im Durchbruchbereich freigesetzt. Spannung - ca. 7 kV, Entladungsenergie - ca. 10 J.
Bildung eines kumulativen Strahls in panzerbrechender Munition
Gelatine-Rüstung
Verbinden wir die Funkenstrecke und die Kapillare mit einem Segment eines elastischen Schlauchs. Wasser sollte mit einer Spritze hineingegossen werden: Es sollten keine Blasen in der Kapillare sein - sie verzerren das „Kollaps“-Bild. Nachdem wir uns vergewissert haben, dass sich der Meniskus in einem Abstand von etwa 1 cm von der Funkenstrecke gebildet hat, laden wir den Kondensator auf und schließen den Stromkreis mit einem an den Isolierstab gebundenen Leiter. Im Bruchbereich entwickelt sich ein großer Druck, es bildet sich eine Stoßwelle (SW), die zum Meniskus "läuft" und ihn "kollabiert".
Sie können einen kumulativen Strahl erkennen, indem Sie ihn in Ihre Handfläche stechen, die sich in einer Höhe von einem halben oder einem Meter über der Installation befindet, oder indem Sie Wassertropfen an der Decke verteilen. Es ist sehr schwierig, einen dünnen und schnellen kumulativen Strahl mit bloßem Auge zu sehen, also haben wir uns mit einer speziellen Ausrüstung bewaffnet, nämlich der CASIO Exilim Pro EX-F1 Kamera. Diese Kamera ist sehr praktisch, um sich schnell bewegende Prozesse zu erfassen - Sie können Videos mit bis zu 1200 Bildern pro Sekunde aufnehmen. Die ersten Testaufnahmen zeigten, dass es nahezu unmöglich ist, die Entstehung des Strahls selbst zu fotografieren – der Entladungsfunke „blendet“die Kamera.
Aber du kannst auf "Rüstungsdurchdringung" schießen. Es wird nicht funktionieren, die Folie zu durchbrechen - die Geschwindigkeit des Wasserstrahls ist zu gering, um Aluminium zu verflüssigen. Daher haben wir uns entschieden, Gelatine als Rüstung zu verwenden. Mit einem Kapillardurchmesser von 8 mm gelang es uns, eine "Panzerungsdurchdringung" von mehr als 30 mm zu erreichen, dh 4 Kaliber. Höchstwahrscheinlich könnten wir mit ein wenig Experimentieren mit der Fokussierung des Strahls mehr erreichen und möglicherweise sogar eine zweischichtige Gelatinepanzerung durchdringen. Wenn also die Nachrichtenredaktion das nächste Mal von einer Armee von Gelatinepanzern angegriffen wird, sind wir bereit, uns zu wehren.
Dank an die CASIO-Vertretung für die Bereitstellung der CASIO Exilim Pro EX-F1-Kamera zum Aufnehmen des Experiments
