Кумулятивний ефект

Явище кумулятивного ефекту випадково відкрив англійський вчений підривник Форстер у 1883 році, досліджуючи вибухові характеристики модної тоді вибухової речовини динаміту. Практичне застосування кумулятивному ефекту знайшли німецькі конструктори боєприпасів у 1938 році. Вперше кумулятивні снаряди застосували німецькі артилеристи проти радянських танків наприкінці 1941 року, коли з’ясувалася повна нездатність німецьких 37-мм і 47-мм протитанкових гармат пробити броню Т-34 і КВ.

Фізика ударного ядра, втім, як і фізика самого кумулятивного ефекту, до кінця не з’ясована. Немає й однозначної відповіді – що є кумулятивний струмінь, ударне ядро. Ряд фахівців вважає, що під впливом високого тиску і температури в області вибуху матерія переходить у стан плазми, чим і пояснюється її висока кінетична енергія. Інші справедливо заперечують, що енергія не береться нізвідки, а лише може переходити з одного стану в інший. А потенційній енергії даної кількості вибухівки явно недостатньо для переходу матерії у плазмовий стан. Проте явище-то існує.

Є одна невелика теорія, яка якщо не повністю пояснює явище кумуляції й ударне ядро, але достатньо наочно ілюструє ці явища. Багато хто у своєму житті бачили дощ, бачили, як падають краплі в калюжі. Бачили, як з калюжі у місці падіння краплі догори підстрибує цівка води, як від неї відривається крапелька, що продовжує свій рух вгору. Така крапелька має досить високу швидкість. У будь-якому разі, по босих ногах б’є чутливо. Здавалося б, що при попаданні краплі дощу в калюжу ця крапля повинна просто піти в глибину води і розчинитися у своєму рідному середовищі.

Дослідник Ф.Киллінг, знімаючи високошвидкісною кінокамерою явища, що відбуваються у момент попадання краплі води на водну поверхню, виявив те ж саме явище кумуляції, що і при вибуху кумулятивного боєприпасу, тільки із зворотним знаком. Д осліджувати те, що відбувається під час вибуху снаряда, неможливо через технічні причини. А ось вода дозволяє відстежити всі фази цього процесу.

Розглянемо дуже спрощено процеси, що відбуваються при падінні краплі у воду.

У Киллінга розвиток процесу падіння краплі й утворення кумулятивного струменя та ударного ядра відстежуються більш ніж на 100 знімках.

Перший етап для нас нецікавий. Крапля наближається до поверхні. Втім, тут цікаво, що крапля у польоті має зовсім не ту форму, як всі думають (“краплевидну форму” крапля має тільки у момент відриву її від крана), а вид потовщеного диска.

Етап другий. Крапля входить у поверхню води. Вона ще зберігає свою цілісність і поводиться подібно до каменю. Починається процес утворення воронки. Проміжні етапи опускаємо, оскільки вони для нас нецікаві і лише детально описують зміну поведінки краплі подібно до каменю, до її повного руйнування.

Третій етап. Ми бачимо воронку параболообразної форми. Тиск води в області, що оточує воронку, значно перевищує тиск води в цілому у даному водному середовищі. Цей момент можна прирівняти до моменту початку процесу вибуху вибухової речовини. Тобто з цієї миті явища, що відбуваються в боеприпасі і воді, ідентичні.

Етап четвертий. Мікрокрапельки води під впливом тиску спрямовуються в геометричний центр параболи. Це – фокус кумуляції. При вибуху боеприпасу це місце максимального тиску.

Етап п’ятий. Крапельки зливаються в єдиний струмінь, що спрямований з великою швидкістю вгору. Це і є кумулятивний с трумінь. При вибуху боеприпаса такий струмінь і пробиває броню. Хто бачив пробоїни від кумулятивних снарядів, той не міг не відмітити, що отвір у броні від такого снаряда набагато менший його калібру. Природно. Товщина струменя набагато менша діаметра воронки.

Етап шостий. Ті мікрокрапельки, які опинилися у передній частині струменя, отримують чималу кінетичну енергію і спрямовуються далеко вгору. Відбувається формування ударного ядра. Спостерігаючи падіння краплі у воду, ми бачимо, що нова крапля підстрибнула досить високо з того місця, куди впала дощова крапля.

Етап сьомий, завершальний. Ударне ядро продовжує свій рух, а решта крапельок води, витративши свою енергію, починають повертатися назад у водне середовище.

Наочно, що кумулятивний струмінь існує досить нетривалий час і неминуче руйнується. Тому, якщо на шляху снаряда є екран, то кумулятивний струмінь, який сформувався при зустрічі снаряда з екраном, після проходження шлях до броні вже руйнується, а для утворення ударного ядра не вистачило простору. Якщо ж за екраном немає перешкоди, або ж боеприпас підірвати на достатньому віддалені від екрана, тоді ударне ядро, маючи високу кінетичну енергію, легко пробиває і екран і броню.