Кумулятивный эффект

Кумулятивный эффект, кумуляция, усиленное в определённом направлении действие взрыва. К. э. создаётся зарядом взрывчатого вещества, имеющим углубление — кумулятивную выемку, обращенную к мишени (например, к стальной броневой плите). Кумулятивная выемка, обычно конической формы, покрыта металлической оболочкой (облицовкой), её толщина в зависимости от диаметра заряда варьируется от долей мм до мм. Механизм действия кумулятивного заряда состоит в следующем. После взрыва капсюля-детонатора, находящегося на противоположной по отношению к выемке стороне заряда, возникает детонационная волна, которая перемещается вдоль оси заряда. Волна разрушает коническую оболочку, начиная от её вершины, и сообщает материалу оболочки большую скорость. Давление продуктов взрыва, достигающее ~ 10¹⁰ н/м² (10⁵ кгс/см²), значительно превосходит предел прочности металла. Поэтому движение металлической оболочки под действием продуктов взрыва подобно течению жидкой плёнки (подчеркнём, что течение металла не связано с его плавлением, а вызвано чрезвычайно высокой механической нагрузкой). Движущийся металл образует сходящийся под определённым углом к оси конуса поток, который переходит в тонкую (порядка толщины оболочки) металлическую струю, перемещающуюся вдоль оси с очень большой скоростью (~ 10 кмlceк). Действие этой струи и обусловливает высокую пробивную способность взрыва кумулятивного заряда (рис. 1). Высокоскоростная струя пробивает стальную броню подобно тому, как мощная струя воды проникает в мягкую глину. Глубина проникновения (равная примерно длине струи) пропорциональна образующей конической оболочки. Давление, возникающее при столкновении струи с броневой плитой, настолько превышает напряжение разрушения стали, что прочность мишени не играет существенной роли.

  При схлопывании конической оболочки скорости отдельных частей струи оказываются несколько различными, в результате струя в полёте растягивается. Поэтому небольшое увеличение промежутка между зарядом и мишенью увеличивает глубину пробивания из-за удлинения струи. При значительных расстояниях между зарядом и мишенью струя разрывается на части, и эффект пробивания снижается. Использование заряда с кумулятивной выемкой, но без металлической облицовки снижает К. э., поскольку вместо металлической струи действует струя газообразных продуктов взрыва (рис. 2).

  Термин «кумуляция» иногда применяется специалистами в более широком смысле — для обозначения явлений в которых течение среды приводит к концентрированию энергии в небольшом объёме, но не обязательно сопровождается образованием струй. Примерами таких явлений служат сходящиеся к центру (к оси) сферические (цилиндрические) детонационные или ударные волны, схлопывание пустой полости в жидкости под действием большого давления и т. п. К. э. используется в военном деле и в научных исследованиях для изучения свойств веществ при высоких давлениях.

  Лит.: Лаврентьев М. А., Кумулятивный заряд и принципы его работы, «Успехи математических наук», 1957, т. 12, в. 4; Теоретические и экспериментальные исследования явления кумуляции, «Механика. Сборник переводов и обзоров иностранной периодической литературы», 1953, в. 4 (20); Забабахин Е. И., Явления неограниченной кумуляции, в кн.: Механика в СССР за 50 лет, т. 2, М., 1970.

  М. А. Садовский, К. Е. Губкин.

Рис. 1. Последовательные стадии разрушения металлической оболочки и формирования кумулятивной струи (получены методом импульсной рентгенографии): а — коническая оболочка перед разрушением; б — начало разрушения — детонационная волна достигла вершины конуса; в — образование струи (через 4,8 мксек после окончания детонации); г — металлическая струя через 22,5 мксек после окончания детонации заряда.

Рис. 2в. Фотография разрушения, произведённого в стальной мишени действием заряда с кумулятивной выемкой (с металлической облицовкой). Поперечное сечение применяемого заряда показано над мишенью.

Рис. 2б. Фотография разрушения, произведённого в стальной мишени действием заряда с кумулятивной выемкой (без металлической облицовки). Поперечное сечение применяемого заряда показано над мишенью.

Рис. 2а. Фотография разрушения, произведённого в стальной мишени действием сплошного заряда. Поперечное сечение применяемого заряда показано над мишенью.