Уламкові та осколково-фугасні бойові частини, Ракетна техніка
Уламкові та осколково-фугасні бойові частини ракет утворюють один з найбільших і розвинених класів боєприпасів, призначених для ураження практично всіх типів цілей, за винятком підземних, підводних та важкоброньованих. У сучасному трактуванні під осколковими бойовими частинами (ОБЧ ) розуміються боєприпаси, що вражають мету високошвидкісним потоком великої кількості однотипних інертних вражаючих елементів (ПЕ ), що метаються вибухом заряду бризантного ВР, причому ПЕ можуть представляти як уламки природного дроблення, так і заданого, а також готові вражаючі елементи (ГПЕ ). Таким чином, термін "уламкові" у широкому значенні слова є застарілим, а поняття "уламок" слід відносити тільки до уламків природного дроблення.
Осколково-фугасні бойові частини (ОФБЧ ) відрізняються від осколкових здатністю до підриву проникати в ґрунт або за іншу перешкоду як у складі ракети, так і поза нею. У строгому значенні слова термін ОФБЧ застосовується для ракет наземної дії, протикорабельних ракет тощо. Іноді, бажаючи підкреслити той факт, що на малих промахах можливе ураження зенітної мети повітряною ударною хвилею та продуктами детонації, термін "уламково-фугасна" використовується і для БЧ зенітних керованих ракет з неконтактним підривом, що є методично неправильним. У разі правильніше було б вживати термін " осколочно-компрессионная БЧ " , що відповідає англійському терміну " High Explosive Blast Fragmentation Warhead " .
Класифікація
За типом мети:
- багатоцільові або універсальні (наприклад, ОФБЧ природного дроблення реактивних систем залпового вогню)
- спеціалізовані, призначені для ураження цілейпевного класу.
- протипіхотні ОБЧ, призначені для ураження відкритої та слабозахищеної живої сили (умовний діапазон мас ПЕ m=0,1-1 г),
- протитранспортні ОБЛ, призначені для ураження наземної та повітряної неброньованої техніки (m=1 - 10г)
- протибронні ОБЛ, призначені для ураження легкоброньованих цілей зі сталевим еквівалентом до 20 мм та інших міцних малоуразливих цілей, наприклад, тактичних ракет (m = 10 - 100 г).
По конфігурації осколкового поля:
- ОБЛ із круговими полями ;
За величиною меридіонального кута розльоту для ОБЛ цього розрізняють вузькі і широкі поля. Кут розльоту визначається переважно формою оболонки та схемою ініціювання. Малі кути розльоту (осколкові поля типу "ріжучий диск") реалізуються за допомогою оболонки з увігнутою утворюючою, двоточкового ініціювання на торцях заряду, багатоточкового синхронного ініціювання по осі заряду, що створює розбіжну детонаційну хвилю, близьку до циліндричної. Великі кути розльоту зазвичай досягаються застосуванням ОБЛ бочкоподібної або, у граничному випадку, сферичної форми.
Основним недоліком кругових ОБЧ, що мають більш менш широкі поля, необхідні для впевненого накриття мети, є низька щільність осколкового поля (низька щільність кінетичної енергії осколків на одиницю тілесного кута поля). Ефективнеураження сучасних повітряних цілей, в першу чергу таких малорозмірних цілей, як балістичні та крилаті ракети, вимагає величини кутового енергозмісту осколкового потоку 10-20 МДж/стерадіан, що в принципі не може бути досягнуто в конструкціях кругових ОБЛ. Тому тенденція подальшого розвитку, мабуть, полягатиме в переході до спрямованих осколкових полів, що дозволяє досягти високої концентрації енергії в осколковому потоці.
- ОБЛ з осьовими полями ;
Основною перевагою осьових БЧ є пряме підсумовування швидкостей ракети та метаних ГПЕ, а для ракет наземної дії – велика глибина ураження при підході до поверхні під малим кутом. В останньому випадку осьове поле дозволяє отримати оптимальне узгодження щільності розсіювання та координатного закону ураження.
Істотним недоліком осьової схеми є необхідність розташування ОБЧ у головній частині снаряда або скидання перед підривом відсіку, що знаходиться попереду ОБЧ, а також необхідність високої точності наведення на ціль.
ОБЧ з осьовими полями малоефективні проти маневруючих літаків та швидкісних цілей.
- ОБЛ з радіально-спрямованими полями ;
Основними способами реалізації радіально спрямованого потоку (націлювання в площині нормальної до траєкторії снаряда) є:
- керування креном снаряда;
- поворот перед підривом неосесиметричної ОБЧ навколо поздовжньої осі;
- багатоточкове ковзне ініціювання;
- вибухове деформування ОБЛ перед підривом;
- розкриття ОБЧ на площину.
Перші два варіанти вимагають ускладнення конструкції, оскільки перед підривом БЧ необхідно забезпечити її поворот для суміщеннянапрями польоту уламків з метою.
Найбільшою швидкодією за часом націлювання має багатоточкове ковзне ініціювання (тобто створення в заряді ВР ударної хвилі потрібного напрямку), але перерозподіл енергії потоку, що досягається, при цьому невелико. Достатньо великою швидкодією (tн = 0,001 - 0,003 с) має БЧ з вибуховим деформуванням. Осколкова оболонка в даному випадку виконується з пластичної сталі або гуми з вмонтованим у неї ГПЕ. По утворюючим оболонки із зарядом пластичного ВР розташовані детонуючі подовжені заряди (ДНЗ) з демпферами. Після отримання інформації про сторону промаху ДНЗ, розташований на боці мети, вибухає деформуючи БЧ, а потім проводиться її підрив детонатором з формуванням спрямованого потоку осколків.
При розкритті ОБЧ на смужкість чотири квадранти, що становлять бойову частину, розкриваються в момент підриву у бік мети та ініціюються. Для спрацьовування такої БЛ потрібно кілька мілісекунд, що суттєво обмежує її застосування.
Перевага стрижневих ПЕ перед звичайними компактними ГПЕ полягає у нанесенні суцільного розрізу обшивки та силового набору, що веде до руйнування конструкції планера, тобто. ураження повітряної мети за класом "миттєве руйнування цілі у повітрі".
Недоліками є: невисока швидкість розширення кільця (її збільшення може призвести до передчасного руйнування кільця), невеликий радіус ураження і недостатня різальна здатність стрижнів при дії проти деяких міцних цілей.
У конструкціях осколково-стрижневих БЧ поверх набору стрижнів укладається шар компактних ГПЕ.
У зарубіжній літературі стрижневі БЧ позначаються як "High Explosive Continuos Rod".
Механізм ураження мети.
Кожен кілограм вибухової речовини (ВВ), що міститься в заряді БЧ, виробляє близько 1м3 газу, що створює місцевий тиск до 100 т/см2. Цей газ, нагрітий до температури 3000-5000 ° К, швидко розширюється і, стискаючи навколишнє повітря, формує в ньому ударну хвилю. Поразка мети ударною хвилею та продуктами детонації ВР називається фугасною (компресійною).
Якщо заряд ВР укладено у тверду (зазвичай металеву) оболонку, то гази, отримані в результаті детонації, розривають її, що викликає розліт осколків (ПЕ) з високими швидкостями, що залежать від відношення маси заряду до повної маси бойової частини (це відношення називається коефіцієнтом наповнення БЧ). Після розриву оболонки осколки ще деякий час сприймають прискорюючу дію газів, що розширюють, — продуктів вибуху. За допомогою уламків вражаюча енергія поширюється на відстані, що перевищують радіус фугасної дії БЧ, але тільки у напрямку польоту уламків (поле фугасної поразки є суцільним).
Можливі конструкції ВЗЧ
- 1-фугасна;
- 2-заряд ВР у металевій оболонці;
- 3-зовнішня насічка оболонки;
- 4-внутрішня насічка;
- 5-заряд ВР з канавками;
- 6-готові ПЕ;
- 7-мультикумулятивна БЧ (з конічними тасферичними виїмками);
- 8-багатячячний заряд;
- 9-стрижнева;
- 10-ріжуча;
- 11-спрямованої дії.
Без вжиття спеціальних заходів щодо організації дроблення оболонки виходять ПЕ істотно відрізняються один від одного за масою і розмірами, причому велика частка енергії вибуху припадає на дрібні уламки, що швидко гальмуються в повітрі, не призводять до помітного вражаючого ефекту через малу енергію, що доставляється до мети. Для організації дроблення застосовуються різні прийоми, пов'язані з механічною обробкою корпусу БЧ, формуванням спеціальних виїмок на поверхні бойового заряду, використанням готових ПЕ та інші.
При використанні конічних чи сферичних виїмок виникає так званий ефект кумуляції. за допомогою якого вдається отримувати кілька важких уламків, що мають швидкості розльоту до 4-5км/с. БЧ такого типу іноді називають мультикумулятивними, а уламки, що формуються, - ударними ядрами.
Ефект впливу ПЕ на ціль зазвичай оцінюється за допомогою статистичних моделей, в яких описуються конфігурація мети та розташування її основних уразливих відсіків, параметри БЧ (розмір і кількість ПЕ, швидкості та кути їх розльоту тощо), умови зустрічі ракети з метою швидкості, кути підходу, положення точки підриву БЧ).
У процесі моделювання зазвичай виявляються такі характеристики, аналіз яких дозволяє розрахувати ступінь ураження цілі:
- глибина проникнення (вважається основним показником);
- глибина проникнення разом із конфігурацією пробоїни (визначає ефективність на цілий ряд елементів мети — кабелі, ланцюги управління, гідравлічні системи тощо. п.);
- кількість руху ПЕ (визначає деформацію елементів мети);
- кінетична енергія, що обумовлює розміри пошкоджень великих цілей;
- ефект руйнування конструкції як співвідношення енергії ПЕ та величини мети;
- швидкість поглинання енергії ПЕ метою.
Підвищити ймовірність ураження мети можна за рахунок збільшення енергії ПЕ, що забезпечується застосуванням великих БЧ з більш важкими та швидкісними ПЕ. Іншим шляхом підвищення ефективності осколкової БЧ вважається забезпечення великої кількості попадань ПЕ в ціль. При цьому проявляється ефект накопичення шкоди, внаслідок чого загальний підсумок впливу на ціль виявляється вищим за просту суму окремих ефектів. Якщо кілька ПЕ потрапляє в ціль на невеликій площі та з малим часовим інтервалом, може виникнути додатковий ефект посилення ураження, що породжується такими причинами:
- накладенням серії ударних хвиль, що викликаються в конструктивних елементах мети кожним ПЕ;
- вибуховими реакціями з'єднання з киснем частини матеріалу мети та ПЕ, що випарувалася при проникненні ПЕ (це явище особливо помітно, коли воно виникає у внутрішніх порожнинах цілі та коли серія ПЕ викликає квазістатичний надлишковий тиск);
- гідроударом, що виникає при попаданні ПЕ в паливний бак або іншу ємність з рідиною.
Проведені в об'єднанні «Мессершмітт - Бєльков - Блом» експерименти показали, що при попаданні ПЕ в бак з рідиною його проникнення незначне і практично не залежить від швидкості. Було проведено серію відстрілів 3,5-г ПЕ у контейнер із водою зі швидкостями 600—1800 м/с. Виявилося, що максимальне проникнення досягалося за швидкостей 800—1000 м/с. При менших швидкостях ПЕ сплющувався, а за більших (понад 1000 м/с) приймав грибоподібну форму і починав ерродувати. Збільшення площі ПЕта зменшення його маси призводило до скорочення глибини проникнення. Однак при високошвидкісних уламках контейнер отримував більші пошкодження внаслідок більш потужної ударної хвилі рідини. Тимчасові інтервали між уламками, необхідні для прояву ефекту посилення руйнувань, залежать від швидкості поширення ударної хвилі в середовищі, що сприймає вплив осколків (для металу вона досягає 10 мкс, рідин – 100 мкс, внутрішніх повітряних порожнин – 1 мс).