8.3 Бронебойное и заброневое действие кумулятивных зарядов

Обладая высокой скоростью движения и малым диаметром в поперечном сечении, кумулятивная струя способна пробивать толстые бронированные преграды, поражая заброневым дейст­вием жизненно важные агрегаты цели. При соударении струи с броней в месте их контакта образуются высокие давления, при которых можно пренебречь прочностным сопротивлением метал­ла и рассматривать броню и струю как несжимаемые жидкости. В результате в броне образуется слегка конический кратер, по поверхности которой растекается материал кумулятивной струи. Процесс пробития брони кумулятивной струен, также как и процесс образования струи, хорошо описывается гидродина­мической теорией, которая состоит в вымывании определенного объема брони при одновременном срабатывании кумулятивной струи (рисунок 8.9). Линия ABC на рисунке 8.9 является следом поверх­ности раздела металла струи и брони. Найдем скорость перемещения линии раздела (скорость образования выемки), считая металл струи и брони несжимаемым.

Рисунок 8.9. Схема действия кумулятивной струн по прегра­де:

а - конечной; б - полубесконечной толщины

Обозначим плотности металлов струи и брони через и соответственно. Согласно уравнению Бернулли (4.4) давление на линии раздела в точке В со стороны струи запишется в виде

(8.14)

где - скорость движения струи относительно линии раз­дела. Давление в той же точке со стороны металла брони равно

(8,15)

Из условия стационарности движения струи Р_{6 =} Р_С тогда со­гласно соотношениям (84.14) и (8.15) находим

Разрешая это выражение относительно и, будем иметь

(8.16)

Если предположить, что ,. то из (8.16) получим

Таким образом, в случае движения струи в броне с одинаковы­ми плотностями скорость образования кратера в два раза мень­ше скорости кумулятивной струи.

Определим максимальную глубину L кратера, образованного струей. С одной стороны, максимальное время проникания струи в броню будет равно времени движения линии раздела до дна выемки, то есть

(8.17)

С другой стороны, это время должно равняться времени срабатывания струн, которое в свою очередь равно длине струи /, поделенной на скорость , равной скорости сближения точек D и В (рисунок 8.9,а):

(8.18)

Приравнивая правые части выражении (8.17) и (8.18) и разре­шая относительно L, находим

После подстановки отношения скоростей из выражения (8.16) получим формулу

,

которая носит название формулы Лаврентьева. Из нее следует, что глубина проникания струи в броню с заданной плотностью зависит только от длины кумулятивной струи и ее плотности: не зависит от скорости движения струи. Однако более деталь­ные теоретические и экспериментальные исследования показывают, что бронебойное действие струн зависит в некоторой степе­ни от скорости струн, от сжимаемости металла струи и брони, а также от механической прочности брони.

Если скорость кумулятивной струи меньше так называемой критической скорости, то процесс проникания ее в броню пре­кращается. Критическая скорость, при которой нарушается гид­родинамическая модель, зависит от прочностных свойств прегра­ды и материала струи. Так, например, при пробитии прочной стальной брони критическая скорость равна 2400 и 2200 м/с со­ответственно для стальной и медной кумулятивных струй.

Поскольку вдоль кумулятивной струи существует градиент скорости, то бронебойным действием обладает не вся кумуля­тивная струя, а лишь часть ее, имеющая скорость выше крити­ческой и образующая так называемую эффективную длину струи. В связи с этим бронебойное действие металлической ку­мулятивной струи сильно зависит от расстояния между основа­нием кумулятивной выемки и броней в момент подрыва заряда. Существует некоторое оптимальное расстояние, на котором бронепробиваемость наибольшая. Это расстояние называется фокусным для кумулятивного заряда с металлической выемкой.

На рисунке 8.10 приведен разрез броневого листа толщиной 400 мм при пробитии его кумулятивной струей.

Рисунок 8.10. Пробитие броневого листа кумулятивной струей

При меньшем расстоянии до брони, чем фокус, струя не ус­певает достаточно растянуться, а на расстоянии, большем фо­кусного, головные элементы струи до соударения с броней рас­падаются на отдельные части. Рассеивание отдельных частиц относительно оси струи приводит к уменьшению бронепробиваемостн (рисунок. 8.10).

Рисунок. 8.11. Зависимости глубины проникания

кумулятивной струи в преграду:

1- металлической; 2 - газовой струи

Уместно напомнить, что фокусное расстояние имеется и у газовой кумулятивной струи (кривая 2 на рисунке. 4.10). Однако фокусное расстояние для газовой кумулятивной струи имеет другой смысл, чем у заряда с металлической облицовкой.

Таким образам, при использовании формулы (8.19) в нее следует подставлять не всю длину струн, а только длину ее эффективной части /,_ф. Для кумулятивных зарядов с конической выемкой и с облицовкой из стали эффективная длина кумуля­тивной струи составляет примерно 3 , где - длина образую­щей кумулятивной выемки.

При достижении струей тыльной стороны брони за ней обра­зуется поток так называемых вторичных осколков. Они образу­ются из частиц преграды и кусочков разрушенной кумулятивной струи. За преградой вторичные осколки летят в виде конуса с углом при вершине порядка 40—60 градусов (рисунок 8.9,а).. Эле­менты струи, проникающие сквозь пробоину, имеют сравнитель­но большую скорость и обладают сильным зажигательным и инициирующим действием. Кроме того, за сквозной пробоиной элементы струи образуют воздушную ударную волну, которая также обладает некоторым поражающим действием на экипаж танка.

Следует заметить, что при сквозном пробивании брони куму­лятивная струя отрывается от песта, который не проникает в заброневое пространство и, как правило, застревает в пробоине, так как его диаметр значительно больше диаметра струи и про­боины.