Ещё один кумулятивный миф
На заре практического использования кумулятивных боеприпасов, в годы Второй мировой войны, их вполне официально именовали «бронепрожигающими» , поскольку в те времена физика кумулятивного эффекта была неясна. И хотя в послевоенный период было точно установлено, что кумулятивный эффект никакого отношения к «прожиганию» не имеет, отголоски этого мифа встречаются до сих пор в обывательской среде. Но в целом можно считать, что «бронепрожигающий миф» благополучно скончался. Однако «свято место пусто не бывает» и на смену одному мифу в отношении кумулятивных боеприпасов немедленно явился другой…
На этот раз «на поток» было поставлено производство фантазий о действии кумулятивных боеприпасов по экипажам бронеобъектов. Основные постулаты фантазёров таковы:
• экипажи танков якобы убивает избыточным давлением, создаваемым внутри бронеобъекта кумулятивным боеприпасом после пробития брони;
• экипажи, которые держат люки открытыми, якобы остаются в живых благодаря «свободному выходу» для избыточного давления.
Вот образчики таких высказываний с разных форумов, сайтов «знатоков» и печатных изданий (орфография оригиналов сохранена, среди цитируемых есть весьма авторитетные печатные издания):
«- Вопрос знатокам. При поражении танка кумулятивным боеприпасом, какие поражающие факторы действуют на экипаж?
- Избыточное давление в первую очередь. Все остальные факторы сопутствующие»;
«Полагая, что сама по себе кумулятивная струя и фрагменты пробитой брони, редко поражают более чем одного члена экипажа, я бы сказал, что основным поражающим фактором было избыточное давление…, вызванное кумулятивной струей…»;
«Так же следует заметить, что высокая поражающая мощь кумулятивных зарядов объясняется тем, что при прожигании струёй корпуса, танка или иной машины, струя устремляется внутрь, где она заполняет всё пространство (на пример в танке) и вызывает сильнейшие поражения людей…»;
«Командир танка сержант В.Руснак вспоминал: «Это очень страшно, когда кумулятивный снаряд попадает в танк. «Прожигает» броню в любом месте. Если люки в башне открыты, то огромная сила давления выбрасывает людей из танка…»
«…меньший объем наших танков не позволяет снизить воздействие ПОВЫШЕНИЯ ДАВЛЕНИЯ (фактор ударной волны не рассматривается) на экипаж, и что именно повышение давления его убивает…»
«На что расчет зделан, из-за чего фактическая смерть должна наступить, если каплями неубило допустим, пожар не возник, а давление избыточное или же рвет просто на куски в замкнутом пространстве, или черепушка изнутри лопнет. Там вот что-то хитрое именно с этим избыточным давлением связанно. Из-за чего и люк открытым держали»;
«Люк открытый иногда спасает тем что через него может выкинуть танкиста взрывная волна. Кумулятивная струя может просто пролететь сквозь тело человека это во-первых, а во вторых когда за очень малое время давление очень сильно возрастает + нагревается все вокруг выжить очень маловероятно. Из рассказов очевидцев у танкистов рвет башню, глаза вылетают из глазниц»;
«При поражении бронеобъекта кумулятивной гранатой поражающими экипаж факторами являются избыточное давление, осколки брони и кумулятивная струя. Но с учётом принятия экипажами мер, исключающих образование избыточного давления внутри машины, таких, как приоткрытие люков и бойниц, поражающими личный состав факторами остаются осколки брони и кумулятивная струя».
Наверное, достаточно «ужасов войны» в изложении как граждан, интересующихся военным делом, так и самих военнослужащих. Переходим к делу – к опровержению этих заблуждений. Сначала рассмотрим, возможно ли в принципе появление якобы «убойного давления» внутри бронеобъектов от воздействия кумулятивных боеприпасов. Прошу извинения у знающих читателей за теоретическую часть, они могут её пропустить.
ФИЗИКА КУМУЛЯТИВНОГО ЭФФЕКТА
Рис. 1. Тандемный кумулятивный боеприпас немецкого РПГ «Panzerfaust» 3-IT600. 1 – наконечник; 2 – предзаряд; 3 – головной взрыватель; 4 – телескопическая штанга; 5 – основной заряд с фокусирующей линзой; 6 – донный взрыватель.
Рис. 2. Импульсный рентгеновский снимок детонации кумулятивного заряда. 1 – броневая преграда; 2 – кумулятивный заряд; 3 – кумулятивная выемка (воронка) с металлической облицовкой; 4 – продукты детонации заряда; 5 – пест; 6 – головная часть струи; 7 – вынос материала преграды.
Принцип действия кумулятивных боеприпасов основан на физическом эффекте накопления (кумуляции) энергии в сходящихся детонационных волнах, образующихся при подрыве заряда ВВ, имеющего выемку в форме воронки. В результате в направлении фокуса выемки образуется высокоскоростной поток продуктов взрыва – кумулятивная струя. Увеличение бронебойного действия снаряда при наличии выемки в разрывном заряде было отмечено ещё в XIX веке (эффект Монро, 1888 г.)[2], а в 1914 году получен первый патент на бронебойный кумулятивный снаряд[3].
Металлическая облицовка выемки в заряде ВВ позволяет сформировать из материала облицовки кумулятивную струю высокой плотности. Из наружных слоёв облицовки формируется так называемый пест (хвостовая часть кумулятивной струи). Внутренние слои облицовки образуют головную часть струи. Облицовка из тяжелых пластичных металлов (например, меди), образует сплошную кумулятивную струю с плотностью 85-90% от плотности материала, способную сохранять целостность при большом удлинении (до 10 диаметров воронки). Скорость металлической кумулятивной струи достигает в её головной части 10-12 км/с. При этом скорость движения частей кумулятивной струи вдоль оси симметрии неодинакова и составляет до 2 км/с в хвостовой части (т.н. градиент скорости). Под действием градиента скорости струя в свободном полете растягивается в осевом направлении с одновременным уменьшением поперечного сечения. На удалении более 10-12 диаметров воронки кумулятивного заряда струя начинает распадаться на фрагменты и её пробивное действие резко снижается.
Опыты по улавливанию кумулятивной струи пористым материалом без её разрушения показали отсутствие эффекта перекристаллизации , т.е. температура металла не достигает точки плавления, она даже ниже точки первой перекристаллизации. Таким образом, кумулятивная струя представляет собой металл в жидком состоянии, нагретый до относительно низких температур. Температура металла в кумулятивной струе не превышает 200-400° градусов (некоторые эксперты верхнюю границу оценивают в 600°[4]).
При встрече с преградой (бронёй) кумулятивная струя тормозится и передает давление преграде. Материал струи растекается в направлении, обратном её вектору скорости. На границе материалов струи и преграды возникает давление, величина которого (до 12-15 т/кв.см) обычно на один-два порядка превосходит предел прочности материала преграды. Поэтому материал преграды выносится («вымывается») из зоны высокого давления в радиальном направлении.
Эти процессы на макроуровне описываются гидродинамической теорией, в частности для них справедливо уравнение Бернулли, а также полученное Лаврентьевым М.А. уравнение гидродинамики для кумулятивных зарядов[5]. Вместе с тем, расчётная глубина пробития преграды не всегда согласуется с экспериментальными данными. Поэтому в последние десятилетия физика взаимодействия кумулятивной струи с преградой изучается на субмикроуровне, на основе сравнения кинетической энергии удара с энергией разрыва межатомных и молекулярных связей вещества[6]. Полученные результаты используются в разработке новых типов как кумулятивных боеприпасов, так и броневых преград.
Заброневое действие кумулятивного боеприпаса обеспечивается высокоскоростной кумулятивной струей, проникшей сквозь преграду, и вторичными осколками брони. Температуры струи достаточно для воспламенения пороховых зарядов, паров ГСМ и гидравлических жидкостей. Поражающее действие кумулятивной струи, количество вторичных осколков уменьшаются с увеличением толщины брони.
ФУГАСНОЕ ДЕЙСТВИЕ КУМУЛЯТИВНОГО БОЕПРИПАСА
Рис. 3. Входные (А) и выходные (Б) отверстия, пробитые кумулятивной струёй в толстобронной преграде. Источник: [4]
Теперь подробнее по избыточному давлению и ударной волне. Сама по себе кумулятивная струя никакой значимой ударной волны не создаёт в силу своей небольшой массы. Ударную волну создаёт подрыв заряда ВВ боеприпаса (фугасное действие). Ударная волна НЕ МОЖЕТ проникнуть за толстобронную преграду через отверстие, пробитое кумулятивной струей, потому что диаметр такого отверстия ничтожен, какого-либо значимого импульса через него передать невозможно. Соответственно, не может создаваться избыточное давление внутри бронеобъекта.
Образующиеся при взрыве кумулятивного заряда газообразные продукты находятся под давлением 200-250 тыс. атмосфер и нагреты до температуры 3500-4000°. Продукты взрыва, расширяясь со скоростью 7-9 км/с, наносят удар по окружающей среде, сжимая и среду, и находящиеся в ней объекты. Прилегающий к заряду слой среды (например, воздух) мгновенно сжимается. Стремясь расшириться, этот сжатый слой интенсивно сжимает следующий слой, и так далее. Процесс этот распространяется по упругой среде в виде так называемой УДАРНОЙ ВОЛНЫ.
Граница, отделяющая последний сжатый слой от обычной среды, называется фронтом ударной волны. На фронте ударной волны происходит резкое повышение давления. В начальный момент формирования ударной волны давление на её фронте достигает 800-900 атмосфер. Когда ударная волна отрывается от теряющих способность к расширению продуктов детонации, она продолжает самостоятельное распространение по среде. Обычно отрыв происходит на удалении 10-12 приведённых радиусов заряда[7].
Фугасное действие заряда по человеку обеспечивается давлением во фронте ударной волны и удельным импульсом. Удельный импульс равен количеству движения, которое несёт в себе ударная волна, отнесённому к единице площади фронта волны. Человеческое тело за краткое время действия ударной волны поражается давлением в её фронте и получает импульс движения, что приводит к контузиям, повреждениям наружных покровов, внутренних органов и скелета[8].
Механизм формирования ударной волны при подрыве заряда ВВ на поверхностях отличается тем, что дополнительно к основной ударной волне формируется отражённая от поверхности ударная волна, совмещающаяся с основной. При этом давление в совмещённом фронте ударной волны в некоторых случаях почти удваивается. Например, при подрыве на стальной поверхности давление на фронте ударной волны составит 1,8-1,9 по сравнению с детонацией такого же заряда в воздухе[9]. Именно такой эффект происходит при детонации кумулятивных зарядов противотанковых средств на броне танков и другой техники.
Рис. 4. Пример зоны поражения фугасным действием кумулятивного боеприпаса приведённой массой 2 кг при попадании в центр правой боковой проекции башни. Красным цветом показана зона летального поражения, жёлтым – зона травматического поражения. Расчёт проведён согласно общепринятой методике[11] (без учёта эффектов затекания ударной волны в проёмы люков)
Рис. 5. Показано взаимодействие фронта ударной волны с манекеном в каске при подрыве 1,5 кг заряда С4 на удалении трёх метров. Красным цветом отмечены зоны с избыточным давлением свыше 3,5 атмосфер. Источник: NRL’s Laboratory for Computational Physics and Fluid Dynamics
В силу небольших габаритов танков и других бронеобъектов, а также детонации кумулятивных зарядов на поверхности брони, фугасное действие на экипаж в случае ОТКРЫТЫХ ЛЮКОВ машины обеспечивается сравнительно небольшими зарядами кумулятивных боеприпасов. Например, при попадании в центр бортовой проекции башни танка путь ударной волны от точки детонации до проёма люка составит около метра, при попадании в лобовую часть башни менее 2 м, в кормовую часть – менее метра. В случае попадания кумулятивной струи в элементы динамической защиты возникают вторичные детонационные и ударные волны, способные нанести дополнительные повреждения экипажу через проёмы открытых люков.
Рис. 6. Поражающее действие кумулятивного боеприпаса РПГ «Panzerfaust» 3-IT600 в многоцелевом варианте при стрельбе по зданиям (сооружениям). Источник: Dynamit Nobel GmbH
Рис. 7. БТР М113, уничтоженный попаданием ПТУР «Хеллфайр»
Давление на фронте ударной волны в локальных точках может как снижаться, так и увеличиваться при взаимодействии с различными объектами. Взаимодействие ударной волны даже с объектами небольших размеров, например с головой человека в каске, приводит к кратным локальным изменениям давления[12]. Обычно такое явление отмечается при наличии преграды на пути ударной волны и проникновении (как говорят – «затекании») ударной волны внутрь объектов через открытые проёмы.
Таким образом, теория не подтверждает гипотезу об уничтожающем действии избыточного давления кумулятивного боеприпаса внутри танка. Ударная волна кумулятивного боеприпаса образуется при взрыве заряда ВВ и может проникнуть внутрь танка только через отверстия люков. Поэтому люки СЛЕДУЕТ ДЕРЖАТЬ ЗАКРЫТЫМИ. Кто этого не делает, рискует получить сильную контузию, а то и погибнуть от фугасного действия при подрыве кумулятивного заряда.
В каких обстоятельствах возможно опасное повышение давления внутри закрытых объектов? Только в тех случаях, когда кумулятивным и фугасным действием заряда ВВ в преграде пробивается отверстие, достаточное для затекания продуктов взрыва и создания внутри ударной волны. Синергетический эффект достигается сочетанием кумулятивной струи и фугасного действия заряда на тонкобронных и непрочных преградах, что приводит к конструкционному разрушению материала, обеспечивая затекание продуктов взрыва за преграду. Например, боеприпас немецкого гранатомёта «Panzerfaust» 3-IT600 в многоцелевом варианте при пробитии железобетонной стены создаёт в помещении избыточное давление 2-3 бар.
Тяжёлые ПТУР (типа 9М120, «Хеллфайр») при попадании в ББМ лёгкого класса с противопульной защитой своим синергетическим действием могут уничтожить не только экипаж, но и частично или полностью разрушить машины. С другой стороны, воздействие большинства носимых ПТС на ББМ не столь печально – здесь наблюдается обычный эффект заброневого действия кумулятивной струи, а поражения экипажа избыточным давлением не происходит.
ПРАКТИКА
Рис. 8. Три попадания кумулятивных выстрелов РПГ в БМП. Несмотря на плотную группировку пробоин, проломов не наблюдается. Источник: [13]
Приходилось стрелять из 115-мм и 125-мм танковых пушек кумулятивным снарядом, из РПГ-7 кумулятивной гранатой по разным целям, в том числе каменно-бетонному ДОТу, самоходной установке ИСУ-152 и бронетранспортёру БТР-152. Старенький бронетранспортёр, дырявый как решето, был разрушен фугасным действием снаряда, в остальных случаях никакого якобы «сокрушающего действия ударной волны» внутри целей не обнаружено. Несколько раз осматривал подбитые танки и БМП, в основном поражённые из РПГ и СПГ. Если нет подрыва топлива или боеприпасов, воздействия ударной волны также незаметно. Кроме того, не отмечалось контузии у выживших экипажей, машины которых пострадали от РПГ. Были ранения осколками, глубокие ожоги брызгами металла, но контузий от избыточного давления – не было.
Многочисленные свидетельства и факты периода кампаний в Чеченской республике о поражении танков, БТР и БМП кумулятивными боеприпасами РПГ и ПТУР не выявили влияния избыточного давления: все случаи гибели, ранений и контузий экипажей объясняются либо поражением кумулятивной струёй и фрагментами брони, либо фугасным действием кумулятивных боеприпасов[13].
Существуют официальные документы, описывающие характер повреждений танков и экипажей кумулятивными боеприпасами: «Танк Т-72Б1 … изготовлен ПО «Уралвагонзавод» (г. Нижний Тагил) в декабре 1985 г. Участвовал в действиях по наведению конституционного порядка в ЧР в 1996 году и получил боевые повреждения, приведшие к гибели командира танка… При осмотре объекта специалистами было выявлено 8 боевых повреждений. Из них:
• на корпусе – 5 повреждений (3 попадания кумулятивной гранатой в участки борта, защищенные ДЗ, 1 попадание кумулятивной гранатой в резинотканевый экран, не защищенный ДЗ, 1 попадание осколочной гранатой в кормовой лист);
• на башне – 3 повреждения (по 1 попаданию кумулятивной гранатой в лобовую, бортовую и кормовую части башни).
Обстрел танка велся кумулятивными гранатами из ручных гранатометов типа РПГ-7 (бронепробиваемость до 650 мм) или РПГ-26 «Муха» (бронепробиваемость до 450 мм) и осколочными гранатами типа ВОГ-17М из подствольных гранатометов или АГС-17 «Пламя». Анализ характера поражений и их взаимное расположение с достаточно большой долей вероятности позволяет сделать вывод, что в момент начала обстрела танка башня и пушка его находились в положении «по-походному», зенитная установка «Утес» была отвернута назад, а крышка люка командира была приоткрыта или открыта полностью. Последнее могло привести к поражению командира танка продуктами взрыва кумулятивной гранаты и ДЗ при попадании в правый борт башни без пробития брони. После полученных повреждений машина сохранила способность к передвижению своим ходом… Корпус машины, узлы ходовой части, моторно-трансмиссионная установка, боекомплект и внутренние топливные баки, в целом оборудование корпуса сохранили работоспособность. Несмотря на сквозное пробитие брони башни и некоторые повреждения элементов A3 и СТВ, пожар внутри машины не возник, сохранена возможность ведения огня в ручном режиме, а механик-водитель и наводчик остались живы (выделено автором)»[14].
ЭКСПЕРИМЕНТ
Рис. 9. Степень опасности поражающих факторов кумулятивного боеприпаса
Наконец – последний гвоздь в крышку гроба обсуждаемого мифа. Неопровержимые факты, полученные экспериментальным путём.
Оборонная исследовательская служба вооружённых сил Дании провела испытания эффективности кумулятивных суббоеприпасов для 155-мм снарядов, выбрав в качестве объекта танк «Центурион». Датчане использовали методику статических испытаний, разместив суббоеприпасы на башне и корпусе машины под различными углами. Внутри машины, на местах экипажа в обитаемом отделении, и по всему танку поместили датчики давления, температуры, ускорений. В процессе исследований на танке провели 32 подрыва суббоеприпасов. Мощность кумулятивных боеприпасов была такова, что кумулятивная струя зачастую пробивала танк сверху донизу, да ещё оставляла под днищем воронку в грунте. При этом установленные в танке датчики НЕ ЗАФИКСИРОВАЛИ ПОВЫШЕНИЯ ДАВЛЕНИЯ И ТЕМПЕРАТУРЫ[15].
В 2008 году на 24-м международном симпозиуме по баллистике доктор Манфред Хельд из оборонного департамента Defence and Security Systems аэрокосмической корпорации EADS представил доклад «Behind Armour Effects at Shaped Charge Attacks» (Заброневое действие кумулятивных боеприпасов)[16]. В докладе обобщены результаты новейших экспериментов, с использованием современных измерительных средств и методик, по исследованию поражающих факторов кумулятивных боеприпасов. Здесь нет смысла приводить сотни цифр, полученных в ходе экспериментов. Достаточно общей картины заброневого действия кумулятивных боеприпасов, показанной на итоговом рисунке из доклада. Интересующий нас эффект избыточного давления (Blast) отмечен как НЕЗНАЧИТЕЛЬНЫЙ (согласно отечественной классификации – нулевая степень поражения, см. таблицу 1). Что, собственно, и не подлежало сомнению в кругах специалистов. А вот сама кумулятивная струя (Residual Jet Material) и осколки (Spalls) представляют серьёзную опасность. Отмечена также средняя степень опасности фугасного действия боеприпаса с наружной стороны брони, что лишний раз подчёркивает вредность обсуждаемого мифа.
ЗАКЛЮЧИТЕЛЬНЫЙ ВЫВОД
Если кумулятивная струя и осколки брони не поражают людей и пожаро-/взрывоопасное оборудование танка, то экипаж благополучно выживает: при условии нахождения внутри бронетехники и закрытых люках!
[1] См. «Курс артиллерии, книга 5. Боеприпасы» // М.: Воениздат, 1949, Стр. 37.
[2] См. «Reactive Armor», Travis Hagan // Explosives Engineering MNGN 498; March 18, 2002.
[3] Широкое практическое применение кумулятивные боеприпасы получили в годы Второй мировой войны и в послевоенный период, вплоть до настоящего времени.
[4] См. «Отечественные противотанковые гранатомётные комплексы», Лови А.А. и др. // М.: «Восточный горизонт».
[5] См. «Проникание кумулятивной струи в многослойные и металлокермические материалы», Пашкеев И.Ю. // Челябинск, ЮУГУ.
[6] См. «Металлофизические исследования и распределение энергии», Понд Р., Гласс К. В кн.: Высокоскоростные ударные явления // М.: Мир, 1973.
[7] Приведённый радиус: радиус сферического заряда, масса которого равна массе заряда ВВ.
[8] Первичные повреждения от фугасного действия затрагивают практически все органы и части тела человека: головной и спинной мозг, органы слуха, брюшной и грудной полостей, сосудистой системы. Нередко выявляются кровоизлияния в лобные и параназальные пазухи, разрывы барабанных перепонок. Поражение сосудистой системы проявляется в виде расслоения или разрыва стенок сосудов. (http://www.med-pravo.ru/SudMed/Dictionary/LetterVav.htm)
[9] См. «Основы взрывного дела», Эпов Б.А. // М.: Воениздат, 1974.
[10] Приведённая масса ВВ: масса ВВ при подрыве в воздухе, создающая давление на фронте ударной волны взрыва, аналогичное подрыву заряда на стальной поверхности.
[11] См. «Единые правила безопасности при взрывных работах», ПБ 13-407-01 // М.: НПО ОБТ, 2002.
[12] См. «Blast-Induced Pressure Fields Beneath a Military Helmet for Non-Lethal Threats», David Mott и др. // 61st Annual Meeting of the APS Division of Fluid Dynamics, 2008.
[13] См. «Танки в боях за Грозный. Часть 1», Владислав Белогруд // «Фронтовая Иллюстрация», М.: «Стратегия КМ», 2008. «Танки в боях за Грозный. Часть 2», Владислав Белогруд // «Фронтовая Иллюстрация», М.: «Стратегия КМ», 2008.
[14] «Доклад о новых разработках защитных устройств образцов БТВТ», в/ч 68054, 1999.
[15] http://www.danskpanser.dk/Artikler/Destruerede_kampvogne_for_skud_igen.htm
[16] http://www.netcomposites.com/netcommerce_features.asp?1682
Информация