Авиабомбы на основе топливновоздушной смеси

Принцип действия авиабомб на основе топливно-воздушной смеси (ТВС) достаточно прост. Предпосылкой взрыва ТВС служит образование аэрозольного облака, состоящего из паров или капель летучих горючих веществ (топлив) в окружающем воздухе. При соответствующем соотношении кислорода и топлива достаточно искры, нагрева и сжатия, чтобы произошел взрыв, время распространения которого от точки инициирования до границы аэрозольного облака составляет несколько микросекунд.

Вполне очевидно, что искусственное и контролируемое создание и последующее вспламенение аэрозольного облака больших размеров – достаточно сложная задача, так как соответствующее соотношение кислорода и топлива должно быть равномерно распределено в пределах облака. Такое соотношение существует очень непродолжительное время, поэтомру, чтобы произошел взрыв, необходимо определить момент воспламенения смеси. В противном случае взрыв может не произойти: смесь воспламенится и выгорит без взрыва.

При взрыве создается избыточное давление, которое может достигать порядка 3 Мпа в центре облака. Взрыв смеси сопровождается фронтом ударной волны, создающей избыточное давление большой разрушительной силы.

Авиабомбы на основе ТВС обладают одной характерной особенностью, которая позволяет отнести их к перспективным видам оружия. Перед воспламенением ТВС может проникать в герметически незащищенное место (дома, вентиляционные системы фортификационных сооружений), всасываться воздухозаборниками двигателей самолетов, скапливаться в углублениях рельефа местности. Авиабомба эффективна в районе сосредоточения войск, ее можно использовать против танков, для разминирования минных полей, расчистки площадок для высадки вертолетного десанта.

Авиабомбы на основе ТВС первого поколения под обозначением CBU-55 США использовали во Вьетнаме в 1969 г. Эта 227 –кГ кассетная бомба состояла из трех бомб BLU-75 массой 45 кГ каждая, содержащая 32 кГ жидкого этиленоксида. Разовая бомбовая кассета CBU-55 использовалась с самолетов и вертолетов, летящих с небольшой скоростью, для расчистки посадочных площадок. После сбрасывания с самолета CBU-55 раскрывается с помощью детонационного шнура, освобождая бомбы малого калибра, которые на тормозных парашютах снижаются со скоростью 27 м/с. На высоте около 9 м неконтактный взрыватель приводит в действие небольшой разрывной заряд внутри бомбы, при этом этиленоксид рассеивается в окружающем воздухе. Требуемая концентрация этого вещества в воздухе – приблизительно 2 мг/см³, размер капель – менее 1 мм. Рассеянного таким образом вещества достаточно для образования аэрозольного облака диаметром около 18 м. В идеальном случае аэрозоль должен воспламениться вторым детонатором на расстоянии примерно 1 м над поверхностью земли. При детонации создается фронт ударной волны (скачок уплотнения), который перемещается со сверхзвуковой скоростью, создавая давление порядка 0,3 Мпа, что достаточно для уничтожения растительности в радиусе 18 м и нанесения разрушений на значительно большем расстоянии.

В 1971 г/ была создана авиабомба CBU-72, предназначенная для применения с самолетов, летящих с высокой скоростью. Этот вариант отличался от предыдущего наличием парашюта для замедления падения кассеты. Затем была создана авиабомба BLU-76, которая содержала больше этиленоксида, чем предыдущие; при этом на образование аэрозольного облака требовалось до 4 с. Для разминирования минных полей была создана кассетная бомба MADFAE, состоящая из 12 бомб малого калибра, содержащих 54 кГ пропиленоксида, такая кассетная бомба может разминировать минное поле любого типа на площади со стороной квадрата более300 м.

На применение этих ранних вариантов авиабомб налагались жесткие ограничения, связанные прежде всего с медленным (5 с) распространением аэрозоля. Метеоусловия в зоне цели (сила ветра, влажность, давление воздуха и температура окружающей среды) оказывали сильное влияние на образование и, главным образом, на длительность существования аэрозольного облака, что приводило к многочисленным отказам. Было обнаружено, что объем этиленоксида уменьшается при температуре ниже –10⁰С. Сокращение объема химического вещества изменяет соотношение между энергией взрыва, используемой для его выбрасывания из бомбы, и массой вещества, которая определялась из оптимального рассеяния. Кроме того, возникали определенные проблемы при прицеливании. В отличии от авиабомб CBU, точки падения которых можно определить достаточно точно, бомбы BLU, оснащенные парашютом, из-за разброса времени введения его в действие, имели точки падения с большими отклонениями от цели.

Разработка авиабомб второго поколения на основе ТВС, была основана на боевом опыте и результатах моделирования химических и физических процессов, происходящих от момента формирования аэрозольного облака до его взрыва. Была создана авиабомба BLU-95 калибра 227 кГ, содержащая 127 кГ пропиленоксида, который не изменяет своего объема при температуре замерзания. Авиабомба BLU-96 имеет калибр 908 кГ, содержит 635 кГ топлива и является одним из вариантов планирующей бомбы GBU-15. Также разрабатывается авиабомба калибра 454 кГ, в которой в качестве топлива используется метан, способный создавать избыточное давление во фронте ударной волны порядка 98 кПа на расстоянии 137 м и 56 кПа на расстоянии 183 м. Испытания показали, что давление 39 кПа достаточно для разрушения оптики, установленной на танке, а давление 49 кПа вызывает серьезные повреждения на корабле. Метан – это один из возможных видов топлив, которые проходят испытания (к ним относятся жидкий гептан и его производные, смешанные с пропил или бутилнитратами; 1,2-диметил-диразин). Основная задача при создании нового оружия – увеличение скорости прохождения фронта ударной волны, которая по данным экспериментов, в настоящее время достигала порядка 1825 м/с. Кроме того, желательно обеспечить использование максимального количества кислорода в окружающем воздухе, поскольку это будет способствовать расширению зоны детонации и, следовательно, повышению эффективности боеприпаса.

Основная тенденция в развитии систем на основе ТВС состоит в исключении двух отдельных воспламенителей, необходимых для выработки смеси и ее последующего воспламенения. Таким образом можно преодолеть влияние метеоусловий на срабатывание боеприпаса. Для этого предполагается использовать химическую реакцию. В авиабомбе, основанной на таком методе, планируется использовать контейнер из нержавеющей стали, заполненный гептаном или простым дизельным топливом с добавлением некоторого количества полигалогенов. Полигалогены являются высокоактивными окислителями, но не смешиваются и не вступают в реакцию с топливом, находясь в жидком состоянии. В центре контейнера находится заряд со звездообразным каналом, который при подрыве выбрасывает жидкость в виде струи через переднее и заднее отверстия в контейнере. Под влиянием волны сжатия, образовавшейся при взрыве, тяжелые Полигалогены смешиваются с топливом, образуя капли очень малых размеров. На выходе струи аэрозоли увлекают за собой большие массы воздуха. Необходимое содержание кислорода достигается за несколько микросекунд, после чего происходит взрыв. Распространение фронта волны обеспечивается быстро поднимающимися температурой и давлением в постоянно расширяющейся детонационной зоне. Известны эксперименты, когда создавался аэрозоль, содержащий химические вещества, трудно поддающиеся воспламенению обычными средствами (ВВ или искрой). Такой аэрозоль реагирует мгновенно и интенсивно при облучении лазерными импульсами. В этом случае, если метод будет доведен до совершенства, он позволит создавать аэрозольное облако над конкретной целью или направлять его в фортификационные сооружения, хранилища ГСМ и т.д. После этого аэрозольное облако можно воспламенить, направив на него лазерный луч. Таким образом предполагается достичь максимальной эффективности оружия, которое будет сопоставимо с ядерными устройствами небольшой мощности. По мнению иностранных специалистов, результаты проведенной разработки боеприпасов на основе ТВС позволяют расчитывать в будущем на создание такого оружия, которое обеспечит достижение избыточного давления 90 кПа на расстоянии 150 м и давление 42 кПа на расстоянии 210…240 м от границы взрывчатого облака.