Основные теоретические положения

Федеральное государственное бюджетное образовательное

Учреждение высшего профессионального образования

«Тульский государственный университет»

Институт высокоточных систем им. В.П. Грязева

Кафедра «Газовая динамика»

Методические указания к

выполнению контрольно-курсовой работы на тему:

«ДЕЙСТВИЕ БОЕПРИПАСОВ, ФОРМИРУЮЩИХ

«УДАРНОЕ ЯДРО»

по дисциплине

Действие средств поражения

И боеприпасов

Направление подготовки: 170100 - Боеприпасы и взрыватели

Специальность: 170100 - Боеприпасы и взрыватели

Форма обучения:очная

Тула 2012 г.

Методические указания к лабораторным работам составлены профессором кафедры «Газовая динамика», д.т.н. Л.Н. Князевой и обсуждены на заседании кафедры газовой динамики машиностроительного факультета,

протокол № ___ от ­­­«___»________201___ г.

Заведующий кафедрой ГД ___________________ А.Н. Чуков

Методические указания к лабораторным работам пересмотрены и утверждены на заседании кафедры газовой динамики МС факультета,

протокол №___ от «___» ________ 201__ г.

Заведующий кафедрой ГД ___________________ А.Н. Чуков

Лабораторная работа №6

Действие боеприпасов, формирующих «ударное ядро»

ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ РАБОТЫ

Цель работы – изучить принцип действия боеприпасов, формирующих компактные поражающие элементы типа «ударное ядро», рассчитать начальную скорость поражающего элемента, его массу и толщину пробиваемой им брони.

ОСНОВНЫЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

В последние десятилетия повысился интерес к кинетическим видам вооружения, сочетающим пробиваемость кумулятивной струи с энерговкладом снаряда кинетической энергии. Речь пойдет о так называемых формируемых взрывом снарядах или ударных ядрах (рис.1). Можно с достаточной вероятностью утверждать, что если треть бронепробивающих снарядов - кумулятивные снаряды, вторая треть - снаряды КЕ (кинетической энергии), то оставшуюся часть рынка бронебойных средств составляют формируемые взрывом снаряды [3]. В целом для средств поражения (СП) и боеприпасов (БП) данного класса еще не существует устойчивого и исчерпывающе точного общепринятого названия. Иногда их называют боеприпасами со взрывоформируемым снарядом ЕFР (Explosively Formed Projectile), боеприпасами со снарядоформирующим зарядом (СФЗ), бое­припасами с самоформирующимся снарядом SFP (Self Formatting Projectileдом 8Р). Наиболее точно, хотя и несколько громоздко, было бы называть эти БП куму­лятивными боеприпасами точного прицеливания, формирующими дальнобой­ные поражающие элементы (ПЭ). Наиболее часто употребляемым является название - боеприпасы с использованием ударного ядра.

Ударное ядро используется в различных зарубежных конструкциях инженерных боеприпасов [3]. Так, на вооружении стран НАТО состоит противобортовая мина MAH F1, имеющая боевую часть на принципе ударного ядра (бронепробиваемость - 70 мм с расстояния 40 м). Эти мины эффективны при перекрытии дорог и устройстве заграждений. Ударное ядро также используется в американской противотанковой мине с большим радиусом действия WAM (Wide Area Mine), в которой для обнаружения проходящей мимо бронетехники используются акустические и сейсмические датчики. После обнаружения цели мина с помощью реактивного двигателя (РД) взлетает на оптимальную высоту и осуществляет сканирование местности. После обнаружения бронецели происходит ее поражение сверху. Боеприпасов WAM при минировании требуется на порядок меньше, чем противогусеничных и противоднищевых мин, что является одним из главных достоинств этого образца.

Рис.1. Ударное ядро и вогнутый диск (воронка), из которого оно образуется.

В области авиационного кассетного оружия для борьбы с бронетехникой в США, Германии, Франции, Великобритании осуществлены программы по созданию контейнеров с СПБЭ, запускаемых вне зоны действия ПВО.

Современные тенденции ведения боевых действий способствовали созданию за рубежом артиллерийских снарядов, снаряженных СПБЭ (SADARM, Skeet - США, SMArt-155 - ФРГ, BONUS - Швеция и др.).

Наиболее точно и образно сущность технического решения СПБЭ выра­жается аббревиатурой SADARM (Sense And Destroy Armor - обнаружь и унич­тожь бронецель) [1]. Высокую боевую эффективность СПБЭ типа SADARM обес­печивают три ключевых технических решения, органично сочетающихся в од­ном устройстве. Они касаются формы выполнения кумулятивного узла (кумулятивный СФЗ - кумулятивный заряд, формирующий дальнобойный ПЭ), типа взрывательного устройства (ВУ) (неконтактное с узкой диаграммой направленности), а также харак­тера ориентации и движения БЭ при его автономном полете к поверхности земли после выброса из кассеты (поступательно-вращательный при угловом расположении продольной оси элемента относительно вертикали).

В качестве кумулятивной облицовки (КО) в разрывном заряде ВВ боевого элемента типа SADARM применяются низкие конические (угол раствора конуса 150... 160°) или сег­ментные (высота прогиба основания облицовки h₀ = (0,1...0,3)d₃, где d₃ диа­метр заряда) облицовки. Кумулятивные заряды с такими облицовками при взрыве формируют невысокоградиентную растягивающуюся кумулятивную струю (КС), а безградиентный ПЭ (ударное ядро) со скоростью V_пэ = 2,0...2,5 км/с и с большой массой (около 90% массы облицовки). При калибре заряда 100...200 мм формирую­щиеся ПЭ по скорости и кинетической энергии сопоставимы с артиллерийским бронебойным снарядом, поэтому такие заряды часто называют снарядоформирующими. Они обеспечивают бронепробитие на уровне (0,5... l,l)d₃, что существенно меньше бронепробития кумулятивных БП с высокими коничес­кими облицовками, достигаемого на оптимальном (фокусном) расстоянии от преграды (рис. 2). Однако отличительная особенность СФЗ — это сохране­ние указанного уровня бронепробития при действии по цели с расстояний в несколько сотен (до тысячи) калибров, когда кумулятивные БП с высокими коническими облицовками не способны поразить даже легкобронированную технику (см. рис. 2). При действии СФЗ по наименее защищенной верхней части танка необходимый уровень пробития достигается в разумных калиб­рах БЭ (100 мм), при этом возникает мощный запреградный эффект (УВ, осколочный поток, зажигательное действие), существенно превышающий обеспечиваемый обычными кумулятивными БП. Принципиальным с точки зрения использования СФЗ для поражения относительно малоразмерных це­лей с больших расстояний является также и то, что при существующем тех­нологическом уровне изготовления КЗ вполне реально обеспечить высокую вероятность попадания ПЭ, сформированного предварительно нацеленным СФЗ, в верхнюю проекцию бронецели.

Рис.2. Характер зависимости бронепробития L от расстояния F заряда до преграды: 1 – с высокой КО; 2 – СФЗ.

Основа неконтактного взрывательного устройства в СПБЭ типа SADARM - это так называемый координатор цели (КЦ), который представляет собой при­борное устройство (пассивного или активного типа) с узкой диаграммой направленности. Его устанавливают с обеспечением параллельности осей сим­метрии СФЗ и оси диаграммы направленности. По существу ось диаграммы направленности «смотрит» в точку прицеливания СФЗ. При малой ширине диаграммы направленности (например, для СПБЭ отечественной РБК-500 угол поля зрения КЦ составляет 0,75°) попадание в поле зрения КЦ бронеобъекта соответствует прицеливанию СФЗ на этот объект. При этом идентификация объекта на фоне подстилающей поверхности может осуществляться, напри­мер, по тепловому контрасту или радиометрическим путем. Главная задача КЦ - выдача команды на дистанционный подрыв СФЗ в момент его прицеливания на бронеобъект, что обеспечивает последующее его поражение формируемым ПЭ (ударным ядром).

Если ограничиться двумя приведенными выше техническими решениями БЭ кассетного оружия, то уже только это повысит вероятность поражения бро­нецели одним БЭ по сравнению с традиционным кассетным элементом кон­тактного действия (например, типа ПТАБ-2,5). Ведь по мере движения к по­верхности земли КЦ просматривал бы значительный участок поверхности. Однако в кассетных СПБЭ типа SADARM реализовано еще одно простое и замечательно остроумное решение, выводящее такие БП на качественно бо­лее высокий уровень. За счет ориентации параллельных осей СФЗ и КЦ под некоторым углом к вертикали и одновременного вращательного движения сни­жающегося БЭ вокруг вертикальной оси обеспечивается сканирование коор­динатором цели местности по спирали с уменьшающимся по мере снижения радиусом. Таким образом, задача наведения БП на бронецель решается отно­сительно простыми «механическими» средствами - по мере движения БП про­исходит как бы его «самоприцеливание» (отсюда и укоренившееся название подобных суббоеприпасов - БЭ различных систем оружия). За КЦ закрепля­ются лишь функции обнаружения этой цели и выдачи команды на подрыв дальнобойного КЗ.

Схему и принцип действия кассетного противотанкового БП с СПБЭ типа SADARM рассмотрим на примере кассетного артиллерийского снаряда (рис. 3 и 4) (за рубежом это снаряды к 203,2-мм или 155-мм гаубицам). Он состоит из корпуса 3, тонкостенного головного обтекателя 7, вкладного дна 1 с веду­щим пояском 2, двух или трех СПБЭ, неконтактного взрывателя б, вышибного заряда 5, нажимного поршня 4. Каждый боевой элемент снабжен тормозным устройством для гашения вращательного движения, вращающимся парашю­том, разрывным кумулятивным СФЗ, неконтактным ВУ (КЦ, микропроцес­сор и блок питания). Снаряд выстреливается из артиллерийской системы в направлении скопления танков.

Рис. 3. Кассетный артиллерийский снаряд с СПБЭ типа SADARM:

1 – вкладное дно; 2 – ведущий поясок; 3 – корпус; 4 – нажимной поршень;

5 – вышибной заряд; 6 – неконтактный взрыватель; 7 – головной обтекатель.

На заданных дальности и высоте происхо­дит раскрытие корпуса снаряда с отделением вкладного дна и выбрасывани­ем БЭ. Осуществляется значительное снижение скорости вращения БЭ, ко­торые затем спускаются на парашютах со скоростью до 15 м/с (здесь и ниже конкретные значения приведены для существующих СПБЭ)[1]. При этом про­дольная ось элементов отклонена на угол = 25...35° от вертикали, а сами элементы продолжают вращательное движение относительно оси подвеса парашюта с частотой n = 6...8 об/с. На высоте Н ~ 150...200 м КЦ приводится в боевое состояние. Угловое положение БЭ в пространстве и одновременное его вращение относительно оси подвеса обеспечивают КЦ сканирование по сходящейся спирали района местонахождения танков.

Рис.4. Схема действия СПБЭ типа SADARM.

После обнаружения танка КЦ бортовой микропроцессор определяет положение его центра и за­дает оптимальное время подрыва разрывного заряда. Формируемый ПЭ (удар­ное ядро) движется к цели с расстояния S = H ₁ /cos (H_l - высота подрыва СФЗ) и поражает танк сверху. Максимальный полетный путь ударного ядра S_max = Н/cos = 200 м.

Обеспечиваемый параметрами движения СПБЭ шаг спирали сканирова­ния местности х = v tg /n = 1...1,5 м/об в несколько раз меньше характерных размеров бронецелей a x b = 3x6 м, что исключает «пропуск» объекта КЦ. Цель будет обнаружена и поражена, если она находится в пределах площади круга радиусом R = H/tg B ~ 100 м с центром на линии спуска СПБЭ, где Н — высота перевода СПБЭ в боевой режим поиска цели. Оригинальные технические ре­шения, реализованные в СПБЭ типа SADARM, по существу приводят как бы к «увеличению» уязвимой площади цели по сравнению со случаем действия по цели неуправляемыми БЭ контактного действия. Действительно, относи­тельно системы отсчета, связанной с СПБЭ, цель «перемещается» в пределах круга площадью S = *R² неизбежно «подставляясь» под линию прицеливания СПБЭ. Вероятность попадания в цель одним кассетным СПБЭ типа SADARM возрастает примерно в N = S/ab ~ 10³ раз по сравнению с обычным БЭ контак­тного действия.

Боеприпасы с ударным ядром можно классифицировать по нескольким признакам. Ниже приведены примеры классификации для БП различных стран, как состоящих на вооружении, так и находящихся на разных стадиях разра­ботки.

С точки зрения систем оружия БП с ударным ядром в подавляющем боль­шинстве случаев выступают как суббоеприпасы кассетного оружия — его са­моприцеливающиеся БЭ. Такие суббоеприпасы используются в неуправляе­мых кассетных артиллерийских снарядах (155-мм SMArt-155 (Германия), ХМ898 SADARM (США), BONUS (Швеция), 203,2-мм Double (Япония)), в кассетных авиационных системах оружия (РБК-500 СПБЭ (Россия), управляе­мых авиабомбах GBU-15 (США)), в головных частях оперативно-тактических ракет (ATACMS (США) - Army Tactical Missile System), в УАР (AGM-130 (США)), в кассетных БЧ реактивных снарядов систем залпового огня (240-мм MLRS (США), 9М217 для 122-мм РСЗО «Град» и 9М55К1 для 300-мм «Смерч»). Самоприцеливающиеся БЭ планируется применять в корректируе­мых кассетных артиллерийских снарядах (155-мм ХМ982 (США)).

Отдель­ную группу БП с ударным ядром составляют инженерные мины - противобортовые (отечественная ТМ-83) и противокрышевые (WAM (США) с от­стреливаемым самоприцеливающимся суббоеприпасом). Также несколько обособленно стоят крышебойные БП с ударным ядром для поражения целей на пролете сверху (снаряд ХМ943 STAFF, ПТУР Tow-2B и управляемый бес­пилотный ЛА FOCAAS).