Кумулятивный эффект - усиление действия взрыва в определённом направлении, который достигается путём создания у заряда взрывчатого вещества кумулятивной выемки, обращённой в сторону поражаемого объекта.
В результате концентрации энергии взрыва и создания уплотнённой газово-металлической струи в области кумулятивной выемки, частицы наружного слоя металла воронки под действием упругого удара получают движение, отрываются от воронки и летят с большей скоростью (до 12-15 км/с), образуя иглу кумулятивной струи. Кумулятивная энергия струи переходит в энергию давления равную 1-2 млн. кг/см2 в результате чего металл брони течёт не нагреваясь до температуры плавления (температура кумулятивной струи составляет 200-600 С)

Ударное ядро — компактная металлическая форма, напоминающая пест, образующаяся в результате сжатия металлической облицовки кумулятивного заряда продуктами его детонации.
Для образования ударного ядра кумулятивная выемка имеет тупой угол при вершине или форму сферического сегмента переменной толщины (у краёв толще, чем в центре). Под влиянием ударной волны происходит не схлопывание конуса, а выворачивание его «наизнанку». Полученный снаряд диаметром в четверть и длиной в один калибр (первоначальный диаметр выемки) разгоняется до скорости 2,5 км/с. Бронебойное действие ядра ниже, чем у кумулятивной струи, но зато сохраняется на расстоянии до 1000 калибров. В отличие от кумулятивной струи, состоящей лишь из 15 % массы облицовки, ударное ядро образуется из 100 % её массы.


На днях провёл тест т.н. "ударного ядра". Недолго мудрствуя, в качестве корпуса был избран флакон от пенки для бритья "Джилетт", отличавшийся подходящим диаметром и прочным дном в форме полусферы. Немного пришлось повозиться с детонатором, крайне важна его центровка, поскольку плохо отцентрированный детонатор может вызвать смещение кумулятивной струи в стороны и даже её разрушение в этапе формирования. Мишенью были два блина от гантели, которые после эксперимента собирались эксплуатироваться по предыдущему назначению.


Модуль был собран в глухом лесу на удачно срезанном пне. В качестве ВВ было использовано 100мл очищенного ЭГДН. Постоянно моросил мелкий дождь и я в очередной раз обрадовался отказу от всяческих фитилей, которые малопредсказуемы, опасны и давят на психику внезапностью. После центровки детонатора и установки модуля была включена камера и все разошлись по периметру.

Взрыв был (как и обычно для ЭГДН) очень громким.

Мишени раскидало по разные стороны, причём одна из них задела штатив камеры. Взяв её в руку понял, что если она для чего и будет использоваться то явно не для гантели - 13мм блины прожгло насквозь заметно изогнув. Далее ядро ушло в пень, насколько не мерял, потыкал пальцем - глубоко.


Кстати, во время взрыва образуется множество брызг металла от мишеней, летящих с большой скоростью - в припаркованном неподалёку велосипеде обнаружились сквозные дырки в колёсах, пластиковых деталях, осколки оставили шрамы на раме. Так что ворнинг.

Выделил тему, сюда и пишите.
В журнале (№5 2011) уже затрагивалась тема экспериментов с кумулятивным эффектом, но дополнить ее было бы неплохо, поскольку вышло не очень эффектно.

Опыт с кумулятивным эффектом в одной из серий Разрушителей мифов (Flying Guillotine), где они экспериментируют с С-4.



Есть еще эффектный опыт, подобной тематики:

Добавил в шапку описание и видео.

Эффектное видео.
Интересно, что начальная скорость ударного ядра может достигать второй космической. Поэтому любой современный танк против ударного ядра - груда металлолома.
Еще одно применение кумулятивного эффекта - магнитокумулятивные генераторы. Многоразовые устройства для преобразования энергии взрыва (кумулятивной струи) в электричество.

На самом деле это справедливо для кумулятивной струи, скорость УЯ не так высока (2-3 км\с), хотя и заметно выше скорости оперённого подкалиберного снаряда.
Вот пожелтевшая (1978г.) страница ЗВО, на которой, однако, очень полезная информация:


И несколько фото УЯ:
а) пойманный неразрушенный образец

б) в полёте

в) этапы формирования

Чтобы не питать иллюзий о сверхсвойствах кумулятивных боеприпасов использующих принцип ударного ядра, можно как пример привести ТТХ серийной противобортовой мины ТМ-83:
Масса....................................................................... 28.1 кг
Масса заряда ВВ (ТГ 40/60).................................. 9.6 кг
Габариты................................................................ 45.5х37.7х44 см
Дальность поражения цели.................................. от 5 до 50 метров
Бронепробиваемость............................................ 100мм
Диаметр пробоины................................................ 80мм

Вот ещё интересный материал, переводил с разных англоязычных статей:

На первый взгляд заряд ударного ядра выглядит как бомба, но это не бомба.
Это пушка.

Заряд состоит из корпуса, взрывчатых веществ и металлической облицовки в торце.
При взрыве ВВ, возникает компактный осколок, напоминающий снаряд.
Скорость осколка: 1500 - 3000 м/сек.
Проникающая способность для брони - около половины диаметра облицовки.

Ударные ядра, оптимизированные против различных целей

При разных углах облицовки изменяется форма вылетающего песта. Чем острее угол, тем компактнее осколок в сечении.


Проникновение: вытянутые, обтекаемая форма
Используют против броневой стали, бронетехники.
Задача: пробить броню, насколько это возможно.


Снос: полусферическая форма
Используют против бетонных укреплений, зданий, мостов.
Задача: сделать большую дыру или уничтожить цель, вся кинетическая энергия ядра поглощается мишенью.

Выбор оптимального размера заряда

Бронетанковая техника может условно быть разделена по крайней мере на две группы, по толщине брони:
• Танк, который имеет очень толстую броню. (1 - 5% от всего количества бронетехники)
• Все другие транспортные средства 20 - 40 мм брони. (95 - 99% всех бронетехники.)

Итого, заряды должны иметь величину пробития около 40 мм. Этого достаточно, чтобы уничтожить 95 - 99% от всей бронетехники при нападении с любого направления.

Заряды с диаметром 150 мм являются оптимальными для большинства задач.
Они будут пробивать от 40 до 75 мм (в зависимости от угла) броневой стали.
Тяжелый танк может быть уничтожен таким зарядом при условии попадания в уязвимые места.
Бортовая броня у танка "Абрамс" составляет 150 - 200 мм в толщину. Если надо уничтожить такой танк с фланга, то вам нужен заряд с размером облицовки 400 мм или более.

Материал облицовки: железо, медь или тантал?

Величина пробития для ударного ядра из железа в броневой стали почти равна длине песта. Длина песта обычно составляет около половины диаметра облицовки, что легко определить. Но величина пробития также зависит и от удельного веса материала облицовки.
В теории медь дает на 14% лучшее пробитие, чем железо для того же диаметра. В некоторых зарядах используют вкладыш, изготовленный из тантала, который может пробивать броню двойной толщины по сравнению с железным.
Тантал: удельный вес 16654 кг/м3
Медь: удельный вес 8960 кг/м3
Железо: удельный вес 7874 кг/м3

Единственная причина для использования облицовки из тантала в том, если есть ограничения в доступном пространстве. Некоторые типы зарядов, работающие по принципу формирования ударного ядра, например SADARM, доставляются к цели с помощью гаубицы, которая имеет максимальный калибр 155 мм.
Для обычных наземных мин использовать тантал, учитывая его цену, не имеет никакого смысла. Для этого просто увеличивают калибр.

Надо иметь ввиду, что вес заряда увеличивается по отношению к росту диаметра в кубе, например, заряд 200 мм будет в 8 раз тяжелее заряда с диаметром облицовки 100 мм.

Некоторые военные транспортные средства имеют броню из алюминия.
Длина пробития в алюминиевой броне в 2,7 раза больше по сравнению с броней из стали.

Для бетонных целей длина пробития в 3 - 5 раз больше по сравнению со сталью. Заряд 150 мм в диаметре на практике справляется с 30 - 40 см бетона.

Коротко о преимуществах оружия, базирующегося на принципе УЯ:

• Пробивает любую броню. Никакая бронированная цель не застрахована от поражения.
• Заряд, это по сути пушка и это означает, что не существует безопасного расстояния для создания защитных экранов.
• Бетонные заграждения не могу остановить использование УЯ.
• Определенное эффективное расстояние до цели, как в случае кумулятивной струи, намного больше (в интервале сотни метров).
• Экраны и активная защита (блоки взрывчатки, которые монтируются на корпусе для защиты от кумулятивных боеприпасов) неэффективны в случае ударного ядра. Поскольку это снаряд, а не струя.
• Низкий вес. Можно носить по 5-10 зарядов в сумке, не нуждаясь в транспорте.
• Для установки заряда необходимо минимум времени.
• Для установки используется большой интервал в расстоянии, что создает значительные трудности в разминировании - противник должен сканировать и чистить большую площадь на сотни метров в ширину. Не достаточно просто использовать взрывчатку, чтобы взорвать узкий путь через минное поле.
• Заряд концентрирует энергию разрушения на цель, что важно для операций в городской черте.

Уран обеднённый наверно, дешевле тантала.

Не просто дешевле: тантал - ценный материал с широкой областью применения. А обедненный уран откровенно не знают, куда девать. Использование его в боеприпасах - фактически способ утилизации (со всем последствиями - в случае применения таких боеприпасов).

Уран не используют в боеприпасах после крупного скандала в Югославии. При взрыве такого боеприпаса мельчайшие частички оксида урана распространяются на большой территории, что приводит к заражению местности и скачку роста онкозаболеваний.

Сетка для защиты брони от кумулятивных снарядов



снаряд срабатывает преждевременно.

Это т.н. пассивная защита. Есть еще и активная защита брони, когда сверху брони устанавливают металлические пластины, под которыми расположены заряды ВВ, которые взрываясь в момент попадания снаряда, отклоняют и рассеивают кумулятивную струю.

Цукерман В.А. Люди и взрывы

Интересно, а как немцы пришли к идее выпуска таких кумулятивных снарядов - чисто на эмпирических данных? Работает эффект и выпускали?

Насколько это правда - не знаю, т.к. офицерам-инструкторам далеко не всегда можно верить (иногда они говорят откровенную ерунду), но один капитан рассказывал, что был проведен эмпирический эксперимент: заряды равной массы, разной формы и на разном расстоянии от броневой плиты.

Просто заряд в форме цилиндра почти не причинил повреждений. Заряд с кумулятивной выемкой, помещенный на металл, причинил небольшие повреждения. Максимальными были повреждения от заряда с кумулятивной выемкой на ножках (т.е. заряд был установлен на некотором расстоянии от металла).

Сама идея направленного взрыва родилась еще в эпоху черного пороха, но последний не подходил для ее реализации, т.к. он имеет слишком малую скорость распространения взрывной волны.

Volodymyr, наверное он имел ввиду это...

Хороший промежуточный заряд важен: и чтобы детонация основного заряда не пошла по второй (низкой) скорости, и чтобы основной заряд сдетонировал вообще. ТНГ и ТЭН отличаются хорошей восприимчивостью к детонации, а, например, про аммиачно-селитряные ВВ такого не скажешь.

Относительно корпуса основного заряда - его может не быть вообще. Например, я несколько раз видел, как офицеры ради развлечения лепили кумулятивные заряды из пластита. Один из таких зарядов пробил 1-см броневую перегородку внутри остатков танка (стоял на полигоне в качестве учебной декорации).
Главное - кумулятивная выемка и оптимальное расстояние до пластины-мишени.

Да Вы абсолютно правы,но также важен материал из которого формируется кумулятивная струя,я использую пищевую алюм.фольгу.Простой пример: классифицированная таблетка тэна на нц массой 2.24-2.50гр плотность 1.4 плюс таблетка гмтд 0.5-0.7гр пл.1.12 завернутые в пищевую фольгу без проблем пробивает 3-4мм стали.Поршень от шприца(его основание) имеет коническую форму так, что на таблетке автоматически получается коническое углубление.

Важны и некоторые другие нюансы. В хороших книгах (напр., Л.П. Орленко, "Физика взрыва и удара", М.: Физматлит, 2008 - 304с.) указывается, что для хорошего формирования кумулятивной струи облицовка кумулятивной выемки должна иметь разностенность не более 1%. Кроме того, КПД заряда можно существенно повысить с помощью линзы.

Подумал, что наверное, если кумулятивную струю направить вертикально вверх, то должно красиво смотреться в ночном небе.

А будет ли ее видно просто невооруженным глазом (без высокоскоростной съемки)? Она же ничтожно малое время существует.