Направленные осколочные потоки

Тенденция развития осколочных боеприпасов в направлении перехода к направленным осколочным потокам, точнее, к потокам готовых поражающих элементов (ГПЭ), в настоящее время является уже вполне очевидной. В статье «Возвращение шрапнели» (Техника и вооружение», №№ 4, 7, 1999 г. [1] были рассмотрены направленные осколочные боеприпасы осевого действия, представляющие собой развитие идеи шрапнельных снарядов. Как известно, по конфигурации осколочного поля выделяются три основных класса осколочных боеприпасов (ОБП) (рис.1):

• ОБП с круговыми полями;

• ОБП с осевыми полями;

• ОБП с радиально-направленными полями.

Рис.1 Конфигурации осколочных полей (на примере ОБЧ ЗУР)

Осколочные боеприпасы с круговыми полями являются наиболее распространенными. Их главными преимуществами являются наиболее высокий коэффициент использования энергии взрывчатого вещества (ВВ), возможность расположения боевой части в любом месте снаряда и поражения цели при произвольной стороне промаха. Основным недостатком круговых осколочных боеприпасов, имеющих более или менее широкие поля, требуемые для уверенного накрытия цели, является низкая плотность осколочного поля.

По величине меридионального угла разлета поля различают:

• узкие поля (угол менее 30°);

• широкие поля (угол более 90°)

Угол разлета определяется, в основном, формой оболочки и схемой инициирования. Для цилиндрических оболочек с удлинением 1,5…25 при точечном инициировании на торце и в центре заряда угол разлета 80% готовых поражающих элементов составляет соответственно 15° и 25°. Малые углы разлета (5-10°) (осколочные поля типа «режущий диск») реализуются с помощью оболочки с вогнутой образующей, двухточечного инициирования на торцах заряда, многоточечного синхронного инициирования по оси заряда, создающего расходящую детонационную волну, близкую к цилиндрической. Большие углы разлета обычно достигаются приданием осколочной боевой части (ОБЧ) бочкообразной или, в предельном случае, сферической формы.

Наиболее отчетливо недостатки круговых полей проявляются при стрельбе по наземным целям с ударным разрывом при углах падения, меньших 90° (рис. 2), характерной для наиболее массовых боеприпасов – артиллерийских снарядов и реактивных снарядов залпового огня (РСЗО). Основная масса осколков этих снарядов разлетается в плоскости, перпендикулярной оси снаряда. При этом половина осколков уходит в воздух, другая половина – в грунт, и только небольшая часть осколков, стелющихся вдоль поверхности земли, используется для поражения целей.

Рис.2 Образование поражаемых секторов на поверхности при падении снаряда под углом 9С

Особенно ярко этот недостаток проявляется при настильной стрельбе, характерной, например, для танковых пушек. Следствием этого является полная беспомощность танка в борьбе с малоразмерными танкоопасными целями, в первую очередь, расчетами РПГ и ПТУР.

Реализация направленного действия осколочных боеприпасов с круговым полем может быть осуществлена с помощью доворота оси ОБП.

Основным видом доворота для круговых ОБП наземного действия является доворот оси осколочного боеприпаса перед подрывом до вертикального положения с целью создания на местности кругового поля поражения.

Примером конструкции с поворотом в стационарное вертикальное положение после падения в грунт может служить английская противотранспортная мина НВ-876 (рис.3). После выбрасывания из кассеты мина опускается на парашюте, отстреливаемом при приземлении. Находящиеся на корпусе мины пружинящие лапки после падения мины отгибаются в стороны, обеспечивая ей требуемую вертикальную ориентацию. Помимо кругового действия менисковых поражающих элементов обеспечивается также противоднищевое действие за счет полусферической воронки, расположенной на верхнем торце мины.

Рис.3 Английская противотранспортная мина НВ-876

На рис.4 показана схема парашютно- тормозного доворота кассетных осколочных боевых элементов тактических ракет. При этом используются как купольные, так и ленточные парашюты. Траекторный доворот отделяющейся ОБЧ до вертикали применен в конструкции отечественного 122-мм снаряда РСЗО «Прима».

Основным недостатком парашютного доворота является его большое время, что, позволяет применять его только при больших высотах раскрытия кассет (более 1000 м). При малом времени на доворот (например, при бомбометании с малых высот, при настильной стрельбе с небольшой упрежденной дальностью подрыва и т. п.) целесообразно использовать активные схемы доворота с помощью реактивных двигателей или отбрасываемых пороховыми зарядами балластных масс. Эти схемы могут применяться только при известной угловой ориентации снаряда относительно поверхности земли. Различные варианты реализации активных траекторных доворотов ОБЧ рассмотрены в патенте № 2032139 РФ.

Рис.4 Парашютно- тормозной доворот кассетных БЭ

1 – выброс кассеты; 2 – отстрел крышки и выход парашюта; 3 – стадия доворота; 4 – подрыв

На рис. 5 показана перспективная конструкция доворачивающегося осколочно-фугасного снаряда к гладкоствольной танковой пушке Д-81, на рис. 6 – схема его действия. Два балластных груза общей массой 1,2 кг отстреливаются со скоростью 200 м/с, что обеспечивает создание импульса и доворот на угол 90° на дальности пролета 15 м.

Рис.5 Осколочно-фугасный снаряд с доворотом к гладкоствольной танковой пушке

1 – корпус: 2 – заряд ВВ; 3 – блок доворота; 4 – датчик углового положения снаряда; 5 – дистанционный взрыватель; 6 – вышибной пороховой заряд; 7 – балластные грузы

Рис.6 Схема действия доворачивающего танкового снаряда

1 – момент отстрела грузов; 2 – процесс поворота; 3 – подрыв; Ц – цепь; Д! – дальность пролета за время доворота на угол 90°; U – упрежденная дальность подрыва

Рис.7 Поворот круговой ОБЧ внутри корпуса ракеты

1 – ось вращения; 2 – реактивные двигатели; Ц – цель

Схема с поворотом круговой ОБЧ в плоскости траектории внутри корпуса ракеты представлена на рис. 7. ОБЧ имеет значительно меньший момент инерции, чем ракета в целом, что значительно сокращает время доворота.

Примером конструкции с переменным инициированием может служить боевая часть зенитной управляемой ракеты (ЗУР) с тремя электродетонаторами, расположенными по оси боевой части (два на торцах и один в центре).

Рис.8 Схема ОБЧ ЗУР с круговым полем изменяемой геометрии

а) – формирование склоненного поля; б) – формирование сферического поля; 1, 2, 3 – пороховые заряды-расширители; 4 – заряд пластического ВВ; 5 – деформируемая оболочка; 6 – детонатор

При центральном инициировании формируется круговое поле с увеличенным углом разлета, при торцевом инициировании – склонение поля в ту или другую сторону, при двухточечном инициировании формируется круговое высокоскоростное поле, образующейся в средней зоне оболочки, при трехточечном инициировании образуется узкое поле типа «режущий диск».

Схема ОБЧ ЗУР с полем изменяемой геометрии за счет предварительного осесимметричного деформирования боевой части представлена на рис.8.

При подлете ракеты к цели после получения информации об условиях встречи срабатывает один из трех пороховых зарядов – расширителей 1- 3, помешенных в заряд пластического взрывчатого вещества 4. При срабатывании зарядов 1 или 3 оболочка 5, выполненная из деформируемого материала, например резины, с вмонтированным в него готовыми поражающими элементами перед подрывом приобретает коническую форму, обеспечивающую склонение осколочного поля в нужном направлении. При одновременном срабатывании торцевых расширителей оболочка приобретает вогнутую форму, что приводит к (формированию узкого «режущего» поля. При срабатывании центрального заряда 2 оболочка перед подрывом приобретает форму, близкую к сферической, что создает возможность поражения цели при отсутствии информации о ее местонахождении. Подрыв заряда пластического взрывчатого вещества после достижения нужной деформации производится детонатором 6.

В настоящее время можно с достаточной уверенностью предполагать, что осколочные боеприпасы с круговыми полями в будущем сохранят свои позиции главным образом в боеприпасах наземного действия, предназначенных для подавления площадных целей и имеющих большие углы падения (артиллерийские снаряды полевых систем средних и крупных калибров, ствольные мины, авиабомбы свободного падения, кассетные боевые элементы). При точной же стрельбе по одиночным малоразмерным и воздушным целям круговые осколочные боеприпасы будут постепенно вытесняться боеприпасами с направленными осколочными полями, позволяющими достигать высокой концентрации энергии в осколочном потоке. При этом для снарядов с осевым полем требуется высокая точность наведения на цель, для снарядов с направленным радиальным полем – нацеливание потока в сторону цели.

Основными преимуществами осевых боеприпасов является прямое суммирование скоростей снаряда и метаемых готовых поражающих элементов, а для боеприпасов наземного действия – большая глубина поражения при подходе к поверхности под малым углом.

Недостатками осевой схемы являются низкий коэффициент использования энергии взрывчатого вещества (основная масса продуктов детонации разлетается в радиальном направлении, не давая вклада в осевую компоненту импульса) и необходимость расположения боевой части в головной части снаряда или сброса перед подрывом отсека, находящегося впереди боевой части.

По способу сообщения готовым поражающим элементам дополнительной скорости относительно корпуса снаряда могут быть выделены четыре подкласса (табл.1). В последнем столбце приводятся наиболее характерные образцы серийных снарядов данного подкласса.

Рис.9 Действие многофункционального осколочно-пучкового снаряда

Основным преимуществом осколочно-пучковых снарядов является сохранение в составе снаряда заряда взрывчатого вещества, обеспечивающего многофункциональное действие снаряда. При наличии дистанционно- ударного взрывателя снаряд может использоваться в вариантах поражения цели осевым потоком (рис. 9, а), круговым полем осколков корпуса при воздушном (б) и наземном (в) разрывах, а также за счет проникающе-фугасного действия (г) при установке ударного взрывателя на замедление.

В то же время специалисты указывают на ряд принципиальных трудностей, с которыми столкнутся разработчики осколочно-пучковых снарядов:

• уже упомянутые низкий КПД использования энергии заряда взрывчатого вещества вследствие малой площади контакта заряд-блок готовых поражающих элементов (и как следствие невысокая скорость метания многослойного блока ГПЭ) и необходимость отстрела отсека, расположенного впереди боевой части;

• большой угол разлета готовых поражающих элементов Фm (рис. 10);

• неравномерное распределение готовых поражающих элементов по сечению потока;

• значительное эшелонирование готовых поражающих элементов в потоке;

• сравнительно высокая стоимость изготовления блока готовых поражающих элементов, в особенности, при использовании тяжелых сплавов на основе вольфрама или урана, отсутствие серийных станков для плотной укладки готовых поражающих элементов, имеющих, например, цилиндрическую форму.

Рис.10 Осевой поток ГПЭ

Предложено много решений, направленных на увеличение площади контакта слой готовых поражающих элементов-заряд взрывчатого вещества, которые в основном сводятся к двум идеям – реализации многоторцевой конструкции и использованию цилиндрической поверхности снаряда для метания по оси.

Примером многоторцевой конструкции может служить ранее описанный снаряд «Р» шведской фирмы FFV. В корпусе снаряда размещены два метательных блока с вышибными пороховыми зарядами. Блок состоит из корпуса с зарядом взрывчатого вещества и однослойным набором готовых поражающих элементов на торце. В таблице 2 приведены характеристики осевых потоков готовых поражающих элементов снарядов «Р» двух калибров – масса одного ГПЭ т, общее число N и суммарная масса ГПЭ Nm.

Рис. 11 Авиабомба многоторцевого типа

а) – исходное состояние; б) – вид после раскрытия; 1 – метательный блок; 2 – упругое перо

Рис.12 Осколочная авиабомба осевого действия с механическим устройством зонтичного типа

При подходе снаряда к цели со скоростью V_c блоки вышибными зарядами последовательно выбрасываются из корпуса со скоростью V_e , а затем происходит их подрыв и метание готовых поражающих элементов со скоростью V_пэ . Таким образом, происходит «трехступен чатый» разгон ГПЭ до суммарной начальной скорости V₀ = V_c + V_b + V_n3 = 1600 м/с с углом раствора при вершине склона 2ф' т = 35°. При этом обеспечивается пробитие стальной преграды 20 мм (для калибра 155 мм) и 40 мм (для калибра 203 мм), что позволяет применять снаряд для поражения крыш танков.

Рис.13 Артиллерийский осколочный снаряд осевого действия

1 – головной дистанционный взрыватель; 2 – центральная трубка; 3 – разрезной корпус; 4 -заряд пластического ВВ; 5 – пороховой заряд

Предварительный выброс метательных блоков не только обеспечивает дополнительную скорость (VB =300 м/с), но и осуществляет мягкое снятие головки снаряда. Интересное техническое решение содержит заявка № 2340652 ФРГ (рис. 11). Боеприпас составлен из нескольких метательных блоков, имеющих форму плоского цилиндра. Каждый блок соединен с донной частью упругим пером. При сбросе внешней обшивки перья разгибаются, разводя блоки в радиальных направлениях и освобождая их торцы для метания готовых поражающих элементов.

Примеры конструкций второго направления, т. е. использующих цилиндрическую поверхность снаряда для метания по оси, представлены на рис. 12, 13. На рис.12 показана конструкция авиабомбы с механическим устройством раскрытия зонтичного типа, обеспечивающим при отвесном падении бомбы формирование потока готовых поражающих элементов, направленного вертикально вниз. В патенте Швеции № 3496656 та же идея реализована в конструкции артиллерийского снаряда с помощью взрывного разделения его по продольным разрезам корпуса (рис. 13) с отгибанием полос корпуса задним концом вперед. Недостатком обеих указанных конструкций является их сложность.

(Окончание следует)

Mихаил Никольский