Осколочные и осколочно-фугасные боевые части

Осколочные и осколочно-фугасные боевые части ракет образуют один из самых обширных и развитых классов боеприпасов, предназначенных для поражения практически всех типов целей, за исключением подземных, подводных и тяжелобронированных. В современной трактовке под осколочными боевыми частями (ОБЧ) понимаются боеприпасы, поражающие цель высокоскоростным потоком большого числа однотипных инертных поражающих элементов (ПЭ), метаемых взрывом заряда бризантного ВВ, причем ПЭ могут представлять как осколки естественного дробления, так и заданного, а также готовые поражающие элементы (ГПЭ). Таким образом, термин "осколочные" в широком смысле слова является устаревшим, а понятие "осколок" следует относить только к осколкам естественного дробления.

Осколочно-фугасные боевые части (ОФБЧ) отличаются от осколочных способностью до подрыва проникать в грунт или за другую преграду как в составе ракеты, так и вне ее. В строгом смысле слова термин ОФБЧ применим для ракет наземного действия, противокорабельных ракет и т.п. Иногда, желая подчеркнуть тот факт, что на малых промахах возможно поражение зенитной цели воздушной ударной волной и продуктами детонации, термин "осколочно-фугасная" используется и для БЧ зенитных управляемых ракет с неконтактным подрывом, что является методически неправильным. В данном случае правильнее было бы употреблять термин "осколочно-компрессионная БЧ", что соответствует английскому термину "High Explosive Blast Fragmentation Warhead".

Классификация

По типу цели:

  • многоцелевые или универсальные (например, ОФБЧ естественного дробления реактивных систем залпового огня)
  • специализированные, предназначенные для поражения целей определенного класса.
    • противопехотные ОБЧ, предназначенные для поражения открытой и слабозащищенной живой силы (условный диапазон масс ПЭ m=0,1-1 г),
    • противотранспортные ОБЧ, предназначенные для поражения наземной и воздушной небронированной техники (m=1 - 10г)
    • противобронные ОБЧ, предназначенные для поражения легкобронированных целей со стальным эквивалентом до 20 мм и других прочных малоуязвимых целей, например тактических ракет (m = 10 - 100 г).

По конфигурации осколочного поля:

  • ОБЧ с круговыми полями;

Этот тип ОБЧ является наиболее распространенным, его главными преимуществами являются наиболее высокий коэффициент использования энергии ВВ, возможность расположения ОБЧ в любом месте ракеты и поражения цели при произвольной стороне промаха. Относительные массы круговых ОБЧ (отношение массы БЧ к стартовой массе ракеты) обычно колеблется в пределах 0,075 - 0,1.

По величине меридионального угла разлета для ОБЧ этого типа различают узкие и широкие поля. Угол разлета определяется в основном формой оболочки и схемой инициирования. Малые углы разлета (осколочные поля типа "режущий диск") реализуются с помощью оболочки с вогнутой образующей, двухточечного инициирования на торцах заряда, многоточечного синхронного инициирования по оси заряда, создающего расходящуюся детонационную волну, близкую к цилиндрической. Большие углы разлета обычно достигаются применением ОБЧ бочкообразной или, в предельном случае, сферической формы.

Основным недостатком круговых ОБЧ, имеющих более или менее широкие поля, требуемые для уверенного накрытия цели, является низкая плотность осколочного поля (низкая плотность кинетической энергии осколков на единицу телесного угла поля). Эффективное поражение современных воздушных целей, в первую очередь таких малоразмерных целей, как баллистические и крылатые ракеты, требует величины углового энергосодержания осколочного потока 10-20 МДж/стерадиан, что в принципе не может быть достигнуто в конструкциях круговых ОБЧ. Поэтому тенденция дальнейшего развития, по-видимому, будет заключаться в переходе к направленным осколочным полям, позволяющим достичь высокой концентрации энергии в осколочном потоке.

  • ОБЧ с осевыми полями;

Основным преимуществом осевых БЧ является прямое суммирование скоростей ракеты и метаемых ГПЭ, а для ракет наземного действия - большая глубина поражения при подходе к поверхности под малым углом. В последнем случае осевое поле позволяет получить оптимальное согласование плотности рассеивания и координатного закона поражения.

Существенным недостатком осевой схемы является необходимость расположения ОБЧ в головной части снаряда или сброса перед подрывом отсека, находящегося впереди ОБЧ, а также необходимость высокой точности наведения на цель.

ОБЧ с осевыми полями малоэффективны против маневрирующих самолетов и скоростных целей.

  • ОБЧ с радиально-направленными полями;

Основными способами реализации радиально направленного потока (нацеливания в плоскости, нормальной к траектории снаряда) являются:

  • управление креном снаряда;
  • поворот перед подрывом неосесимметричной ОБЧ вокруг продольной оси;
  • многоточечное скользящее инициирование;
  • взрывное деформирование ОБЧ перед подрывом;
  • раскрытие ОБЧ на плоскость.

Первые два варианта требуют усложнения конструкции, поскольку перед подрывом БЧ необходимо обеспечить ее поворот для совмещения направления полета осколков с целью.

Наибольшим быстродействием по времени нацеливания обладает многоточечное скользящее инициирование (т.е.создание в заряде ВВ ударной волны нужного напрвления) , но достигаемое перераспределение энергии потока при этом невелико. Достаточно большим быстродействием (tн = 0,001 - 0,003 с) обладает БЧ с взрывным деформированием. Осколочная оболочка в данном случае выполняется из пластичной стали или из резины с вмонтированным в нее ГПЭ. По образующим оболочки с зарядом пластического ВВ расположены детонирующие удлиненные заряды (ДУЗ) с демпферами. После получения информации о стороне промаха ДУЗ, расположенный на стороне цели, взрывается, деформируя БЧ, а затем производится ее подрыв детонатором с формированием направленного потока осколков.

При раскрытии ОБЧ на полоскость четыре квадранта, составляющие боевую часть, раскрываются в момент подрыва в сторону цели и инициируются. Для срабатывания такой БЧ требуется несколько миллисекунд, что существенно ограничивает ее применение.

  • стержневые БЧ;

Предназначены для действия по панелям летательных аппаратов. Основным элементом стержневой БЧ является набор стержней квадратного или круглого сечения, уложенных на поверхности заряда, как правило, под небольшим углом к его образующей. Стержни могут быть соединены (сварены) попеременно верхними или нижними концами, либо не иметь связи друг с другом. При подрыве они разлетаются, образуя при связанных стержнях сплошное кольцо, а при не связанных - прерывистое с перекрытием.

Преимущество стержневых ПЭ перед обычными компактными ГПЭ заключается в нанесении сплошного разреза обшивки и силового набора, приводящего к разрушению конструкции планера, т.е. поражению воздушной цели по классу "мгновенное разрушение цели в воздухе".

Недостатками являются: невысокая скорость расширения кольца (ее увеличение может привести к преждевременному разрушению кольца), небольшой радиус поражения и недостаточная при действии против некоторых прочных целей режущая способность стержней.

В конструкциях осколочно-стержневых БЧ поверх набора стержней укладывается слой компактных ГПЭ.

В зарубежной литературе стержневые БЧ обозначаются как "High Explosive Continuos Rod".

Механизм поражения цели.

Каждый килограмм взрывчатого вещества (ВВ), содержащегося в заряде БЧ, производит около 1м3 газа, создающего местное давление до 100 т/см2. Этот газ, нагретый до температуры 3000—5000° К, быстро расширяется и, сжимая окружающий воздух, формирует в нем ударную волну. Поражение цели ударной волной и продуктами детонации ВВ называется фугасным (компрессионным).

Если заряд ВВ заключен в твердую (обычно металлическую) оболочку, то газы, полученные в результате детонации, разрывают ее, что вызывает разлет осколков (ПЭ) с высокими скоростями, зависящими от отношения массы заряда к полной массе боевой части (это отношение называется коэффициентом наполнения БЧ). После разрыва оболочки осколки еще некоторое время воспринимают ускоряющее воздействие расширяющих газов — продуктов взрыва. С помощью осколков поражающая энергия распространяется на расстояния, превышающие радиус фугасного действия БЧ, но только в направлении полета осколков (поле фугасного поражения является сплошным).

Возможные конструкции ОБЧ

  • 1-фугасная;
  • 2-заряд ВВ в металлической оболочке;
  • 3-внешняя насечка оболочки;
  • 4-внутрення насечка;
  • 5-заряд ВВ с канавками;
  • 6-готовые ПЭ;
  • 7-мультикумулятивная БЧ (с коническими и сферическими выемками);
  • 8-многоячеечный заряд;
  • 9-стержневая;
  • 10-режущая;
  • 11-направленного действия.

Без принятия специальных мер по организации дробления оболочки получающиеся ПЭ существенно отличаются друг от друга по массе и размерам, причем большая доля энергии взрыва приходится на быстротормозящиеся в воздухе мелкие осколки, не приводящие к заметному поражающему эффекту из-за малой энергии, доставляемой к цели. Для организации дробления применяются различные приемы, связанные с механической обработкой корпуса БЧ, формированием специальных выемок на поверхности боевого заряда, использованием готовых ПЭ, и другие.

При использовании конических или сферических выемок возникает так называемый эффект кумуляции. с помощью которого удается получать некоторое количество тяжелых осколков, имеющих скорости разлета до 4-5км/с. БЧ такого типа иногда называют мультикумулятивными, а формируемые осколки - ударными ядрами.

Эффект воздействия ПЭ на цель обычно оценивается с помощью статистических моделей, в которых описываются конфигурация цели и расположение ее основных уязвимых отсеков, параметры БЧ (размер и количество ПЭ, скорости и углы их разлета и т. п.) , условия встречи ракеты с целью (скорости, углы подхода, положение точки подрыва БЧ).

В процессе моделирования обычно выявляются следующие характеристики, анализ которых позволяет рассчитать степень поражения цели:

  • глубина проникания (считается основным показателем);
  • глубина проникания совместно с конфигурацией пробоины (определяет эффективность воздействия на целый ряд элементов цели — кабели, цепи управления, гидравлические системы и т. п.);
  • количество движения ПЭ (определяет деформацию элементов цели);
  • кинетическая энергия, обусловливающая размеры повреждений больших целей;
  • эффект разрушения конструкции как соотношение энергии ПЭ и величины цели;
  • скорость поглощения энергии ПЭ целью.

Повысить вероятность поражения цели можно за счет увеличения энергии ПЭ, что обеспечивается применением крупных БЧ с более тяжелыми и скоростными ПЭ. Другим путем повышения эффективности осколочной БЧ считается обеспечение большого числа попаданий ПЭ в цель. При этом проявляется эффект накопления ущерба, в результате чего общий итог воздействия на цель оказывается выше простой суммы отдельных эффектов. Если несколько ПЭ попадает в цель на небольшой площади и с малым временным интервалом, может возникнуть дополнительный эффект усиления поражения, порождаемый следующими причинами:

  • наложением серии ударных волн, вызываемых в конструктивных элементах цели каждым попавшим ПЭ;
  • взрывными реакциями соединения с кислородом части материала цели и ПЭ, испарившейся при проникании ПЭ (это явление особенно заметно, когда оно возникает во внутренних полостях цели и когда серия ПЭ вызывает квазистатическое избыточное давление);
  • гидроударом, возникающим при попадании ПЭ в топливный бак или другую емкость с жидкостью.

Проведенные в объединении «Мессершмитт — Бельков — Блом» эксперименты показали, что при попадании ПЭ в бак с жидкостью его проникание незначительно и практически не зависит от скорости. Была проведена серия отстрелов 3,5-г ПЭ в контейнер с водой со скоростями 600—1800 м/с. Оказалось, что максимальное проникание достигалось при скоростях 800—1000 м/с. При меньших скоростях ПЭ сплющивался, а при больших (свыше 1000 м/с) принимал грибовидную форму и начинал эрродировать. Увеличение площади ПЭ и уменьшение его массы приводило к сокращению глубины проникания. Однако при высокоскоростных осколках контейнер получал более значительные повреждения вследствие более мощной ударной волны жидкости. Временные интервалы между осколками, необходимые для проявления эффекта усиления разрушений, зависят от скорости распространения ударной волны в среде, воспринимающей воздействие осколков (для металла она достигает 10 мкс, жидкостей — 100 мкс, внутренних воздушных полостей — 1 мс).

Источники: 
  1. А.Белов "Боевые части ракет для поражения воздушных целей", Зарубежное военное обозрение N2, 1987.
  2. В.Одинцов " Осколочные боевые части ракет: перспективы развития", Военный парад, июль-август, 1998.