Александр Прищепенко - Шипение снарядов
Подобные ловушки расставлены на пути любого экспериментатора, и все же всегда будут находиться те, кого тянет ощутить возможности и взаимосвязи явления своими руками. Ну что за опыт с карандашами — всего лишь иллюстрация! Беда домашнего естествоиспытателя в том, что эксперименты с взрывчаткой обязательно привлекут к его личности внимание государственных органов, которые, возбудившись, причиняют неприятности, вряд ли относимые к категории незначительных. В случае с кумуляцией есть возможность этого избежать.
Начать можно с наблюдений за падением в воду шарика (он должен быть несмачиваемым, например, из пластилина). При погружении в воду шарик создаст за собой полость, «схлопывание» которой приведет к формированию кумулятивной струи, бьющей вверх. Но струя эта будет «толстой» и невысокой.
Наполненная водой пробирка, отпущенная строго вертикально с высоты 5–6 см, при ударе о твердую поверхность, «выдаст» струю, бьющую выше, чем на метр. Кумулятивная воронка образуется в фазе полета — мениск смачивающей стекло воды в невесомости стремится принять вогнутую форму. Потом — удар и стенки выемки устремятся вниз, «схлопывая» полость и формируя струю. Освоив «низковысотные» опыты, можно, пожертвовав пробиркой, отпустить ее на пол от уровня груди. Удачное, но редкое стечение обстоятельств приведет к тому, что капли — элементы КС — достигнут потолка.
Но опять же — не то: да, образуется струя, но что она может? Придется подобрать на свалке старый телевизор.
КС будет сформирована без взрыва — за него сыграет высоковольтный разряд в воде. Разрядник изготовим из обрезка «телевизионного» кабеля РК-50 или РК-75 внешним диаметром 10 мм. К оплетке припаяем медную шайбу с отверстием 3 мм — соосно с жилой. Другой конец кабеля зачистим на длину 6–7 см, и за центральную (высоковольтную) жилу укрепим на конденсаторе, обеспечив контакт жилы с его выводом.
Роль воронки выполнит мениск воды. Желательна большая его глубина, а значит, стенки трубки должны хорошо смачиваться. Стеклянная неприятна тем, что разлетается на осколки. Хорошо смачиваемый эбонит редок, но выход есть: вкладыш из бумаги в трубке из любого диэлектрика. Калибр «кумулятивного заряда» (внутренний диаметр трубки) — 6–8 мм.
О воде. Та, что из-под крана — не годится: она хорошо проводит и ток пройдет по всему объему. В воде же для инъекций, приобретенной в аптеке, солей нет и вся энергия разряда выделится в области пробоя, смоделировав взрыв.
Разряд в воде между шайбой и жилой кабеля, обеспечит высокое напряжение — для этого и нужен телевизор, в котором есть высоковольтный источник. Работа с напряжением 25 киловольт, которое подается на кинескоп, требует навыка, поэтому, если есть источник на 6–7 киловольт, лучше использовать его (рис. 2.25). Для желательной в опытах энергии разряда в 10 Дж, напряжение U имеющегося у вас источника определит и емкость С конденсатора (E=CU /2). После каждого опыта конденсатор обязательно надо закорачивать, чтобы не «дернуло» остаточное напряжение на нем, но вообще-то этого все равно не избежать. Если нет серьезных проблем с сердцем, «встряхивание» будет безвредным и наилучшим образом научит правилам безопасной работы с высоким напряжением.
Рис. 2.25 Установка для формирования водяной кумулятивной струи включает (слева): 1 — источник высокого напряжения; 2 — высоковольтный конденсатор; 3 — зачищенный на половину длины радиочастотный кабель 4 — трубка с налитой водой. В центре — пробитие слоя желатина струей воды и крупный план этой струи. КС образовалась из вогнутого мениска воды, при воздействии на него ударной волны от разряда. Энергия конденсатора коммутируется при помощи стержня из оргстекла, сближающего электроды (стержень и искра разряда при коммутации видны в нижнем правом углу снимка); справа — выход из слоя желатина вошедшей в него под углом кумулятивной струиСоединим кабель и трубку обрезком шланга для душа. Воду нальем с помощью шприца: в ней не должно быть пузырьков, они исказят течение. Убедимся, что мениск образовался на расстоянии примерно в сантиметр от шайбы.
Зарядим конденсатор и замкнем контур. В воде пробой разовьет большое давление и образуется ударная волна, которая и «схлопнет» мениск.
Тонкую и быструю КС вы обнаружите по тычку в протянутую в метре над установкой ладонь или по водяным каплям на потолке. Увидеть ее невооруженным глазом сложно, но можно получить снимки (на черном фоне). Для этого подойдет камера CASIO Exilim Pro EX-F1, позволяющая снимать видео со скоростью до 1200 кадров в секунду. Правда, искра «подсвечивает» КС и «бронепробитие» можно заснять и недорогим фотоаппаратом, открывая в темноте его затвор и затем замыкая контакт. В качестве «брони» подойдет желатин.
Настроив установку, можно экспериментировать:
— менять толщину и угол расположения слоя желатина, посмотреть, как влияет на «бронепробитие» разделение преграды на несколько разнесенных слоев;
— менять диаметр трубки и расстояние между воронкой и точкой «взрыва», наливая в трубку разное количество воды;
— устанавливать в трубке на тонких ниточках «линзы» из пластилина, меняя тем самым форму фронта УВ, воздействующей на воронку;
— не ставить в трубку бумагу и сделать мениск выпуклым — тогда КС не образуется, а в разные стороны полетят брызги.
Полезно знать выводы теории кумуляции:
— если параметры удара КС обеспечивают ожижение материала преграды, то дальнейшее повышение ее скорости не имеет смысла — бронепробитие зависит в основном от длины струи;
— оно же зависит от соотношения плотностей брони и КС.
Понятно, что неудача попытки пробить фольгу будет обусловлена не неблагоприятным соотношением плотностей, а тем, что водяная струя установки слабовата для ожижения алюминия…
Ну, а по настоящей броне бьют не водой, а металлом: если угол раствора конусной облицовки кумулятивного заряда значителен (рис. 2.26) или облицовка представляет собой полусферу, то образуется не тонкая струя, а компактное ударное ядро (рис. 2.27). Применение ударных ядер во Второй мировой было не столь обширным, как КС. Связка самолетов «Мистель» (рис. 2.28) управлялась пилотом расположенного сверху истребителя. После расстыковки, нижний самолет летел в неуправляемом режиме, у цели в нем подрывался огромный заряд, ударное ядро которого должно было сокрушить фермы моста или проткнуть насквозь корабль противника. Применение «Мистель» было редким и малоуспешным, как и применение ударных ядер против тяжелых бомбардировщиков. Только много позже, когда появились изощренные системы наведения, способные «обнюхать» бронецель и уязвить ее в слабозащищенное место (рис. 2.29), реализовались возможности ударных ядер: проигрывая кумулятивной струе в бронепробитии, они обеспечивают значительно больший «заброневой» эффект. Результаты компьютерного моделирования выглядят иногда не менее живописно (рис. 2.30), чем фотографии, а энтузиасты вычислительных методов, бывает, похваляются, что могут рассчитать «все». Возможно, это и так, но доверять их результатам стоит ровно настолько, насколько можно доверять зависимостям, описывающим процесс и численным значениям величин, вводимым в расчеты. Иными словами: компьютерное моделирование не дает кардинально новых знаний, а позволяет подробно просмотреть варианты, не выходящие за рамки того, что уже известно.
Рис. 2.26 При взрыве заряда с облицовкой, угол раствора которой значителен, формируется поражающий элемент называемый ударным ядром (справа от облицовки). Правда, на ядро он мало похож, и автор полагает, что более точен английский термин Explosively Formed Projectile — «снаряд, формируемый взрывом». Ударное ядро может пробить броню толщиной до 0,8 диаметра заряда, но обеспечивает значительный заброневой эффект (справа: ядро прорвалось сквозь броню)
Рис. 2.27 Если облицовка кумулятивной выемки — полусферическая, то образуются поражающий элемент с промежуточными, по сравнению с элементами, формируемыми из остроконических и тупоконических облицовок, характеристиками — как по бронепробитию, так и по заброневому действию. Заряды с полусферическими облицовками применяются в основном для инженерных боеприпасов. Слева — серия рисунков, поясняющих процесс образования ударного ядра, справа — каверна в броне после попадания ударного ядра
Компьютеров в воюющей Германии не было, но кумуляция и другие полезные явления исследовались тщательно, с немецкой педантичностью. В германских оружейных фирмах существовала эффективная система поощрения сотрудников, генерировавших новые идеи: зарплата их достигала 11000 райхсмарок ($4500 по тогдашнему курсу) [26] — выше, чем у дирекции. Конечно, суетились вокруг неутомимые бойцы невидимого фронта, случались и аресты (бдительностью-то «дела» не испортишь!) но о том, что стимулом был не страх, а поощрение, свидетельствует ряд новаторских решений, многие из которых не потеряли актуальности и сейчас. Вот только предприняты были эти усилия поздновато — первые результаты их подоспели «за пять минут до двенадцати»…
