Kumulacja - Polski Serwis Naukowy

Kumulacja – zjawisko fizyczne koncentrujące i ukierunkowujące falę detonacyjną w ładunku kumulacyjnym do wytworzenia strumienia kumulacyjnego jako głównego czynnika rażenia przeciwpancernego.

Po raz pierwszy efekt kumulacyjny był obserwowany w 1792 przez niemieckiego inżyniera Franza von Baadera. Wykorzystany został do celów wojskowych przez Niemców (w pociskach artyleryjskich) podczas wojny hiszpańskiej 1936–1938. W czasie II wojny światowej amunicja kumulacyjna była stosowana na szeroką skalę. Jej efekt wykorzystuje się do wybuchowego przebijania, cięcia i odkształcania różnych materiałów. W wojsku wykorzystywana do przebijania osłon pancernych i ukrytych za nimi celów.

Materiał wybuchowy to pojedynczy związek chemiczny lub mieszanina kilku związków chemicznych, która jest zdolna w odpowiednich warunkach do gwałtownej reakcji chemicznej o charakterze egzotermicznym, której towarzyszy wydzielenie wielkiej ilości produktów gazowych w postaci wybuchu (detonacji lub deflagracji).

Symetria osiowa (symetria względem osi) - odwzorowanie geometryczne płaszczyzny lub przestrzeni, które dla ustalonej osi tj. prostej l każdemu punktowi P swojej dziedziny przyporządkowuje punkt Q taki, że punkty P i Q wyznaczają prostą przecinającą prostopadle oś l i leżą w równej odległości od osi l po jej przeciwnych stronach.

Powstanie strumienia i oddziaływanie jego na przeszkodę można opisać, stosując teorię hydrodynamiczną. Wywołując detonację ładunku kumulacyjnego, strefa wysokiego ciśnienia panującego w czole fali detonacyjnej przemieszcza się w materiale wybuchowym z prędkością kilku tysięcy m/s. Kiedy fala detonacyjna dotrze do wydrążenia kumulacyjnego, a za nią produkty detonacji, zmieniają kierunek ruchu i koncentrują się wzdłuż osi symetrii ładunku, tworząc strumień kumulacyjny. Wzrasta wówczas gęstość, ciśnienie, prędkość i temperatura produktów detonacji. Wysokoenergetyczny i skoncentrowany strumień wprowadza materiał napotkanej przeszkody (np. osłony pancernej) w stan quasi-ciekły, wnikając w nią. Wraz ze wzrostem prędkości, czasu oddziaływania i gęstości strumienia głębokość krateru zwiększa się, a maleje ze wzrostem gęstości materiału płyty. W miejscu największej koncentracji strumienia kumulacyjnego zwanego ogniskiem uzyskuje się największy efekt działania. Odległość ogniska od podstawy wydrążenia zależy od kształtu i wymiarów wydrążenia kumulacyjnego.

Ciśnienie to wielkość skalarna określona jako wartość siły działającej prostopadle do powierzchni podzielona przez powierzchnię na jaką ona działa, co przedstawia zależność:

Ruch obrotowy bryły sztywnej to taki ruch, w którym wszystkie punkty bryły poruszają się po okręgach o środkach leżących na jednej prostej zwanej osią obrotu. Np. ruch Ziemi wokół własnej osi. Jest to ruch złożony z ruchu postępowego środka masy danego ciała oraz ruchu obrotowego względem pewnej osi. Środek masy ciała można uważać za punkt materialny. Do opisania ruchu obrotowego używa się odmiennych pojęć od używanych do opisania ruchu postępowego.

Stosując wkładkę kumulacyjną, zwiększając gęstość i energię strumienia, uzyskuje się znaczny wzrost efektu przebicia. Kiedy czoło fali detonacyjnej dotrze do powierzchni wkładki, wówczas ulega ona stopniowej deformacji i przechodzi w stan quasi-ciekły. Elementy wierzchołkowe wkładek sferycznych i stożkowych uzyskują większe prędkości niż ich podstawy, ulegając wcześniejszej deformacji. Strumień kumulacyjny ulega wydłużeniu. Przednia jego część nazywana strumieniem właściwym porusza się z prędkością (w czole) 7000–20 000 m/s. Tylna część strumienia uzyskuje prędkość 500–1000 m/s, występując w postaci jednolitego zbitka. Strumień właściwy jest głównym czynnikiem rażącym, drążąc krater w przeszkodzie, a po przebiciu jej przedostaje się za nią, unosząc jej cząstki. Zbitek w tym czasie, uderzając w przeszkodę, osadza się w wydrążonym otworze. W ognisku średnica strumienia wynosi 2-5 mm, a jego formowanie trwa do chwili, kiedy fala detonacyjna osiągnie podstawę wkładki. Od własności materiału kruszącego i geometrii ładunku kumulacyjnego, sposobu pobudzenia ładunku, kształtu oraz materiału wkładki kumulacyjnej i przysłony ładunku, odległości podstawy wydrążenia od przeszkody, własności materiału przeszkody oraz dokładności wykonania ładunku i wkładki zależy głębokość krateru. Przy wzroście kąta rozwarcia wkładki jej masa zawarta w strumieniu właściwym rośnie w stosunku do masy zbitka, a prędkość strumienia maleje w stosunku do prędkości zbitka. Wzrost kąta rozwarcia powoduje odwrócenie proporcji masowych strumienia i zbitka oraz stopniowo wyrównuje ich prędkość. Występuje wtedy proces wybuchowego formowania wkładki w jednolity pocisk zwany kumulacją odwrotną. Niekorzystny wpływ na efekt kumulacyjny mają: ruch obrotowy ładunku kumulacyjnego oraz materiałowe i technologiczne wady wykonawcze elementów układu.

Pocisk to ciało wystrzeliwane z broni miotającej. Pociski są zwykle aerodynamiczne, wydłużone, a w przekroju okrągłe, wykonane z twardych i gęstych materiałów, najczęściej metali. Przed wynalezieniem lufy gwintowanej nadającej pociskowi ruch obrotowy miały one kształt sferyczny i nazywano je kulami.

Pocisk kumulacyjny – pocisk przeciwpancerny, w którym do przebicia pancerza wykorzystuje się strumień kumulacyjny powstający po eksplozji materiału wybuchowego, działającego na wkładkę kumulacyjną (cienkościenny stożek wykonany najczęściej z miedzi lub innego miękkiego metalu).

Zjawisko kumulacji jest nazywane kumulacją klasyczną w odróżnieniu od kumulacji odwrotnej.

Bibliografia

Andrzej Ciepliński, Ryszard Woźniak: Encyklopedia współczesnej broni palnej (od połowy XIX wieku). Warszawa: Wydawnictwo WiS, 1994. ISBN 83-86028-01-7.