Кіріспе

Жарқын әсерге ие жарылғыш заряд – жарылғыш энергияның әсерін нақты бағыттау үшін жасалған жарылғыш заряд. Мұндай зарядтардың түрлері металл кесу, пішіндіру, ядролық қаруды іске қосу, броньды тесіп өту немесе мұнай және газ саласында ұңғымалар жасау сияқты мақсаттарда қолданылады. Қазіргі заманғы пішінді зарядтар, заряд көлемінде металл қаптамасымен жабдықталған, броньдық болатқа заряд диаметрінен 7 немесе одан да көп есе тереңдеуге қабілді (заряд диаметрі, CD), алайда 10 CD және одан да жоғары тереңдіктерге де қол жеткізілген. Жиі кездесетін қате түсініктердің керісінше, HEAT (жоғары жарылғыш танкіге қарсы) аббревиатурасынан туындаған пікірлердей, пішінді зарядтың тиімділігі қыздыруға немесе балқуға ешқандай тәуелді емес; яғни, пішінді зарядтан шыққан ағын броньды ерітпей тесіп өтеді, себебі оның әсері таза кинетикалық сипатқа ие. Дегенмен, бұл процесте қатты қызу пайда болады және тесіп өткеннен кейін қосымша өртке қарсы әсер етуі мүмкін.

Мунроу эффектісі

Мунро немесе Нейман эффектісі — жарылыс энергиясын жарылғыш заттың бетіндегі ойыс немесе қуыс арқылы шоғырландыру. Қуыс зарядтар туралы алғашқы мәліметтер 1792 жылы айтылған. Франц Ксавер фон Бадер (1765–1841) — сол кездегі неміс тау-кен инженері; ол тау-кен журналында жарылғыш зарядтың тиімділігін арттыру және осылайша ұнтақты үнемдеу үшін жарылғыш зарядтың алғы бөлігінде конустық кеңістік жасауды ұсынды. Бұл идея біраз уақытқа Норвегияда және Германияның Харц тауларында қолданылды, бірақ сол кездегі жалғыз жарылғыш зат — оқ-дәрі болды, ол жоғары қуатты жарылғыш емес, сондықтан пішінді заряд эффектісіне қажетті соққы толқынын тудыра алмады. Шынайы қуыс заряд эффектісі алғаш рет 1883 жылы Германияның Вальсроде қаласындағы Вольф және компанияның нитроцеллюлоза зауытының басшысы Макс фон Фёрстер (1845–1905) жасады. 1886 жылы Дюссельдорф қаласынан (Германия) Густав Блум жарылыс әсерін осьтік бағытта шоғырландыру үшін жарты шар тәрізді ойыс металл детонаторларын ұсынды. Мунро эффектісін 1888 жылы оны ашқан Чарльз Э. Мунроның есімімен атады. Ол Ньюпорттағы (Род-Айленд штаты) АҚШ Әскери-теңіз торпеда станциясындағы химиягер ретінде металл пластинаның жанында өндірушінің аты басылған жарылғыш мақта блогы жарылғанда, жазу пластинаға кесілгенін байқады. Егер әріптер жарылғыш заттың бетінен жоғары көтерілсе, пластинадағы әріптер де оның бетінен жоғары көтеріледі. 1894 жылы Мунро алғашқы пішінді зарядын жасады: жасалған тәжірибелердің бірі — жиырма тоғыз дюймдік куб тәрізді қауіпсіз нысан, қабырғалары төрт дюйм мен үш ширек қалыңдығы бар, темір және болат пластиналардан жасалған. Мунроның пішінді зарядты зерттеуі 1900 жылы «Popular Science Monthly» журналында кеңінен жарияланғанымен, қуыс зарядтың қалайы «лайнерінің» маңызы тағы 44 жыл бойы танылмай қалды. Бұл мақаланың бір бөлігі 1945 жылдың ақпан айындағы «Популярная наука» журналында қайта басылды. Бұл мақала АҚШ армиясының «Базука» қаруының ІІ дүниежүзілік соғыста бронетранспортқа қарсы қалай жұмыс істегенін жалпы жұртшылыққа ашты. 1910 жылы Германияның Эгон Нейманн ТНТ блогының, егер жарылғыш конус тәрізді болса, болат пластинаны тесіп өтетінін анықтады. Мунро мен Нейманның әскери жұмысының маңызы ұзақ уақыт бойы бағаланбады. Әлемдік соғыстар арасында бірнеше елдердің ғалымдары — Кеңес Одағындағы Мирон Яковлевич Сухаревский, Ұлыбританиядағы Уильям Х. Пэймент және Дональд Уитли Вудхед, АҚШ-тағы Роберт Уильямс Вуд жарылыстар кезінде снарядтардың пайда болуын мойындады. 1932 жылы Венаның Техникалық жоғары мектебінің физика студенті Франц Рудольф Томанек танкіге қарсы оқ-дәрілерді ойлап тапты. Австрия үкіметі бұл идеяны жүзеге асыруға қызығушылық танытпаған кезде, Томанек Берлиннің Техникалық жоғары мектебіне ауысты, онда ол баллистика маманы Карл Джулиус Кранцпен оқуын жалғастырды. 1935 жылы ол Хеллмут фон Хаттернмен бірге танкіге қарсы снарядтың прототипін жасады. Қарудың өнімділігі көңіл көншітпесе де, Томанек өзінің даму жұмысын жалғастырды, Брауншвейгтегі Waffeninstitut der Luftwaffe (Әуе күштерінің қару-жарақ институты) Хьюберт Шардинмен бірлесіп жұмыс істеді. 1937 жылы Шардин қуыс зарядтың әсері соққы толқындарының өзара әрекеттесуіне байланысты деп сенді. Бұл идеяны сынақтан өткізу кезінде 1938 жылдың 4 ақпанында Томанек пішінді зарядты жарылғыш затты ойлап тапты (немесе Hohlladungs Auskleidungseffekt (ойық зарядты лайнер эффектісі)). (Густав Адольф Томер 1938 жылы алғаш рет сәулелік сәуле түсіру арқылы пішінді зарядтың жарылысынан пайда болған металл сәулесін бейнеледі.) Бұл арада Генри Ханс Мохаупт, Швейцариядағы химиялық инженер, 1935 жылы тәуелсіз түрде пішінді зарядты оқ-дәрі жасады, ол Швейцария, Франция, Ұлыбритания және АҚШ әскерлеріне көрсетілді. Екінші дүниежүзілік соғыс кезінде Германия (Панцершрек, Панцерфауст, Панцервурфмайн, Мистель), Ұлыбритания (PIAT, Beehive кратерлік заряд), Кеңес Одағы (РПГ 43, РПГ 6), АҚШ (базука) және Италия (түрлі артиллериялық бұйымдар үшін Эффектто Пронто Специал снарядтары) пішінді зарядтарды жасады. Пішінді зарядтар танкіге қарсы соғысты өзгертті. Танкілер жаяу әскер немесе ұшақпен тасымалданатын қарудан өте осал болды. Пішінді зарядтардың алғашқы қолданылуының бірі 1940 жылы бельгиялық Эбен-Эмель фортына қарсы неміс планерлік әскерлері жасаған. Бұл бұзғыш зарядтар — Германияның қару-жарақ кеңсесінің докторы Вульфкен жасаған жарылғыш зарядтар болды және қазіргі заманғы HEAT оқ-дәрілері сияқты металл сәулесін шығармады. Металл лайнері болмағандықтан, олар мұнараларды шайқады, бірақ оларды бұзбады, және басқа әуе десанттық әскерлер мұнараларға өрлеп, зеңбіректерді қиратты.

Қазіргі заманғы әскери

Әскери терминологияда пішінді зарядты оқ-дәрілерді белгілейтін жиі қолданылатын термин – танкіге қарсы жойғыш (HEAT) оқ-дәрілер. HEAT оқ-дәрілері танкіге қарсы басқарылатын зымырандарда, басқарылмайтын зымырандарда, зеңбірекпен атылатын снарядтарда (бұралатын және бұралмаған түрлері), мылтық гранаталарында, жер миналарында, шашыраңқы бомбаларда, торпедаларда және түрлі басқа қаруларда кеңінен қолданылады.

Қорғау

Екінші дүниежүзілік соғыс кезінде зарядтың құрылымының дәлдігі және оның жарылу режимі қазіргі заманғы жарылғыш заттардан төмен болды. Бұл төмен дәлдік реактивті ағынның қисаюына және ертерек, демек, қысқа қашықтықта ыдырауына әкеп соқты. Соның салдарынан таралу кеңейіп, берілген конус диаметрі үшін тегілу тереңдігі азайды, ал ең тиімді қашықтық та қысқарды. Зарядтар үлкен қашықтықта тиімсіз болғандықтан, кейбір неміс танктеріне қарапайым танкке қарсы мылтықтардан қорғану үшін орнатылған бүйірлік және мұнаралық қорғағыштар (Schürzen деп аталады) реактивті ағынның таралуына мүмкіндік беріп, HEAT тегілуін де азайтты. Зымырандық көліктердегі қосымша аралық қорғағыштардың қолданылуы кері нәтиже беріп, кейбір пішінді зарядты жарылғыш заттардың тегілуін арттыруы мүмкін. Зымыран/ракета ұзындығының шектеулілігіне байланысты, көптеген жарылғыш заттардағы орнатылған қашықтық ең тиімді қашықтықтан кем. Мұндай жағдайларда, қоршау тиімді түрде бронь мен нысана арасындағы қашықтықты арттырады, ал жарылғыш зат ең тиімді қашықтыққа жақын жарылады. Қоршауды (skirting) негізінен РПГ-7 снарядтарының оқтандыру жүйесін зақымдауға арналған торлы броньмен шатастыруға болмайды, бірақ HEAT снарядының соққы кезінде жоғары немесе төмен қарай иілуіне де себеп болуы мүмкін, бұл пішінді зарядтың тегілу ағынының жолын ұзартады. Егер снарядтың алдыңғы бөлігі торлы броньдің тірегіне тисе, жарылғыш зат қалыпты жұмыс істейді.

Әскери емес

Әскери емес салаларда пішінді зарядтар ғимараттар мен құрылыстарды жарылыс арқылы бұзу үшін қолданылады, әсіресе металл қасиеттерді, бағаналарды және арқалықтарды кесуге, сондай-ақ тесіктер ашуға. Болат қорытуда шлакпен бітелген крандарды тесіп өту үшін кішкентай пішінді зарядтар жиі пайдаланылады. Өнеркәсіпте мұнай мен газ өртін отты қоршаған ортадан айырып, сөндіру үшін де қолданылады. «Хаябуса-2» миссиясында 162173 Рюгу астероидінде пішінді заряд қолданылды. Ғарыш кемесі жарылғыш құрылғыны астероид бетіне түсіріп, жарылыстан қорғанған күйде оны жарылысқа келтірді. Жарылыс шамамен 10 метрлік кратер жасады, бұл астероидтің таза үлгісіне қол жеткізуге мүмкіндік берді.

Функция

Типичное устройство состоит из твердого цилиндра взрывчатого вещества с металлическим конусообразным углублением на одном конце и центральным детонатором, детонаторной цепочкой или волноводом детонации на другом конце. Энергия взрыва высвобождается непосредственно от (нормали к) поверхности взрывчатого вещества, поэтому придание формы взрывчатому веществу сконцентрирует энергию взрыва в пустоте. Если углубление имеет правильную форму, обычно коническую, огромное давление, создаваемое детонацией взрывчатого вещества, вдавливает обшивку в полость внутрь, заставляя ее схлопнуться вокруг своей центральной оси. В результате столкновения образуется и выбрасывается вперед струя металлических частиц с высокой скоростью. Большая часть материала струи происходит из самой внутренней части обшивки, слоя толщиной примерно от 10% до 20%. Остальная часть обшивки образует более медленно движущийся снаряд, который из-за своего внешнего вида иногда называют "морковкой". Из-за изменения скорости схлопывания по всей обшивке, скорость струи также меняется по ее длине, уменьшаясь от передней части. Это изменение скорости струи растягивает ее и в конечном итоге приводит к ее распаду на частицы. Со временем частицы имеют тенденцию выходить из строя, что снижает глубину проникновения при больших расстояниях. На вершине конуса, который образует переднюю часть струи, обшивка не успевает полностью разогнаться до того, как образует свою часть струи. В результате небольшая часть струи выбрасывается с меньшей скоростью, чем струя, образовавшаяся позже позади нее. В результате начальные части струи сливаются, образуя выраженную более широкую кончиковую часть. Большая часть струи движется с гиперзвуковой скоростью. Кончик движется со скоростью 7–14 км/с, хвост струи с меньшей скоростью (1–3 км/с), а снаряд – еще с меньшей скоростью (менее 1 км/с). Точные скорости зависят от конфигурации и удержания заряда, типа взрывчатого вещества, используемых материалов и режима инициирования взрывчатого вещества. При типичных скоростях процесс проникновения создает такое огромное давление, что его можно считать гидродинамическим; в хорошем приближении струя и броня могут рассматриваться как несжимаемые, сжимаемые жидкости (см., например), игнорируя их прочность материала. Недавняя техника, использующая анализ магнитной диффузии, показала, что температура внешних 50% по объему наконечника медной струи во время полета составляла от 1100 K до 1200 K, что намного ближе к точке плавления меди (1358 K), чем предполагалось ранее. Эта температура согласуется с гидродинамическим расчетом, который смоделировал весь эксперимент. Для сравнения, двухцветные радиометрические измерения конца 1970-х годов указывают на более низкие температуры для различных материалов облицовки кумулятивного заряда, конструкции конуса и типа взрывчатого наполнителя. Кумулятивный заряд, заряженный Comp B, с медной облицовкой и заостренной вершиной конуса имел температуру наконечника струи в диапазоне от 668 K до 863 K при пятикратной выборке. Заряды, заряженные Octol, с закругленной вершиной конуса, как правило, имели более высокие температуры поверхности со средним значением 810 K, а температура облицовки из свинцово-оловянного сплава с Comp B в среднем составляла 842 K. Хотя было установлено, что струя из свинцово-оловянного сплава находится в жидком состоянии, медные струи значительно ниже точки плавления меди. Однако эти температуры не полностью согласуются с данными о том, что мягкие восстановленные частицы медной струи показывают признаки плавления в ядре, в то время как внешняя часть остается твердой и не может быть приравнена к объемной температуре. Расположение заряда относительно его цели имеет решающее значение для оптимального проникновения по двум причинам. Если заряд детонирует слишком близко, у струи не будет достаточно времени для полного развития. Но струя распадается и рассеивается после относительно небольшого расстояния, обычно менее двух метров. При таких расстояниях она распадается на частицы, которые имеют тенденцию кувыркаться и отклоняться от оси проникновения, так что последующие частицы имеют тенденцию расширять, а не углублять отверстие. При очень больших расстояниях скорость теряется из-за сопротивления воздуха, что еще больше снижает проникновение. Ключом к эффективности полых зарядов является их диаметр. По мере продолжения проникновения через цель ширина отверстия уменьшается, что приводит к характерному действию "кулак в палец", где размер окончательного "пальца" основан на размере исходного "кулака". В общем, кумулятивные заряды могут проникать в стальную пластину толщиной от 150% до 700% их диаметра, в зависимости от качества заряда. Эта цифра относится к обычной стальной пластине, а не к композитной броне, реактивной броне или другим типам современной брони.

Жабдық

Қаптаманың ең көп таралған пішіні конустық, ішкі шыңы 40–90 градус бұрышты болады. Әртүрлі шың бұрыштары ұшқыр массасы мен жылдамдығының әртүрлі үлестірілімін қамтамасыз етеді. Кішкентай шың бұрыштары ұшқырдың екіге бөлінуіне немесе тіпті ұшқырдың қалыптаспауына алып келуі мүмкін; мұның себебі құлау жылдамдығының белгілі бір шектен асып кетуіне байланысты, бұл көрсеткіш әдетте қаптама материалының дыбыс жылдамдығынан сәл жоғары болады. Басқа кеңінен қолданылатын пішіндерге жарты шарлар, түлпандар, трубалар, эллипстер және екі конус жатады; әртүрлі пішіндер әртүрлі жылдамдық және массалық үлестірімі бар ұшқыштарды құрайды. Қаптамалар түрлі материалдардан жасалады, оның ішінде әртүрлі металдар мен шыны да бар. Ең терең ену тығыз, серпімді металлмен қамтамасыз етіледі, ал мыс ең көп қолданылатын материалдың бірі болып табылады. Кейбір заманауи бронебойғыш қаруларда молибден және вольфрам тозаңын, мыс байланыстырғышын (9:1 қатынасы, демек тығыздығы ≈18 Мг/м³) қолданатын псевдоқорытпалар пайдаланылады. Әртүрлі металдық элементтер сынақтан өтті, соның ішінде алюминий, вольфрам, тантал, кемітілген уран, қорғасын, қалайы, кадмий, кобальт, магний, титан, мырыш, цирконий, молибден, бериллий, никель, күміс, тіпті алтын мен платина. Материалды таңдау нысананың түріне байланысты; мысалы, алюминий бетон нысаналар үшін тиімдірек болып табылады. Ерте танкіге қарсы қаруларда мыс қаптама материалы ретінде қолданылған. Кейін, 1970 жылдары, танталтың мыстан артық екендігі анықталды, себебі оның тығыздығы жоғарырақ және жоғары деформация жылдамдықтарында серпімділігі күшті. Басқа жоғары тығыздықты металдар мен қорытпалардың бағасы жоғары, уытты, радиоактивті немесе серпімділік қасиеттері нашар болуы мүмкін. Ең терең ену үшін таза металдар жақсы нәтижелер береді, себебі олардың серпімділігі жоғары, бұл ұшқырдың бөлшектерге бөлінуін кешіктіреді. Алайда, мұнай ұңғымасын аяқтау үшін қатты шлак немесе «сәбіз» пайда болуына жол берілмейді, өйткені ол енген тесікті бітеп, мұнай ағынына кедергі келтіруі мүмкін. Сондықтан, мұнай өнеркәсібінде қаптамалар көбінесе ұнтақ металлургиясы арқылы жасалады, көбінесе псевдоқорытпалардан, олар синтезделмеген жағдайда негізінен дисперсті ұсақ металл бөлшектерінен тұратын ұшқыштарды құрайды. Бірақ, суық престелген және ақталмаған қаптамалар су өткізбейді және нашар серпімді болады, сондықтан оларды қолдану кезінде зақымдау оңай. Мыспен қапталған мыс сияқты екі металдан жасалған қаптамаларды қолдануға болады; ұшқырдың қалыптасу кезінде мыс қабаты буланып, шлак пайда болмайды; бірақ, бұл қаптаманың құны жоғары және екі қабаттың біріктірілу сапасына тәуелді. Төмен балқу температурасы (500 °C-тан төмен) бар қорытпаларды (мысалы, Sn50Pb50, Zn97.6Pb1.6 немесе қорғасын, мырыш немесе кадмий сияқты таза металдарды) қолдануға болады; олар ұңғыма қабырғасына жеткенше еріп, тесікті бітемейді. Басқа қорытпалар, екілік эвтектикалар (мысалы, Pb88.8Sb11.1, Sn61.9Pd38.1, Ag71.9Cu28.1) пластикалық дендриттері бар металл матрицалық композиттік материалды құрайды; мұндай материалдар шлак түзілуін азайтады, бірақ оларды пішіндеу қиын. Тағы бір нұсқа – төмен балқу температурасы бар және мыста ерімейтін материалдың дискретті инклюзиялары бар металл матрицалық композит. Инклюзиялар ұңғыма қабырғасына жеткенше еріп, материалды әлсіретеді немесе жарықтардың пайда болу орындары ретінде қызмет етеді, соның салдарынан шлак соққы кезінде бұзылады. Екінші фазаның дисперсиясын мыспен бірге құю арқылы, мысалы, висмутпен, 1–5% литиймен немесе 50% дейін (әдетте 15–30%) қорғасынмен қол жеткізуге болады; инклюзиялардың мөлшерін жылулық өңдеу арқылы реттеуге болады. Сондай-ақ, инклюзиялардың біртекті емес таралуын қамтамасыз етуге болады. Басқа қоспалар қорытпаның қасиеттерін өзгерте алады; қалайы (4–8%), никель (30% дейін және көбінесе қалайымен бірге), 8% дейін алюминий, фосфор (сынық фосфидтер түзеді) немесе 1–5% кремний жарықтардың пайда болу орындары ретінде қызмет ететін сынық инклюзияларды құрайды. Материалдық шығындарды төмендету және қосымша сынық фазаларды қалыптастыру үшін 30% дейін мырыш қосуға болады. Оксидті шыны қаптамалары төмен тығыздықты ұшқырларды құрайды, сондықтан ену тереңдігі төмен болады. Қалқанды тесу әрекетінен кейін жанғыш әсерді күшейту үшін бір қабаты пирофорлы металл (мысалы, алюминий немесе магний) бар екі қабатты қаптамаларды қолдануға болады; оларды жасау үшін жарылғыш дәнекерлеуді қолдануға болады, себебі металл-металл интерфейсі біртекті, металдар аралық қосылыстардың маңызды мөлшерін қамтымайды және ұшқырдың қалыптасуына кері әсер етпейді. Ену тереңдігі ұшқырдың ең ұзын ұзындығына пропорционал, ол ұшқыр ұшының жылдамдығы мен бөлшектерге айналу уақытының көбейтіндісі болып табылады. Ұшқыр ұшының жылдамдығы қаптама материалындағы дыбыс жылдамдығына, ал бөлшектерге айналу уақыты материалдың серпімділігіне байланысты. Ең жоғары ұшқыр жылдамдығы шамамен материалдағы дыбыс жылдамдығынан 2,34 есе жоғары. Жылдамдық 10 км/с-қа жете алады, жарылыстан кейін шамамен 40 микросекундтан кейін ең жоғары мәніне жетеді; конус ұшы шамамен 25 миллион g үдеуге ұшырайды. Ұшқырдың артқы жағы шамамен 2–5 км/с жылдамдыққа жетеді. Ұшқыр ұшы мен нысана арасындағы қысым бір терапаскальға жете алады. Өте жоғары қысым металлты сұйықтай ағызуға мәжбүр етеді, бірақ рентгендік дифракция металлтың қатты күйде қалатынын көрсетті; осы құбылысты түсіндіретін теориялардың бірі ұшқырдың балқыған ядросы және қатты қабығынан тұратынын болжайды. Бетке орталықтанған кубтық металдар ең жақсы материалдар болып табылады, себебі олар ең серпімді, бірақ тіпті графит пен серпімділігі жоқ керамикалық конустар да маңызды енуді көрсетеді.

Жарылғыш заряд

Ең жақсы ену үшін, жоғары детонация жылдамдығы мен қысымы бар жоғары жарылғыш материал әдетте таңдалады. Жоғары өнімді бронебойғыш снарядтарда ең көп қолданылатын жарылғыш зат – HMX (октоген), бірақ ол таза күйінде ешқашан қолданылмайды, себебі ол тым сезімтал. Ол әдетте полимер байланыстырылған жарылғыш (PBX) LX 14 сияқты пластикалық байланыстырғыштың бірнеше пайызымен немесе TNT сияқты басқа, аз сезімтал жарылғыш затпен қосылады, осылай Октол құралады. Басқа да кең таралған жоғары өнімді жарылғыш заттар – РДХ негізіндегі қоспалар, олар да PBX түрінде немесе TNT-мен (B қоспасын және циклотолдарды жасау үшін) немесе балауызбен (циклониттер) араластырылады. Кейбір жарылғыш заттар жарылыс қуатын және детонация температурасын арттыру үшін ұнтақталған алюминий қосады, бірақ мұндай қосымша пішінді зарядтың тиімділігін көбінесе төмендетеді. Өте жоғары өнімді, бірақ сезімтал жарылғыш CL 20-ні пішінді зарядталған снарядтарда қолдану бойынша зерттеулер жүргізілді, алайда қазіргі уақытта оның сезімталдығына байланысты, ол PBX композиті LX 19 (CL 20 және Estane байланыстырғыш) түрінде қолданылады.

Басқа ерекшеліктері

"Толқын қалыптастырғыш" – жарылғыш заттың ішіне детонациялық толқынның бағытын өзгерту үшін салынатын инертті материалдан (әдетте қатты немесе кебінделген пластиктен, бірақ кейде металдан, тіпті қуыс болуы мүмкін) жасалған дене (әдетте дискі немесе цилиндр тәрізді блок). Бұл конус құлауын және одан туындайтын ағынның қалыптасуын өзгертуге мүмкіндік береді, мақсаты – тесіп өту қабілетін арттыру. Толқын қалыптастырғыштар көбінесе кеңістікті үнемдеу үшін қолданылады; толқын қалыптастырғышы бар қысқа заряд, толқын қалыптастырғышы жоқ ұзын зарядқа қарағанда бірдей тиімділікке қол жеткізе алады. Мүмкін болатын толқын қалыптарының саны шексіз екенін ескере отырып, машиналық оқыту әдістері компьютерлік жобалау арқылы пішінді зарядтың тиімділігін арттыратын ең оңтайлы толқын қалыптарын жасау үшін әзірленді. Тағы бір пайдалы конструкциялық ерекшелік – субкалибрлі конструкция, яғни жарылғыш зарядтың диаметрінен кіші (калибрлі) қаптаманы қолдану. Қарапайым зарядта конус негізіндегі жарылғыш зат тым жұқа болып келеді, сондықтан жақын орналасқан қаптаманы тиімді ағын жасау үшін жеткілікті жылдамдыққа дейін үдетуге шамасы жетпейді. Субкалибрлі зарядта бұл бөлік тиімді түрде кесіліп тасталады, нәтижесінде бірдей тиімділікке ие қысқа заряд жасалады.

Нұсқалар

Қалыпты зарядтың бірнеше нысаны бар.

Сызықтық пішінді зарядтар

Сызықтық пішінді зарядтың (LSC) V пішінді профилі бар және ұзындығы әр түрлі қаптамасы бар. Қабылдама жарылғыш материалмен қоршалған, ал жарылғыш материал жарылыс кезінде оны қорғауға және нығайтуға (бекітуге) арналған қолайлы материалмен қапталған. "Детонация кезінде жарылғыш материалдың жоғары қысымды толқыны жарылыс қабырғасына соққанда, LSC металл қабырғасы құлап, кесу күші пайда болады". Жарылыс қабылдамаға еніп, үздіксіз, пышақ тәрізді (жазық) ұшқыш құрайды. Ұшқыш өз жолындағы кез келген материалды, зарядтың мөлшері мен қолданылған материалдарға байланысты белгілі бір тереңдікке дейін кесіп тастайды. Әдетте, ұшқыштың ені зарядтың енінен 1-1,2 есеге дейін жетеді. Күрделі геометрияларды кесу үшін сызықтық пішінді зарядтың икемді нұсқалары да бар, олар қорғасын немесе жоғары тығыздықтағы көбікпен қапталған және икемді/қоңыр қаптама материалымен жасалған, ол көбінесе қорғасыннан болады. LSC-лер көбінесе стальдан жасалған дөңгелекті бұрандаларды (RSJ) және басқа да құрылымдық нысандарды кесуде, мысалы, ғимараттарды бақылаулы түрде бұзуда қолданылады. LSC-лер көп сатылы зымырандардың сатыларын ажыратуға және олар қате бағытқа бұрған кезде оларды жоюға да қолданылады.

Жарылыспен қалыптасқан енуші

Жарылыспен қалыптасқан тесіп өтуші (EFP) өздігінен жасақталатын сынық (SFF), жарылыспен қалыптасқан снаряд (EFP), өздігінен жасақталатын снаряд (SEFOP), пластиналық заряд және Мисне Шардин (MS) заряды ретінде де белгілі. EFP жарылғыш заттың жарылу толқынының әсерін (және аздаған дәрежеде оның жарылу өнімдерінің итеру әсерін) пайдаланып, мыс, темір немесе тантал сияқты серпімді металл пластинасын немесе табақшасын ықшам, жоғары жылдамдықты снарядқа – әдеттегідей, оққа айналдырады. Бұл оқ нысанаға секундтына шамамен екі километр жылдамдықпен ұшырылады. EFP-нің дәстүрлі (мысалы, конустық) пішінді зарядқа қарағандағы басты артықшылығы – оның тиімділігі, ол заряд диаметрінің жүздеген есесіне (мысалы, практикалық құрылғы үшін жүз метрдей) жететін үлкен қашықтықта сақталады. EFP бірінші буын реактивті броньға тиімсіз және аэродинамикалық кедергі салдарынан жылдамдығы төмендегенше немесе нысананы сәтті соғу қиын болғанша, шамамен 1000 заряд диаметріне (CD) дейін ұшып бара алады. Доп немесе оқ түріндегі EFP-нің соққысы әдетте үлкен диаметрлі, бірақ салыстырмалы түрде жайпақ тесік жасайды, оның диаметрі ең көп дегенде бірнеше CD-ға жетеді. Егер EFP броньды тесіп өтсе, сынықтар пайда болады және броньның артында кең ауқымды зақымдану (BAE, сондай-ақ бронь артындағы зақымдану, BAD) туындайды. BAE негізінен ішкі кеңістікке жоғары температурада және жоғары жылдамдықпен шашыраған бронь және оқ сынықтарының түсуінен, сондай-ақ осы қалдықтардың тудырған жарылыс қысымынан пайда болады. Заманауи EFP жарылыс бас бөліктері, жетілдірілген іске қосу режимдерін пайдалану арқылы, ұзын таяқтарды (созылған оқтарды), көп оқтарды және қанатты таяқ/оқ снарядтарын да жасауға мүмкіндік береді. Ұзын таяқтар броньтың тереңіне енуге қабілетті, бірақ BAE әсері төмендейді; көп оқтар жеңіл немесе кең аумақты нысаналарды жеңуге жақсырақ, ал қанатты снарядтардың дәлдігі жоғары. Бұл типтегі жарылыс бас бөліктері негізінен негізгі ұрыс танктерінің (MBT) нашар қорғалған бөліктерінде, мысалы, үстіңгі, төменгі және артқы бөліктерінде қолданылады. Ол басқа, аз қорғалған бронетехникалық шабуылды жүргізуге (AFV) және материалдық нысаналарды (ғимараттар, бекіністер, көпір тіректері және т.б.) бұзуға өте қолайлы. Жаңа таяқ снарядтары MBT-нің жақсы қорғалған бөліктеріне қарсы да тиімді болуы мүмкін. EFP принципін қолданатын қарулар бұрыннан соғыста қолданылып келеді; 2003 жылғы Ирак соғысында АҚШ Әскери-әуе күштері мен Әскери-теңіз күштері қолданған CBU 97 кластерлік бомбасындағы «ақылды» суббоеприпастар осы принципті қолданды, ал АҚШ Армиясы SADARM (Seek And Destroy ARMor) жобасы аясында дәлдікпен басқарылатын артиллериялық снарядтарды сынап жатыр деген хабар бар. EFP принципін қолданатын басқа да түрлі снарядтар (BONUS, DM 642), зымырандық суббоеприпастар (Motiv 3M, DM 642) және миналар (MIFF, TMRP 6) бар. EFP жарылыс бас бөліктерінің мысалдары – АҚШ патенттері 5038683 және US6606951.

Тандемдік оқ-дәрі

Кейбір заманауи танкке қарсы ракеталар (RPG 27, RPG 29) және зымырандар (TOW 2, TOW 2A, Eryx, HOT, MILAN) екі бөлек пішінделген зарядтан тұратын, бірін бірі алдынан түсетін, әдетте араларында белгілі бір қашықтық болатын, тандемдік оқ жарылғыш зарядты пайдаланады. TOW 2A 1980-ші жылдардың ортасында тандемдік оқ жарылғыш зарядтарды алғаш рет қолданды, бұл қарудың бір ерекшелігі, АҚШ армиясы жаңалықтар құралдары мен Конгресс қысымының нәтижесінде НАТО танкке қарсы зымырандарының жаңа ERA қораптарымен жабдықталған кеңестік танктерге қарсы тиімсіздігі туралы алаңдаушылықты тудырды. Армия TOW 2 және TOW 2A жиналмалы зондтарының ұшына 40 мм пішінделген алдын ала заряд орнатылғандығын хабарлады. Әдетте, алдыңғы заряд артқы зарядтан сәл кіші болады, себебі ол негізінен ERA қораптарын немесе плиткаларды бұзуға арналған. Тандемдік оқ жарылғыш зарядтардың мысалдары – АҚШ патенттері 7363862 және 5561261. АҚШ Hellfire танкке қарсы зымыраны – бір оқ жарылғыш зарядқа екі бірдей диаметрлі зарядты орналастырудың күрделі инженерлік жетістігінің бірі. Жақында ресейлік қару-жарақ фирмасы 125 мм танк зеңбірегінің снарядын көрсетті, оның екі бірдей диаметрлі зарядтары бірін бірің артында орналасқан, бірақ артқысы ығыстырылған, сондықтан оның ену ағыны алдыңғы пішінделген зарядтың ену ағынына кедергі келтірмейді. Hellfire және ресейлік 125 мм оқ-дәрілеріндегі бірдей диаметрлі тандемдік оқ жарылғыш зарядтардың мақсаты енуді арттыру емес, броньдан тыс әсерді күшейту.

Войтенко компрессоры

1964 жылы кеңес ғалымы қалың болатты тесуге арналған пішінді зарядты соққы толқынын жылдамдату үшін бейімдеуді ұсынды. Нәтижесінде пайда болған құрылғы, жел тоннеліне ұқсас, Войтенко компрессоры деп аталады. Войтенко компрессоры бастапқыда сынақ газын пішінді зарядтан майлы болаттан жасалған пластина арқылы бөліп алады. Пішінді заряд жарылғанда, оның энергиясының көп бөлігі болат пластинаға бағытталады, оны алға жылжытып, сынақ газын ілгері итеріп жібереді. Эймс зертханасы бұл идеяны өзін-өзі жоятын соққы толқын құбырына айналдырды. 66 фунт салмақтағы пішінді заряд 3 см шыны қабырғалы, 2 метрлік түтікшедегі газды жылдамдатты. Соның салдарынан пайда болған соққы толқынының жылдамдығы секундтына 220 000 фут (67 км/с) құрады. Жарылысқа ұшыраған аппарат толығымен қирады, бірақ пайдалы деректер алынғанша. Типик Войтенко компрессорында пішінді заряд сутек газын жылдамдатады, ол өз кезегінде жұқа дискіді шамамен 40 км/с жылдамдыққа дейін жылдамдатады. Войтенко компрессор тұжырымдамасының шағын өзгерісі – суперқысылған жарылыс, ол сталь қысылу камерасында дәстүрлі газ қоспасының орнына қысылатын сұйық немесе қатты отынды пайдаланатын құрылғы. Бұл технологияның тағы бір кеңейтімі – жарылғыш алмаз ұяшығы, ол сутек сияқты бір ғана болатқа қапталған отынға бірнеше қарама-қарсы пішінді зарядтық сәулелерді бағыттайды. Бұл құрылғыларда қолданылатын отын, екіншілік жану реакциялары және ұзақ жарылыс импульсі отын-ауа және термобарикалық жарылғыш заттарда кездесетін жағдайларға ұқсас жағдайларды тудырады.

Ядролық пішінді зарядтар

Ұсынылған Орион жобасының ядролық қозғалту жүйесі ғарыш кемелерін реакциялық үдету үшін ядролық пішінді зарядтарды жасауды қажет еткен болар еді. Ядролық жарылыстармен қоздырылатын пішінді зарядтардың әсері туралы теориялық тұрғыда талқыланды, бірақ олардың іс жүзінде жасалғаны белгісіз. Мысалы, ядролық қаруды жасаған алғашқы конструкторлардың бірі Тед Тейлор пішінді зарядтар туралы былай деген: "Жақсы пішінденген бір килотонналық бөліну құрылғысы қатты таста 10 фут (3 метр) диаметрінде, 305 метрге дейін тесік жасауға қабілетті". Сондай-ақ, 1960 жылдары ядролық энергиямен жұмыс істейтін жарылыс арқылы жасалған тесік жасағыш құрал баллистикалық зымырандарды қорғау үшін ұсынылған болатын.

Бұқаралық ақпарат құралдарындағы мысалдар

Discovery арнасының "Болашақ қарулары" бағдарламасында "Кракатау" – Алфорд Технологиз компаниясы арнайы операциялар үшін жасаған қарапайым пішінді жарғыш қару жүйесі көрсетілді. Қару қарапайым пластикалық сыртқы қабықтан, мыс конустан және пластикалық жарылғыш заттан тұрады. Бұл құрылғы бірнеше метр қашықтықтағы болат плиталарды тесіп өтуге қабілетті болды.