Готовые поражающие элементы в виде стальных шаров и цилиндров. Основные параметры: масса, убойная скорость и убойная дальность, выбор на основе расчетов.

В последнее время значительное количество энтузиастов приобщилось к конструированию и изготовлению боеприпасов для дронов. С большим уважением относимся ко всем причастным к этому делу, как к гражданским, так и военным. Будучи несколько причастны к этой теме, в качестве поставщика комплектующих, мы обнаружили, что в некоторых случаях разработчики осуществляют неоптимальный выбор поражающих элементов для своих изделий. Иногда на выбор влияют доступность конкретных элементов, иногда – выбор делается по аналогу с поражающими элементами подобных и не совсем подобных конструкций. Неоднократно приходилось общаться и с энтузиастами, просто искавшими под свое изделие «вольфрамовые шарики как у Himars».

На самом деле, выбор готовых поражающих элементов требует осуществления ряда математических вычислений, уникальных для каждой конструкции, в которой они используются.

В этой статье мы предоставим базовую информацию по параметрам таких поражающих элементов и их расчету. Надеемся, информация будет полезна специалистам, работающим в этом направлении и поможет производить эффективные изделия, которые сейчас так нужны на фронте.

Требования к поражающим элементам

К готовым поражаюищим элементам осколочных боеприпасов предъявляют ряд требований:

• Высокая убойная способность
• Большое количество для гарантированного впечатления
• Экономичность
• Технологичность

Рассмотрим каждый из этих параметров

Убойная способность

Убойная способность осколка – это его действие, приводящее к смерти или ранению живой силы противника. В нашем случае мы будем рассматривать незащищенную живую силу противника, то есть осколок должен гарантированно пробить участки тела, незащищенные средствами бронезащиты (бронежилетом или каской). Практически убойная способность осколка проверяется методом пробития сухой сосновой доски толщиной 25 мм или стандартной пластилиновой модели НАТО толщиной в 180 мм.

Есть несколько методик теоретического вычисления убойной способности осколка, но для нашего случая достаточно принять ее постоянной величиной энергии, составляющей 100 Джоулей.

Вспоминаем формулу кинетической энергии из школьной программы физики и понимаем, что убойная энергия осколка зависит от его массы и квадрата его скорости.

Масса поражающих элементов в виде стальных шариков – постоянная величина, значения массы для шариков диаметром от 2 до 7,5 приведены в таблице 1.

Скорость осколка

Начальная скорость осколка – расчетная величина и зависит от скорости детонации ВВ, массы взрывчатого вещества и массы осколков. Для типовых конструкций осколочных боеприпасов, предназначенных для сброса с дрона, этот параметр находится в диапазоне 1100-1300 м/с.

Формула для вычисления начальной скорости осколка:

Убойная скорость осколка – это та скорость, при которой осколок конкретного веса передаст убойную энергию в 100 Джоулей, что, как уже писалось выше, достаточно для поражения незащищенной живой силы противника. Параметр достаточно легко рассчитывается, значения для поражающих элементов в виде стальных шариков и стальных цилиндров приведены в таблицах 1 и 2 соответственно.

Как видно из этих данных, предоставить при взрыве необходимой убойной скорости обломкам весом до 0,2 грамма. с использованием небольших боеприпасов невозможно.

Вывод – не нужно использовать в качестве поражающих элементов стальные шарики диаметром менее 4 мм, или шрапнель из проволоки диаметром до 2,5 мм - такие осколки не обладают убойной способностью на любом расстоянии.

Большое количество для гарантированного поражения

Очевидно, что осколок должен обладать не только достаточной убойной способностью, но при этом они должны создавать достаточную плотность осколочного поля для поражения целей. Принятым критерием сплошного поражения ростовой цели является 1 осколок на 0,37 м2 площади.

Для примера осуществим очень приближенный расчет количества осколков для гарантированного поражения живой силы, в радиусе 5 метров.

• Определяем площадь поверхности цилиндра радиусом 10 м и высотой 2 м = 63 м2.
• Необходимое количество осколков, которые должны попасть в эту площадь = 170 осколков.
• Количество осколков, с учетом того, что поражающими по этой площади будут только осколки, которые будут вылетать под углом до 20 градусов над горизонтом = 170/0,22 = 772 осколка.
• Поскольку часть из этих осколков попадет в зоны защищенные бронежилетом, или каской, количество осколков должно быть еще больше.

Вывод: эффективный боеприпас должен иметь максимальное количество осколков, обладающих убойной способностью. С учетом очень ограниченной массы осколков, которую может иметь боеприпас для сброса, целесообразно ограничиться осколками минимального веса, которые будут иметь убойную способность - это стальные шарики диаметром 4,5-5 мм, или шрапнель из проволоки диаметром 2,8-4,0 мм. Для боеприпаса большего веса, например, для оснащения FPV-дрона можно использовать поражающие элементы большей массы – такие как стальные шарики диаметром 6 или 6,35 мм.

Экономичность

Вопрос экономичности логически исходит из рассмотренной выше задачи необходимости обеспечения большого количества осколков. В зависимости от расстояния до цели работать по цели будет очень незначительный процент обломков, поэтому осколков должно быть много, а следовательно, они должны быть достаточно дешевы.

Вернемся к нашему примеру. Для поражения ростовой цели противника на радиусе в 5 метров нам нужно 722 осколка. Если в качестве осколков используются стальной шарик весом в 0,5 грамм – приближенная стоимость = 722*0,5*400/1000 = 144,4 грн. (при цене стальных шариков из стали ШХ-15 около 400 грн. за килограмм).

Если в качестве поражающих элементов будут вольфрамовые шарики, стоимость вырастет до 3610 гривен. (при цене вольфрамовых шариков 10000 грн. за килограмм).

Наиболее экономичным вариантом изготовления готовых поражающих элементов является шрапнель в виде цилиндров, нарезанная из стальной проволоки. Цена килограмма стальной проволоки составляет около 40 грн.

Технологичность

Готовые поражающие элементы, кроме вышеперечисленных параметров, должны обеспечивать и технологичность процесса – как изготовление, так и снаряжение ими готовых конструкций, в т.ч. иметь одинаковые геометрические и массовые параметры. По этим соображениям, опять же, рекомендуем остановить свой выбор на стандартных стальных шариках для подшипников. Они имеют одинаковые массогабаритные параметры и физические характеристики независимо от партии/производителя, они поставляются готовыми для использования и сам процесс снаряжения изделия шариками - наиболее простой и быстрый.

Промежуточный итог

На самом деле, проектирование эффективных осколочных боеприпасов – достаточно сложная и комплексная задача, требующая теоретических знаний, осуществление достаточно значительного объема предварительных расчетов и, наконец, экспериментальных испытаний. Интуитивное проектирование боеприпаса, к сожалению, в большинстве случаев приведет, в лучшем случае к неэффективной конструкции, в худшем – он вообще не будет выполнять свои функции.

И совсем немного о вольфраме.

Вопрос поиска поражающиъ элементов из вольфрама стал достаточно актуальным в последнее время. Причина, очевидна, – поражающие элементы из шариков из вольфрама, используемые в Himars, бесспорно, показали свою необычайную эффективность, в том числе и по поражению техники. Вольфрам и вольфрамовые сплавы имеют плотность вдвое выше стали, что обеспечивает возможность использовать поражающие элементы меньше по размерам по сравнению со стальными при лучших показателях твердости. Но, следует учитывать, что вес ВВ Himars составляет более 23 кг, поэтому считать, что подобную эффективность вольфрамовые шарики могут иметь и в сбросах для дронов с весом ВР в десятки грамм в корне неправильно.

Так же, по нашему мнению, нецелесообразны и попытки использования в качестве ГПЭ порезанных вольфрамовых прутков, или твердосплавных элементов, изготовленных методом запекания порошков, это дорого, сложно и неэффективно.

На наш взгляд, оптимальной конструкцией готовых поражающих элементов для осколочных боеприпасов являются стальные шарики из стали ШХ-15 диаметром от 4,5 до 6,35 мм. (Для меньшего веса ВВ – шарики диаметром от 4,5 до 5 мм, для больших – шарики от 6 до 6,35 мм). Именно такие параметры шариков обеспечивают оптимальное сочетание количества осколков, их убойную способность, скорость снаряжения и стоимость. 

Также, очень эффективным вариантом является применение стальных шариков для пневматики BB диаметром 4,5 мм, их цена существенно меньше по сравнению со стальными шариками для подшипника, а параметры вполне подходят для применения в качестве ГПЭ для боеприпасов небольших размеров.

И именно такие шарики используются в подавляющем количестве поставляемых на фронт боеприпасов, тех что уже доказали свою эффективность сотнями и тысячами успешных использований.

Поэтому советуем тем разработчикам, которые до сих пор еще окончательно не определились с выбором поражающих элементов или используют шарики другого диаметра остановить свой выбор именно на таком диапазоне стальных шариков.

Правильный подбор количества осколочных элементов, в зависимости от массы ВВ, как и некоторые конструктивные решения, такие, в частности, как использование промежуточной оболочки также критически важны для проектирования осколочных боеприпасов, этими вопросами мы планируем поделиться уже в следующей статье.

Таблица 1. Параметры готовых поражающих элементов в виде стальных шариков

Таблица 2. Параметры готовых поражающих элементов в виде цилиндров с длиной  L=2D