Під вражаючою дією осколково-фугасної снаряда розуміється сукупність фізичних процесів, що призводять до нездатності живої сили, техніки і фортифікаційних споруд противника виконувати свої функції. Найважливішими серед них є удар снаряда як єдиного цілого тіла до його розриву, а після нього - виникнення ударної хвилі і осколків від його зруйнованого корпусу. Слід зауважити, що всі вражаючі фактори при розриві осколково-фугасної снаряда є механічними за своєю суттю, не дивлячись на вивільнення запасеної у вибуховій речовині енергії за рахунок хімічних реакцій.
механічний удар
Нижче розглядаються деякі аспекти вражаючої дії осколково-фугасної снаряда на прикладі осколково-фугасної гранати ОФ-530, вистріленої з 152-мм гаубиці зр. 1943 г. (Д-1) на повному заряді, який повідомив йому початкову швидкість 508 м / с. Цей боєприпас має масу 40,0 кг і споряджається вибуховою речовиною (тротил або аммотол) масою 5,83 кг (в подальшому будемо використовувати округлене значення маси до 6 кг). З підривником РГМ-2 ударного типу при установці на осколкова дія цю гранату використовують для обстрілу відкрито розташованих на поверхні землі цілей. З установкою підривника на фугасну дію ОФ-530 застосовується для руйнування інженерних споруд польового типу і поразки прихованих в них живої сили, техніки і обладнання противника. Також встановлена на фугасну дію граната може бути задіяна проти ворожих бетонних довготривалих фортифікаційних споруд і броньованих машин. Досить рідкісним, але важливим видом її використання також є стрілянина на рикошет, коли при настильній стрільбі за рахунок рикошету від земної поверхні відбувається розрив снаряда в повітрі на невеликій висоті, вигідний для ураження осколками залёгшей або знаходиться в траншеях живої сили противника. Установку підривника в цьому випадку називають рикошетне або фугасної з уповільненням. Також граната ОФ-530 може застосовуватися з дистанційним підривником типу Д-1-У, що забезпечує її підрив як в повітрі, так і при ударі.
При навісний стрільбі на повному заряді в залежності від її дальності, обраної траєкторії і атмосферних умов, перед зіткненням із земною поверхнею граната ОФ-530 має миттєву швидкість від 277 м / с при веденні вогню на дистанцію 9 км до 495 м / с при веденні вогню на 200 м, відповідно кінетичну енергію порядку 1500-4900 кДж. Якби боєприпас мав інертне спорядження, т. Е. Без вибухової речовини, але з заповненням камори матеріалом приблизно тієї ж щільності, то після його зіткнення з грунтом і зупинки вся ця енергія в результаті перейшла б в тепло, а її «тротиловий еквівалент» для швидкості 400 м / с склав би близько 760 г при табличній теплоті вибуху в 4228 кДж / кг. Хоча кінетична енергія має набагато більше значення для бронебійних і бетонобійних снарядів, її частка в загальному руйнівний потенціал і у осколково-фугасних гранат теж значна. При стрільбі по розосереджених по площах «м'яким» цілям вона не має ніякого значення, за винятком хіба що дуже щільних кам'янистих або взагалі скельних грунтів, коли граната не зможе в них заглибитися і її корпус фрагментируется на осколки, швидкість яких якраз і буде визначатися саме кінетичної енергією всього боєприпасу. А ось при стрільбі таким боєприпасом в інертному спорядженні (або «справжнім» при відмові підривника) по фортифікаційній споруді або бронемашині це вже немало, хоча за наслідками все ж набагато скромніше повноцінного снаряда. Але оскільки і останній при установці підривника на фугасну дію розривається не відразу, то ця фаза є спільною для них обох, тому її слід розглянути докладніше.
Хімія і фізика вибуху
Але все ж головною вражаючою силою осколково-фугасної гранати є укладену в ній вибухову речовину бризантного типу. Після відпрацювання заданої установкою затримки детонатор спрацьовує і за матеріалом вибухової речовини зі швидкістю близько 6,7-7 км / с пробігає хвиля детонації - з фізико-хімічної точки зору комбінація з «звичайної» надзвуковий ударної хвилі і ініційованого їй фронту екзотермічної хімічної реакції. За своєю суттю молекула тринітротолуолу є метастабільним освітою з уже знаходяться в її складі трьома нитрогруппами NO2. які акумулюють в собі значну частку енергії і здатні виділяти активний кисень в окисно-відновних реакціях. Що проходить при детонації тринітротолуолу хімічна реакція може бути записана у вигляді:
Ударна хвиля
Що станеться в подальшому, залежить від місця розриву гранати. Якщо ведеться стрілянина на рикошет або з дистанційним підривником і ОФ-530 розірвалася в повітрі, то гази прагнуть розширитися в навколишній необуреним повітря, який внаслідок своєї механічної інерції не дає їм цього зробити. В результаті в необуреним середовищі утворюється різкий стрибок підвищеної щільності і тиску через дію дуже швидко розширюються газоподібних продуктів вибуху, який спочатку має ту ж швидкість переміщення, що і фронт останніх, близько 7-9 км / с. Однак згодом газоподібні продукти вибуху, збільшуючись в обсязі і охолоджуючись, відстають від стрибка і починають конвективно перемішуватися з навколишнім повітрям. У свою чергу, стрибок повністю оформився в ударну хвилю в повітрі і забирає значну частку енергії вибуху (інша являє собою кінетичну енергію уламків). При розриві в повітрі дія ударної хвилі відносно невелике, однак цілком ймовірно, ті, хто опинився недалеко від розриву на відстані і кого минули осколки, навряд чи з цим погодяться. Ударна хвиля здатна збити з ніг, викликати контузію і травми внутрішніх органів, навіть на значній відстані серйозно пошкодити органи зору і слуху, викликати кровотечі з носа і вух. Відомо, що під час вибуху в повітрі 1,5 кг тротилу радіус безповоротних втрат на місці становить 2,48 м (а при 0,5 - 1,70 м), таким чином збільшення потужності заряду в три рази дає в грубому наближенні тільки півторакратний приріст радіусу ураження. Для 2 кг цей радіус дорівнює 2,75 м, тому взявши отримане вище співвідношення, отримаємо оцінне значення зони гарантовано летального ураження ударною хвилею для 6 кг тринітротолуолу ОФ-530 близько 5,5 м - з надлишковим тиском, що перевищує 4,34 атм. А ось зірки і чортиків в очах, свист і гул у вухах (втрата боєздатності на 3-5 хвилин), що відповідає надлишковому тиску в 0,5 атм можна побачити і почути на більшій відстані, яке можна обчислити з урахуванням того, що під час вибуху енергія його ударної хвилі в одиничному тілесному куті (щільність потоку енергії) зберігається, якщо не враховувати теплової її дисипації. Швидкість ударної хвилі залишається постійною, тому ослаблення тиску зі збільшенням відстані буде пов'язано з тим, що її удар припадає на велику площу, пропорційну квадрату відстані від точки підриву гранати. На шуканому відстані надлишковий тиск в 0,5 атм. в 8,7 разів менше відомого нам тиску 4,34 атм на видаленні 5,5 м від точки вибуху. Саме на цей коефіцієнт має збільшитися площа вражається поверхні, щоб послабити дію ударної хвилі, що відповідно збільшенню дистанції в число разів, рівна кореню квадратному з 8,7, т. Е. Приблизно в 3 рази. Т. е. Нульова ступінь ураження ударною хвилею при повітряному розриві гранати ОФ-530 починається (з урахуванням похибок і припущень) з видалення на 15-20 метрів від точки її розриву.
осколкова дія
Другим, не менш важливим, вражаючим чинником є утворилися при розриві гранати осколки її корпусу. Осколкове поле не є ізотропним, велика частина осколків (60-70%) розлітається в сторони від осі симетрії гранати і менша - під невеликими кутами (як вперед, так і назад) щодо цієї осі. Неоднорідний і їх склад за масою і розміром - серед них можуть зустрічатися і великі, до декількох сотень грам, так і «дріб'язок» менше грама. Якщо спроектувати на земну поверхню точки падіння осколків при розриві гранати на поверхні землі або на малій висоті близько пари десятків метрів, то вони будуть являти собою нерівномірно заповнену точками елліпсоподобную фігуру з розмірами близько 70 м по фронту і 30 м в глибину з тяжінням найбільш щільного групування до середньої частини фігури. Імовірнісний закон розподілу точок попадання при цьому може не збігатися з нормальним розподілом, хоча б внаслідок наявності деякого кута між дотичною площиною до земної поверхні і вектором швидкості гранати в момент розриву. Швидкість осколків досить велика, до сотень метрів в секунду при розриві гранати, причому якщо він стався в повітрі, то її треба векторно підсумовувати зі значенням миттєвої швидкості снаряда в цей момент. Поодинокі осколки можуть зберігати забійну силу на набагато більшій дистанції, аж до кілометра і більше (згадаємо сумнозвісні 200 метрів як характеристику зони ураження «лимонки» Ф-1), але от імовірність ураження ними мети стає нікчемною. Оскільки осколки мають неправильну, рвану форму, обертаються непередбачуваним чином, то опір повітря досить швидко гасить їх швидкість. Дослідним шляхом встановлено, що великі осколки гранати ОФ-530 поблизу місця її розриву (видалення до 30 м) здатні пробити гомогенну катану броню товщиною до 20 мм, а від дрібних і в ряді випадків середніх (вильоті, удар по дотичній) рятують індивідуальні засоби захисту - шоломи, кіраси і бронежилети. Знову ж неправильна форма осколка в порівнянні з кулею тієї ж маси і кінетичної енергії призводить до зниження шансів на їх пробиття. Але (якщо не брати до уваги кулі експансивної типу і кулі, «перекидаються» при попаданні в ціль) якщо захист не вистояла або відсутній, рана, заподіяна осколком буде набагато серйозніше кульового поразки.
Положення точки розриву гранати і її просторова орієнтація також мають дуже важливе значення для формування найбільш ефективного для ураження цілей осколкового поля. Якщо боєприпас забезпечений тільки ударним підривником миттєвої дії, то результати його застосування важко назвати оптимальними - при зустрічі з грунтом багато що утворилися під час вибуху осколків в ньому і залишаться, а що залишилися утворюють сильно нерівномірне поле поразки навіть по фронту, особливо при настильній стрільбі. В цьому випадку в землю відразу ж потрапить практично половина від загального числа осколків. Зі збільшенням кута кидання зростає і кут зустрічі снаряда з землею, а отже навіть з чисто геометричної точки зору ситуація поліпшується - зростають шанси на те, що оскільки в області своєї найбільшої концентрації пролетять хоч якусь відстань в повітрі перед попаданням в грунт. Для знаряддя Д-1 на рівному майданчику при максимальному куті піднесення в 65 ° його значення дорівнює 71 °, але це все одно далеко від ідеальних в цьому плані 90 °, все ж гаубиця - це не міномет, оперена мінах якого властиво подібна поведінка. Однак стрілянина «на удар» є найбільш простий у виконанні, тому навіть настільки неоптимальний варіант широко застосовується на практиці. Але вже з самого початку, коли з'явилися осколкові боєприпаси сучасного типу, артилеристи стали намагатися забезпечити більш вигідні умови для ураження цілей, а саме отримати розрив гранати на невеликій висоті над обстрілювали метою. У цьому випадку кожен з утворених осколків є смертельно небезпечну загрозу для супротивника.
Ще в епоху Першої Світової війни оформилися два підходи до вирішення цього завдання. Один з них був всього лише логічним продовженням відомої практики стрільби шрапнеллю. Як відомо, для ефективного використання останньої необхідно забезпечити спрацьовування вишибного заряду в певній точці низхідній гілці траєкторії польоту снаряда. Для цього розроблялися дистанційні детонатори, які за традицією продовжували називатися «трубками». Згодом той же принцип перейшов і на осколкові боєприпаси, тільки термін «трубка» вийшов з ужитку. Але стрілянина гранатами з цим видом детонаторів вимагає високої виучки, навіть мистецтва з боку керуючого вогнем артилериста і спостерігачів-коректувальників. Забезпечення розриву гранат в повітрі вимагає серйозної і складної підготовки вогневих даних, а найменша помилка буде дорогим - осколки від занадто високих або наземних розривів не заподіють потрібного шкоди супротивнику. Крім того, дистанційний детонатор Д-1-У у гранати ОФ-530 при певній його установці не зводиться при ударі, а тому при помилку в розрахунках і передчасної зустрічі з поверхні не завдасть поразки противнику зовсім. Другий метод вже згадувався вище - це стрілянина на рикошет. У ОФ-530 детонатор типу РГМ-2 встановлюється на сильно уповільнене дію (кран в положення «З», ковпачок надітий). Вогонь ведеться настильний, по рівному майданчику, так щоб кут зустрічі був в діапазоні від 2 ° до 20 °. В цьому випадку граната рикошетирующих від земної поверхні (як скаче по воді кругляк) і розривається на невеликій висоті після удару об грунт. Знову-таки це накладає сильні обмеження на дальність стрільби (для гаубиці Д-1 на повному заряді - 6800 м), вимагає наявності відповідних грунтів і все тієї ж високої виучки, що переходить в мистецтво з боку керуючого вогнем артилериста і спостерігачів-коректувальників. Як кажуть англійці, aside, репліка в сторону - однієї з причин занепаду шрапнелі до кінця Першої Світової війни стало просто відсутність у воюючих арміях артилеристів потрібної кваліфікації - довоєнні кадри впали в боях, а на підготовку настільки ж добре навчених нових не було часу.
У наш час все стало горадо простіше і складніше. До кінця Другої Світової війни німецьким військам довелося на собі випробувати щось нове - американські осколкові боєприпаси з радіовзривателя, який забезпечував їх розрив на точно заданій висоті. Хоча він не мав гучних назв на кшталт «зброї відплати», по суті він цілком став таким. У повоєнний час вони набули широкого поширення у всіх арміях. Простота їх використання полягає в тому, що для них не потрібні складні обчислення вогневих даних як для боєприпасів з дистанційним підривником або відповідні умови як при рикошетне стрільбі. Складнощі теж очевидні - за своїм устроєм ці снаряди набагато складніше, хоча б через те, що вони містять радіоелектронні компоненти, що витримують прискорення при пострілі, а отже і більш дорогі в порівнянні зі звичайними боєприпасами. Тому їх кількість обмежена і настанови для артилеристів передбачають їх використання тільки в найвідповідальніших випадках.