A kumulatív töltetek

Sokaknak ismerős lehet a kifejezés, ha valaki volt katona mindjárt eszébe jut a páncéltörő rakéta. Maga a kifejezés az hogy kumuláció, sűrűsödést jelent. A kumulatív töltetek működése azon alapszik, hogy a robbanóanyag fizikai kiképzéséből adódóan az égéstermékek eláramlási iránya és sebessége megváltoztatható.

Vagyis, ha megfelelő a robbanótöltet kialakítása, akkor a keletkezett égéstermékeket irányíthatjuk, ezzel helyenként nagyobb nyomás és áramlási sebesség érhető el. A nagyobb sűrűségű és sebességű égéstermékek azt jelentik, hogy a céltárgyra is nagyobb nyomás hat. Ha kellően jól fokuszáljuk ezeket az égéstermékeket, akkor azok képesek átvágni, átlyukasztani a céltárgyat.

klikk a képre a nagyobb mérethez

Ha irányítjuk a robbantást, akkor ugyanazzal a mennyiségű robbanóanyaggal sokkal hatékonyabban dolgozhatunk. Mondjuk egy híd robbantásos bontásánál ez nagyon fontos. A főként acél elemekből épült híd nagyon ellenálló. Az acél gerendák elrobbantásához hatalmas mennyiségű robbanóanyagra lenne szükség. Ha azonban irányított robbantásokat használunk töredéke is elég annak a mennyiségnek, ami mondjuk egy nyíróerőt kihasználó robbantáshoz kellene.

klikk a képre a nagyobb mérethez

Hogyan irányítsuk a robbanást?

Megfigyelhető, hogy egy kritikus töltetátmérő feletti* hengeres töltet felrobbanásakor attól függően hogy honnan indítottuk, nem egyformán oszlik el a robbanóanyag által leadott energia. A detonáció irányába nagyobb energiát ad le a robbanótöltet, mivel a keletkezett égéstermékek tömegének nagyobbik része az ellenkező irányba mozdul. A detonációval megegyező irányba mozgó égéstermékeknek kisebb lesz a tömege, de jóval nagyobb a sebessége! Parasztul: az indítással ellentétes oldalon nagyobbat üt :)

*Kritikus töltetátmérőnek nevezzük azt a töltetátmérőt, ami alatt az adott robbanóanyagok detonációja nem gerjeszthető. Ez a robbanóanyagtól és sűrűségétől függően változik. Egy ilyen töltet robbanásakor a lökéshullám nem erősödik. Vagy gyengül és megáll. A detonációs sebesség a kritikus töltetátmérő felett a robbanás iniciálásának helyétől távolodva nő, egészen az úgynevezett határátmérőig**.

**A határátmérő az a töltetátmérő, ahonnan a detonációs sebesség már elérheti az adott robbanóanyagra jellemző maximumot, E fölött a detonációs sebesség nem változik, ha a sűrűség állandó.

[ TNT esetében a kritikus átmérő: öntve 30mm / préselve: 1,6g/cm3 10mm / préselve: 0,85g/cm3 0,1mm átmérőjű szemcsemérettel 10mm / préselve: 0,85g/cm3 0,01mm szemcseméret mellett 6mm]

A TNT-re vonatkozó adatok forrása: "Dr. Bohus-Horváth-Papp Ipari Robbantástechnika"

Tehát az első befolyásoló tényező az indítás, már ezzel kis mértékben irányíthatjuk, hogy egy robbanóanyag tömb melyik irányba fejtsen ki nagyobb erőt.

Hogy lehet ezt még fokozni?

A másik lehetőség az irányításra, ha a robbanóanyag égéstermékei akadályba ütköznek, és ez miatt kényszerülnek más irányba. Akadály alatt érthetünk más anyagokat, burkolatokat, melyek oly módon befolyásolják az égéstermékek sebességét, irányát, hogy akadályozzák azoknak a robbanóanyagtól való eltávolodását, ezáltal abban az irányban megnő az égéstermékek nyomása.

Az égéstermékek mint minden mozgó anyag, a lehető legkisebb ellenállás felé próbálnak haladni. Ha egy vízben felrobbantott töltetet vizsgálunk, azt tapasztalhatjuk, hogy a keletkező gázok egyből felfelé törekednek, és vízoszlopot képezve törnek a felszínre. Nyilván, hisz ebben az irányban volt a legkönnyebb legyőzni a közegellenállást, amit a víz jelentett. Még valamit észrevehetünk, ha különböző detonációs sebességű robbanóanyagokat vizsgálunk meg így azonos körülmények között, azt vehetjük észere, hogy minél brizánsabb egy robbanóanyag annál magasabb és keskenyebb vízoszlopot csap fel.

A 1,5m mélyen robbantott 3000m/s teljesítő 1kg os töltet széles 2-2,5m átmérőben 1-2 méternél is alacsonyabban dobja fel a vizet, míg 1kg 6000m/s körül teljesítő robbanóanyag már több méter magas de csak pár 10cm széles vízoszlopot eredményez. (némi szóródást leszámítva)

De vajon miért?

Azért mert a magas brizanciájú robbanóanyagok gyorsabban több gázt termelnek mint az alacsonyabb brizanciájú társaik, ezáltal a víz tehetetlensége miatt gyorsabban és nagyobb nyomást hoznak létre maguk körül. Úgy kell elképzelni mint magadat mikor futni próbálsz a vízben, minél gyorsabban akarsz haladni annál nehezebb dolgod van. Vagyis gyakorlatilag nő a víz közegellenállása a gyorsabban mozgó testekre nézve. Ide tartoznak a robbanóanyag égéstermékei is. A nagyobb ellenállás miatt, a gázoknak nagyobb része kénytelen a leggyorsabb úton távozni.

Ilyenkor az égéstermékek egy sokkal sűrűbb oszlopban sokkal gyorsabban törnek felszínre. Tehát a magasabb brizanciájú robbanóanyagok által kifejtett koncentráltabb energiát, hatásosabban tudjuk irányítani. De nem csak a víz vagy a szilárd akadályok képesek megváltoztatni a nyomásviszonyokat, hanem a robbanóanyag saját maga által termelt gázai is!

Ha a robbanóanyag geometriája olyan, hogy lehetőség nyílik az égéstermékeknek szembe áramlaniuk egymással, akkor azok lefékezik egymást, ez miatt az arra áramló többi gáznak akadályt jelentenek. És ha akadály van, akkor pont az fog történni mint a víz alatt felrobbanó tölteteknél, vagyis az égéstermékek a lehető legkisebb ellenállás felé fognak kitörni!

A fentebbi képen látszik miről is van szó. A robbanóanyagban egy üreg található, ebben az üregben fenn áll a lehetőség hogy az égéstermékek egymással szembe áramoljanak. A töltet felső végén van indítva, a lökéshullám végighalad a töltet felső részén, ott felerősödik, majd az üreg oldalát képző robbanóanyagon végighaladva, az üregbe hihetetlenül nagy nyomással áramlanak az égéstermékek, a torlódás miatt csak egy kiút van, lefelé az üreg szája. A nagy nyomású gázok az üregből kitörve haladnak és az útjukba kerülő összes tárgyra igen komoly pusztító erővel hatnak.

Ám ez koránt sem meríti ki a robbanóanyagban és ebben a geometriában lévő lehetőségeket, felfedezték, ha ebbe az üregbe egy fém béléstestet helyeznek a hatás sokszorosára fokozódik. Aki kapizsgálja a dolgot annak feltűnhet hogy a gázok útjába ekkor egy fémlemez kerül, aminek a gázokhoz képest elég nagy a tömege. Ez elég komoly akadály, akkor mért lesz mégis hatékonyabb tőle a rendszer?

Míg kezdetben a bélés nélküli töltetben a gázok szembe áramolva lefékezték egymást, addig itt erre nincs módjuk, mert a fémlemez ezt nem engedi. Helyette a nehéz lemez teljesen átveszi a gázrészecskék mozgási energiáját összenyomódik, megolvad, és folyadékként ellenállás nélkül spriccel ki a hatalmas nyomás szorításából. Hihetetlennek hangzik, de a fém most folyadékként viselkedik, és az egymást lefékező gázrészecskék helyett szép sima egyenletes áramlással viszi magával mozgási energiát. Ezt a béléstestet kumulatív betétnek hívjuk.

klikk a képre a videóhoz

A fémlemez súlya nagyon fontos, nem lehet túl nehéz, mint pl.: az ólom, mert akkor túl lassú lenne. Ne feledjük, hogy a gázok által keltet nyomás idővel más felé is utat talál magának, és a nyomás a hajtóereje ennek a folyamatnak. Az a jó ha minél nagyobb sebességre gyorsul fel, minél rövidebb idő alatt. Azalatt az idő alatt, amíg fennállnak az ideális körülmények, hogy a lehető leghatékonyabban hasznosítsa a rendelkezésre álló energiát. Ezért az ólom és más nehéz fém helyett, könnyebb fémeket keresnek, amiknek megfelelőek a fizikai tulajdonságaik is. Legtöbbször vörösrezet használnak erre a célra. A béléstest falvastagsága szintén fontos dolog, a falvastagság általában a bélés legnagyobb átmérőjének 1-6%-a (ez anyag típustól is függ)

A béléstest a robbanás után összepréselődik és 2 részre osztható fel, az első része az úgynevezett dugó. Ez abból a részből alakul ki, ami hajdanán a béléstest középpontja volt. A dugó egy vastagabb rész, a folyamat előrehaladtával veszít a tömegéből, mert anyag áramlik ki belőle egy hegyes lándzsa szerű képződménybe, az úgynevezett Jet-be.

A jet (ejtsd: "dzset" ) nem más mint a hajdani béléstest oldalfala, mely összepréselődött és előrevágódott. Ennek sebessége némileg nagyobb a dugóénál, vagyis az egész megnyúlik. Magyarul kumulatív sugárnak hívjuk.

A képen a jet különböző részeinek kialakulását láthatjuk.

A kép forrása: klikk ide!

A jet tehát egy olvadt forró fémsugár, mely szédítő sebességgel, általában a robbanóanyag detonációs sebességénél jóval gyorsabban halad! Akár 30-40km/s is elérheti! A jet úgy vágja át az elé került fémet, vagy más akadályt, mint forró kés a vajat. Ez igen találó hasonlat, ugyanis a fémsugár becsapódáskor a mozgási energiát a súrlódás miatt hővé alakítja.

klikk a képre a jet áthatolásának fotójáért

A kép forrása: klikk ide!

Ekkor egészen elképesztő hőmérsékleti viszonyok alakulnak ki, és a céltárgy anyaga pillanatszerűen megolvad, elgőzölög, és némi jet anyag kíséretével elkezd kiáramlani a keletkezett lyukból! Méghozzá abba az irányba ahonnan jött, ezzel egy igen széles lyukat képes ütni már a bemeneti oldalon is. A jet folyamatosan áramlik az üregbe, és a céltárgy anyaga áramlik ki onnan, egészen addig a pontig míg át nem szakad a céltárgy. Innen a jet tovább halad, és amíg van anyag utánpótlás vágja maga előtt az utat.

klikk a képre a nagyobb mérethez

A jet elsőre igen kemény és stabil dolognak tűnhet, hisz akár 60cm vastag tömör acélon is keresztül megy, de valójában "törékeny" és instabil jószág. Különösen akkor mikor létrejön. A jet kinyúlásához megfelelő távolság kell. Ha ezen belül bármilyen akadály található, akkor a jet behatolása lényegesen kisebb lesz! Esetenként ki sem alakul, mert lepattan a céltárgyról! Ezért a kumulatív tölteteknek, van egy bizonyos eltartási távolságuk a céltárgytól, ha ennél közelebb vannak mikor a robbanóanyag elrobban a jet nem alakul ki megfelelően!

A megfelelő működés érdekében távtartókat szerelnek a töltetre, melyek biztosítják hogy a jet akadálytalanul kialakulhasson.

Milyen kialakítású béléstestet célszerű használni?

Attól függ pontosan milyen célra akarjuk felhasználni, a hadsereg számára a páncélok átütésének képessége miatt fontos, a harckocsi páncélzata vastag, ezért hosszú jet-re van szükség az átütésére. Viszont elég ha viszonylag kis lyukat üt, a szétrepülő több ezer fokos repeszek bent úgy is megölik a személyzetet. A harckocsiban további károkat nem kell hogy tegyen. Nagy a valószínűsége, hogy az olvadt fémeső berobbantja a harckocsi saját lőszereit, ezzel biztos a "siker"...

klikk a képre a nagyobb mérethez

Ilyenkor szinte tölcsérre emlékeztető betéteket használnak, mely csak egyetlen pontba fókuszálja a fémsugarat, mivel a kúp hosszan elnyújtott, nagy lesz a sebessége, és hosszú lesz a jet is. Kevésbé hosszú de sokszorta gyorsabb jet-ek kialakításához hengeres elrendezésű béléstestet használnak, amelyekbe még egy lencsét is tesznek, hogy fokozzák a sebességet. Ez egy acél lap, mely arra kényszeríti a robbanóanyagon végigfutó lökéshullámot hogy megkerülje ezt a vastag acél lencsét. Ezzel eléri, hogy az béléstest oldalfalait a tetőhöz képest valamivel előbb érje el a lökéshullám mint normál esetben tenné, és így az jobban összenyomódik, nagyobb sebességgel lövell ki.

A nagy sebességű jetet előállítő töltet

Az ipar számára azonban az úgynevezett lineáris vágótöltetek a fontosak. Ezek pont úgy néznek ki félbevágva mint a hengeres társaik, csak ezek hosszúak, a bennük végig futó csatorna egy hosszan húzódó jet sugarat eredményez, így lehetőség nyílik egész gerendák átvágására.

A lineáris vágótöltet profilja

forrás: Klikk ide!

Az ipari vágótöltetek, egészen egyszerűen néznek ki, némelyikük hajlítható valamilyen szinten. Szinte mindig vörösrézből készülnek, és akár egészen aprók is lehetnek.

© 2009 pyromaster.org - Minden jog fenntartva.

Köszönet | Impresszum | Pirotechnikai fórum