DOI: https://doi.org/10.37129/2313-7509.2024.22.8

УДК:623.4

С. О. Нікул, канд. техн. наук, доц.                                        https://orcid.org/0000-0003-4768-0448

Військова академія (м. Одеса), Україна

ПАРАМЕТРИ КЕРОВАНИХ ОСКОЛКОВИХ ПОЛІВ РАДІАЛЬНО-НАПРАВЛЕНИХ ОСКОЛКОВО-ФЕГАСНИХ СНАРЯДІВ ДЛЯ УРАЖЕННЯ ЖИВОЇ СИЛИ

З аналізу досвід російсько -Української війни стало відомим, що одними з досить ефективних засобів стримування переважаючої кількості живої сили противника при ведені наступальних та штурмових дії є міно вибухові загородження направленої дії. Дані засоби ураження набули широкого застосування також і при розвідувально-деверсійній діяльності, особливо при обладнанні місць засідок та ураження живої сили і техніки на основних артеріях логістичного забезпечення з боку противника.

Тому в статті наведений аналіз досліджень ефективності застосування керованих осколкових полів радіально-направлених осколково-фегасних снарядів на основі міно вибухових пристроїв з осколковими полями направленої дії. Досліджено доцільності застосування керованих осколкових полів радіально-направлених осколково-фегасних снарядів при ураженні живої сили як альтернативу інженерним засобам міно-вибухового загородження. Таке рішення можливо реалізувати за рахунок дефектованих зразків як радіально-осьових так радіально-направлених осколково-фугасних снарядів відповідних до ефективного застосування калібрів. Запропоновано математичну модель розрахунку польоту осколка з урахуванням його конфігурації за допомогою методики розрахунку основних параметрів осколкових полів осколково-фегасниї снарядів та їх урахування їх впливу на живу силу. Також наведено математичний апарат для розрахунків та визначення основних характеристик осколкових вибухових пристроїв направленої дії для ураження живої сили противника з урахуванням їх уражаючих факторів з урахуванням тих які впливають на формування осколкового поля направленої дії. Отриманий алгоритм розрахунку може бути використано для розрахунків як осколково-фугасних мін так і снарядів в цілому. Що створює умови для більш точного прогнозування характеру впливу осколків на живу силу противника у різних станах захисту.

Ключові слова: осколкові поля, засоби ураження, осколково-фугасний снаряд, радіально-направлені, осколок, міно вибухові пристрої.

Постановка проблеми

На теперішній час є досить актуальним питання ефективності протидії живій силі яка діє на відкритій ділянці місцевості. Особливо малих груп противника при веденні штурмових дій в урбанізованій місцевості, що у свою чергу змушує переглянути методи збройного протистояння. На сьогоднішній день значну кількість живої сили противника уражено, за рахунок безпілотних літальних апаратів (БпЛА) ударного типу які є не менш ефективні ніж інші осколково-фегасні засоби ураження, оскільки дані типи БпЛА застосовуються у широкому поєднанні з вибуховими пристроями які містять осколкові поля кругової дії (не керовані осколкові поля). Виходячи з зазначеного стає відомим що найефективнішими за своїм призначенні та практичного застосування є ОФ міни та снаряди.

Проте, вартість застосування для ефективної протидії живій силі противника радіально-осьових ОФ мін та снарядів є досить високою. В даних умовах гостро постає питання щодо пошуку альтернативних способів протидії живій силі. Одним з таких напрямків може бути пошук шляхів удосконалення існуючих радіально-направлених осколково-фегасних снарядів. З метою проведення оцінки ефективності осколкових полів направленої дії: швидкість осколків в монет зустрічі з цілю; розміри осколкового поля; форму осколка; кут польоту осколку; убійну дію осколку на різних відстанях. За цих умов необхідно провести теоретичні та практичні дослідження ефективності застосування ОФ снарядів з радіально-направленими осколковими полями.

Аналіз останніх досліджень і публікацій

Тема забезпечення Сил оборони України засобами для ураження живої сили є досить актуальною. Так в роботі [1] розглядається питання, які пов’язані з характеристикою уражаючої дії осколків при підриві радіально-осьових осколково-фегасних снарядів перед повітряними та наземними цілями та оцінка їх ефективності. Робота [2,5,7] присвячена аналізу технічних характеристик та конструктивних особливостей осколкових вибухових пристроїв направленої дії. У тому числі "Трудах Університету оборони України" та журналах ЦНДІ ОВТ ЗСУ.

Виділення не вирішення раніше частин загальної проблеми

Не достатньо вивчено параметричні значення осколків осколкових полів радіально-направлених ОФ снарядів з метою можливості підвищення їх уражаючих можливостей.

Постановка завдання

Обґрунтування методики розрахунку основних параметрів осколкових полів радіально-направлених ОФ снарядів та впливу факторів на рух осколка у повітрі при ураженні живої сили осколковими полями радіально-направлених ОФ снарядів. Для живої сили доцільно застосовувати осколкові вибухові пристрої направленої дії. В якості таких боєприпасів найбільш оптимальним варіантом є використання оф снарядів з готовим забійним елементом (куле подібної, бочкоподібної та ромбоподібної) форми, а також інженерних мін типу мон-200, мон-90 та мон-50 осколкові поля яких мають досить високі показники імовірності ураження цілі [4].

Осколкові інженерні боєприпаси діють на цілі звичайно на значній відстані, тому, на відміну від мін фугасного і фугасно-осколкового принципів дії, їх віднесено до боєприпасів направленого ураження, осколки яких розлітаються в межах малого тілесного кута, у відповідному секторі ураження. При вибуху осколкового снаряду ураження живої сили здійснюється осколками, які при зустрічі з нею повинні мати достатню енергію, яка є необхідною для ураження.

Основним показником ефективності керованих осколкових полів радіально-направлених ОФ снарядів, є врахуванням захисні властивості цілі та фактори які будуть впливати на осколкові поля.

За основу методики розрахунку взята теорія впливу механічної енергії на осколок, який рухається у просторі, використовуючи вираз розрахунку енергії активної маси вибухової речовини, рух осколка розраховується інтегруючи дане рівняння. В якості критерію ураження використовується критерій вбивчої енергії [5].

Для опису руху осколка у повітрі використовуються фундаментальні поняття розділу механіки, що описують рух матеріальних тіл.

Оскільки рух осколка визначається за його початкову швидкість v₀. Тому осколок, отримавши v₀, рухається у середовищі, що чинить опір, по деякій траєкторії, поки не потрапляє в ціль, проте його швидкість постійно зменшується. Зниження швидкості осколка залежить від пройденої відстані що виражається у як вбивчий інтервал і_уб та сили тяжіння f.

Визначення швидкісних параметрів (V₀, V_кр) та дальності ураження (І_уб) осколків.

При визначенні початкової швидкості осколка V₀, необхідно враховано вагу розривного заряду (РЗ), яка суттєво впливає на питому енергію вибухового перетворення Q_o. Таким чином енергія продуктів внутрішньої детонації буду пропорціїною Q_o, Виходячи з зазначеного початкову швидкість осколка осколкових полів радіально-направлених ОФ снарядів можливо виразити як [3]:

,                                                                     (1)

де, W – характеристика міцності та інерційних властивостей оболонки і осколків різних боєприпасів;

Q_o – питома енергія вибухового перетворення;

М – вага РЗ.

Таким чином для ураження цілі осколок повинен мати певну кінетичну енергію . При вазі осколка m > 0,5 г, [8]. Критична швидкість осколка V_кр визначається наступним виразом [6. 3]:

,                                                                           (2)

В табл. 2 представлено розрахункові дані критичної швидкості осколка V_кр з різною вагою m.

Таблиця 2

Розрахункові дані V_кр з різною вагою осколка m

Ураховуючи характеристики осколкових полів радіально-направлених ОФ снарядів визначаємо через вбивчий інтервал І_уб за виразом:

,                                                 (3)

де, C – коефіцієнт лобового опору;

p_m – щільність матеріалу,

p₁ – щільність повітря;      

d – діаметр осколка.

Тоді коефіцієнт C для різної форми осколків коефіцієнт лобового опору буде становити: для кулеподібної форми – 1; для бочкоподібної – 1,5; для ромбоподібної – 1,75 [3,6]. Де коефіцієнт лобового опору C та форма осколків мають значний вплив на значення вбивчого інтервалу.

На пробивну здатність осколку будуть впливати швидкість самого осколку та матеріал матеріал індивідуальних засобів захисту живої сили. Оскільки осколок при русі у повітрі втрачає частину енергії на подолання сил опору, то його критична швидкість повинна бути вищою за мінімально необхідну для пробиття засобів індивідуального захисту V_кр >V_мін.

Для визначення впливу механічної енергії за залежність кута руху осколків.

Осколок, який рухається у повітрі має певну енергію, яка визначається законом механічної енергії .

Для визначення вбивчої відстані на яку може полетіти осколок зберігаючи своє V_кр, проводим інтегрування рівняння закону механічної енергії, де:

,                                                                   (4)

визначаємо час за який осколок проходить від початкового до критичної межі (можливість ураження цілі) за виразом , де:

.                                                                 (5)

Показник дальності ураження цілі у вертикальній площині буде також залежати від кута руху осколків осколкового полія радіально-направленого ОФ снаряду α. При цьому величина кута α буде впливати на вбивчу відстань L_y.

Для визначення L_y будемо використовувати вираз:

,                                                             (6)

При постійним зменшенням кута α на 10 град відстань ураження живої сили L_yr буде зменшуватися в середньому на 10 %. При розрахунках вбивчих інтервалів осколкових полів радіально-направлених ОФ снарядів не враховувалися V₀, V_кр.

3. Визначаємо імовірність ураження живої сили.

Імовірність ураження живої сили осколком осколкового полія радіально-направленого ОФ снаряду P_y буде залежати від щільності осколкового поля та розмірів проекції площі зустрічі осколків з цілю та може бути виражена як:

,                                                  (7)

де, – щільність осколкового поля;

S_y – площа ураження цілі, м²;

n_п – кількість осколків які влучили в ціль.

Щільність осколків визначається із врахуванням способу формування зон ураження цілей, кутів розльоту уламків та їх кількості, а кількість уламків залежить від способу формування осколкового поля та визначається наступним виразом:

,                                                                    (8)

де, N – загальна кількість осколків;

S_п – площа поверхні фронту уосколкового поля, м².

Форма фронту осколкового поля може мати вигляд шарового сегменту, тоді його площа визначається:

,                                                     (9)

де, r – відстань від місця розриву снаряду;

α – кут руху осколків.

Для умов рівномірного розподілу осколків в межах сформованого осколкового поля були визначені значення щільності вісі симетрично спрямованого осколкового поля, яки й залежить залежність від відстані я від точки розриву радіально-направленого ОФ снаряду

Таким чином з’ясовано, що найбільша імовірність ураження цілі досягається при густині осколкового поля не менш ніж три осколка на 1 м².Для радіально-направленого ОФ снаряду P_y при радіусі дії 0,5 калібрів снаряду складає 0,9. При цьому не враховано дальність ураження цілі L_y та вбивчий інтервал І_уб, о лище щільності осколкового поля . Отже, середній показник імовірності ураження живої сили радіально-направленим ОФ снарядом буде становити близько 0,9 при радіусі дії 0,5 калібрів снаряду, що є досить високим.

З урахуванням даного твердження зміни кутових показників та відповідного розміщення радіально-направлених ОФ снарядів, як мінних загороджень можливо створити суцільну зону ураження з рахунок перекриття недостатньої щільних осколкових спектрів осколкових полів радіально-направлених ОФ снарядів.

Для такого варіанту застосування радіально-направлених ОФ снарядів найбільш доцільним буде їх розміщення у одну лінію по фронту, закладанню при засідках та ін..

Відстань між снарядами у даних випадках обумовлено їх щільністю осколкових полів в залежності від їх форми та розмірів результатом чого є кит між віссю снаряду та горизонтом.

Таким чином результати даних розрахунків дозволяють зробити висновок що осколкових полів радіально-направлених ОФ снарядів, можуть ефективно використовуватися для ураження живої сили та застосовуватися як альтернатива інженерним міно вибуховим пристроям.

Висновки і перспективи подальших досліджень

Застосування радіально-направлених ОФ снарядів у якості міно вибухових загороджень з метою ефективного ураження живої сили може виступати як альтернатива інженерним міно вибуховим пристроям. Тому в роботі запропоновано алгоритм розрахунку основних параметрів радіально-направлених ОФ снарядів для боротьби з живою силою. Отримано швидкісні параметри осколків іх дальність ураження та вбивчий інтервал, що можливо застосувати для різної форми осколку (забійного елементу). З’ясовано, що дальність ураження цілі зі зміною кута руху осколка та імовірність ураження цілі в залежності від щільності осколкового поля та площі цілі на пряму залежить від форми забійного елементу.

Результатом подальших досліджень може бути розробка активної системи захисту Сил оборони України при діях в урбанізованій місцевості за рахунок застосування дефектованих радіально-направлених ОФ снарядів для боротьби з живою силою у вигляді мінних загороджень.

Список бібліографічних посилань

1. Заграждения, их устройство и преодоление в бою и операции / Т. Саламахин та ін. Москва : Издание академии, 2013. Т. 1 : Основы применения взрыва для решения военно-инженерных задач при ведении боевых действий. 464 с.

2. Ментус І. Ефективність інженерних боєприпасів : навч. посіб. Кам’янець-Подільський : ФВП ПДАТУ, 2008. 80 с.

3. Средства поражения и боеприпасы / ред. В. Селиванов. Москва : МГТУ им. Н.Э. Баум., 2008. 984 с.

4. Журавлєв А.А., Орлов С.В. Обґрунтування значення площі досвідного ураження цілі в засобами ураження, оснащеними осколочно-фугасними боєприпасами. Наука і техніка Повітряних Сил Збройних Сил України.Харків.2012, Вип. 3(9) С. 176-178.

5. Боєприпаси / П. Ткачук та ін. Львів : АСВ, 2011. 319 с.

6. Методика оцінювання ефективності дії осколково-фугасного снаряда по наземних цілях / П. Полениця та ін. Київ : Центр учб. літ., 2024. 46 с.

References

Salamahin, T. (Ed.). (2013) Obstacles, their construction and overcoming in combat and operations: Vol. 1. Fundamentals of the use of explosions to solve military engineering problems during combat operations Izdanie akademii. Publ. [in Russian].

Mentus, I. (2008). The effectiveness of engineering ammunition. FVP PDATU Publ. [in Ukrainian].

Selivanov, V. (Ed.). (2008). Weapons of destruction and ammunition. MGTU im. N.E. Baumana Publ. [in Russian].

Zhuravliev, A., & Orlov, S. (2012) Justification of the value of the experimental target area in means of destruction equipped with high-explosive fragmentation ammunition. Nauka i tekhnika Povitrianykh Syl Zbroinykh Syl Ukrainy. 3(9), 176–178. [in Ukrainian].

Tkachuk, P., Chumakevych, V., Droban, O., Fedor, B., & Evdokymov, P. (2011). Ammunition. ASV. Publ. [in Ukrainian].

Polenytsia, P., Naumenko, I., Litsman, A., & Nesterov, D. (2024). Methodology for assessing the effectiveness of a high-explosive fragmentation projectile against ground targets. Tsentr uchbovoi literatury. Publ. [in Ukrainian].

PARAMETERS OF CONTROLLED FRAGMENT FIELDS OF RADIALLY DIRECTED FRAGMENT-EXHAUST PROJECTILE FOR ATTACKING MANPOWER

S. Nikul

From the analysis of the experience of the Russian-Ukrainian war, it became known that one of the most effective means of deterring the overwhelming number of enemy manpower during offensive and assault operations is directional mine-explosive barriers. These means of destruction have also been widely used in reconnaissance and sabotage activities, especially in equipping ambush sites and defeating manpower and equipment on the main arteries of logistical support from the enemy.

Therefore, the article provides an analysis of studies of the effectiveness of the use of guided fragmentation fields of radially directed fragmentation-explosive shells based on mine-explosive devices with directional fragmentation fields. The feasibility of using guided fragmentation fields of radially directed fragmentation-explosive shells to defeat manpower as an alternative to engineering means of a mine-explosive barrier has been investigated. Such a solution can be implemented at the expense of defective samples of both radial-axial and radial-directional high-explosive fragmentation shells corresponding to the effective use of calibers. A mathematical model for calculating the flight of a fragment is proposed, taking into account its configuration using the method of calculating the main parameters of the fragmentation fields of high-explosive shells and taking into account their impact on manpower. A mathematical apparatus is also provided for calculating and determining the main characteristics of directional fragmentation explosive devices for defeating enemy manpower, taking into account their damaging factors, taking into account those that affect the formation of a directional fragmentation field. The resulting calculation algorithm can be used for calculations of both high-explosive fragmentation mines and shells in general. This creates conditions for more accurate prediction of the nature of the impact of fragments on enemy manpower in different states of defense.

Keywords: fragmentation fields, means of destruction, high-explosive fragmentation shell, radial-directional, fragment, mine explosive devices.