- إنضم
- 18 مايو 2013
- المشاركات
- 12,435
- التفاعل
فيزياء عمل الشحنات المشكلة shaped charge
ليس لديك تصريح لمشاهدة الرابط، فضلا قم ب تسجيل الدخول او تسجيل
فيزياء عمل الشحنات المشكلة shaped charge معقدة جداً وحتى اليوم لم تفهم تماماً. فقد أظهر العمل المبكر على هذه الشحنات تأثرها بالتراكيب البديلة، بضمن ذلك تعديل زاوية المبطن أو تغيير سماكته، فهذه يمكن أن تؤدي لتحصيل كتلة نفاث أسرع وأطول. جهود البحث والتطوير لمضاعفة قابليات الاختراق أخضعت بشكل كبير لاختبارات النجاح والفشل. وتبقى المشكلة الأبرز التي يواجها هذا النوع من الشحنات، والتي تتعلق باستقرار وتوازن القذيفة بواسطة دورانها حول محورها، فهذا الدوران يسبب عملية طرد مركزي centrifugal force وتشتيت لكتلة النفاث، وبالتالي يزيد من قطره وبعثرته، مما يقلل معه من قوة وفاعلية تركيزه (أظهرت الاختبارات الميدانية أن رؤوس الشحنات المشكلة عند إخضاعها للدوران المتسارع تحدث ثقوب بقطر أكبر لكن مع قابلية اختراق أقل لنحو 50%). لهذا السبب يحرص مصممي المقذوفات والصواريخ المضادة للدروع على جعل عملية الموازنة أثناء الطيران تتم بواسطة زعانف خارجية صغيرة، تضمن أقصى استقرار ممكن للمقذوف أثناء طيرانه.
الشحنة المشكلة في تركيبها البسيط تتضمن جسم أسطواني من الفولاذ أو الألمنيوم أو غيره، مملوء بمادة شديدة الانفجار، ويكون الجزء الأمامي للأسطوانة على شكل هندسي متناسق، مثل تجويف مخروطي conical cavity أو نصف كروي hemispherical، أو بيضوي ellipse أو هرمي pyramid أو مخروط ثنائي الزوايا dual angle cone، أو أي شكل آخر مقوس مجهز ببطانة معدنية مثبته بإحكام خلال حيطان التجويف (عادة ما تكون هذه من النحاس أو أي معدن آخر). ويتم وضع صاعق تفجير في مؤخرة الاسطوانة، وعند تحفيز واشتعال المادة المتفجرة، فإن جميع الطاقة الكيميائية المخزنة في المادة المتفجرة تتحول إلى موجة كروية خارجية متكاثرة وضغوط مرتفعة جداً، تندفع على طول محور التناظر لتغمر بطانة التجويف (نموذجياً تتطلب موجة الانفجار نحو 6 مايكرو/ثانية فقط للوصول إلى قمة المبطن). وتقود هذه الموجة نحو تحطيم وسحق البطانة المعدنية الداخلية في التجويف وعصرها لتبدو كمائدة سائلة لزجة viscid fluid (رغم إنها فعلياً ليست كذلك) بتأثير ضغوط الغازات المتمددة، ولحد أقل بتأثير درجة حرارة المتفجر.
ولتوضيح هذه الجزئية تحديداً نقول إن النفاث في حقيقته يكون في حالة صلبة كما أظهرت صور الأشعة السينية X-ray وليس سائلة كما كان يعتقد من قبل. كما أن ألوان التوهج الحراري التي عرضتها الاختبارات افترضت قيمة متوسطة لحرارة سطح النفاث عند 400-500 درجة مئوية (مع بعض البقع الساخنة الموضعية) في حين أن النحاس يذوب عند حرارة 1083 درجة مئوية، لذلك الثقب الناتج عن النفاث عالي السرعة في كتلة الدروع ليس له علاقة في الحقيقة بقضية الانصهار أو الذوبان. هذه النتيجة تم الوصول لها باستخدام تقنيات أجهزة قياس الإشعاع تحت الأحمر ثنائي الألوان two-color infrared radiometry.
ليس لديك تصريح لمشاهدة الرابط، فضلا قم ب تسجيل الدخول او تسجيل
أثناء هذه العملية وخلال أجزاء من المليون من الثانية، مادة المبطن تواجه حالة تشويه لدن عنيف جداً تعرف باسم "الانهيار" collapsing مع نسب إجهاد مرتفعة يمكن أن تبلغ 104 s−1 إلى 106 s−1. بعد مرحلة الانهيار بنحو 9 مايكرو/ثانية، تبلغ مادة البطانة نقطة الخضوع yield point، بحيث تبدأ مادتها تحت تأثير الإجهاد والضغط المتنامي بالتشوه لدائنياً لتشكيل النفاث والاندفاع نحو محورها المركزي. هذه العملية أو الظاهرة التي تدعى "التدفق الهايدروديناميكي" hydrodynamic flow (في الفيزياء، ديناميكا الموائع هو العلم الذي يهتم بالملكيات الميكانيكية للسوائل، مثل سرعة تدفقها ومدى لزوجتها وغير ذلك من المفاهيم المرتبطة) تؤدي لتشكيل وتكوين نفاث بصيغة محددة، يتقدمه رأس النفاث jet tip الذي يتحرك بسرعة عالية جداً على طول محور المواجه لقاعدة المخروط، حيث تكون أغلب المادة النفاثة ناشئة عن الطبقة الأعمق للمبطن، أو نحو 15-20% من سماكته.
ويؤدي التدفق اللدن الناتج إلى حدوث توسع وتمدد شعاعي radial expansion في مادة الهدف حول محور النفاث، بحيث يثقب جسم الهدف ويعمل على توسعة الثغرة الناتجة (في الفيزياء، حركة التدفق اللدن تحدث في المواد تحت الضغط المفرط والشديد، حيث تتدفق المادة كهيئة لزجة جداً ولا ترجع إلى شكلها الأصلي بعد زوال الضغط). في النهاية، يتوقف النفاث وينقطع بعد أن يحدث تجويف عميق بهيئة مخددة أو محززة furrowed cavity. هذا الناتج في الواقع يمثل أغلب طاقة النفاث المحولة والمنقولة إلى كتلة الهدف، مع ملاحظة أن أي تزايد في حالة عدم الاستقرار للنفاث أو انجرافه ستؤدي بالنتيجة إلى اختراق خارج المحور، مما يعني قابلية اختراق محدودة.. وبسبب الاختلاف والتفاوت في سرعة انهيار البطانة على طول مادتها، وهذه ناشئة عن تلقي واستقبال بعض أجزاء طبقة البطانة ضغوط انفجار أكبر من الأجزاء الأخرى، فإن تشكيل النفاث الناتج سيكون له سرع متفاوتة على طول قطاعه.
ليس لديك تصريح لمشاهدة الرابط، فضلا قم ب تسجيل الدخول او تسجيل
ونتيجة لوجود هذا التدرج الانحداري في السرعة، فإن النفاث سيتمدد ويستطيل stretch حتى يتمزق إلى عمود من الجزيئات. هذا التفتت لسيل النفاث أو التجزؤ هو من يتسبب في هدر وخسارة عمق الاختراق. فعندما يتجزأ سيل النفاث، فإن جزيئاته الفردية لن تصطف وتترتب بشكل مثالي وسوف تقوم عادة بالاصطدام في الحائط الجانبي للحفرة المشكلة مسبقاً، ولن تتصرف هذه بالنتيجة لزيادة عمق الاختراق penetration depth. هكذا، مجموع الطول الكلي للنفاث لن يساهم فعلياً في عملية الاختراق، وجزيئات النفاث الخلفية أبداً لا تصل إلى قاع الحفرة. لهذا السبب، فإن من المفيد عند تصميم الشحنات المشكلة مراعاة بقاء النفاث الناتج مستمراً ومتماسكاً طالما كان ذلك ممكناً وذلك بزيادة فاعلية مسافة المباعدة standoff distance (المسافة بين قاعدة بطانة الشحنة المشكلة وسطح الهدف المستهدف).
