آشنایی با انواع سرجنگی

[Davood 36]

چکیده
سرجنگی را می توان عنصر اصلی هر نوع مهمات به شمار آورد.پیچیده ترین اونواع مهمات در صورتی که از توان لازم برای تخریب هدف برخوردار نباشند یا نوع سرجنگی به کار برده شده با ساختار هدف متناسب نباشد (مثل به کار بردن سرجنگی های انفجاری علیه زره تانک مدرن) در آن صورت عملا هزینه و سرمایه صرف شده برای مهمات اتلاف شده است.در این نوشته متعارف سرجنگی ها به صورت اجمالی معرفی شده اند.
مقدمه
وظیفه اصلی هر سلاح اعمال نیروی مخرب و ویرانگر به هدف مورد نظر است.اهداف امروزی در صحنه نبرد شامل تاسیسات مهندسی همچون پل ها و سازه ها,سنگرها,تانک ها و انواع خودروهای زرهی و نظامی,توپخانه,سایت شلیک موشک و حتی نیروهای انسانی می باشد.از آنجا که هر کدام از این اهداف ماهیت فیزیکی متفاوتی دارند لذا به منظور تخریب آن ها سرجنگی های متنوعی با عملکردهای مختلف ارائه شده اند.از نظر ساختاری بخش های اصلی و مشترک در انواع مختلف سرجنگی شامل فیوز,سیستم تسلیح و ایمنی,ماده منفجره و پوسته سرجنگی است.
این نوشته به معرفی اونواع متعارف سرجنگی ها همچون شدید الانفجار (که عمدتا علیه نفر و اهداف نرم استفاده می شود),سرجنگی شدیدالانفجار/ترکش زا (که عمدتا کاربرد ضد نفر و ضد اهداف زره سبک دارند),سرجنگی های ترموباریک و نمونه هوا سوخت (که کاربرد ضد نفر در فضاهای بسته دارد) و بالاخره پرتابه های انرژِی جنبشی (که کاربرد ضد زره داشته و فاقد هرگونه ماده منفجره هستند) و سرجنگی های شدید الانفجار له شوند (که کاربرد ضد زره دارند) می پردازند.
سرجنگی شدید الانفجار
سرجنگی شدید الانفجار از ساده ترین و ابتدایی ترین انواع سرجنگی به شمار می رود.در این نوع سرجنگی انهدام هدف به طور کامل مبتنی بر اثرات انفجاری مواد منفجره ی درون سرجنگی است و تاثیرات ثانویه پرتاب اشیای و ترکش ها محیط تاثیر کمی را رد تخریب دارا می باشد.در اثر انفجار مواد منفجره مقادیر عظیمی از گاز پر فشار با درجه حرارت حاصل از انفجار یک سرجنگی شدید الانفجار در حد 200 کیلو بار و 5000 درجه سلسیوس است.موج شوک تولید شده یک موج فشاری است که در آن فشار از"فشار اتمسفر"به مقدار ماکزیمم فشار در کسری از ثانیه افزایش می یابد و سپس در یک صدم ثانیه به فشار اتمسفر افت می کند.این بخش به عنوان فاز مثبت موج شوک شناخته می شود.در ادمه ی این فرآیند افت فشار به کمتر از فشار اتمسفر افزوده می شود.این بخش با عنوان فاز منفی موج شناخته می شود.سطح زیر منحنی فاز مثبت یک پالس مثبت و سطح زیر منحنی فاز منفی یک پالس منفی محیط اطراف اعمال می کند.نتیجه این تغییر فشار مثبت و منفی اعمالی ک پالس بسیار قوی فشاری کششی روی اهداف است که در نتیجه منجر به شکستن مقاومت و استحکام هدف و موجب انهدام آن می گردد.با افزایش فاصله از مرکز انفجار فشار ماکزیمم (مثبت یا منفی)اعمال شده به هدف کاهش می یابد که مقدار کاهش فشار متناسب با معکوس مکعب فاصله از مرکز انفجار است.
عمده ی کاربرد سرجنگی های شدید الانفجار در تخریب اهداف زیر دریایی و انهدام انسانی است.
سرجنگی شدید الانفجار-ترکش زا
این نوع از سرجنگی مشابه انواع شدید الانفجار است با این تفاوت که این نوع سر جنگی دارای پوسته با طراحی و ضخامت مخصوصی است که بخشی از انرژِی انفجار (در حدود 30%) را به خود اختصاص می دهد و موجب شکل گیری ترکش هایی با انرژی جنبشی بالا (سرعت زیاد) می شود.مابقی انرژِی رفتاری مشابه سرجنگی شدیدی انفجار از خود نشان می می دهد.از آنجا که نرخ افت سرعت ترکش ها کمتر از موج شوک است آنها پس از طی فاصله کوتاه از جبهه ی موج شوک پیش افتاده و عملا شعاع تخریب حاصل از ترکش ها به طور قابل توجهی از شعاع تخریب موج شوک بیشتر است.با این وجود محدوده ی تخریب ناشی از اثر ترکش های انفجار از محدوده تخریب تاشی از خود انفجار نیز فراتر می رود.سرعت ترکش در سرجنگی های ترکش زا-انفجاری معمول در حدوند 1500 متر بر ثانیه است که در برخی موارد تا فواصل چند کیلومتری را پوشش می دهد.
به منظور شکل دهی ترکش ها متناسب با نوع هدف و همچنین تعیین الگوی توزیع ترکش ها معمولا پوسته ی این نوع سرجنگی ها یا به صورت تصادفی تکه تکه می شوند و یا به منظور افزایش یکنواختی ترکش ها در پوسته سرجنگی از درون یا بیرون شیار ایجاد می نماید.در برخی از موارد حتی پوسته از مجموعه ای از ترکش های آماده تشکیل می شود که توسط روش ها مختلف تولید در کنار هم قرار گرفته اند.در روش توزیع ناشی از فرایند طبیعی انفجار سرجنگی دارای کمترین میزان کارایی می باشد.در روش شیار دار نمودن پوسته سطح داخلی و یا خارجی پوسته با طرح عمق از پیش تعیین شده ای خراشیده یا شکافته می شود.به طوری که به محض انفجار ترکش هایی با اندازه و شکل به خصوص ایجاد می گردد.در این روش برای در هم شکستن پوسته ی سرجنگی انرژی کمتری نسبت به روش اول مورد نیاز است و لذا ترکش ها دارای انرژی بیشتری هستند و بنابراین کارایی این نوع سرجنگی بیشتر می شود.روش آخر که بیشترین کارایی را از نظر الگوی توزیع یکنواختی ترکش ها داراست شامل فرآیند از قبل شکل دادن ترکش هاست.در مجموع سرجنگی های ترکش زا وقتی در نزدیک هدف منفجر می شوند از تاثیر بیشتری برخوردار خواهند بود.نوع اصابت و تاثیر ترکش ها بستگی به مقطع طولی سرجنگی و جهت آننسبت به هدف دارد.
سرجنگی هوا-سوخت ترموباریک
مهمات ترموباریک و هوا سوخت مواد منفجره بهینه شده به منظور تولید تاثیرات حرارتی و فشاری به جای تاثیرات تخریبی انفجاری و ترکش زایی مواد منفجره متعارف می باشند.استفاده و توسعه سلاح های ترموباریک و هوا-سوخت در دهه اخیر به طرز چشمگیری افزایش یافته است.این سلاح در فضاهای بسته همچون تونل ها ساختمان ها و میادین مین بسیار موثر هستند.موج آتش و فشار حاصل از انفجار این مهمات توسط سطوح و دیواره ها منعکس شده و موج تشدید شده ی انفجار به تمام نواحی درون هدف نفوذ می کند.مکانیزم اولیه تخریب این نوع مهمات انفجار و حرارتی است که با تاثیرات ترکش های حاصل از پرتاب اشیاءو گازهای انفجار و در مواد منفجره ی هوا سوخت با ایجاد خلاء همراه است.
این مواد منفجره در مقایسه با مواد منفجره متداول دارای تفاوت هایی هستند که از آن جمله می توان به عدم وجود اکسیده کننده در این موارد اشاره کرد.مواد منفجره ی متعارف دارای نسبت کامل احیاء کننده و اکسید کننده می باشند و انفجار این مواد بی نیاز از اکسیژن محیط است در حالی که مواد منفجره FAE دارای اکسید کننده نبوده و لذا به منظور شروع انفجار نیازمند مخلوط شدن با هوای محیط می باشد تا از اکسیژن موجود در آن به منظور انفجار بهره ببرد لذا فاکتور مهم طراحی مهمات FAE ایجاد تعادل در به دست آوردن مقدار صحیح نسبت هوا به سوخت و سپس انفجار در زمان مناسب است.حد واسط مشخصه های مواد منفجره ی متعارف و هوا سوخت مواد منفجره ترموباریک است که از نظر مشخصه های ترکیب ماده مشابه مواد منفجره متعارف با نسبت کامل احیا کننده و اکسید کننده است در حالی که از نظر عملکرد مشابه مواد منفجره هوا سوخت یک ابر انفجاری را شکل می دهد.بنابراین فشار حاصل از انفجار مواد ترمباریک از مواد هوا سوخت بسیار بیشتر است.
در مهمات هوا سوخت و ترموباریک معمولا از دو چاشنی انفجاری استفاده می شود که وظیفه چاشنی اول باز کردن پوسته پراکنش ماده منفجره (در مهمات ترموباریک) یا سوخت (در مواد منفجره هوا سوخت) به شکل ابری با حجم کافی برای شروع کامل انفجار است.این حجم متاثر از مقدار و شیمی واکنش سوخت و مواد منفجره است قابلیت انفجار سوخت نیز متاثر از حجم پراکندگی و اندازه پودر است.زمانی که ابر به حجم صحیح و در مواد منفجره ی هوا سوخت به نسبت بهنیه هوا به سوخت رسید تحریک چاشنی دوم که به درون ابر پرتاب شده انفجار ابر را به دنبال خواهد داشت.
فشار ماکزیمم ناشی از انفجار مواد شدید الانفجار بسیار بیشتر از فشار ماکزیمم انفجار مواد ترموباریک است اما افت فشار نیز پس از انفجار مواد شدید الانفجار سریع تر رخ می دهد.مدت زمان داوام فاز مثبت یک موج شوک پاراتر مهمی در عکس العمل و واکنش ها سازها به یک انفجار است.این فاز موجب یک جریان معکوس انفجار می شود که سبب بلند شدن و پرت شدن اهداف می شود.فاز منفی انفجار در مواد منفجره ترموباریک از مواد شدید الانفجار طولانی تر است.بنابراین بر خلاف فشار اولیه کمتر ضربه کلی (سطح زیر منحنی جریان فشار) در انفجار مواد ترموباریک بیشتر از مواد شدید الانفجار است.تاثیر گذاری روی هدف علاوه بر فشار ماکزیمم انفجار به مدت زمان دوام انفجار بستگی دارد.تست های انجام شده در این زمینه نشان می دهد که تحمل فشار ماکزیمم انفجار در اهداف به طور تصاعدی با افزایش مدت زمان ضربه ی انفجار کاهش می یابد.
انفجار مهمات ترموباریک در فضای باز دارای شعاع تخریبی محدودتری نسبت به انفجار مواد منفجره مرسوم است که این موضوع در درگیری مناطق شهری یا شرایط تماس نیروهای خودی به دشمن یک مزیت به شمار می رود این شرایط در مناطق بسته تغییر می کند.در شرایطی که اثر ترکش های انفجار در فضاهای بسته محدود می شود موج انفجار مواد منفجره ترموباریک کاملا موثر است اثر این امواج حتی در برخورد با دیواره های منعکس شده و موجب تشدید شرایط می گردد و عملا امکان هیچ گونه حفاظتی برای مقابله با موج انفجار ندارد.
سرجنگي خرج گود
در طول قرن نوزدهم معدنچيان دريافتند كه اگر ديناميت هاي مورد استفاده در انفجار معدن را به صورت مخروطي كنار هم قرار دهند در مقايسه با همان تعداد ديناميت كه با محورهاي موازي به يكديگر بسته شده اند.سوراخ عميق تري در زمين به وجود مي آوردند.معدنچيان با وجود عدم درك قانون فيزيكي اين پدیده به طور ناخواسته مقدمات فناوری خرج گود را فراهم کردند.در سال 1881 چارلز مونوئر مشاهده کرد که وقتی حروف حکاکی شده روی مواد منفجره به صفجه فلزی چسبانده شده و انفجار رخ دهد تصویر حروف بر روی این صفحه حک می شود.مونوئر آزمایش ها و بررسی بسیاری در این زمینه انجام داد که به پاس تلاش هایش قانون خرج گود به"اثر مونوئر"مرسوم گردید.بعدها آشکار شد که علت این پدیده تمرکز انرژِ انفجار بر سطح هدف است.مقدار انرژِی انفجار دینامیت ها در حالت مخروطی با حالات دیگر یکسان است اما در این حالت بازده ی نهایی بهتر می باشد به بیان دیگر زاویه بین قطعات دینامیت در پیکر بندی مخروطی باعث برخورد نیرهای انفجاری بر روی محور مخروط می شود.در این برخورد مولفه های افقی این نیروها یکدیگر را خنثی کرده اما مولفه عمودی (که به سمت جلو امتداد دارند) با هم جمع می شوند که بر روی سطح هدف متمرکز شده و در نتیجه سوراخ عمیق تری حاصل می شود این شرایط برای یک ماده منفجره یک پارچه نیز مصداق دارد.در صورتی که درون ماده منفجره گود و شکل یافته شود تاثیر انفجار بیشتر می شود و عمق نفوذ بیشتری در هدف ایجاد می کند.اضافه شدن آستری به سطح تو خالی ماده منفجره نیز موجب افزوده تر شدن تاثیر انفجار می شود.این پیکر بندی تحت عنوان خرچ شکل یافته یا خرج گود شناخته می شود که عمده ی کاربرد آن در مهمات ضد زره می باشد لازم به ذکر است که اولین کاربرد نظامی خرج گود در تاریخ 10 می 1940 توسط نیروهای آلمانی بوده است.در اثر انفجار مقادیر عظیمی از انرژی (که دارای فشار بسیار زیاد در حدود چندین میلیون پوند بر اینچ مربع است) به طور آنی آزادش شده بر آُستری اثر می گذارد.اين فشار باعث مي شود آستري همانند يك"سیال غیر لزج"رفتار کند و روی محور تقارن خرج فرو بپاشد.امواج شوک همراه با محصولات گازی و مولکول فلزی آستری (20% از جرم سطح درونی آستری) جتی فوق العاده سریع را تشکیل می دهد که سرعت آن بیش از 7000 متر بر ثانیه است و عناصر منطقه اصابت هدف را به صورت جریان پلاستیک به دو طرف مسیر خود می راند.به این تغییر شکل ایجاد شده در هدف"نفوذ"اطلاق می گردد.از آنجا که زمان واکنش جت با هدف بسیار کوتاه است لذا زمان لازم برای انتقال درجه حرارت وجود ندارد و عملا نفوذ در هدف به خاطر تاثیرات گرمایی نسیت.از آنجا که فقط حدود 20-15% از جرم آستری به جت تبدیل می شود مابقی دنباله ای را تشکیل می دهد که با سرعت کمتری حدود 500 متر بر ثانیه به دنباله ای را تشکیل می دهد که با سرعت کمتری حدود 500 متر بر ثانیه به دنبال جت حرکت می کند.دنباله به علت سرعت کم هیچ گونه قابلیتی برای عمیق تر کردن سوراخ کوچک ایجاد شده توسط جت ندارد و از آنجا که معمولا قطر بیرونی دنباله از قطر سوراخ بیشتر لست عملا در سوراخ گیر می کند که می تواند مانع ایجاد تاثیرات ثانویه تخریب در هدف شود.جت خرج گود به علت گرادیان سرعت (10-7 کیلومتر بر ثانیه در نوک و حدود 2 کیلومتر بر ثانیه در انتهای جت) تا لحظه گسیخته شدن به طور دائم افزایش طول می دهد.توانایی نفوذ جت در هدف تعیین کننده بازه خرج گود است که به چگالی مواد جت و مواد هدف و طول جت قبل از گسیخته شدن وابسته است.طول جت به خواص مکانیکی و ساختار میکروسکپی ماده ی آستری بستگی دارد که به ترتیب متاثر از ترکیب شیمیایی و روش مورد استفاده در ساخت آستری (آماده سازی ماده عملیات حرارتی کار مکانیکی و ...) و همچنین متاثر از فاصله ی شکل گیری جت موسوم به"فاصله دور ایستای"است.چند فاکتور مهم و تاثیر گذار بر عملکرد آستری عبارت از شکل هندسی نوع ماده ی آستری نوع ماده منفجره و جنس هدف است.
پرتابه های انرژِی جنبشی
پرتابه های انرژی جنبشی نوعی مهمات فاقد هر گونه ماده منفجره بوده که تنها با استفاده از انرژِی جنبشی یک پرتابه از جنس فلزات سخت سنگین و دارای سرعت زیاد قابلیت تخریب زره را دارند.الزام سنگین بودن پرتابه و سرعت بالا برای آن موجب شده است که پرتابه ها عموما دارای بدنه ای باریک با بالک هایی در انتهای بدنه ابشند که از کالیبر توپ تانک بسیار کوچک تر هستند.این موضوع امکان استفاده از نسبت خرج به وزن بیشتری را برای پرتابه ممکن می سازد که در نتیجه انرژی منتقل شده به پرتابه بسیار بیشتر و نیروی پسای اعمال شده از هوا بر پرتابه کمتر است و به همان نسبت تمرکز نیروی اعمال شده از پرتابه به هدف نیز بیشتر می شود.به منظور قرار گرفتن پرتابه در مرکز لوله تانک و ممانعت از نشت گاز از اطراف پرتابه از دو کفشک آلمینیومی در اطراف پرتابه استفاده می شود که با خروج از دهانه لوله ی توپ تانک از پرتابه جدا می شود.پرتابه انرژِی جنبشی معمولا از جنس فلزات سخت و سنگینی همچون اورانیوم ضیعیف شده و یا تنگستن بوده و دارای قطر 2 تا 3 سانتیمتر و طول 50 تا 60 سانتیمتر هستند.این پرتابه ها تحت فشاری معادل 3080 سانتیمتر مکعب ناشی از انفجار مواد منفجره به سرعتی معادل 1360 متر بر ثانیه به هدف می رسند.این نوع مهمات علیه اهداف زرهی سخت و سنگین کاربرد دارند و تاثیر کمی بر اهداف نرم همچون خودروهای سبک زرهی و نظامی دارند.
سرجنگی شدید الانفجار-له شونده
از انواع دیگر سرجنگی می توان به سرجنگی شدید الانفجار له شونده اشاره کرد که دارای کاربردهای ضد زره هستند.این سرجنگی دارای نوعی محفظه نسبتا سبک هستند که از مواد شدید الانفجار پر شده است.این خرج انفجاری به هنگام برخورد به زره منفجر می شود.اگر چه این نوع سرجنگی همانند جت سرجنگی خرج گورد یا پرتابه انرژی جنبشی به داخل زره نفوذ نمی کنند اما موج انفجار حاصل از مواد منفجره به داخل زره نفوذ کرده و به علت برگشت موج ناشی از تغییر چگالی زره و محیط داخل تانک تاول بزرگی را روی سطح داخلی زره ایجاد می کند و سبب تخریب درونی زره می شود که میزان این تخریب به کالیبر سلاح بستگی دارد.لذا برای بازده موثر بر روی زره تانک وجود کالیبری معادل 120 میلی متر الزامی است.