В недавнем исследовании, опубликованном в журнале Engineering, ученые из Харбинского инженерного университета разобрались, как ведет себя кумулятивный заряд при подводном взрыве. Оказалось, что помимо ударной волны и пульсирующего пузыря, такой заряд создает еще и высокоскоростную металлическую струю, а также баллистическую волну — это отличает его от обычных сферических зарядов.

Кумулятивный заряд — взрывное устройство с металлической облицовкой (обычно конусообразной), которая при детонации формирует высокоскоростную струю. За счет фокусировки энергии такая струя пробивает броню или другие преграды эффективнее, чем обычный взрыв.

Эксперименты проводили в большом резервуаре с водой на глубине 1,7 метра. Чтобы зафиксировать все детали, использовали высокоскоростные камеры и датчики давления. Дополнительно смоделировали процесс на компьютере — так удалось понять, как формируется струя и как она пробивает воду.

Что выяснили:

• Скорость головной части струи зависит от угла конуса заряда: чем меньше угол, тем быстрее летит струя. Максимальная скорость — 2,68 скорости звука в воде.
• Струя пробивает воду на расстояние, в 16 раз превышающее высоту самого заряда.
• Ударная волна может сливаться с баллистической — у обычных зарядов такого нет.
• Металлическая струя «забирает» часть энергии взрыва, из-за чего пузырь получается меньше и пульсирует слабее, чем при взрыве сферического заряда той же мощности.

Также проверили, как на процесс влияют разные углы конуса и масса заряда. Оказалось:

• При малых углах образуется тонкая быстрая струя (как у классических кумулятивных зарядов), при больших — более медленные «снаряды».
• Чем мощнее заряд, тем выше скорость струи, но доля ее энергии в общем взрыве падает.

Это исследование важно для разработки подводного оружия и защиты от него — теперь ясно, как именно кумулятивные заряды работают под водой.

Практическая ценность работы — в точном прогнозировании воздействия подводных взрывов. Например:

• Военная сфера: поможет создать более эффективные противокорабельные боеприпасы или, наоборот, улучшить защиту подлодок.
• Гидротехника: расчет устойчивости дамб, мостовых опор к взрывным нагрузкам.
• Подводная добыча: безопасное разрушение скальных пород на глубине.

Особенно интересно открытие, что металлическая струя «крадет» энергию у пузыря — это меняет привычные расчеты последствий взрыва.

Исследование проводилось в идеализированных условиях (резервуар, фиксированная глубина). В реальном океане влияние течений, солености и неровного дна может изменить динамику пузыря и струи. Также неясно, как поведут себя заряды на сверхбольших глубинах, где давление воды радикально меняет физику взрыва.

Ранее ученые поймали момент перехода пламени в детонацию.