مضاد دروع ERA : الشحنة السابقة الغير بادئة

الرؤوس الحربية الترادفية  Tandem warheads  تتسم بالكفاءة ضد المركبات التي تحميها دروع متفجرة تفاعلية (ERA).و يستخدم الرأس الحربي الترادفي المعتاد شحنتين منفصلتين حيث تنشط الشحنة الاولى ال ERA و تخترق الشحنة الثانية بعد بعض التأخير في الوقت الدرع الرئيسي. هذه الرؤوس تميل إلى أن تكون ثقيلة و واسعة وتستخدم في أسلحة محمولة يدويا او مقيدة الحجم . ويمكن الحصول على تصميم اخر مضغوط أخف وزنا إذا تم دمج هذا الشحنة السابقة إلى الشحنة الرئيسية. و هذا لا يتطلب إلا أن  تكون الشحنة السابقة precursor charge قادرة على ان تخترق ERA دون تحفيز الانفجار الشديد في الدرع .

أجريت الدراسة على السوابق الغير بادئة. لتجنب بدء صدمة شديدة الانفجار في درع ERA كأثر، وقد استخدمت شحن سابقة  تنتج نفاث مسحوق powder jet . النفاث المسحوق له كثافة منخفضة ، والأهم من ذلك، له سرعة صدمة منخفضة low shock velocity  مما يحد من قوة موجة الصدمة كأثر على الدرع. و تم اختبار سوابق ببطانات مصنوعة من الزجاج و مسحوق الألومنيوم والالومينا سيراميك بنجاح.

المقدمة

الدرع  التفاعلية الانفجارية المضافة على درع الجبهة  (ERA) هي وسيلة بسيطة وفعالة لحماية المركبات القتالية والدبابات المعركة الرئيسية ضد اسلحة الشحنة المشكلة shaped charge weapons . استخدام الرؤوس الحربية الترادفية حيث تنشط الشحنة التمهيدية  ال ERA يليها نفاث الشحنة الرئيسية الذي يمكن أن يصل دون عائق الى الهدف، هو أسلوب جيد لهزيمة المنصات التي تحميها ERA ، هذه الرؤوس الحربية كبيرة نسبيا و ثقيلة ولها تصميم معقد نسبيا. 

في حرب المدن، و بالقرب من السكان المدنيين، من المستحسن أن تتوفر قدرة مواجهة الهدف دون تحفيز الدروع التفاعلية، و إمكانية بناء رأس حربي بسيط مدمج متكامل مع سابق غير بادئ يمكن أن يخترق ERA دون تفجيرها تمت دراستها.

طريقة واحدة لتحقيق السوابق الغير البادئة هي في استخدام قذيفة منخفضة سرعة.

الحل " في مواجهة الايرا" المتمثل في استعمال شحنتين منفصلتين هو حل معقد يتطلب تدريع وتأخير وقت البدء بين الشحنة البادئة والرئيسية كما هو الحال في الرأس الحربي الترادفي العادي. يمكن الحصول على تصميم أكثر بساطة مدمج متكامل إذا تم دمج هذا الشحنة السابقة مع الشحنة الرئيسية. وهذا ممكن إذا كان السابق precursor  يولد نفاث سبيكة اقل غير بادئ سريع fast slug-less non-initiating jet. و تم وصف مثال على هذه الرؤوس الحربية الترادفية المتكاملة في براءة الاختراع الأمريكية 5394804 . 

تصاميم أخرى ممكنة أيضا، على سبيل المثال، بجعل جزء الذروة في البطانة مسحوق وبقية الاجزاء من المواد الصلبة المطروقة. 

كخطوة أولى، تم تقييم مختلف الشحن السابقة ذات القطر الصغير للعثور على بطانة مناسبة التي يمكن ان تخترق الدرع التفاعلي دون البدء او الشروع initiating ( دون تحفيز للعمل ) اللوحة شديدة الانفجار HE  .تم اقترح نظرية ان النفاث يحفز عمل المتفجرات المغطاة covered explosives نتيجة  اثر الصدمة impact shock للأغطية الرقيقة  وموجة الانحناءة bow wave للأغطية سميكة، ألوح الدروع التفعالية المتفجرة لها لوحات تغطية تقريبا بنفس سمك قطر النفاث، وبالتالي اثر الصدمة هو آلية هامة لتحفيز الدرع. ضغط اثر الصدمة يمكن أن يخفض باستخدام الشحن السابقة التي تولد نفاث المسحوق. وعلاوة على ذلك، نفاث المسحوق له كثافة منخفضة مما يقلل من الضغط في موجة الانحناءة و تولد ثقوب كبيرة في اللوحة تمر من خلالها الشحنة الرئيسية من دون عائق.قوس نفاثات المسحوق Powder jets arc يستخدم عادة في صناعة البترول كثاقب للنفط الجيد. 

التجارب

تم اختبار أربعة شحن مشكلة مختلفة، شحنة واحدة تستعمل البطانة التقليدية من النحاس  وثلاثة شحن تستخدام البطانات التي تنتج نفاث المسحوق. وقد طورت البطانات المولدة لنفاث مسحوق  من مسحوق الألومنيوم الغير متكلس  ( مسحوق A20 المضغوط الى 200 ميجا باسكال)، و من الزجاج و مسحوق الصب المعالج الألومينا (AI2O3) في مصفوفة من البلاستيك. البطانات مخروطية الشكل بزاوية عليا بين 50-60 درجة. كما تملك الشحن  قطر داخليا بين 45 و 50 ملم. تم تحميل جميع الشحن بالمتفجرات البلاستيكية السويدية PETN m/46 ( نسبة 86٪ من الوزن تمثلها PETN و 14٪  للمازوت). ميزت النفاثات الخارجة من الشحن بالتصوير الشعاعي بالأشعة السينية X-ray. النتائج تعرض في الشكل (1)  و في الجدول 1 

بطانات الألومينا انتجت نفاثات من النوع المتبعاد مما جعل من الصعب تحديد سرعة النفاث.

تتالف الواح ERA  ' في الاختبار ' من لوحي صلب بسمك 3 ملم تقع بينهما  طبقة بسمك 3 ملم  من تشكلية المتفجرات البلاستيكية C4 . ابعاد لوحات الصلب  تتمثل في 150 ملم * 300 ملم. و ابعاد طبقة HE( الطبقة شديدة الانفجار)  اصغر و تتمثل في 100 ملم * 100 ملم، لتسهيل معرفة اذا كان هناك رد فعل متفجر . و في حال وجود رد فعل متفجر، فستدفع الطبقة المتفجرة الطبقتين الاخرتين بعيدا . تم وضع الواح ERA في تأثيث و ميل 60 درجة في اتجاه النفاث. وضعت لوحات الدرع في تأثيث (صندوق خشبي) لقياس قدرة الاختراق المتبقية (انظر الشكل 2).

تم فحص اللوحات المرجعية recovered plates بعد الاختبار لتحديد درجة التفاعل، (انظر الشكل 3)  اللوحة الخاصة بشحنة النحاس تظهر ان الوحة المتفجرة حفزت للعمل، كما هو متوقع. شحنات بطنات الألومنيوم والزجاج أنتجت ثقب مفتاح صغير في لوحات الظهر، مما يدل على أن ردة الفعل  كانت متوسطة ناتجة إما من تفاعل طارد للحرارة محدود أو رد فعل خامل تماما للوحة شديدة الانفجار. الشحنة ببطانة الألومينا انتاجت نفاث مختلف قليلا صنع ثقوب اكبر في اللوحات ولا توجد إشارة إلى رد فعل طارد للحرارة . اما الاختراق المتبقي في لوحة الدرع الخلفي فكان معتبر للنفاثات باستثناء نفاث الألومنيوم 

ضغوط موجة تأثير الصدمة 

ضغط  موجة تاثير الصدمة The impact shock wave pressure  ذو أهمية عند النظر في مسالة تحفيزالنفاث للمتفجرات ذات التغطية الخفيفة. يمكن بسهولة أن تحسب ضغط موجة صدمة للمواد الصلبة باستخدام علاقات قفزة رانكين-هوجونيوت Rankine-Hugoniot jump relations العادية. بالنسبة للمواد مع سرعة موجة صدمة خطية   و سرعة الجسيمات   العلاقة هي    اما الضغط بعد الصدمة يمكن كتابته   حيث   هي كثافة قبل الصدمة. يجب أن تكون المادة المسامية او المثقوبة porous material مضغوطة او مركزة قبل ان تتحمل الضغط . و من اجل قوة صدمة متوسطة قوة الضغط الرئيسية سوف ترص المادة المسامية الى حالة التكثف الكامل او الاقصى  . وبالتالي، فإن علاقة الحفاظ على الكتلة هي   و يمكن أن تكتب   حيث   هي المسامية و    هي الكثافة الصلبة لمادة المسحوق. الضغط في صدمة الضغوط على المادة المسامية يمكن ان يصاغ   . لحظية ضغط موجة الصدمة من تأثير النفاث ذي سرعة   إلى هدف خامل تعطى بشروط استمرارية سرعة الجسيمات والضغط في الواجهة، أي  

ومن المثير للاهتمام نتائج مقارنة تأثير ضغط الصدمة الناتجة عن أنواع مختلفة من النفاثات على هدف من الصلب. وكمثال على ذلك نضع ثلاث نفاثات مختلفة a) نفاث نحاس كثيف b) نفاث مسحوق النحاس c) مادة نشطة منخفضة الكثافة X   باستخدام العلاقة بين   للمقارنة . التحاليل الحسابية لضغوط الصدمة في الجدول 2 تظهر أن نفاث المسحوق يولد اثر ضغط صدمة منخفض عن نفاث النحاس الكثيف وأيضا أقل من نفاث النحاس الكثيف الذي يملك نفس الكثافة الخاصة بنفاث المسحوق. ضغط الركود stagnation pressure الذي يمثل القدرة على الاختراق أعلى لنفاث المسحوق من نفاث صلب بنفس الكثافة

الخلاصة

نفاث المسحوق  نجح في التجارب ان يخترق لوحات ERA من دون تحفيز تفجيرها. ومن المفترض أن خصائص السوابق الغير بادئة هي نتيجة لانخفاض ضغط اثر الصدمة في توليفة مع كثافة نفاث منخفضة.

حققت بطانات الألومنيوم والزجاج ثقوب صغيرة نسبيا في اللوحات المرجعية بينما صنعت بطانة الألومينا فتحات كبيرة في اللوحات. لنجاح العمل بشحنة ترادفية  قد يكون من الضروري أن يكون هناك ثقوب كبيرة لتقدر الشحنة  الرئيسية ان تمر من خلالها من دون عوائق .

حسب التجارب دوما كان اختراق لوحات الدروع وراء الايرا معتبر لجميع البطانات  باستثناء نفاث الألومنيوم.  يمكن تفسير الاداء المنخفض  إلى حد ما بسبب الخصائص الغير دقيقة لاختبار الشحن. و في محاولة لزيادة أداء الاختراق لشحن السوابق تم اختبار بطانات مسحوق اخرى ذات كثافة عالية. أنتجت كل من بطانتي التنغستن و الكاربيد  ومسحوق النحاس ضمن مصفوفة بلاستيكية نفاثات متباعدة و مائلة. من المحتمل استعمال بطانة مسحوق مضغوط أو اختيار احسن للمواد المصفوفة مناسبة للحصول على نفاثات ذات نوعية جيدة من من البطانات ذات الكثافة العالية. كما سيتم اختبارالثاقبة التجارية للنفط الجيد، والتي لها أداء تغلغل جيد في المدى القصير في المستقبل.

المصدر : كتاب الندوة الدولية 26 للمقذوفات 2011 International Symposium on ballistics 2011 تحديد فصل بعنوان تقنية الشحنة السابقة الغير بادئة ضد الايرا Non-initiating precursor charge technology against ERA للكاتبين هيلت A. Helte و لوندغرين  J. Lundgren