Специфику кумулятивного действия заряда взрывчатого вещества иллюстрируют обычно такими примерами. Если цилиндрическую шашку бризантного ВВ поставить на бронеплиту и подорвать, имея детонатор в середине шашки, то энергия взрыва распространится в равной мере по всем направлениям, а на броне образуется лишь небольшая вмятина. Но если в таком же заряде ВВ детонатор поместить в верхнем торце шашки, то действие взрыва будет более сильным в направлении плиты и соответственно вмятина на ней после взрыва будет большей глубины. Однако в обоих случаях рассеивание продуктов взрыва происходит во все стороны. Если же заряд имеет по оси выполненную на обращенной к плите части коническую или сферическую выемку, то в результате взрыва в плите образуется более глубокая вмятина в виде кратера. Наличие выемки в заряде ВВ приводит к тому, что направление потока продуктов взрыва сосредоточивается по оси выемки, а не рассеивается по всем направлениям. Образуется струя из продуктов взрыва ВВ в виде узкого пучка газов с лучом света. Скорость струи в фокусе достигает 15 километров в секунду. Но наибольшее воздействие на плиту достигается в том случае, когда стенку выемки в заряде покрывают металлической облицовкой. При подрыве заряда с облицовкой выемки медной или стальной воронкой бронеплита даже значительной толщины пробивается насквозь. Происходит это таким образом. При срабатывании детонатора, расположенного в верхнем торце шашки, во взрывчатом веществе распространяется детонационная волна в направлении выемки. Скорость детонации ВВ, используемых в кумулятивных зарядах, составляет 7–9 км/с. Детонационная волна при такой скорости оказывает на металлическую облицовку огромное давление — до 800 тысяч атмосфер. В результате металл облицовки схлопывается и вытягивается вдоль оси выемки в виде кумулятивной струи. Металл, из которого состоит кумулятивная струя, не расплавляется, хотя и нагревается до 400–600 градусов. Напомним, что температура плавления меди составляет около 1100 градусов, а стали — 1300–1400 градусов. Струя металла диаметром 3–4 мм приобретает скорость до 10 км/с и оказывает давление на броню порядка одного миллиона атмосфер. Состояние металла в кумулятивной струе наука определяет как идеально несжимаемую жидкость. При таком огромном давлении материал преграды — броня, бетон и т. п. в месте воздействия кумулятивной струи «течет», то есть так же, как и сама струя, приобретает свойства идеально несжимаемой жидкости. В преграде возникает пробоина, края которой имеют оплавленный вид. Это привело в свое время к неправильному определению кумулятивных снарядов как бронепрожигающих. Даже после преодоления преграды сохраняется все еще высокая энергия остаточных элементов струи, вызывающих разрушения оборудования, детонацию боеприпасов, поражение людей.

После Курской битвы в руки немцев попало огромное количество советских противотанковых ружей

Таким образом, высокоэффективное действие кумулятивного снаряда является результатом того, что энергия заряда с выемкой и металлической облицовкой ее поверхности при взрыве распространяется в одном направлении — вдоль оси выемки, а не во все стороны, как при взрыве обычного заряда. Такая концентрация энергии приводит к образованию металлической струи со скоростью движения до 10 км/с — порядка 1-й космической скорости — и создает давление на преграду в миллионы атмосфер.

Именно отсюда возникло название явления — кумуляция, от латинского слова «cumulatio» — скопление, концентрация.

Кумулятивный эффект был открыт в 1864 году русским военным инженером М. М. Боресковым. В 1865 году капитан Д. Л. Ландиевский использовал кумулятивный эффект в конструкции капсюля-детонатора.

Затем долгое время о кумуляции взрыва не вспоминали, и только в 1914 году появился патент на его использование в военном деле. В 1923–1926 годах советский ученый М. Я. Сухаревский провел исследование кумулятивного эффекта, затем применил на практике направленные взрывы при строительстве Днепровской плотины. В 1942 году профессор Г. И. Покровский опубликовал работу «Направленное действие взрыва», которая содержала теоретические и практические выводы из его исследований. Наиболее полно теория кумулятивного эффекта была разработана советским академиком М. А. Лаврентьевым в 1945 году. Активно проводились исследования кумулятивного эффекта в ряде других стран.

Солдаты горнострелковой дивизии осматривают Панцершреки

В современных противотанковых снарядах применяются кумулятивные заряды, обеспечивающие бронепробиваемость 800–900 мм. Величина пробития прочных преград кумулятивными снарядами зависит от ряда факторов: диаметра их заряда, свойств ВВ заряда и его массы, формы выемки и свойств металла ее облицовки, расстояния от заряда до преграды в момент взрыва.

Из свойств заряда ВВ важнейшим является скорость его детонации. Чем выше эта скорость, тем более высокими будут параметры кумулятивной струи — ее скорость, давление, плотность. В 60–70-х годах в кумулятивных зарядах применяли смесь тротила и гексогена (по 50 %). Скорость детонации тротила составляет 7000 м/с, а гексогена — 8100 м/с. Еще большей скоростью детонации обладает ВВ, который стали применять в новых образцах противотанковых снарядов — смесь октогена с флегматизатором. Скорость его детонации достигаем 8700 м/с. Понятно, что большая масса ВВ обеспечивает при прочих равных условиях большее пробивное действие. Этот путь повышения пробиваемости кумулятивных снарядов ограничивается их массой и калибром.

Существенное влияние на бронепробиваемость имеют форма кумулятивной выемки, материал ее покрытия. Формы кумулятивной выемки подбираются разные: конические или сферические, в зависимости от назначения и калибра снаряда. Существенно влияют на пробивное действие одной и той же формы размеры выемки — ее диаметр и глубина. При схлопывании облицовки начальная длина металлической кумулятивной струи равна образующей выемки, впоследствии струя растягивается в несколько раз и обеспечивает глубину пробития до 10 диаметров облицовки (до того момента, пока плотность струи и преграды остаются примерно одинаковы). Материал облицовки также влияет на пробивное действие заряда. Лучший эффект обеспечивают медные облицовки.

В 60-е годы было применено еще одно усовершенствование кумулятивных зарядов, повысившее их эффективность. В заряде между детонатором и кумулятивной выемкой стали располагать экран (инертную линзу из пластмассы). Фронт детонационной волны при этом подходит к облицовке под оптимальным углом. В результате формируется кумулятивная струя с более высокими параметрами.

На фото видна вырытая траншея в виде литеры L, чтобы заряжающий мог вовремя скрыться от струи огня

Впервые Офенрор был применен на Восточном фронте