Una carga hueca es una carga explosiva que tiene una forma que permite concentrar el efecto de la energía del explosivo. Se utilizan distintos tipos de cargas huecas para diversos fines, como cortar y dar forma a metales, iniciar armas nucleares , penetrar blindajes o perforar pozos en la industria del petróleo y el gas .
Una carga hueca moderna típica, con un revestimiento metálico en la cavidad de la carga, puede penetrar el acero del blindaje a una profundidad de siete o más veces el diámetro de la carga (diámetros de carga, CD), aunque se han logrado profundidades de 10 CD y más [1] [2] . Contrariamente a una idea errónea, posiblemente resultante del acrónimo de antitanque de alto poder explosivo , HEAT, la carga hueca no depende de ninguna manera del calentamiento o la fusión para su eficacia; es decir, el chorro de una carga hueca no se abre paso a través del blindaje, ya que su efecto es de naturaleza puramente cinética [3] ; sin embargo, el proceso crea un calor significativo y a menudo tiene un efecto incendiario secundario significativo después de la penetración.
El efecto Munroe o Neumann es la concentración de la energía de la explosión mediante un hueco o corte hueco en la superficie de un explosivo. La primera mención de cargas huecas se remonta a 1792. Franz Xaver von Baader (1765-1841) era un ingeniero de minas alemán en esa época; en una revista de minería, abogó por un espacio cónico en el extremo delantero de una carga explosiva para aumentar el efecto del explosivo y, por lo tanto, ahorrar pólvora. [4] La idea se adoptó, durante un tiempo, en Noruega y en las minas de las montañas Harz de Alemania, aunque el único explosivo disponible en ese momento era la pólvora, que no es un explosivo de alta potencia y, por lo tanto, incapaz de producir la onda de choque que requiere el efecto de carga hueca. [5]
El primer efecto de carga hueca real fue logrado en 1883 por Max von Foerster (1845-1905), [6] jefe de la fábrica de nitrocelulosa de Wolff & Co. en Walsrode , Alemania. [7] [8]
En 1886, Gustav Bloem de Düsseldorf , Alemania, había presentado la patente estadounidense 342.423 para detonadores metálicos de cavidad hemisférica para concentrar el efecto de la explosión en una dirección axial. [9] El efecto Munroe recibe su nombre de Charles E. Munroe , quien lo descubrió en 1888. Como químico civil que trabajaba en la Estación Naval de Torpedos de los EE. UU. en Newport, Rhode Island , notó que cuando se detonaba un bloque de algodón pólvora explosivo con el nombre del fabricante estampado junto a una placa de metal, las letras se cortaban en la placa. Por el contrario, si las letras se elevaban en relieve sobre la superficie del explosivo, entonces las letras en la placa también se elevaban sobre su superficie. [10] En 1894, Munroe construyó su primera carga con forma rudimentaria: [11] [12]
Entre los experimentos realizados... había uno sobre un cubo seguro de veintinueve pulgadas, con paredes de cuatro pulgadas y tres cuartos de espesor, hecho de placas de hierro y acero... Cuando se detonó sobre él una carga hueca de dinamita de nueve libras y media de peso y sin apisonar, se abrió un agujero de tres pulgadas de diámetro a través de la pared... El cartucho hueco se hizo atando los cartuchos de dinamita alrededor de una lata, colocando la boca abierta de esta última hacia abajo. [13]
Aunque el experimento de Munroe con la carga hueca fue ampliamente publicitado en 1900 en Popular Science Monthly , la importancia del "revestimiento" en forma de lata de la carga hueca permaneció sin ser reconocida durante otros 44 años. [14] Parte de ese artículo de 1900 fue reimpreso en la edición de febrero de 1945 de Popular Science , [15] describiendo cómo funcionaban las ojivas de carga hueca. Fue este artículo el que finalmente reveló al público en general cómo funcionaba realmente la bazuca del ejército de los Estados Unidos contra los vehículos blindados durante la Segunda Guerra Mundial.
En 1910, Egon Neumann de Alemania descubrió que un bloque de TNT , que normalmente abollaría una placa de acero, perforaría un agujero a través de ella si el explosivo tenía una hendidura cónica. [16] [17] La utilidad militar del trabajo de Munroe y Neumann no fue apreciada durante mucho tiempo. Entre las guerras mundiales, académicos de varios países - Myron Yakovlevich Sukharevskii (Mirenko Яковлевич Sukharevskii) en la Unión Soviética, [18] William H. Payment y Donald Whitley Woodhead en Gran Bretaña, [19] y Robert Williams Wood en los EE. UU. [20] - reconocieron que los proyectiles podían formarse durante las explosiones.
En 1932, Franz Rudolf Thomanek, un estudiante de física en la Technische Hochschule de Viena , concibió un proyectil antitanque que se basaba en el efecto de la carga hueca. Cuando el gobierno austríaco no mostró interés en seguir adelante con la idea, Thomanek se trasladó a la Technische Hochschule de Berlín , donde continuó sus estudios con el experto en balística Carl Julius Cranz. [21] Allí, en 1935, él y Hellmuth von Huttern desarrollaron un prototipo de proyectil antitanque. Aunque el rendimiento del arma resultó decepcionante, Thomanek continuó su trabajo de desarrollo, colaborando con Hubert Schardin en el Waffeninstitut der Luftwaffe (Instituto de Armas de la Fuerza Aérea) en Braunschweig. [22]
En 1937, Schardin creía que los efectos de las cargas huecas se debían a las interacciones de las ondas de choque. Fue durante la prueba de esta idea que, el 4 de febrero de 1938, Thomanek concibió el explosivo de carga hueca (o Hohlladungs-Auskleidungseffekt (efecto de revestimiento de carga hueca)). [23] (Fue Gustav Adolf Thomer quien en 1938 visualizó por primera vez, mediante radiografía flash, el chorro metálico producido por una explosión de carga hueca. [24] ) Mientras tanto, Henry Hans Mohaupt , un ingeniero químico en Suiza, había desarrollado de forma independiente una munición de carga hueca en 1935, que se demostró a los ejércitos suizo, francés, británico y estadounidense. [25]
Durante la Segunda Guerra Mundial, Alemania ( Panzerschreck , Panzerfaust , Panzerwurfmine , Mistel ), Gran Bretaña ( granada AT No. 68 , PIAT , carga de cráter Beehive), la Unión Soviética ( RPG-43 , RPG-6 ), los EE. UU. ( granada de fusil M9 , bazooka ), [26] [27] e Italia ( proyectiles Effetto Pronto Speciale para varias piezas de artillería) desarrollaron municiones de carga hueca. [28] El desarrollo de cargas huecas revolucionó la guerra antitanque . Los tanques se enfrentaban a una grave vulnerabilidad por ser un arma que podía ser transportada por un soldado de infantería o un avión.
Uno de los primeros usos de las cargas huecas fue por parte de las tropas alemanas transportadas por planeadores contra el fuerte belga Eben-Emael en 1940. [29] Estas cargas de demolición, desarrolladas por el Dr. Wuelfken de la Oficina de Artillería alemana, eran cargas explosivas sin revestimiento [30] y no producían un chorro de metal como las ojivas HEAT modernas. Debido a la falta de revestimiento metálico, sacudían las torretas pero no las destruían, y otras tropas aerotransportadas se veían obligadas a subirse a las torretas y destrozar los cañones. [31]
El término común en la terminología militar para las ojivas de carga hueca es ojiva antitanque de alto poder explosivo (HEAT). Las ojivas HEAT se utilizan con frecuencia en misiles guiados antitanque , cohetes no guiados , proyectiles disparados con cañones (tanto estabilizados por giro como no estabilizados), granadas de fusil , minas terrestres , bombas pequeñas , torpedos y varias otras armas.
Durante la Segunda Guerra Mundial , la precisión de la construcción de la carga y su modo de detonación eran inferiores a las de las ojivas modernas. Esta menor precisión hizo que el chorro se curvara y se rompiera antes y, por lo tanto, a una distancia más corta. La dispersión resultante disminuyó la profundidad de penetración para un diámetro de cono dado y también acortó la distancia óptima de separación. Dado que las cargas eran menos efectivas en separaciones mayores, se descubrió fortuitamente que los faldones laterales y de torreta (conocidos como Schürzen ) instalados en algunos tanques alemanes para protegerse contra los rifles antitanque ordinarios [32] le daban al chorro espacio para dispersarse y, por lo tanto, también reducían la penetración de HEAT. [ cita requerida ]
El uso de faldones de blindaje adicionales espaciados en vehículos blindados puede tener el efecto opuesto y, de hecho, aumentar la penetración de algunas ojivas de carga hueca. Debido a las limitaciones en la longitud del proyectil/misil, la distancia de separación incorporada en muchas ojivas es menor que la óptima. En tales casos, el faldón aumenta efectivamente la distancia entre el blindaje y el objetivo, y la ojiva detona más cerca de su distancia de separación óptima. [33] El faldón no debe confundirse con el blindaje de jaula que se usa principalmente para dañar el sistema de espoleta de los proyectiles RPG-7 , pero también puede hacer que un proyectil HEAT se incline hacia arriba o hacia abajo al impactar, alargando la trayectoria de penetración para el flujo de penetración de la carga hueca. Si la sonda de la nariz golpea una de las láminas del blindaje de jaula, la ojiva funcionará con normalidad.
En aplicaciones no militares, las cargas huecas se utilizan en la demolición explosiva de edificios y estructuras , en particular para cortar pilotes, columnas y vigas de metal [34] [35] [36] y para perforar agujeros. [37] En la fabricación de acero , a menudo se utilizan pequeñas cargas huecas para perforar grifos que se han tapado con escoria. [37] También se utilizan en canteras, para romper hielo, romper atascos de troncos, talar árboles y perforar agujeros para postes. [37]
Las cargas huecas se utilizan más ampliamente en las industrias del petróleo y el gas natural , en particular en la terminación de pozos de petróleo y gas , en los que se detonan para perforar la carcasa metálica del pozo a intervalos para admitir la entrada de petróleo y gas. [38] [39] Otro uso en la industria es apagar incendios de petróleo y gas privando al fuego de oxígeno.
En la misión Hayabusa2 al asteroide 162173 Ryugu se utilizó una carga hueca de 4,5 kg (9,9 lb) . La nave espacial dejó caer el dispositivo explosivo sobre el asteroide y lo detonó con la nave espacial detrás de la cubierta. La detonación cavó un cráter de unos 10 metros de ancho, para proporcionar acceso a una muestra prístina del asteroide. [40]
Un dispositivo típico consiste en un cilindro sólido de explosivo con un hueco cónico revestido de metal en un extremo y un detonador central , un conjunto de detonadores o una guía de onda de detonación en el otro extremo. La energía explosiva se libera directamente desde ( normalmente a ) la superficie de un explosivo, por lo que al darle forma al explosivo se concentrará la energía explosiva en el vacío. Si el hueco tiene la forma adecuada, generalmente cónica, la enorme presión generada por la detonación del explosivo empuja el revestimiento de la cavidad hueca hacia adentro para colapsar sobre su eje central.
La colisión resultante forma y proyecta un chorro de partículas metálicas a alta velocidad hacia adelante a lo largo del eje. La mayor parte del material del chorro se origina en la parte más interna del revestimiento, una capa de aproximadamente el 10% al 20% del espesor. El resto del revestimiento forma un trozo de material que se mueve más lentamente, que, debido a su apariencia, a veces se denomina "zanahoria".
Debido a la variación de la velocidad de colapso a lo largo del revestimiento, la velocidad del chorro también varía a lo largo de su longitud, disminuyendo desde el frente. Esta variación en la velocidad del chorro lo estira y, finalmente, conduce a su fragmentación en partículas. Con el tiempo, las partículas tienden a desalinearse, lo que reduce la profundidad de penetración en distancias largas.
En el vértice del cono, que forma la parte delantera del chorro, el revestimiento no tiene tiempo de acelerarse por completo antes de formar su parte del chorro. Esto hace que su pequeña parte del chorro se proyecte a una velocidad menor que la del chorro formado posteriormente detrás de él. Como resultado, las partes iniciales del chorro se fusionan para formar una porción de punta mucho más ancha.
La mayor parte del chorro viaja a velocidad hipersónica . La punta se mueve a entre 7 y 14 km/s, la cola del chorro a una velocidad menor (entre 1 y 3 km/s) y el proyectil a una velocidad aún menor (menos de 1 km/s). Las velocidades exactas dependen de la configuración y el confinamiento de la carga, el tipo de explosivo, los materiales utilizados y el modo de iniciación del explosivo. A velocidades típicas, el proceso de penetración genera presiones tan enormes que puede considerarse hidrodinámico ; en una buena aproximación, el chorro y la armadura pueden tratarse como fluidos no viscosos y compresibles (véase, por ejemplo, [41] ), ignorando la resistencia de sus materiales.
Una técnica reciente que utiliza análisis de difusión magnética mostró que la temperatura del 50% exterior en volumen de la punta de un chorro de cobre durante el vuelo estaba entre 1100 K y 1200 K, [42] mucho más cerca del punto de fusión del cobre (1358 K) de lo que se suponía anteriormente. [43] Esta temperatura es consistente con un cálculo hidrodinámico que simuló todo el experimento. [44] En comparación, las mediciones de radiometría de dos colores de finales de la década de 1970 indican temperaturas más bajas para varios materiales de revestimiento de cargas moldeadas, construcción de cono y tipo de relleno explosivo. [45]
Una carga hueca cargada con Comp-B con un revestimiento de cobre y un ápice de cono puntiagudo tuvo una temperatura en la punta del chorro que osciló entre 668 K y 863 K en un muestreo de cinco disparos. Las cargas cargadas con Octol con un ápice de cono redondeado generalmente tuvieron temperaturas de superficie más altas con un promedio de 810 K, y la temperatura de un revestimiento de estaño-plomo con relleno Comp-B promedió 842 K. Si bien se determinó que el chorro de estaño-plomo era líquido, los chorros de cobre están muy por debajo del punto de fusión del cobre. Sin embargo, estas temperaturas no son completamente consistentes con la evidencia de que las partículas blandas de chorro de cobre recuperadas muestran signos de fusión en el núcleo mientras que la porción externa permanece sólida y no se puede equiparar con la temperatura en masa. [46]
La ubicación de la carga en relación con su objetivo es fundamental para una penetración óptima por dos razones. Si la carga se detona demasiado cerca, no hay tiempo suficiente para que el chorro se desarrolle por completo. Pero el chorro se desintegra y se dispersa después de una distancia relativamente corta, generalmente mucho menos de dos metros. En tales distancias, se rompe en partículas que tienden a dar vueltas y a desviarse del eje de penetración, de modo que las partículas sucesivas tienden a ensanchar el agujero en lugar de hacerlo más profundo. En distancias muy largas, la velocidad se pierde por la resistencia del aire , lo que degrada aún más la penetración.
La clave de la eficacia de la carga hueca es su diámetro. A medida que continúa la penetración a través del objetivo, el ancho del agujero disminuye, lo que da lugar a una acción característica de "puño a dedo", donde el tamaño del "dedo" final se basa en el tamaño del "puño" original. En general, las cargas huecas pueden penetrar una placa de acero de un espesor de entre el 150% y el 700% [47] de su diámetro, dependiendo de la calidad de la carga. La cifra es para la placa de acero básica, no para el blindaje compuesto , el blindaje reactivo u otros tipos de blindaje moderno.
La forma más común del revestimiento es cónica , con un ángulo de vértice interno de 40 a 90 grados. Diferentes ángulos de vértice producen diferentes distribuciones de masa y velocidad del chorro. Los ángulos de vértice pequeños pueden dar lugar a la bifurcación del chorro, o incluso a que el chorro no se forme en absoluto; esto se atribuye a que la velocidad de colapso está por encima de un cierto umbral, normalmente ligeramente superior a la velocidad del sonido en masa del material del revestimiento. Otras formas ampliamente utilizadas incluyen hemisferios, tulipanes, trompetas, elipses y bicónicos; las diversas formas producen chorros con diferentes distribuciones de velocidad y masa.
Los revestimientos se han fabricado a partir de muchos materiales, incluidos varios metales [48] y vidrio. Las penetraciones más profundas se logran con un metal denso y dúctil , y una elección muy común ha sido el cobre . Para algunas armas antiblindaje modernas, se han adoptado molibdeno y pseudoaleaciones de relleno de tungsteno y aglutinante de cobre (9:1, por lo que la densidad es ≈18 Mg/m 3 ). Se han probado casi todos los elementos metálicos comunes, incluidos aluminio , tungsteno , tantalio , uranio empobrecido , plomo , estaño , cadmio , cobalto , magnesio , titanio , zinc , circonio , molibdeno , berilio , níquel , plata e incluso oro y platino . [ cita requerida ] La selección del material depende del objetivo a penetrar; por ejemplo, se ha descubierto que el aluminio es ventajoso para objetivos de hormigón .
En las primeras armas antitanque, se utilizó cobre como material de revestimiento. Más tarde, en la década de 1970, se descubrió que el tantalio es superior al cobre, debido a su densidad mucho mayor y su muy alta ductilidad a altas velocidades de deformación. Otros metales y aleaciones de alta densidad tienden a tener desventajas en términos de precio, toxicidad, radiactividad o falta de ductilidad. [49]
Para las penetraciones más profundas, los metales puros dan los mejores resultados, porque muestran la mayor ductilidad, lo que retrasa la ruptura del chorro en partículas a medida que se estira. En las cargas para la terminación de pozos petrolíferos , sin embargo, es esencial que no se forme un tapón sólido o "zanahoria", ya que taparía el orificio recién penetrado e interferiría con la entrada de petróleo. En la industria petrolera, por lo tanto, los revestimientos generalmente se fabrican mediante pulvimetalurgia , a menudo de pseudoaleaciones que, si no se sinterizan , producen chorros que se componen principalmente de partículas finas de metal dispersas.
Sin embargo, los revestimientos prensados en frío no sinterizados no son impermeables y tienden a ser frágiles , lo que hace que se dañen fácilmente durante su manipulación. Se pueden utilizar revestimientos bimetálicos , generalmente de cobre revestido de zinc; durante la formación del chorro, la capa de zinc se vaporiza y no se forma un tapón; la desventaja es un mayor costo y la dependencia de la formación del chorro de la calidad de la unión de las dos capas. Se pueden utilizar aleaciones de soldadura de bajo punto de fusión (por debajo de 500 °C) o similares a la soldadura fuerte (por ejemplo, Sn 50 Pb 50 , Zn 97,6 Pb 1,6 o metales puros como plomo, zinc o cadmio); estos se funden antes de llegar a la carcasa del pozo y el metal fundido no obstruye el orificio. Otras aleaciones, eutécticas binarias (por ejemplo, Pb 88,8 Sb 11,1 , Sn 61,9 Pd 38,1 o Ag 71,9 Cu 28,1 ), forman un material compuesto de matriz metálica con una matriz dúctil con dendritas frágiles ; dichos materiales reducen la formación de babosas pero son difíciles de moldear.
Otra opción es un compuesto de matriz metálica con inclusiones discretas de material de bajo punto de fusión; las inclusiones se funden antes de que el chorro alcance la carcasa del pozo, debilitando el material, o sirven como sitios de nucleación de grietas , y el tapón se rompe con el impacto. La dispersión de la segunda fase también se puede lograr con aleaciones moldeables (por ejemplo, cobre) con un metal de bajo punto de fusión insoluble en cobre, como bismuto, 1-5% de litio o hasta 50% (generalmente 15-30%) de plomo; el tamaño de las inclusiones se puede ajustar mediante tratamiento térmico. También se puede lograr una distribución no homogénea de las inclusiones. Otros aditivos pueden modificar las propiedades de la aleación; el estaño (4-8%), el níquel (hasta 30% y a menudo junto con el estaño), hasta 8% de aluminio, fósforo (formando fosfuros frágiles) o 1-5% de silicio forman inclusiones frágiles que sirven como sitios de iniciación de grietas. Se puede añadir hasta un 30% de zinc para reducir el costo del material y formar fases frágiles adicionales. [50]
Los revestimientos de vidrio de óxido producen chorros de baja densidad, por lo que producen una menor profundidad de penetración. Se pueden utilizar revestimientos de doble capa, con una capa de un metal menos denso pero pirofórico (por ejemplo, aluminio o magnesio ), para mejorar los efectos incendiarios después de la acción perforante; se puede utilizar soldadura explosiva para fabricarlos, ya que entonces la interfaz metal-metal es homogénea, no contiene una cantidad significativa de intermetálicos y no tiene efectos adversos para la formación del chorro. [51]
La profundidad de penetración es proporcional a la longitud máxima del chorro, que es un producto de la velocidad de la punta del chorro y el tiempo hasta la formación de partículas. La velocidad de la punta del chorro depende de la velocidad del sonido en el material del revestimiento, el tiempo hasta la formación de partículas depende de la ductilidad del material. La velocidad máxima alcanzable del chorro es aproximadamente 2,34 veces la velocidad del sonido en el material. [52] La velocidad puede alcanzar los 10 km/s, alcanzando un máximo unos 40 microsegundos después de la detonación; la punta del cono está sujeta a una aceleración de unos 25 millones de g. La cola del chorro alcanza unos 2-5 km/s. La presión entre la punta del chorro y el objetivo puede alcanzar un terapascal. La inmensa presión hace que el metal fluya como un líquido, aunque la difracción de rayos X ha demostrado que el metal permanece sólido; una de las teorías que explican este comportamiento propone un núcleo fundido y una vaina sólida del chorro. Los mejores materiales son los metales cúbicos centrados en las caras , ya que son los más dúctiles, pero incluso los conos de grafito y cerámica de ductilidad cero muestran una penetración significativa. [53]
Para una penetración óptima, normalmente se elige un explosivo de alto poder con una alta velocidad y presión de detonación. El explosivo más común utilizado en ojivas antiblindaje de alto rendimiento es el HMX (octógeno), aunque nunca en su forma pura, ya que sería demasiado sensible. Normalmente se combina con un pequeño porcentaje de algún tipo de aglutinante plástico, como en el explosivo unido a polímeros (PBX) LX-14, o con otro explosivo menos sensible, como el TNT , con el que forma Octol . Otros explosivos de alto rendimiento comunes son las composiciones basadas en RDX , nuevamente como PBX o mezclas con TNT (para formar la Composición B y los Ciclotols ) o cera (Ciclonitas). Algunos explosivos incorporan aluminio en polvo para aumentar su temperatura de explosión y detonación, pero esta adición generalmente da como resultado una disminución del rendimiento de la carga moldeada. Se han realizado investigaciones sobre el uso del explosivo CL-20, de muy alto rendimiento pero sensible , en ojivas de carga hueca, pero, en la actualidad, debido a su sensibilidad, se ha utilizado la forma del compuesto PBX LX-19 (CL-20 y aglutinante Estane).
Un 'formador de ondas' es un cuerpo (normalmente un disco o un bloque cilíndrico) de un material inerte (normalmente plástico sólido o espumado, pero a veces metal, quizás hueco) insertado dentro del explosivo con el fin de cambiar la trayectoria de la onda de detonación. El efecto es modificar el colapso del cono y la formación del chorro resultante, con la intención de aumentar el rendimiento de penetración. Los formadores de ondas se utilizan a menudo para ahorrar espacio; una carga más corta con un formador de ondas puede lograr el mismo rendimiento que una carga más larga sin un formador de ondas. Dado que el espacio de posibles formas de onda es infinito, se han desarrollado métodos de aprendizaje automático para diseñar formadores de ondas más óptimos que puedan mejorar el rendimiento de una carga moldeada a través del diseño computacional. [54]
Otra característica útil del diseño es la subcalibración , el uso de un revestimiento que tiene un diámetro (calibre) menor que la carga explosiva. En una carga ordinaria, el explosivo cerca de la base del cono es tan delgado que no puede acelerar el revestimiento adyacente a la velocidad suficiente para formar un chorro efectivo. En una carga subcalibrada, esta parte del dispositivo se corta de manera efectiva, lo que da como resultado una carga más corta con el mismo rendimiento.
Existen varias formas de carga conformada.
Una carga lineal hueca (LSC) tiene un revestimiento con un perfil en forma de V y una longitud variable. El revestimiento está rodeado de explosivo, que luego se encierra dentro de un material adecuado que sirve para protegerlo y confinar (apisonarlo) en la detonación. "En la detonación, la concentración de la onda de alta presión explosiva al incidir en la pared lateral hace que el revestimiento metálico de la LSC colapse, lo que crea la fuerza de corte". [55] La detonación se proyecta dentro del revestimiento para formar un chorro continuo, similar a un cuchillo (planar). El chorro corta cualquier material en su camino, a una profundidad que depende del tamaño y los materiales utilizados en la carga. Generalmente, el chorro penetra alrededor de 1 a 1,2 veces [56] el ancho de la carga. Para el corte de geometrías complejas, también existen versiones flexibles de la carga lineal hueca, estas con un revestimiento de plomo o espuma de alta densidad y un material de revestimiento dúctil/flexible, que también suele ser plomo. Los LSC se utilizan habitualmente para cortar vigas de acero laminado (RSJ) y otros objetivos estructurales, como en la demolición controlada de edificios. Los LSC también se utilizan para separar las etapas de cohetes multietapa y destruirlos cuando se desvían. [57]
El penetrador formado explosivamente (EFP) también se conoce como fragmento autoforjable (SFF), proyectil formado explosivamente (EFP), proyectil autoforjable (SEFOP), carga de placa y carga Misnay-Schardin (MS). Un EFP utiliza la acción de la onda de detonación del explosivo (y en menor medida el efecto propulsor de sus productos de detonación) para proyectar y deformar una placa o disco de metal dúctil (como cobre, hierro o tantalio) en un proyectil compacto de alta velocidad, comúnmente llamado bala. Esta bala se proyecta hacia el objetivo a unos dos kilómetros por segundo. La principal ventaja del EFP sobre una carga con forma convencional (por ejemplo, cónica) es su eficacia a distancias muy grandes, equivalentes a cientos de veces el diámetro de la carga (quizás cien metros para un dispositivo práctico).
El EFP no se ve afectado por el blindaje reactivo de primera generación y puede viajar hasta quizás 1000 diámetros de carga (CD) antes de que su velocidad se vuelva ineficaz para penetrar el blindaje debido a la resistencia aerodinámica, o que impactar con éxito en el objetivo se convierta en un problema. El impacto de una bala o proyectil EFP normalmente causa un agujero de gran diámetro pero relativamente poco profundo, de, como máximo, un par de CD. Si el EFP perfora el blindaje, se producirán desprendimientos y extensos efectos detrás del blindaje (BAE, también llamados daños detrás del blindaje, BAD).
La BAE se debe principalmente a la alta temperatura y velocidad de los fragmentos de blindaje y de proyectiles que se inyectan en el espacio interior y a la sobrepresión de la explosión causada por estos restos. Las versiones más modernas de ojivas EFP, mediante el uso de modos de iniciación avanzados, también pueden producir proyectiles de varillas largas (proyectiles estirados), de proyectiles múltiples y de proyectiles de varilla/proyectil con aletas. Los proyectiles de varillas largas pueden penetrar una profundidad de blindaje mucho mayor, con cierta pérdida respecto de la BAE, los proyectiles múltiples son mejores para derrotar a objetivos ligeros o de área y los proyectiles con aletas son mucho más precisos.
El uso de este tipo de ojiva se limita principalmente a las zonas ligeramente blindadas de los carros de combate principales (MBT), como las zonas blindadas superior, inferior y trasera. Es muy adecuada para el ataque de otros vehículos blindados de combate (AFV) menos protegidos y para la penetración de objetivos materiales (edificios, búnkeres, soportes de puentes, etc.). Los proyectiles de varilla más nuevos pueden ser eficaces contra las zonas más blindadas de los MBT. Las armas que utilizan el principio EFP ya se han utilizado en combate; las submuniciones " inteligentes " de la bomba de racimo CBU-97 utilizada por la Fuerza Aérea y la Armada de los EE. UU. en la guerra de Irak de 2003 emplearon este principio, y se informa que el Ejército de los EE. UU. está experimentando con proyectiles de artillería guiados con precisión en el marco del Proyecto SADARM (Seek And Destroy ARMor). También hay otras submuniciones de proyectiles (BONUS, DM 642) y cohetes (Motiv-3M, DM 642) y minas (MIFF, TMRP-6) que utilizan el principio EFP. Ejemplos de ojivas EFP son las patentes estadounidenses 5038683 [58] y US6606951. [59]
Algunos cohetes antitanque modernos ( RPG-27 , RPG-29 ) y misiles ( TOW-2 , TOW-2A, Eryx , HOT , MILAN ) utilizan una ojiva en tándem con carga hueca, que consiste en dos cargas huecas separadas, una delante de la otra, normalmente con cierta distancia entre ellas. El TOW-2A fue el primero en utilizar ojivas en tándem a mediados de los años 1980, un aspecto del arma que el Ejército de los EE. UU. tuvo que revelar bajo la presión de los medios de comunicación y del Congreso como resultado de la preocupación de que los misiles antitanque de la OTAN fueran ineficaces contra los tanques soviéticos que estaban equipados con las nuevas cajas ERA . El Ejército reveló que una ojiva de carga hueca precursora de 40 mm estaba instalada en la punta de la sonda plegable TOW-2 y TOW-2A. [60]
Por lo general, la carga frontal es algo más pequeña que la trasera, ya que está destinada principalmente a interrumpir las cajas o losetas ERA. Ejemplos de ojivas en tándem son las patentes estadounidenses 7363862 [61] y US 5561261. [62] El misil antiblindaje Hellfire de EE. UU. es uno de los pocos que han logrado la compleja hazaña de ingeniería de tener dos cargas huecas del mismo diámetro apiladas en una ojiva. Recientemente, una empresa de armas rusa reveló una munición de cañón de tanque de 125 mm con dos cargas huecas del mismo diámetro una detrás de la otra, pero con la trasera desplazada para que su corriente de penetración no interfiera con la corriente de penetración de la carga hueca delantera. El razonamiento detrás de que tanto el Hellfire como las municiones rusas de 125 mm tengan ojivas en tándem del mismo diámetro no es aumentar la penetración, sino aumentar el efecto más allá del blindaje .
En 1964, un científico soviético propuso que una carga hueca desarrollada originalmente para perforar armaduras de acero grueso se adaptara a la tarea de acelerar las ondas de choque. [63] El dispositivo resultante, que se parece un poco a un túnel de viento, se llama compresor Voitenko. [64] El compresor Voitenko separa inicialmente un gas de prueba de una carga hueca con una placa de acero maleable . Cuando la carga hueca detona, la mayor parte de su energía se concentra en la placa de acero, impulsándola hacia adelante y empujando el gas de prueba por delante de ella. El Laboratorio Ames tradujo esta idea en un tubo de choque autodestructivo. Una carga hueca de 66 libras aceleró el gas en un tubo de 3 cm con paredes de vidrio y 2 metros de longitud. La velocidad de la onda de choque resultante fue de 220.000 pies por segundo (67 km/s). El aparato expuesto a la detonación quedó completamente destruido, pero no antes de que se extrajeran datos útiles. [65]
En un compresor Voitenko típico, una carga hueca acelera el gas hidrógeno , que a su vez acelera un disco delgado hasta aproximadamente 40 km/s. [66] [67] Una ligera modificación del concepto del compresor Voitenko es una detonación supercomprimida, [68] [69] un dispositivo que utiliza un combustible líquido o sólido compresible en la cámara de compresión de acero en lugar de una mezcla de gases tradicional. [70] [71] Una extensión adicional de esta tecnología es la celda de yunque de diamante explosiva , [72] [73] [74] [75] que utiliza múltiples chorros de carga hueca opuestos proyectados en un solo combustible encapsulado en acero, [76] como el hidrógeno. Los combustibles utilizados en estos dispositivos, junto con las reacciones de combustión secundaria y el impulso de explosión largo, producen condiciones similares a las que se encuentran en los explosivos de combustible-aire y termobáricos . [77] [78] [79] [80]
El sistema de propulsión nuclear propuesto por el Proyecto Orión habría requerido el desarrollo de cargas huecas nucleares para acelerar la reacción de las naves espaciales. Se ha discutido especulativamente sobre los efectos de las cargas huecas impulsadas por explosiones nucleares, pero no se sabe si se han producido en la realidad. [81] [82] [83] Por ejemplo, el diseñador de armas nucleares Ted Taylor dijo, en el contexto de las cargas huecas, que "un dispositivo de fisión de un kilotón, con la forma adecuada, podría hacer un agujero de diez pies (3,0 m) de diámetro y mil pies (305 m) en la roca sólida". [84] Además, aparentemente se propuso un penetrador formado por explosión impulsado por energía nuclear para la defensa terminal contra misiles balísticos en la década de 1960. [85] [86]
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