Ładunek kumulacyjny jest to materiał wybuchowy który podczas detonacji wytwarza skumulowaną energię w postaci ukierunkowanej fali uderzeniowej. Trochę dokładniej można by to określić że jeśli wykonamy wgłębienie w kształcie stożka w ładunku to wtedy na jego brzegach powstająca fala detonacyjna załamuje się w kierunku osi i na osi tego stożka powstaje duże wzmocnienie fali detonacyjnej. Kiedy użyjemy wkładki kumulacyjnej to powstający strumień ciekłego metalu podczas detonacji ładunku ma wysoką zdolność do przebijania twardych części. Obecnie takie ładunki mają szerokie zastosowanie w chwilach kiedy przebicie się przez jakiś obiekt pracą ręczną zajęło by wieki, albo by było niemożliwe. Przy zastosowaniu ładunku kumulacyjnego w istocie rzeczy problem nie staje się już problemem. Wytwarzająca się ukierunkowana fala detonacyjna przebija bez problemu grube metalowe blachy, stopy, i innego rodzaju twarde tworzywa. Pierwszy raz wykorzystał ten efekt, a w zasadzie rozpoczął nad nim prace ”Ranking” w drugiej połowie XIX wieku w którym to też powstały pierwsze teorie na temat fali uderzeniowej. O owych ładunkach można by pisać naprawdę dużo, ale póki co to postaram się w łatwym odbiorze opisać ich budowę. By zaczerpnąć dużo bardziej zaawansowaną wiedzę to zapraszam do literatury.

Budowa

Przyjrzyjcie się dokładnie poniższemu rysunkowi:

Powyższy rysunek pokazuje najzwyklejszą i najprostszą budowę ładunku kumulacyjnego bez wkładki kumulacyjnej, a jedynie z wydrążeniem kumulacyjnym.    Numer 1 oznacza spłonkę, którą umieszcza się na środku ładunku tzn. wzdłuż osi stożka.
Numerem 2 oznaczyłem materiał wybuchowy.

Jako materiał wybuchowy używa się:

Materiałów o dużej prędkości detonacyjnej oraz materiał musi być jednolity, bez bąbli powietrza i równomiernie rozłożony (dop. BeMBen) do uzyskania najlepszych parametrów. Bardzo dobrze spisuje się PETN jego prędkość detonacji wynosi ~8500 m/s. Również nie można pogardzić kwasem pikrynowym (prędkość detonacji wynosi około 7500 m/s), heksogenem (około 8380 m/s) czy tetrylem (około 7520 m/s) Bardzo złe parametry uzyskamy przy zastosowaniu materiałów wybuchowych typu ANFO, miedzianki itd. Wymieniłem teraz tylko kilka materiałów wybuchowych kruszących, ale nie tylko na nich można poprzestać. Wykorzystać do celów kumulacyjnych możemy również materiały inicjujące. W tym celu oczywiście nie używamy już spłonki do zapoczątkowania detonacji tylko odpalamy go za pomocą np. lontu. W tym przypadku palenie szybko przechodzi w detonacje i również wytwarza się efekt kumulacji. Do tego celu nadać się może HMTD, azydek ołowiu, piorunian rtęci itd. Materiału wybuchowego przeważnie się nie ubija/prasuje, no chyba że wykonujemy ładunki kumulacyjne z materiału wybuchowego który tego wymaga, jakim jest np. HMTD.
Numerem 3 zostało oznaczone opakowanie od ładunku kumulacyjnego. Najlepiej używać dość wytrzymałych opakowań, co zwiększa parametry naszego zjawiska kumulacji. Może to być papierowe opakowanie (tubka papierowa), z tworzywa sztucznego (strzykawka), stalowe i tym podobne. Kształt opakowania odgrywa znaczącą rolę, najlepiej wykorzystywać opakowanie w kształcie:

Wykonywać je dobrze jest jak wspomniałem z materiałów o dużej wytrzymałości, np. stal. Grubość ścianek może wynosić około 3mm. Kształt obudowy zazwyczaj jest w kształcie koła:

Numerem 4 mianowałem oś symetrii która przechodzi przez wierzchołek odwróconego stożka. Na końcu osi zaznaczyłem znakiem: ” x” miejsce największego skupienia energii podczas przebiegającego zjawiska kumulacyjnego.
Numerem 5 oznaczyłem wydrążenie kumulacyjne. To właśnie przez nie powstaje kumulacja. Działa one na zasadzie takiej, że z owego wydrążenia wydobywa się duża ilość gazów (sprężonych gazów) która zarazem szybko się rozprężają i dlatego działają tak niszcząco na przeszkodę znajdującą się przed ładunkiem kumulacyjnym (dokładniej wydrążeniem kumulacyjnym). O wkładkach kumulacyjnych nieco później. Ostatnim numerem 5 oznaczyłem przeszkodę (najczęściej stalowa blacha), która umieszcza się około 25-50cm od  ładunku kumulacyjnego, aby pozwolić na ”rozpędzenie” się gazów.
Jest to oczywiście najprostszy schemat do uzyskania efektu kumulacyjnego. Zwiększanie efektu przebijania przez dany przedmiot odbywa się w większym procencie od:
- od wkładki kumulacyjnej (z czego jest wykonana oraz jaki posiada kształt, rozwartość kąta itd.- najlepiej używać wkładki z miedzi),
- wytrzymałości oraz kształt obudowy i oczywiście z jakiego materiału jest ona wykonana,
- ilości i jakości materiału wybuchowego (prędkość detonacji, rozłożenie materiału wybuchowego, jednolitość ładunku oraz czy ładunek nie posiada bąbli powietrza).
Już trochę bardziej złożonym żeby nie nazwać go skomplikowanym jest wymagający więcej pracy (wykonanie wkładki kumulacyjnej) poniższy ładunek:

Wszystko jest oznaczone jak w pierwszym schemacie lecz pod numerem 5 umieszczona została tak zwaną wkładka kumulacyjna. I teraz troszkę o niej...
Niejeden może sobie zadać co to takiego? Otóż można by powiedzieć że jest to pusty w środku stożek (nie zawsze stożek, ale przeważnie), bez podstawy i o odpowiednim koncie umieszczony ”do góry nogami” w ładunku (wierzchołkiem w głąb ładunku). Wykonuje się go z materiałów najczęściej i najlepiej z metalu o dużej gęstości nie wliczając w to ołowiu z uwagi na to że ołów ma za niską temperaturę topnienia i by się po prostu nie nadał. Tanio wychodzącymi i zarazem z bardzo dobrymi efektami wykazują się stożki miedziane. Gorzej sprawują się stożki aluminiowe czy cynkowe. Dobrym ale nie idealnym materiałem jest stal. Również najczęstszym kątem stożka jest kąt 45*, albo 40* czy 50*, 60*. Często w tych granicach. Grubość blachy z jakiej stożki są wykonywane wynosi od 1mm do 3 mm. Najlepiej wykonać takie stożki na pobliskiej tokarce, albo męczyć się bez niej samemu w domu...

Co taki stożek wnosi do efektu kumulacji?

Otóż bardzo mocno zwiększa on parametry ładunku, ponieważ stopiony metal (stopiony metal powstaje z wewnętrznych warstwach stożka, reszta praktycznie nie bierze udziału w efekcie kumulacji i została ona nazwana zbitkiem, który ma bardzo małą prędkość) w postaci strumienia z bardzo dużą prędkości (prędkość zależy w większości od prędkości detonacji materiału wybuchowego, często około 6000-10000 m/s lub więcej) uderza w przedmiot drążąc w nim odpowiedniej wielkości dziurę. Aby zobrazować powstawanie strumienia przedstawię poniższy schemat:



Po tym schemacie można by twierdzić że odległość umieszczenia ładunku kumulacyjnego jest równoznaczna z szerokością i głębokości wydrążonego otworu i w rzeczywistości tak jest. Na początku strumień zwęża się, następnie przez x czasu utrzymuje się w niezmiennej postaci (i w takiej odległości umieszcza się najczęściej ładunek od przedmiotu) a następnie traci siłę i rozszerza się.

Zastosowanie efektu kumulacji

Największym zastosowaniem dla ładunków kumulacyjnych podczas II wojny światowej było przebijanie grubych pancerzy (np. czołgów). Pocisk taki był zbudowany na zasadzie że w przedniej części pocisku znajdował się owy ładunek kumulacyjny i zostawał on wystrzeliwany z dział i przy zderzeniu z obiektem został uruchamiany ładunek kumulacyjny po czym zostawał wytworzony efekt kumulacji. Z czasem efekty kumulacji zostawały wykorzystywane w granatnikach przeciwpancernych. Takie działa znacznie przewyższały możliwościami wykorzystywaną również energie kinetyczną. Innymi zastosowaniami znalezionymi dla ładunków kumulacyjnych było ich wykorzystanie w niemieckich bezodrzutowych granatnikach przeciwpancernych, wszelkiego rodzaju amunicji, pracach minerskich, górnictwie, do przebijania otworów spustowych w piecach metalurgicznych, wytwarzania bardzo wysokich ciśnień dynamicznych, badaniach geologicznych i ogólniej do wycinania otworów o różnej wielkości. Efekt kumulacyjny jest obecnie w bardzo szerokiej gamie wykorzystywany.

Artykuł napisał:
MaLuTkI

Źródła:
- ”Ładunki kumulacyjne w wojsku, górnictwie i przemyśle”, autor: Henryk Nowak i Dionizy Smoleński,
- http://www.republika.pl/panzer10/panzer10/inne/amunicja.html