تحليل رقمي لفعالية حماية الانظمة الشبكية ضد مقذوفات الشحنة المشكلة
نبذة مختصرة :
يرد تحليل لفعالية نوعين من النظم الشبكية net systems لحماية المركبات ضد المقذوفات ذات الراس الحربي التراكمي cumulative (شحنة مشكلة shaped charge ) في هذه المقالة
تم إنشاء نماذج رقمية لحواجز او ستائر الشبكة net screens وقذيفة PG7-WM لمحاكاة اختراق المقذوف للحاجز. استخدمت التحليلات الرقمية لتحديد المسافة القصوى في اتجاه شعاعي من محور المقذوف الى الموضع الذي يجب على عناصر الحاجز ان تكون فيه على اتصال مع القذيفة لتحييدها. حددت المسافات بحساب احتمال إبطال مفعول القذائف بواسطة النظم الشبكية .
أجريت حسابات من اجل زوايا الارتفاع والسمت من α = 0 - 45 . استخدمت القيم المحسوبة بمثل هذه الطريقة لجعل الرسوم البيانية لقذيفة PG-7WM تحيد احتماليا بواسطة نوعين نظم الشبكة بدلالة حجم فتحة الشبكة و بدلالة زوايا السمت والارتفاع و أحجام فتحات الشبكة المختلفة. ويمكن استخدام النتائج المتحصل عليها لتحسين هندسة انظمة الشبكة لزيادة فعاليتها في تحييد القذائف.
1. المقدمة :
قاذفة قنابل الدفع الصاروخي rocket propelled grenade المحمولة المضادة للدبابات RPG-7 هي واحدة من منظومات الأسلحة الأكثر استخداما في العالم. وهذا عائد لعلاقة المنفعة بين فعالية تدمير الأهداف المدرعة (اعتمادا على نوع القذيفة بقدرة اختراق لدروع الصلب RHA بين 200 - 900 ملم) و تكلفة الإنتاج الصغيرة .
نظرا لمزايا مثل بساطة التصميم، والموثوقية والفعالية و بساطة المناولة بدون تدريب لفترة طويلة RPG-7 أصبح مشهود له من قبل العديد من المنظمات الإرهابية وقوات حرب العصابات في جميع أنحاء العالم. RPG-7 واحد من التهديدات الرئيسية لجنود التحالف في العراق وأفغانستان. ووفقا لإحصائيات الإصابات الناجمة عن الشظايا التي تحدث نتيجة اطلاق النيران فقد اعتبرت هي ثاني أكثر الأسباب شيوعا للاصابات الموت في هذه المهام.
الشكل 1 : اسباب اصابات الموت للجنود خلال المهمات في العراق و افغانستان بين 2001-2010
الفعالية العالية لل RPG-7 ناتجة عن خصائص قذائفه الصاروخية التي تحوي رؤوس حربية تراكمية. في مثل هذه القذائف تفجير الشحنة المتفجرة المشكلة يولد نفاث تراكمي cumulative jet من المعدن السائل liquid metal يتحرك بسرعة 5 - 10 كم / ث. و نظرا للفعالية العالية للمقذوفات برأس حربي تراكمي واستخدامها على نطاق واسع فأنه من المهم تطوير حماية فعالة ضدها. وتستخدم أربعة أنواع رئيسية من الدروع للحماية من القذائف التي تحوي الرؤوس التراكمية :
- انظمة دفاع نشطة Active defence systems تستخدم أجهزة استشعار لمراقبة المنطقة المحيطة بالمركبة المحمية و بعد الكشف عن وجود قذيفة واردة النظام يطلق مضاداته للقذائف من أجل تحييد القذيفة على مسافة من المركبة المحمية، على شاكلة انظمة Arena (الروسية)، Iron Fist (الإسرائيلية)
- الدروع التفاعلية Reactive armours تحتوي على عنصر متفجر ينفجر عندما يخترق النفاث التراكمي الدرع ما يعطل تشكيل النفاث ويقلل من عمق اختراق الدروع ، مثال، Kaktus (روسيا)، RMOR-A (المملكة المتحدة)؛ Blazer (إسرائيل)، ERAWA (بولندا)
- الدروع السلبية بسمك مناسب Passive armours of appropriate thickness بواسطة المواد العالية المقاومة يتم ابطاء نفاث الشحنة المشكلة في حجم معين من الدروع على سبيل المثال، درع الصلب والدرع السيراميك والدرع المركب ، وما إلى ذلك؛
- الدروع السلبية بشكل مناسب Passive armours of appropriate shape هدف هذه الدروع هو منع تشكيل نفاث الشحنة المشكلة ،مثل دروع القضبان، و الانظمة الشبكية : SidePro-LASSO (سويسرا)، Q-net (المملكة المتحدة)، الخ.
عيب الدروع النشطة هو أنه بعد تفعيلها الشظايا قد تضرب قوات المشاة في محيط المركبة المهاجمة. بسبب ذلك، وأيضا من أجل التكاليف الاقتصادية (تكلفة النظام أعلى من تكلفة المركبة المحمية) ولأسباب حركية ( بوزن كبير جدا يقلل من حركية من مركبة المحمية) فان انظمة الشبكة الرخيصة والخفيفة هي اكثر من يستخدم الآن لحماية المركبات الغير مدرعة او المدرعة بشكل خفيف ضد مقذوفات الرؤوس التراكمية.
2. مبادئ تشغيل قذائف PG-7WM و الانظمة الشبكية
قذيفة PG-7WM هي نسخة معدلة من القذيفة المعيارية PG-7 مع رفع قدرة الاختراق للدروع (تصل إلى 330 ملم RHA)، قطر اصغر (70.5 ملم)، وزيادة في الدقة و في سرعة الفوهة . تتكون القذيفة من أربعة مكونات رئيسية ( انظر الشكل 2).
عندما تضرب القذيفة الهدف فالعنصر الكهرضغطي الذي يقع في جزء صمام الراس ينضغط . وبهذه الطريقة يتم إنشاء نبضات كهربائية. هناك نوعان من الدوائر الكهربائية في القذيفة: خارجية (الشكل 3 باللون الأزرق) و داخلية (الشكل 3 باللون الأحمر). والنبضات الكهربائية تنتقل عبر الدوائر الداخلية إلى الجزء السفلي من الصمام وتفجر المتفجرات مما ينتج موجة ضغط pressure wave على مواد بطانة الشحنة المشكلة مما يشكل نفاث تراكمي. النفاث لديه شكل معدن سائل و يتحرك بسرعة 5 - 10 كم / ثانية.
الشكل 2 : رسم تخطيطي لقذيفة PG-7WM
الحواجز الشبكية (الشكل 4) يتم تثبيتها على مسافة 30 - 50 سم من سطح المركبة المحمية. مهمتها هي منع تشكيل نفاث الشحنة المشكلة من خلال استغلال آليتين. في أول آلية عناصر الشبكة تشوه الغطاء الباليستي للقذيفة تتحقق هذه الطريقة الاتصال مع المخروط التوصيلي conductive cone . هذا يتسبب في حدوث ماس كهربائي short-circuited لدارة الصمام وبالتالي ليس هناك تفجير للمتفجرات . أما الآلية الثانية فتكون بتشويه بطانة الشحنة المشكلة والمتفجرات في قذيفة.
الشكل 3 : مقطع عرضي للراس الحربي لقذيفة PG-7WM :
1 - غطاء الصمام، 2 - العنصر الكهرضغطي، 3 -الشبكة 4 - العازل، 5 - جسم الصمام 6 - مفصل، 7 - عازل كمام، 8 - الغطاء البالستي، 9 - مخروط موصل، 10 - حلقة قفل، 11 - بطانة شحنة مشكلة 12 - حلقة عازلة، 13 - المتفجرات، 14 - جسم الراس الحربي، 15 -موصل، 16 - الغلاف، 17 - عازل، 18 - كم (بضم الكاف) 19 - الجزء السفلي من الصمام، 20 - حلقة قفل
دقة صناعة الرؤوس الحربية التراكمية تقرر فعاليتها. المقذوف له اختراق اقصى بابعاد سماحية dimensional tolerances لبطانة الشحنة المشكلة وانفجار ضاغط تكون (اقل او تساوي ) ≤ 0.05 ملم وسماح شعاعي ≤ 0.03 ملم. قدرة اختراق الدروع من نفاث الشحنة المشكلة تنقص مع زيادة عدم الدقة في الإنتاج أو عدم الدقة في تجميع مكونات القذيفة.
الشكل 4 : امثلة عن انظمة الحماية الشبكية : a - نظام Tarian® الذي تصنعه Amsafe Bridport و b - نظام Q-net تصنعه Qinetiq و c - نظام SidePro-LASSO تصنعه Ruag ( الارقام المرفقة هي مراجع في الوثيقة )
اعتمادا على مستوى تشويه البطانة والمفجر من قبل مكونات الحاجز الشبكي عند اختراق المقذوف فتشكيل نفاث الشحنة المشكلة يضطرب أو ينقطع تماما. و بعدها يكون آثر تأثير القذيفة على درع المركبة الاصلي مشابه لانفجار بسيط من المتفجرات الواردة في القذيفة
قد تعمل الآليات المذكورة بشرط أن لا يحدث اتصال بين صمام القذيفة وعناصر من هيكل الحاجز الشبكي ( على الصمام أن يمر عبر فتحة الشبكة). لذلك، خلال تصميم الحواجز الشبكية من الضروري تصميم هيكل هندسي على الشكل الامثل لها ( تحديدا حجم فتحة الشبكة) لزيادة احتمال إبطال مفعول القذيفة.
احتمال إبطال مفعول القذائف ذات الرأس الحربي التراكمي من قبل الأنظمة الشبكية قد درست بالفعل في كتب سابقة
ومع ذلك، هذه الأعمال اعتمد فيها كتابها على الحسابات التحليلية فقط، و لا تعطي اعتبار لخواص المواد التي تتكون منها الحواجز الشبكية والقذيفة (المقاومة، والصلابة، وما إلى ذلك).بالإضافة ان المؤلفين في هذه التحليلات يفترضون خطأ أن أي اتصال بين الحاجز و القذيفة (باستثناء حالة اتصال الصمام) يضمن تحييد قذيفة، في حين أنه في الواقع هناك عتبة مسافة distance threshold من محور قذيفة في الاتجاه الشعاعي الفوقي والتي يكون فيها تشوه اتصال الرأس الحربي بواسطة مكونات الشبكة غير كافي، و يستمر تشكل نفاث الشحنة المشكلة. و الهدف من هذا التحليل الرقمي تحديد هذا الحد من المسافة واستخدامه في حساب احتمال فعالية عمل الانظمة الشبكية .