Эффект достигается с помощью зарядов взрывчатых веществ (ВВ) специальной формы (рис.1) с выемкой в противоположной от детонатора части заряда.

Кумуляция — усиленное в определенном направлении действие взрыва. Выемка покрыта металлической оболочкой (облицовкой); в зависимости от диаметра ее толщина варьируется от долей миллиметра до миллиметра.

После взрыва капсюля-детонатора возникает детонационная волна, которая перемещается вдоль оси заряда (рис. 2). Волна разрушает коническую оболочку, начиная от ее вершины, и сообщает материалу оболочки большую скорость. Давление продуктов взрыва, достигающее 10¹⁰ Па, значительно превосходит предел прочности металла. Поэтому движение металлической оболочки под действием продуктов взрыва подобно течению жидкой пленки. Движущийся металл образует поток, сходящийся под определенным углом к оси конуса, который переходит в тонкую (примерно равную толщине оболочки) металлическую струю, перемещающуюся вдоль оси с очень большой скоростью (10 км/с). Действие этой струи и обусловливает высокую проникающую способность взрыва кумулятивного заряда. Высокоскоростная струя пробивает стальную броню подобно тому, как мощная струя воды проникает в мягкую глину. Глубина проникновения (равная примерно длине струи) пропорциональна образующей конической оболочки. Давление, возникающее при столкновении с броневой плитой, настолько превышает напряжение разрушения, что прочность мишени не играет существенной роли и в расчетах ее можно рассматривать как несжимаемую жидкость.

Расчеты, выполненные на основе гидродинамической теории кумуляции, приводят к следующим формулам. Скорость кумулятивной струи

где α — угол между образующими конической выемки и ее осью; V₀ — скорость, сообщаемая взрывными газами металлу облицовки выемки; величина V₀ зависит от толщины и плотности материала облицовки,а также от толщины и плотности взрывчатого вещества.

Давление кумулятивной струи на преграду, например при ударе металлической струи с плотностью ρ₀ по преграде из такого же металла,

Толщина пробиваемого слоя

где ρ₀ — плотность материала струи; ρ_п — плотность преграды; L — длина кумулятивной струи.

Условием проявления кумулятивного эффекта является наличие кумулятивной выемки в заряде. Эффект зависит от формы выемки (чем острее конус, тем больше скорость кумулятивной струи), от толщины и материала облицовки, от расстояния между за-рядом и мишенью.

Пространство приложения воздействия — вершина конической выемки кумулятивного заряда.

Пространство проявления результата воздействия — поверхность преграды, расположенная перпендикулярно к оси выемки кумулятивного заряда. Наибольшей пробивной силы кумулятивная струя достигает на расстоянии от заряда, равном примерно двум диаметрам отверстия выемки.
 

Кумулятивный эффект использу ется в исследовательских целях (получение скорости перемещения вещества —до 90 км/с), в военном деле (бронебойные снаряды), в технике (горное дело, обработка металлов взрывом), строительстве гидротехнических сооружений.

Среди различных способов использования кумулятивного эффекта в технике особое значение имеет сварка металлов и других материалов с помощью кумуляции. Сварка взрывом (ГОСТ 2601—84) основана на движении одной (метаемой) пластины в сторону неподвижной или навстречу движению свариваемых элементов.

Характеристики некоторых взрывчатых веществ, применяемых в кумулятивных зарядах, приведены в табл.1.

В качестве облицовки чаще всего используют медь, бериллий, сталь.

При угловой сварке взрывом (рис.1) лист металла 1, который нужно приварить к основному листу 2, помещают под небольшим углом 2—10°. На всей поверхности привариваемого листа располагают слой, взрывчатого вещества 4 (ВВ), инициируемого от детонатора 5. Лист основания устанавливают на сравнительно жесткую опору 3. Под воздействием высокого давления, возникающего при детонации ВВ, элементы метаемой пластины последовательно приобретают большую скорость. Пластина соударяется с основным листом. В зоне соударения возникает высокое давление, температура металлов резко возрастает. Они переходят в жидкое состояние. В результате получают полноценное соединение свариваемых пластин.