ПРОТИВОКУМУЛЯТИВНАЯ СТОЙКОСТЬ КОМБИНИРОВАННЫХ ПРЕГРАД

С КЕРАМИЧЕСКИМ НАПОЛНИТЕЛЕМ

А. И. АНИСЬКО, Н. М. ГРИШИНА, Б. Д. ЧУХИН

Как известно [1], наибольшее отклонение от гидродинамической теории при подрыве лабораторных кумулятивных зарядов наблюдается в неметалли­ческих хрупких материалах. Глубина внедрения кумулятивной струи в хрупкие материалы значительно меньше, чем в высокотвердый сплав той же плотности. Основными свойствами, определяющи­ми струегасящую способность керамики, являются твердость [1] и ударная сжимаемость [2]. Инте­ресно, что остаточная пористость свыше 10 % уменьшает противокумулятивную стойкость пре­грады [3]. При меньшей пористости стойкость рас­тет с повышением твердости до 85 HRA. Одним из серьезных недостатков керамических материалов является снижение стойкости с ростом калибра ку­мулятивного боеприпаса.

Это уменьшает выигрыш в массе брони по сравнению со сталью. Влияние физико-механических свойств хрупких материалов на их струегасящую способность при обстреле на­турными снарядами до сих пор не исследовано. В связи с этим были испытаны броневые преграды с хрупкими материалами, отличающимися друг от друга по физико-механическим свойствам (табл.1). Наибольший интерес представляли карбид кремния С-2, корунд КВП-98 и высокопрочный ситалл СТЛ-10к. Эти материалы показали [3] при подрыве лабораторным кумулятивным зарядом диаметром 25 мм (угол раствора конуса медной облицов­ки 60°, расстояние до преграды 50 мм) наиболее высокие стабильные значения коэффициента противокумулятивной стойкости (0,65-0,75), несмотря на существенные различия в плотности (2 400-3 800 кг/м³) и твердости (Nµ = 10-30 ГПа). Керамические элементы собирались в блок, в котором они располагались в шахматном порядке с зазорами между элементами 5-7 мм, и соединились друг с другом посредством эластичного поли­мерного клея.

Оценка противокумулятивной стойкости выполня­лась для преград сталь-наполнитель-сталь, причем керамический наполнитель был установлен таким образом, что 20 % длины струи снималось лицевой и 55 % тыльной броневыми плитами из стали средней твердости. Эго обеспечивало работу наполнителя против головных участков кумулятивной струи, имеющих наиболее высокие скорости внедрения.

Обстрел комбинированных преград осуществлял­ся 100-мм кумулятивным снарядом с ударными скоростями (530±10) м/с при угле встречи снаря­да с преградой 68° от нормали. Производилось не менее 10 зачетных выстрелов для каждого варианта преграды. После испытаний и разборки пре­грады измерялась фактическая глубина внедрения струи в стальную тыльную плиту и вычислялся коэффициент противокумулятивной стойкости К. Полученные результаты (табл. 2) сопоставлялись с данными лабораторных испытаний, которые по­казали, что с повышением микротвердости керами­ческого наполнителя в 3 раза (с 10 до 30 ГПа) по­является тенденция к увеличению стойкости.

Таблица 1

Физико-механические свойства исследуемых материалов

В лабораторных условиях такое повышение твердости не оказывает существенного влияния на показа­тель К.

Влияние плотности керамического напол­нителя в интервале 2 400-3 800 кг/м³ на противокумулятивную стойкость не обнаружено, что соответствует данным лабораторных испытаний [3]. Поскольку разрешающая способность приборов для измерения твердости материала не позволяет с достаточной точностью определить твердость свыше 90 HRA, представлялось целесообразным характеризовать материалы по их упругим константам, т. е. по динамическому модулю упруго­сти, скорости распространения ультразвуковых колебаний в материале, модулю сдвига и импедан­су упругости. Эти параметры являются комплексной характеристикой прочностного состояния ве­щества.

­ Таблица 2

Показатели противокумулятивной стойкости керамических материалов в лабораторных и натурных условиях

Для определения упругих констант вещества произ­водили измерения скоростей распространения про­дольных и сдвиговых ультразвуковых волн исследуемых материалов. Исходя из фактических скоростей распространения ультразвуковых колеба­ний в материале, производился расчет упругих констант вещества но известным формулам [4].

Анализ полученных результатов показал, что с увеличением динамического модуля упругости и скорости распространения ультразвуковых колебаний в материале противокумулятивная стойкость хрупких материалов повышается. Наиболее высокой струегасящей способностью в натурных усло­виях обладают хрупкие материалы с динамическим модулем упругости и скоростью распространения ультразвука соответственно свыше 300 ГПа и 9 500 м/с. В лабораторных условиях такая тенденция проявляется весьма слабо. Другие упругие константы - модуль сдвига и импеданс упругости - имеют подобную же зависимость. Получен­ные результаты позволили провести предваритель­ный расчет показателя противокумулятивной стойкости различных керамических материалов по их упругим константам.

Наиболее эффективными противокумулятивными наполнителями в данной схеме защиты следует считать, прежде всего, керамику на основе карбида бора, затем карбид кремния и корунд, которые ха­рактеризуются высокими значениями твердости (Hµ = 20 ГПа), динамического модуля упругости (Е=300 ГПа) и скорости распространения ультра­звуковых колебаний (ω ≥9 500 м/с).

Керамические материалы ситалл, фарфор, ультрафарфор, имеющие более низкие значения этих по­казателей, при прочих равных условиях уступают по противокумулятивной стойкости высокотвердым керамическим материалам и характеризуются по­вышенной чувствительностью к масштабному фак­тору, т. е. происходит снижение струегасящей спо­собности с ростом калибра боеприпаса.

Наиболее высокой струегасящей способностью и меньшей чувствительностью к масштабному фактору в натурных условиях обладают керамические материалы со следующим уровнем физико-механических свойств:

Относительная плотность, %......>90

Макротвердость, HRA………….>85

Микротвердость, ГПа…………..>15

Скорость распространения ультразвуковых

колебаний, м/с……> 9 000

Динамический модуль упругости, ГПа . . . > 280

Плотность, кг/м³ …………с 3 000

Однако слишком высокие значения твердости и мо­дуля упругости, например карбида бора, связаны с большой скоростью распространения ультразвуковых колебаний (свыше 10 000 м/с) и, следова­тельно, с наиболее высокой скоростью распростра­нения хрупких разрушений (0,25-0,30 скорости звука). Поэтому такие материалы могут быть эффективными только в довольно узкой области ра­боты струи. Чем выше скорость распространения ультразвука в материале, тем меньше эффективная толщина керамики в преграде. Для успешного использования керамики в более широком диапазоне скоростей необходимо уменьшить склонность ее к хрупким разрушениям. А это связано с созданием новых керамических материалов на основе нитри­дов.

Таким образом, для каждого материала-наполнителя имеется диапазон скоростей внедрения куму­лятивной струи, в пределах которого он обладает наиболее высокой струегасящей способностью, что указывает на целесообразность создания комбинированных керамических наполнителей с определенной последовательностью расположения составных элементов, учитывающей их физико-механические характеристики.

Вывод. Проведенные исследования позволяют расширить представления о струегасящей способности неметаллических хрупких материалов в лабораторных и натурных условиях и определить оп­тимальные области использования их в комбини­рованной преграде с учетом физико-механических свойств.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Поведение материалов при артиллерийских и сверхартнллерийских скоростях удара/ Сборник II, ч. 2. - Киев. Из-во АН УССР, 1958.
2. Златин И. А., Кожушко А. А. Роль сжимаемости в процес­се высокоскоростного взаимодействия твердых тел. - ФГВ, 1980, 5, 94-95.
3. Гришина И. М., Чухин Б. Д., Зоров Ю. А. и др. Лабора­торные исследования наполнителей разнесенной прегра­ды. - Вестник бронетанковой техники, 1982, № 5.
4. Гришина И. М., Чухин Б. Д., Шевченко В. Я. и др. Взаи­модействие преград с кумулятивной струей. - Там же, 1981, № 6.