АНАЛИЗ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ КУМУЛЯТИВНОГО СНАРЯДА

С ДИНАМИЧЕСКОЙ ЗАЩИТОЙ ТАНКА

С.В. КОРОЛЕВ. М. И. МАРЕСЕВ. Д. А. РОТОТАЕВ

Вестник бронетанковой техники. №6. 1989

Дана расчетная оценка основных предельных соотношении при взаимодействии кумулятивных боеприпасов с динамической защитой (ДЗ). Процесс рассматривается

на уровне физических явлений, определяющих кинематику движения снаряда, струн

и металлических пластин боеприпаса ДЗ, и па уровне удара пластин с кумулятив­ной струей. Получены расчетные зависимости.

Боевое применение динамической защиты (ДЗ) танка [1] вызвало большой интерес к процессу взаимодействия с ней кумулятивного снаряда (КС). В работе [2] давались регрессионные зависимости, связывающие остаточную глубину пробития кумулятивной струи с параметрами ДЗ. Далее [3, 4] проводилась расчетно-экспериментальная оценка энергетических соотношений этого процесса.

Однако до сих пор нет полного описания процесса в пространственно-временных координатах, как и его результатов. В связи с чрезвычайной слож­ностью физических явлений создание строгой математической модели представляется маловероятным. В практических целях достаточно упрощенной моде­ли, учитывающей некоторые предельные случаи [5]. Ввести поправки к предельному случаю гораз­до проще, чем исследовать систему уравнений, описывающую весь процесс взаимодействия КС с ДЗ. Исследование различных физических задач [5] показывает, что при значительном изменении пара­метров системы и удаления ее от одного предельно­го случая, как правило, существуют другие пре­дельные соотношения, и новое решение получается для нового предельного случая. Это позволяет описать поведение системы кумулятивный снаряд—динамическая защита во всем диапазоне изменения параметров, опираясь на небольшое число предельных случаев.

При описании процесса взаимодействия КС и боеприпаса динамической защиты (БДЗ) его мож­но разбить на 2 уровня, которые условно назовем «макро- и микроуровнем». Физические явления, отнесенные условно к макроуровню, характеризуют кинематику движения самого КС, которая опреде­ляется кумулятивной струей и металлическими пластинами (МП), разлетающимися под действием взрыва заряда. К макроуровню условно отнесены физические явления, дающие ударное взаимодейст­вие струи с движущимися МП, т. е. явления, проте­кающие в месте контакта струи с МП.

Рис. 1. Пространственно-временная диаграмма процесса взаимодействия кумулятивного боеприпаса с динамической защитой:

1 — траектория движения головной части; 2 — траектории точек струи; 3 — граница сплошной и дисперсной части струи; 4, 5 — траектория МП до соударения с лицевым и тыльным экраном ДЗ; 6 — траэкторня МП после соударения с экраном ДЗ

Анализ предельных соотношений, характеризующих физические явления на макроуровне, удобно проводить с помощью пространственно-временно  (х—t) диаграммы (рис. 1); ось ох совпадает с осью симметрии КС. Прямая 1 задает движение в головной части (ГЧ) КС и аналитически записывает в виде

t_КС, = (х_КС - х_э)/ v_КС + t_в.у. (1)

где t_КС, х_КС, v_КС — пространственно-временные ко­ординаты (текущие) и скорость движения головной части КС;

v_э — координата установки лицевого экрана ДЗ на оси ox;

t_в.у.— время задержки сраба­тывания взрывного устройства КС.

Прямая 1 получена в предположении, что КС имеет (массивную толстостенную головную часть, а лицевой экран ДЗ, на котором происходит сраба­тывание взрывного устройства, достаточно тонок и практически не уменьшает скорости движения КС. Участки, на которые условно разбита кумулятивная струя, характеризуются пространственно-временными координатами его головной и хвостовой точек. Каждой точке соответствует одна из прямых 2 (ом. рис. 1):

t_i= (х_i – х_{0 i})/ v_i + t_0i. (2)

Здесь х_{0 i}, х_i — начальная и текущие координаты головной точки i-го участка струи;

t_0i, t_i — соответ­ствующие моменты времени; v_i — скорость головной точки ого участка струи.

При некотором удлинении КС теряется сплош­ность струи; она распадается на отдельные «брыз­ги». Как показано в [7], число таких «брызг» зави­сит от расстояния и составляет 40...50.

Кривая 3— граница сплошной и дисперсионной части струи — получена из расчета предельного удлинения струи по формуле [8]:

n_пр= A + Br_i grad v_i + t_0i,

где A = 1,8 ± 0,3; В = (15,2 ± 0,4) · 10⁶ кс мм^-1; r_i — радиус i-ого участка струи.

Разлет МП до соударения с лицевым и тыль­ным экранами ДЗ и выход их на траекторию куму­лятивной струи описываются в выбранной системе координат уравнением

t_j = [±x_БДЗ  ± x_j ± δ/(2 sin α) | (cos α/D +

+ sin β/v_МП + t_{0 j})

где x_j, t_j — текущие координаты выхода участков МП на ось ох, x_БДЗ — координата точки пересече­ния средней плоскости БДЗ с осью ox; t_{0 j} — время, соответствующее началу детонации заряда ВВ в БДЗ; α — статический угол между плоскостью БДЗ и осью ох; β = α + arcctg (v_МП/(2D)) —динами­ческий угол поворота плоскости МП относительно оси ох; v_МП , D — скорости метания МП и детона­ции заряда ВВ в БДЗ; б — толщина заряда ВВ. В этом уравнении и далее верхние знаки относятся к лицевой, а нижние — к тыльной МП.

После соударения МП с экранами ДЗ скорость их движения уменьшается, что графически выра­жается в более крутом наклоне отрезка прямой 6 (см. рис. 1), задающей совместное движение тыль­ной МП с экраном и выход их на траекторию дви­жения кумулятивной струи. Этот участок описыва­ется уравнением

где v'— совместная скорость движения МП и экра­на после их соударения.

Лицевая МП сталкивается с головной частью кумулятивного снаряда, а затем с лицевым экраном ДЗ. Поскольку толщина МП сравнима с толщиной экранов (т. е. мала), можно считать, что после соу­дарения с головной частью КС движение участков лицевой МП практически прекращается. Длина ли­цевой МП, взаимодействующей с кумулятивной струей, определяется координатами встречи МП с головной частью снаряда. Это точка пересечения прямых 1 и 4. Координаты соударения лицевой МП с головной частью снаряда в момент выхода из нее хвостовых участков струи определяются совмест­ным решением уравнений (1—3) при подстановке в уравнение (2) значений х_0i t_0i, v_0i, соответствую­щих последнему участку струи.

Другим предельным случаем является случай, когда ГЧ тяжелых боеприпасов образует сквозную пробоину и струя, проходя через эту пробоину, не инициирует заряда ВВ.

Предельная минимальная величина зазора меж­ду лицевым экраном и БДЗ, обеспечивающая вы­ход струи из ГЧ до соударения этой части с БДЗ, определится из совместного решения уравнений (1) и (2) при подстановке в эти уравнения значений х_КС, х_i:

х_КС = х_i ≤ х_БДЗ – (δ /2 + b)/sin α

Здесь b — толщина МП.

Процесс взаимодействия струи с тыльной плас­тиной также имеет некоторые предельные случаи. Тыльная пластина вступает в работу после того, как теряется сплошность струи. Возможен и случай, при котором хвостовые участки струи не вступают во взаимодействие с тыльной МП. Геометрическая интерпретация этого явления (см. рис. 1) состоит в том, что верхние прямые 2 не пересекаются с прямой 5, как бы далеко вправо мы их ни продолжа­ли. Предельные сочетания кинематических параметров струи и тыльной МП, при которых она взаимодействует со всей струей, могут быть опреде­лены из совместного решения уравнений (2) и (3).

В реальных условиях движение тыльной МП ограничено также броней танка. Поэтому предель­ную длину тыльной МП, взаимодействующей с ку­мулятивной струей, можно найти из уравнения (3) при подстановке в него x_j = x_б; x_б — координата

точки пересечения лицевой поверхности основной брони с осью ох.

В случае установки в зазорах между БДЗ и экранами или между тыльным экраном и основной броневой преградой материала с некоторой плот­ностью ρ_м в уравнениях (3) и (4) вместо постоян­ной скорости v_МП необходимо подставить значение

текущей скорости МП в виде [9] :

где v_МПt, v_МП0 — соответственно текущее и началь­ное значения скорости МП; ρ_м — плотность материала МП; Δх — текущее значение величины пути, пройденного МП в материале дополнительной за­щиты.

Это переводит уравнения (3) и (4) в класс диф­ференциальных. Предельные значения времени взаимодействия МП со струей и рабочей длины МП в этом случае определяются путем интегрирования (3) или (4) и решения их совместно с уравнением (2).

Расчет предельных параметров ДЗ, обеспечи­вающих взаимодействие с пестом, движущимся вслед за кумулятивной струей, также может быть произведен с помощью уравнения (2) при подста­новке в него исходных параметров, соответствую­щих пространственно-временным координатам фор­мирования и скорости движения песта.

Анализ диаграммы на рис. 1 позволяет сделать вывод о том, что с целью более полного перекрытия струи движущимися МП лицевая пластина долж­на иметь скорость больше, чем тыльная, что дости­гается за счет уменьшения толщины лицевой и уве­личения тыльной пластины БДЗ. Оценка физичес­ких явлений, сопровождающих на микроуровне ударное взаимодействие движущихся МП с куму­лятивной струей, показывает, что и здесь имеют место некоторые предельные соотношения параметров, характеризующие данные явления.

После проникания струи в заряд ВВ и его детонации МП начинают движение. Если струя входит под углом а Ф 90°, то в процессе движения МП происходит уменьшение зазора между боковой поверхностью струи и стенкой пробоины в МП от головной части струи. Суммарная скорость соуда­рения кумулятивной струи достаточно велика, поэ­тому процесс можно рассматривать в гидродинами­ческой постановке. Окончательное решение о выборе толщины МП может быть принято путем опти­мизации параметров ДЗ с учетом всех физических массогабаритных ограничений [10].

Рассмотрим примерные зависимости (рис. 2) изменения относительной глубины проникания  в струю стенки пробоины МП в зависи­мости от угла α между траекторией движения i-го участка струи и плоскостью БДЗ для различных соотношений  и скоростей движения МП и i -го участка струи .

С увеличением утла α влияние параметров  и  на величину  умень­шается. Физически это означает, что при стремле­нии и к 90° величина проникания  стремится к 0 независимо от того, какими геометрическими и ки­нематическими параметрами обладает МП. Напро­тив, при малых значениях угла (α = 20÷30°) влия­ние геометрических и кинематических параметров МП на величину внедрения более значительно. Так, увеличение относительной скорости МП на 50 % равно приросту толщины МП на 30 %. Важно, с ка­кой из МП взаимодействует кумулятивная струя. При одних и тех же геометрических и кинематичес­ких параметрах лицевой и тыльной МП глубина внедрения лицевой МП на 15...30 % меньше глубины внедрения тыльной МП. Предельное значение  = 2 наступает при толщине пластины, равной 1,5...2 диаметрам струи.

Вывод. Расчеты показали принципиальную возможность создания динамической защиты, обеспечивающую нейтрализацию кумулятивной струи по всей ее длине. Полученные соотношения металлических пластин динамической защиты и кумулятивной струи, при которых исключается воздействие участка струи, подвергшемуся удару этих пластин, рекомендуется использовать при разработке защиты танка.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Vered G. R. Evolution of Blazer Reactive Armour ai its Adaptation to AFVs // Military Technology. 1987. V.  № 1.12.
2. Королев С. В., Рототаев Д. А., Шепов А. Я. Применение метода математического планирования экспериментов для оценки действия активной бронезащиты // Боеприпасы. 198 № 6.
3. Королев С. В., Маресев М. И., Серегин А. В. Уточненная регрессионная модель процесса взаимодействия кумулятивных боеприпасов с динамической защитой // Там ж 1988. № 2.
4. Королев С. В., Маресев Д. И., Рототаев Д. А. К Оценка энергетических соотношений процесса взаимодействия кумулятивной струи с динамической защитой // Там же. № 5
5. Бабич В. М., Болдырев В. С. Искусство асимптотик // Вестник Ленингр. ун-та. 1973. № 13.
6. Кирющенко Е. В. и др. Влияние ширины межпреградного зазора на эффективность встроенной динамической за щиты // Вестник бронетанковой техники. 1987. № 4.
7. Брызгов В. Н., Королев Г. Е. О действии кумуля­тивных снарядов по экранированной броне // Вопросы спец. машиностроения. Сер. I, 1976. Вып. 9.
8. Маринин В. М. Моделирование процесса растяжения кумулятивной струи // Там же. 1979. Вып. 2.
9. Станюкович К. П. Неустановившиеся движения сплош­ной среды. М.: Наука, 1971.
10. Королев С. В., Маресев М. И., Рототаев Д. А. Реше­ние обратной задачи исследования операций при оценке дей­ствия динамической защиты // Боеприпасы. 1987. № 2.