|
||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
РАСЧЕТ
ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ БРОНЕБОЙНОГО ПОДКАЛИБЕРНОГО СНАРЯДА С ПРЕГРАДОЙ, ВКЛЮЧАЮЩЕЙ
ДИНАМИЧЕСКУЮ ЗАЩИТУ
Е. В. КИРЮЩЕНКО, А. И. ПЛАТОВ, Д. A. POTOTAEB Вестник бронетанковой техники. 1990. № 3.
Рассмотрен процесс взаимодействия БПС с преградой, оснащенной динамической защитой (ДЗ). Методика позволяет оценить особенности движения снаряда при взаимодействии с ДЗ и рассчитать глубину его внедрения в основную преграду. Получен критерий, характеризующий взаимосвязь параметров, метаемой взрывом пластины и позволяющий подойти к выбору рациональных параметров ДЗ. Современные зарубежные бронебойные подкалиберные снаряды
(БПС) из тяжелых сплавов (вольфрам и обедненный уран) характеризуются
значительным удлинением (15...20 диаметров сердечника), высокой начальной
скоростью (1650 м/с) и ее потерей не более 100. . .120 м/с на дистанции
Инженерный метод [1] позволяет учесть влияние параметров ДЗ на кинематику снаряда: угловую скорость вращения, угол атаки, потерю скорости, а также изменение длины корпуса БПС. При допущении недеформируемости снаряда переходим к процессу внедрения его в броню. Используя результаты [2, 3], можно рассчитать глубину проникания БПС. При этом необходимо учитывать взаимодействие боковой поверхности снаряда с каверной. Здесь может быть использован подход, изложенный в [4]. Проверяется контакт снаряда с каверной, линия каверны корректируется в тех точках, где ее пересекает линия БПС. Площадь контакта и усилие, действующее на корпус БПС, определяются по [2]. Наряду с допущением о недеформируемости снаряда, примем, что это гладкий цилиндрический стержень с полусферической головной частью. Основную преграду представим в виде монолитной стальной плиты. На этой основе была разработана программа для ЭВМ. Производится численное решение системы дифференциальных уравнений движения БПС под действием пластин ДЗ и образуемой каверны. С шагом 2 мке суммируются нагрузки со стороны каждой пластины и основной преграды, определяется главный вектор и главный момент сил, используемых затем при решении уравнений. Результаты расчета выводятся в печать. Одновременно они выводятся на экран дисплея или графопостроитель с изображением БПС, пластин, основной преграды и каверны в каждый текущий момент.
Проведены расчеты
трех вариантов ДЗ (рис. 1).
I вариант:
+
II вариант:
III вариант:
Угол встречи БПС с преградой составлял 68°.
Размеры и прочность снаряда принимались близкими к характеристикам БПС ЗБМ22: начальная скорость 1700 м/с; плотность заряда BB 1 550 кг/м3; скорость детонации 7500 м/с; размеры 200×500 мм.
Рис. 1. Варианты взаимодействия БПС с преградами, оснащенными ДЗ: а, б, в — результаты расчета по I, II и III вариантам: 1 — остаток снаряда в конце расчета; 2 — основная преграда; 3, 4 — метаемые взрывом пластины (на рис. 1. б и в не показаны)
В I варианте после детонации BB происходит метание пластин
толщиной
Несколько удлиненный вид каверны (см. рис. 1, а) в основной преграде свидетельствует о нарушении кинематики движения БПС в результате взаимодействия с ДЗ. Путь снаряда в преграде увеличился. Однако действие ДЗ оказывается недостаточным для защиты основной преграды. Во II варианте (см. рис. 1, б) лицевая пластина входит во взаимодействие с БПС практически до начала внедрения его в основную преграду. При этом возникает денормализующий момент, который увеличивается, когда головная часть БПС взаимодействует с лицевыми слоями преграды. Это приводит к росту угловой скорости и повороту снаряда под острым углом к преграде. Постепенно снаряд поворачивается почти параллельно преграде. Далее происходит срез пробки, несмотря на более интенсивное, чем в первом случае, воздействие метаемой пластины на БПС. Можно увеличить время воздействия пластины, как и усилие, воздействующее на снаряд. Это достигается увеличением ее толщины. Возрастает площадь контакта пластины с поверхностью сна ряда и вследствие уменьшения скорости метания пластины возрастает время скольжения ее вдоль боковой поверхности БПС. Наблюдается интенсивный рост угловой скорости и рост
вертикальной составляющей, величины которой к моменту, показанному на рис. 1, в,
составляет 322 м/с (горизонтальная составляющая равна 682 м/с). Происходит
денормализация и, в конечном счете, рикошет снаряда от основной пре грады. Угол
разворота БПС составляет 47° от первоначального положения, глубина внедрения в
основную преграду (максимальная глубина каверны) —
Расчеты показали, что конструктивные пара метры ДЗ определяют характер внедрения БПС в основную преграду и, следовательно, защищающую способность ДЗ. Опытные данные в основном подтверждают этот расчет (таблица). Расчет также правильно отражает общую тенденцию увеличения глубины внедрения с увеличением искусственно задаваемого времени задержки детонации и начальной скорости БПС. С увеличением задержки и начальной скорости уменьшается время воздействия пластин на БПС и время взаимодействия его головной части с лицевыми слоями основной преграды. Таким образом, нарушение кинематики движения БПС проявляется меньшей степени. Такое совпадение показывает, что допущение неразрушаемости снаряда справедливо для оценки преград. Можно также предположить, что в данных условиях взаимодействия стальные БПС мене чем другие (из вольфрамового и уранового сплава), подвержены разрушающему воздействию метаемых взрывом пластин. Так, динамический предел текучести снарядной стали можно принят ~2,2 ГПа, сплава на основе вольфрама — 1,4 ГПа сплава на основе обедненного урана — 1,5 ГПа
Характеристики внедрения БПС ЗБМ22 в основную преграду (α = 68°)
Для проверки данного предположения рассмотрим зависимость
глубины внедрения hr БПС от толщины пластины δп (рис. 2). Пластина метается с
основной стальной преграды (
Расчетная зависимость hr = f(δп) качественно совпадает с результатами экспериментальных исследований, изложенных в работе [5], где определялось влияние угла атаки. Угол атаки, увеличивает асимметрию сил и существенно влияет на бронепробивную способность. При значениях δп <2÷4 мм наблюдается заметное уменьшение величины hr. Это объясняется тем, что тонкая пластина, имея высокую скорость движения (1 200...1 500 м/с), быстро выходит из взаимодействия с БПС и воздействует на него лишь па участке, предшествующем центру масс. В результате создается денормализующий момент, который увеличивается при внедрении БПС в лицевые слои преграды. С увеличением толщины пластины δп >10мм (при α =68°) и 6 δп >15÷17 мм (при а=60°) наблюдается резкое уменьшение значений hr, что обусловлено возрастанием вертикальной составляющей скорости БПС. В дальнейшем, как и в работе [5], кривые (см. рис. 2) становятся пологими. Это обусловлено тем, что нарушение кинематики превышает предел, после которого действие снаряда сводится к образованию удлиненной каверны. Одинаковый характер кривых 1 и экспериментальных данных [5] предполагает одинаковую природу воздействия БПС и удлиненного стержня. Экспериментальные кривые 2, полученные в аналогичных расчету условиях путем обстрела преграды с ДЗ тяжелосплавным снарядом с характеристиками, близкими к приведенным выше, существенно расходятся с расчетными значениями hr.
Pис. 2. Зависимость глубины внедрения hr БПС в основную преграду от толщины δп метаемой пластины: а — α — 68° б — α = 60°; 1, 2 — результаты расчета и эксперимента: 3 — разность между кривыми 1 и 2; штриховые линии — разброс опытных данных
С увеличением δп наблюдается резкое падение hr, затем при некотором значении δп экспериментальные значения hr практически не меняются. Расчетные и экспериментальные кривые сближаются. Это связано с разрушением БПС при воздействии метаемых взрывом пластин. Вычитая экспериментальные значения hr из расчетных, можно оценить величину расхождения hр расчетных и экспериментальных значений (кривые 3 на рис. 2, а и б). При α = 68° и 60° они имеют одинаковый характер. С увеличением δп влияние разрушения снаряда на глубину hr возрастает. При определенных значениях δп величина hр начинает уменьшаться. Это означает, что нарушение кинематики БПС снижает бронепробивную способность до более низкого уровня, независимо от того, разрушается снаряд или нет. Экспериментальные и расчетные кривые hг = f(δп) сближаются. Кривые hр = f(δп) хорошо описываются соотношением
hр = 0,001(σт.п/ σт.с) exp (bδп + cδп2)
где σт.п, σт.с — динамический предел текучести материалов пластин и БПС;
b = 7,04·10-15α11,8 exp (– 0,117 α)
c = 2,5·10-17α12,8 exp (– 0,76 α)
Функция hр = f(δп) имеет экстремум при δп0 = – b/2с. Значение δп0 соответствует той толщине метаемой пластины, при которой кривая hг = f(δп) «насыщается». При δп > δп0 значения hг изменяются незначительно и дальнейшее увеличение толщины пластины оказывается нецелесообразным. Эффективность динамической защиты Y, определяемая как разность между бронепробивной способностью и глубиной hг, пропорциональна удельной энергии пластины Eуд в направлении, совпадающем с направлением вертикальной составляющей ее скорости, и времени t контакта пластины и БПС: Y ≈ Eуд t Где
ρп - плотность материала пластины; vп, vс — скорость пластины и снаряда. Далее имеем
Обозначим
правую часть этой формулы через
(рис. 3).
Рис. 3. Зависимости
глубины внедрения hг от
Для разных значений α кривые hг = f(
Таким образом, увеличение параметра
Введя соотношение σт.п/σт.с получим эффективную толщину:
Зависимость необходимой для эффективно воздействия на БПС толщины пластины δп0 от скорости ее метания позволяет построить номограмму для различных толщин заряда BB δw и углов α (рис. 4).
Рис. 4. Зависимость необходимой толщины пластины δп0 от скорости vп, для различных углов α и зависимость скорости метания пластины от ее толщины при различных толщинах заряда BB δw:
Для эффективного воздействия снаряд под углом встречи 68° и δw =
Результаты расчета хорошо соответствуют экспериментальным данным для различных условиях взаимодействия. Минимальная глубина внедрения БПС в основную преграду практически не изменяется при δп > δп0. Сопоставление данных на рис. 2…5 показывает, что при фиксированном значении увеличение δw не дает повышения защищающей способности ДЗ.
Рис. 5. Сравнение расчетных зависимостей hг = f(δп) с экспериментальными данными при δw = l2 мм: 1, 2—при α = 60 и 68 ; штриховые линии — разброс опытных данных
Несмотря на то что больший заряд BB повышает скорость метания пластины, время взаимодействия пластины с БПС уменьшается, пластина быстрее выходит из взаимодействия и нарушение кинематики движения БПС сказывается в меньшей степени. С увеличением защищающая способность ДЗ практически не изменяется. Таким образом, снижение бронепробиваемости БПС при взаимодействии с ДЗ обусловлено нарушением кинематики его движения и разрушением его корпуса. Нарушение кинематики движения — приобретение угловой скорости вращения, вертикальной составляющей скорости БПС и, как следствие, разворот его корпуса — в конечном счете приводит к образованию угла атаки, изменяющемуся в процессе взаимодействия и вызывающему снижение глубины внедрения БПС в основную преграду. Влияние разрушения БПС на его бронепробивную способность
возрастает с увеличением толщины пластины, метаемой на БПС и, при выполнении
условия δп ≥ δп0 остается
практически постоянным. Полученный критерий
Вывод. Предлагаемая методика расчета взаимодействия бронебойного подкалиберного снаряда с преградой, включающей динамическую защиту, позволяет выбрать рациональную толщину заряда BB динамической защиты от бронебойного подкалиберного снаряда.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|