ВОЗБУЖДЕНИЕ ДЕТОНАЦИИ ВВ В СОСТАВЕ ДИНАМИЧЕСКОЙ ЗАЩИТЫ ПРИ ВОЗДЕЙСТВИИ БРОНЕБОЙНОГО ПОДКАЛИБЕРНОГО СНАРЯДА

Е. В. МАРКАЧЕВ, Д. А. РОТОТАЕВ, В. Д. ЧУБЛРОВ

ВБТТ. №1. 1991.

Приведены результаты экспериментальных исследований элементов динамической защиты (ДЗ), снаряженных ВВ различного состава, в схемах ДЗ. В числе факторов, определяющих условия детонации ВВ в схемах ДЗ, кроме скорости ударника, типа ВВ, его начальной плотности, важное место занимает технология приготовления ВВ и снаряжения им элементов ДЗ, а также наличие лицевого броневого экрана из стали высокой твердости, формирующего поток осколков. Предложены и испытаны в натурных условиях различные структурные схемы размещения ДЗ, позволяющие повысить частость возбуждения детонации ВВ.

Детонация ВВ в динамической защите (ДЗ) танка возбуждается ударной волной, создаваемой в заряде ВВ. Модель инициирования и процесс развития реакции в конденсированных ВВ при ударно-волновом нагружении подробно изложены в работах [1–3]. Их анализ показывает, что чувствительность ВВ к ударно-волновым воздействиям носит вероятностный характер и зависит от химического состава ВВ, его физических свойств, технологии изготовления, степени флегматизации и т. п.

Существует несколько возможных путей улучшения возбуждения детонации в заряде ВВ при воздействии бронебойного подкалиберного снаряда (БПС):

применение состава с повышенным содержанием ВВ;

направленное действие осколочного потока с тыльной поверхности лицевой преграды;

использование материала (ударника или лицевой преграды), формирующего поток осколков с повышенной акустической жесткостью (произведение его плотности и скорости звука);

изменение технологии изготовления ВВ и технологии снаряжения им элемента ДЗ;

конструктивные изменения структурной схемы унииверсальной динамической защиты.

С учетом технических требований к ВВ исследовались следующие составы: ПВВ-5А; ПВВ-12М; ЭГ-85 и ТКФ-Г, которые имеют достаточную степень рецептурной и технологической отработки.

Характеристики этих составов близки. Однако вследствие различия компонентов, консистентности (пластичные, эластичные ВВ) и пористости они имеют разную восприимчивость к детонации при высокоскоростном ударе, оценить которую можно только экспериментально.

Ударно-волновой механизм инициирования при воздействии кумулятивной струи, БПС, осколка или другого ударника подробно изучен в плоской задаче [3, 4]. Перенос плоской задачи на случай инициирования искривленным фронтом ударной волны, возникающим при взаимодействии с ВВ поражающего элемента (корпус снаряда, откольный осколок и др.), весьма сложен. Это усложняется также отсутствием данных по ударным сжимаемостям большинства пластичных и эластичных ВВ. Для решения этой задачи наиболее рационально применить физическое моделирование процесса инициирования ВВ, находящегося в макете элемента ДЗ.

Изучение процессов в броневом экране в начальный период удара БПС (до возникновения откольных явлений на тыльной поверхности лицевого броневого экрана) проводилось нагружением ДЗ, снаряженных ПВВ-5А, ПВВ-12М и ЭГ-85, контактным взрывом зарядов ВВ (четыре шашки Α-ΙΧ-1: диаметр 40 мм , высота 40 мм , плотность ρ₀= 1,56÷М ,59 г/см³) через стальной экран с размерами 15×300×180 мм (рис. 1). Чувствительность ВВ оценивалась по частости взрывов в серии из 30 опытов. Исследования показали пониженную восприимчивость к детонации состава ПΒΒ-5А по сравнению с ПВВ-12М, содержащим повышенное количество гегсогена (90%). Частость детонации для ПВВ-5А, ПВВ-12М и ЭГ-85 составила соответствепно 0; 25 и 98 %.

Основным требованием, предъявляемым к ВВ для универсальной динамической защиты, является надежное инициирование при воздействии БПС и отсутствие детонации при обстреле из малокалиберных пушек и стрелкового оружия, а также при воздействии осколков осколочно-фугасного снаряда, подрываемого на расстоянии 10 м от танка. Если отсутствие детонации при воздействии пуль и малокалиберных снарядов сохраняет работоспособность динамической защиты, то ее отсутствие при ударе БПС снижает эффективность защиты танка. Так, при обстреле БПС 3БМ22 с ударной скоростью 1680...1710 м/с макета динамической защиты верхней лобовой детали танка, состоящего из двух слоев ДЗ, снаряженных ПВВ-5В, накрытых броневой карточкой 15...20 мм (d_нв = 2,84- 2,9 мм ) без зазора, частость детонации ВВ составила всего 35 % из 17 опытов. По современным требованиям частость детонации должна быть не менее чем в 90 % случаях.

Обработка результатов полигонных испытаний различных схем ДЗ с определением зон воздействия осколков, образующихся при взаимодействии БПС с броневым лицевым экраном на расположенные за ним ДЗ, позволила сделать вывод о том, что главную роль в возбуждении детонации играют осколки первоначального откола с тыльной поверхности лицевой преграды; вероятность возбуждения детонации самим снарядом и сопровождающими его осколками сравнительно мала.

Некоторые данные о вероятности инициирования ДЗ получены при испытаниях двух схем динамической защиты обстрелом БПС 3БМ22 (табл. 1). В первой схеме контейнер динамической защиты с толщиной корпуса 3 мм дополнительно накрыт кар- точкой из стали высокой твердости толщиной 8,5 мм . Во второй схеме элементы ДЗ расположены в воздушном зазоре и закрыты карточкой из стали высокой твердости толщиной 14 мм . Физические процессы иллюстрируются на рис. 2 и 3.

Рис. 1. Схема установки для испытаний ДЗ на чувствительность к детонации:

1 - электродетонатор; 2 - шашки ВВ; 3 - стальной экран; 4 - элемент ДЗ; 5-7 - пакет стальных плит

Таблица 1. Частость инициирующего воздействия БПС ЗБМ22 в схемах универсальной динамической защиты

* СВТ – сталь высокой твердости, d_HB = 2,84- 2,9 мм .

 ** ВЛД – верхняя лобовая деталь.

В результате взаимодействия снаряда с лицевым экраном ДЗ в нем образуется ударная волна, которая трансформируется в волну разгрузки. В волне разгрузки происходит откольное разрушение материала экрана. Материал откольной пластины создает вторичный поток осколков. Таким образом, в результате взаимодействия снаряда с материалом лицевого экрана последний приобретает некоторую скорость, деформируется, из материала экрана образуется поток вторичных осколков. Эти факторы, как и частично разрушенный снаряд, воздействуют на элемент ДЗ. Такой механизм подтверждается и рентгенограммами исследуемого процесса.

Рис. 2. Границы входа снаряда в основную преграду (2)

при обстреле ДЗ БПС 3БМ22 под углом 68° и зоны осколков лицевого экрана (1):

а – детонация осколками и корпусом снаряда; б, в – то же соответственно осколками и корпусом снаряда; плюс – детонация ВВ; минус – ее отсутствие

Существенное различие в частости возбуждения детонации потоком откольных осколков и деформированным корпусом снаряда можно объяснить различным углом встречи осколков и снаряда с корпусом ДЗ. Движение осколков происходит преимущественно по нормали. При воздействии корпуса снаряда и сопровождающих его осколков имеет место косое соударение, вызывающее резкое увеличение критической скорости инициирования [2], необходимой для возбуждения процесса детонации в заряде ВВ.

В соответствии с [4] и на основании сравнения площадей поражения ДЗ осколками откола можно предположить, что инициирование ВВ вызывается сдельными осколками, обладающими оптимальныными с точки зрения инициирующей способности параметрами (масса, скорость, геометрические размеры и т. д.). По данным [4], можно, например для состава ТГ-40, оценить параметры стального осколка, необходимые для возбуждения детонации заряда, экранированного стальной крышкой, следующим образом: скорость удара 1000...1 200 м/с, масса осколка не менее 15...20 г, контактная площадь удара не менее 2 см². Наличие осколков, отвечающих этим требованиям, определяет возможность инициирования ДЗ в универсальной динамической защите. При увеличении ударной скорости осколков требования к их массе и контактной площади снижаются; количество осколков, способных к инициированию ДЗ, возрастает.

Рис. 3. Схема детонации ВВ:

а, б, в — детонация ВВ осколками, снарядом, тем и другим; 1 – основная преграда; 2 – элемент динамической защиты; 3 – взрывчатое вещество; 4 – лицевая броневая преграда; 5 – ударная волна; 6 – поток осколков лицевой преграды; 7 – волна разрежения; 8 – БПС; 9 – поток осколков; 10 – продукты взрыва

Несмотря на большое число факторов, определяющих процесс взаимодействия осколков с зарядом ВВ, большой диапазон изменения параметров взаимодействующих тел затрудняют обобщение опытов. Известно существенное влияние массы осколка, площади миделя и скорости на результат взаимодействия [5–8]. Установка экранирующих преград приводит к увеличению критической скорости инициирования. В работе [9] определялась критическая скорость υ_кр инициирования ВВ ударом стального цилиндрического бойка (12.7×12.7 мм). Практический интерес представляет исследование состава гексоген (88%) – воск (12 %). Этот состав близок по содержанию гексогена к ВВ, применяемым в ДЗ. Критическая скорость инициирования заряда гексоген—воск (заряд ВВ диаметром 12,7 и высотой 76.2 мм ) составила 536 м/с, а критическая скорость инициирования того же заря- да, облицованною стальным экраном толщиной 3,2 мм , увеличилась до 850 м/с (для алюминиевого экрана той же толщины — 720 м/с).

Зависимость υ_кр от диаметра ударника имеет вид υ_кр = 1053-3,01d², м/с (d = калибр цилиндрического осколка, мм). Скорость потока откольных осколков, таким образом, может оказать существенное влияние на вероятность возбуждения детонации ДЗ. В диссертации Е. Н. Свирчева исследована зависимость скорости откольных осколков при ударном нагружении стальной преграды от величины ее твердости НВ. Откольиый эффект при прочих равных условиях зависит от предела прочности стали σ_b. С ростом прочности уменьшается пластичность повышается склонность стали к хрупкому разрушению при ударных нагрузках (табл. 2). Твердость броневой преграды способствует увеличению скорости откола и увеличивает вероятность возбуждения детонации в схемах универсальной динамической защиты. Так, сравнительные испытания двух структурных схем ДЗ ( 8 мм стали + 20 мм воздуха 4 ДЗ в один слой + 35 мм воздуха + 8 мм стали), отличающихся величиной твердости лицевой преграды (d_HB = 2,8 и 5,6 мм ), обстрелом ЗБМ26 с ударной скоростью 1 600...1 700 м/с показали, что в первой схеме детонация ВВ происходит с вероятностью 66%, а во второй – 0. Пробитие лицевого экрана из Ст. 3 (d_HB =5,6 мм) толщиной 8 мм сопровождается пробоиной лепесткового типа, большим прогибом экрана без образования осколков и детонации зарядов ВВ.

Таблица 2. Зависимость скорости откола стали от предела прочности σ_b

По опытным данным (табл. 3), деревянная вставка толщиной 20 мм , поглощающая энергию потока откольных осколков, снижает вероятность детонации ПВВ-12М в корпусе ДЗ. Влияние осколков с тыльной поверхности лицевой броневой преграды (d_HB =2,8÷2,9 мм) показывают данные табл.

Таблица 3 . Возбуждение детонации ПВВ-12М в различных схемах ДЗ при обстреле ЗБМ26

Примечание. 1 – стальные карточки высокой твердости; 2 – динамическая защита; 3 –деревянная вставка толщиной 20 мм .

Опыты подтвердили необходимость замени Г1ВВ-5Л на ПВВ-12М в универсальной динамической защите. Сравнительные испытания контейнера динамической защиты (толщина стенки 3 мм ) с элементом динамической защиты 4С20 при обстреле снарядом ЗБМ22 с ударной скоростью 1650...1700 м/с показали возможность обеспечения детонации только в 20% опытов (схема № 1). Обстрел того же контейнера (схема 2) за броневой преградой 15...20 мм (d_HB = 2,8÷2,9 мм) при тех же условиях показал возможность увеличения частости детонации до 43…54%.

Таблица 4. Частость детонации Р при обстреле БПС 3БМ22 (α = 68°)

Исключение контейнера с толщиной корпуса 3 мм (Ст. 3) еще более повысило частость детонации (схема № 3). Одновременно показана повышенная восприимчивость ПВВ-12М сравнению с ПВВ-5А (100 и 88 %) ври ударном воздействии БПС. Исключение стального экрана приводит к уменьшению величины критической скорости осколка, вызывающего детонацию. Схемы № 4 и № 5 показали положительную роль воздушного зазора между лицевой преградой и корпусом ДЗ. Без воздушного зазора частость детонации ПВВ-12М – 83%, с воздушным зазором – 100%. В связи с пониженной чувствительностью ПВВ-5А к детонации при ударном воздействии БПС были исследованы свойства различных взрывчатых составов по своей рецептуре, свойствам и технологии получения. Проведены лабораторные и полигонные испытания IIBB-5A, ПВВ-12М. ЭГ-85, ТКФ-Г.

Имитацию условий детонации бронебойным подкалиберным снарядом в лабораторных условиях осуществляли метанием стальной пластины (диска) диаметром 30 мм и толщиной 4 мм*. Метательное устройство (рис. 4) обеспечивает скорость полета 1360...1 440 м/с. Элемент ДЗ представлял собой слой ВВ толщиной 6 мм , облицованный стальными пластинами 200×150×3 мм. Он устанавливался на расстоянии 600 мм от метательного устройства. Восприимчивость взрывчатого состава к детонации определялась по числу срабатываний из 10 опытов. При детонации стальные обкладки взрывчатого состава разрушались, при отказе лицевая и тыльная пластины пробивались метаемым элементом.

* По предварительным данным толщина откола с тыльной поверхности лицевой преграды толщиной 15…20 мм стали высокой твердости при воздействии БПС с ударной скоостью 1 600 м/с составляет 3- 4 мм .

Рис. 4. Метательное устройство:

1 – электродетонатор; 2 – генератор плоской ударной волны; 3 – стальная оболочка толщиной 10 мм ; 4 – тротиловые шашки плотностью 1,54 г/см³; 5 – метаемый стальной диск

По данной методике была оценена восприимчивость к детонации ПВВ-5А, ПВВ-12М,      ЭГ-85 и ТКФ-Г, полученных по различной технологии. Составы ПВВ-5А и ПВВ-12М механически смешивались, а составы ЭГ-85 и ТКФ-1 были получены по водно-суспензионной технологии с последующей гомогенизацией на рифленых вальцах. Заряды из составов ЭГ-85 и ТКФ-Г были изготовлены в виде пластин вальцеванием. Для оценки были исследованы заряды из ПВВ-12М, приготовленного механическим смешением с последующим экструдированием, ЭГ-85 – гранулированный негомогенизированный и ЭГ-85 – гранулированный гомогенизированный (табл. 5). Наиболее чувствительны к высокоскоростному удару составы ПВВ-12М, ТКФ-Г и ЭГ-85 в виде негомогенизированных гранул, причем восприимчивость ТКФ-Г и ПВВ-12М находятся практически на одном уровне. Что касается состава ЭГ-85, то резкое снижение его чувствительности после гомогенизации, вероятно, можно объяснить тем, что в процессе вальцевания происходит значительная флегматизация кристаллов взрывчатого наполнителя и удаление воздушных включений из массы, в результате чего система становится практически без пор. Как известно [2, 3], гомогенные системы без пор имеют более высокие пределы ударно-волновой чувствительности.

Таблица 5. Частость детонации взрывчатых составов, приготовленных по различной технологии

Лабораторные испытания подтверждались обстрелом БПС ЗБМ21 с ударной скоростью 1 547...1 593 м/с. Испытания проводились по схеме, аналогичной схеме № 5 в табл. 4. Между стальным лицевым экраном толщиной 8 мм (d_HB = 3,54÷3,6 мм) и стальным тыльным экраном толщиной 10 мм (d_HB = 3,54÷3,6 мм) располагался заряд ВВ толщиной 8…16 мм в алюминиевом корпусе с 2-мм стенкой. Обстрел проводили под углом 68° по свободно подвешенной сборке. Частость возбуждения детонации взрывчатого состава в данной схеме составила, %:

ПВВ-5А…10 (10 опытов)

ПВВ-12М…100 (8)

ЭГ-85… 50 (6)

ТКФ-Г… 67 (9)

Из приведенных данных можно сделать вывод об удовлетворительной корреляции результатов натурных испытаний с результатами, полученными в лабораторных условиях. И другой вывод – восприимчивость к детонации - ПВВ-5А ниже, чем ПВВ-12М, ЭГ-85 и ТКФ-Г. Таким образом, из исследованных составов с требуемой плотностью (1,45...1,60 г/см³) лишь два (ПВВ-12М и ТКФ) обладают чувствительностью к ударно-волновым воздействиям, удовлетворяющей современным требованиям. Применение ТКФ ограничено [9]. ПВВ-12М более чувствителен к детонации при воздействии БПС и может быть использован в схемах универсальной динамической защиты взамен ПВВ-5Л. Следует отметить, что детонация ПВВ-5А и ПВВ-12М от кумулятивной струи находится на одном уровне и в данной работе не рассматривается.

Для выяснения влияния рецептурно-технологических факторов на восприимчивость к детонации ПВВ-12М были изготовлены 3 партии элементов ДЗ (табл. 6). Инициирующее воздействие осколочного потока по нормали к ДЗ осуществлялось метанием ударника, состоящего из стального диска диаметром 30 мм , толщиной 2...4 мм и тонкостейного поддона общей массой 39...41 г со скоростью 800...1000 м/с. Поддон обеспечивал стабильность скорости ударника и плоское взаимодействие с корпусом ДЗ. Испытания показали, что снаряжение их неэкструдированным ПВВ-12М обеспечивает более высокую восприимчивость к детонации при ударно-волновом нагружении стальным диском, имитирующем осколок окольного потока. По-видимому, экструдированный продукт ПВВ-12М в процессе экструзии дополнительно гомогенизируется и теряет чувствительность. Критическая скорость возбуждения детонации для неэкструдированного ПВВ-12М в условиях данной методики на 150...130 м/с ниже, чем для экструдированного.

Таблица 6. Детонация экструдированного и неэкструдированного ПВВ-12М

Сравнительные испытания ПВВ-12В и ПВВ-5А в схемах универсальной ДЗ показали повышенную восприимчивость к детонации состава ПВВ-12М по сравнению с ПΒΒ-5Α: при ударной скорости бронебойного подкалиберного снаряда ЗБМ22 1650...1700 м/с состав ПВВ-12М детонирует более надежно. С уменьшением ударной скорости ЗБМ22 (<1550 м/с) вероятность детонации ПВΒ-12Μ существенно снижается. В универсальной динамичеекой защите при ударной скорости бронебойного подкалиберного снаряда с твердосплавным сердечником или стальным корпусом равной ~1 500 м/с частость детонации состава ПВВ-12М уменьшается до 50% и ниже.

Вывод. Исследование процесса возбуждения детонации ВВ в составе динамической защиты показало, что этот процесс зависит не только от ударной скорости бронебойного подкалиберного снаряда, типа ВВ и его начальной плотности, но и от технологии изготовления ВВ и снаряжения им элемента динамической защиты, а также наличия броневого экрана, формирующего поток осколков.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Соловьев В. С. Ударно-волновое инициирование конденсированных ВВ // Химическая физика процессов горения и взрыва. Детонация: Сб. Черноголовка, 1977.
2. Юхансон Κ., Персон П. Детонация взрывчатых веществ. М.; Мир, 1973.
3. Баум Ф. А. и др. Физика взрыва. М.: Наука, 1975.
4. Сурначев И. Н. Связь критических параметров удара при инициировании зарядов ВВ осколками // Боеприпасы. 1983. № 7.
5. Калюжнов О. В., Островский Н. А., Соловьев В. С. Оценка инициирующего действия осколкоз по экранированным зарядам ВВ // Там же. № 4.
6. Исаев А. Н., Соловьев В. С., Бойко М. М. Оптимизация системы инициирования детонации // Там же. № 5.
7. Исаев А. Н., Соловьев В. С. Критические условия ударно-волнового инициирования детонации поражающими элементами // Там лее. № 10.
8. Мольков Г. Г., Водопьянов Д. Е. Обобщенные характеристики инициирующего действия осколков по типовому ВВ в оболочке // Вопросы специального машиностроения. Сер. 1. 1977. Вып. 5(36).
9. Розенберг Т. И. и др. Сравнительная оценка свойств ЭВВ на основе мелкокристаллического и штатного тэна // Там же. Сер. III. 1984. Вып. 3(22).