ОСОБЕННОСТИ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ ДИНАМИЧЕСКОЙ ЗАЩИТЫ

Е. В. КИРЮЩЕНКО, Д. А. РОТОТАЕВ

По результатам экспериментального исследования уточнены особенности функционирования динамической защиты и предложены формулы для оценки скоростей ме­тания пластин динамической защиты.

Вестник бронетанковой техники. №12. 1991

Для проведения расчетов динамической защи­ты (ДЗ) необходимо знание оценок кинематиче­ских параметров движения пластин, метаемых взрывом зарядов взрывчатого вещества (ВВ), которые определяются не только характеристиками применяемого ВВ, но и конструктивными особен­ностями ДЗ. В общем случае элементы ДЗ представляют собой плоский заряд ВВ, облицованный металлическими пластинами, и размещаются пе­ред основной защищаемой преградой за стальным лицевым экраном ДЗ. При этом элементы ДЗ могут располагаться в один, два и, вероятно, более слоев.

При попадании средства поражения (кумулятивного или бронебойного подкалиберного снаряда) в преграду, оснащенную ДЗ, в ее элементе, установленном непосредственно за лицевым экраном 1 (рис. 1), вызывается детонация заряда 5.

Рис. 1. Схема ДЗ

В результате осуществляется метание пластин 2 и 4 элемента ДЗ, одна из которых движется в на­правлении лицевого экрана, а другая — в направ­лении 2-го элемента ДЗ. При соударении пластины элемента ДЗ с лицевым экраном и воздействии на последний продуктов взрыва (ПВ) осуществляется метание лицевого экрана. В результате удара пластины 1-го элемента ДЗ по элементу ДЗ, расположенному во втором слое, вызывается детонация заряда ВВ 7 и обе пластины 4 и 6 (от 1-го и 2-го элементов) приобретают движение в направ­лении экрана.

Начальную скорость метания пластин зарядом ВВ, как показано в работе [1], можно оценить с помощью модели Гарни. Расчетные значения скорости движения лицевого экрана ДЗ после удара пластины элемента ДЗ имеются в [2], а ско­рости метания пластин при взрыве ВВ 2-го эле­мента ДЗ до настоящего времени не определялись.

С целью исследования функционирования про­ведены испытания конструкции ДЗ (см. рис. 1) с импульсной рентгенографической съемкой поло­жения пластин в различные моменты времени t после подрыва 1-го заряда ВВ, облицованного пла­стинами толщиной 2 мм . Второй заряд ВВ устанавливался на плите 8 из броневой стали. Все пла­стины выполнены из стали размером 60×60 мм. В ходе экспериментов варьировалась толщина пла­стины, устанавливаемой на заряде ВВ, в пределах от 2 до 16 мм . Подрыв 1-го заряда ВВ осуществлялся с помощью быстродействующего электро­детонатора 8В11105 (позиция 3).

Анализ рентгенограмм позволяет уточнить фи­зическую модель процесса. После соударения пла­стины 1-го элемента ДЗ с лицевым экраном обе детали движутся вместе с одинаковой скоростью (рис. 2, а). Взаимодействие волн сжатия и раз­грузки приводит к образованию откола на лицевом экране, который наблюдается в виде характерного купола. Скорость движения откола превышает ско­рость перемещения лицевого экрана. На рис. 2, б в верхней части видна полностью сформировав­шаяся откольная часть. Скорость метания пластин элемента ДЗ составляет ~ 1 500 м/с, скорость со­вместного движения лицевого экрана и пластины элемента — 210 м/с, скорость движения откольной части ~420 м/с.

Удар пластины 1-го элемента ДЗ по 2-му при­водит к детонации 2-го заряда ВВ и метанию обеих пластин в направлении обратном удару. На рис. 2, а в нижней части видны обе пластины, дви­жущиеся совместно после отделения от плиты. Скорость их движения составила ~750 м/с. В процессе движения они приближаются к лицевому экрану (см. рис. 2, б), происходит соударение и совместное движение лицевого экрана и трех пластин от элементов ДЗ. При этом края тонких пла­стин изгибаются (рис. 2, в), что обусловлено дей­ствием волн разгрузки при разгоне пластин. При увеличении толщины пластины 2-го элемента ДЗ наблюдается аналогичная картина. При этом ско­рость совместного движения пластины 2-го элемен­та толщиной δ₂=5 мм и пластины 1-го элемента δ₁ = 2 мм составляет ~430 м/с.

На рис. 2, в, так же как и в первом случае, на­блюдается образование откола и совместное дви­жение лицевого экрана с пластиной 1-го элемента ДЗ.

Рис. 2. Рентгенограммы процесса функционирования ДЗ:

а — δ₂= 2 мм, t = 100 мкс,

б — δ₂ = 2 мм , t = 300 мкс,

в — δ₂ = 5 мм , t =150 мкс.

1 — лицевой ран, 2 — откольная часть, 3 — пластины 1-го элемента ДЗ,

 4 — пластины 2-го элемента, 5 — плита

Скорость метания v_э лицевого экрана можно оценить по закону сохранения импульса при соуда­рении экрана с пластиной элемента ДЗ:

v_э = δ₁ v₁/(δ₁ + δ_э),    (1)

где δ_э — толщина лицевого экрана; v₁ — скорость пластины 1-го элемента ДЗ.

В соответствии с соотношением (1) скорость метания лицевого экрана толщиной 12 мм соста­вит 214 м/с, что близко к приведенному выше экс­периментальному значению. Это позволяет пред­положить, что воздействие ПВ на лицевой экран, вследствие быстрого падения давления, оказыва­ется незначительным и в данном случае для про­ведения инженерных оценок нм можно пренебречь.

Исследование скорости метания пластин 1-го и 2-го элементов ДЗ после их соударения и взрыва заряда ВВ 2-го элемента связано с такими сложными процессами, как волнообмен в пластинах торможение пластины 1-го элемента ДЗ и разгон пластины 2-го элемента в результате удара 1 и последующее ударное воздействие заряда ВВ 2-го элемента ДЗ, вызывающее взрывчатое превращение в заряде. Пренебрегая ударно-волновыми процессами, можно положить, что скорость метанния пластин 1-го и 2-г элементов ДЗ определяется отношением Гарни. При этом за расчетную толщину метаемых пластины следует принять суммарную толщину пластин δ₁+ δ₂.

Расчетная оценка (по Гарни) на 250...300 м/с превышает экспериментальные значения скоростей (рис. 3). Ударно-волновые процессы, взаимодействие волн сжатия и разгрузки в материале ударяющихся пластин, приводят к их неравномерному прогибу, что видно из рентгенограмм на рис. 2. В результате при соударении контакт между пластинами 1-го и 2-го элементов ДЗ осуществляется не одновременно по всей площади, и после удара между пластинами появляется зазор. Поэтому исключение упругих сил при соударении из методики расчета приводит к расхождению результатов вычислений и эксперимента. Анализ экспериментальных данных показывает, что метание пластин взрывом заряда ВВ элемента ДЗ осуществляется через    некоторый  промежуток времени удара      пластины    1-го элемента по пластины 2-го элемента, что обусловлено временем зарождения и развития  очагов детонации во взрывчатом веществе 2-го элемента ДЗ. Экспериментальные оценки показывают, что метание пластин начинается через 15...30 мкс после их соударения. К этому времени между ними образуется зазор и пластины между собой практически не контактируют. Поэтому соотношение Гарни будет справедливо либо, если в расчете учитывать метание тыльной пластины 2-го элемента ДЗ. Эта пластина проходит зазор между ними, соударяется с пластиной первого элемента и обе пластины движутся совместно, примерно с одинаковой скоростью. Поэтому можно предположить, что скорость движения пластин определяется обменом импульсами между ними.

Считая, что пластина 1-го элемента пол­ностью тормозится после удара по пластине 2-го элемента, а скорость метания последней опреде­ляется соотношением Гарни, имеем

v_с = v₂δ₂ /(δ₁ + δ₂),    (2)

где v₂,  v_с — скорость пластины 2-го элемента и скорость совместного движения обеих пластин.

Рис. 3. Зависимость скорости v_с от толщины пластины

1 — расчетные значения по соотношению Гарни; 2 — то же по формуле (2); светлые точки — опытные значения для одной метаемой пластины; темные точки — то же для пластины 1-го и 2-го элементов ДЗ после их соударения

Сопоставление расчетов по соотношению (2) с ж экспериментальными значениями v_с (см. рис. 3) показывает их удовлетворительную сходимость. Формула Гарни дает несколько завышенные результаты скорости метания пластин по сравнению с экспериментом (скорость метания пластин различной толщины определялась без последующего их столкновения с другими пластинами).

Это расхождение является небольшим, приемлемо для ин­женерных оценок и связано с тем, что в соотно­шении Гарни не учитывается тот факт, что часть ВВ истекает в боковом направлении и не участ­вует в метании пластин. С увеличением размеров пластин, а следовательно, и элементов ДЗ разли­чие между экспериментальными и расчетными дан­ными уменьшается и становится незначительным. Это обусловлено тем, что при увеличении размеров, элементов ДЗ увеличивается отношение массы продукта взрыва, участвующей в метании пластин к массе, истекающей в боковом направлении.

Вывод. Уточнены особенности функциониро­вания динамической защиты при размещении ее элементов в два слоя, включающие: образование откола на лицевом экране динамической защиты соударение метаемых взрывом пластин между со­бой и их совместное движение, метание экрана после удара по нему пластин, движущихся с высокой скоростью. Расчеты по формулам определе­ния скорости метания и совместного движения пластин динамической защиты обеспечивают удовлетворительную сходимость с экспериментальными данными.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1.    Некоторые вопросы противокумулятивной динамичес­кой защиты / Е. В. Анрющенко, Л. В. Курбацкая, А. И. Пла­тов, В. В. Чивилев // Оборонная техника. 1989. № 7.

2.    Меньшиков Г. П., Хоничев А. А., Какуркина Ю. П. Баллистика динамической защиты танка // Боеприпасы. 1990. № 3.