ГЛАВНАЯ НА ВООРУЖЕНИИ ПЕРСПЕКТИВНЫЕ
РАЗРАБОТКИ
ОГНЕВАЯ МОЩЬ
ЗАЩИТА ПОДВИЖНОСТЬ 

ЭКСКЛЮЗИВНЫЕ МАТЕРИАЛЫ  БИБЛИОТЕКА ФОТООБЗОРЫ
 
 




ПРОТИВОКУМУЛЯТИВНАЯ СТОЙКОСТЬ БРОНИ ИЗ ТЯЖЕЛЫХ СПЛАВОВ

Б. А.ДОБРЯКОВ, А.А. КОЖУШКО, Г. С. ПУГАЧЕВ,

И. И. РЫКОВА, Г. В. ФЕДОРОВ

 

Исследован процесс взаимодействия кумулятивной струи с броней из сплавов на основе тяжелых металлов, плотность которых в 2 и более раза превышает плотность броневой стали. Установлено, что при гидродинамическом характере процесса глуби­на внедрения кумулятивной струи в тяжелые сплавы уменьшается по сравнению с броневой сталью в большей степени, чем в меру увеличения их плотности.

 

Согласно гидродинамической теории взаимодей­ствия кумулятивной струи и преграды [1], кумулятивная струя длиной l с плотностью ρс внедряется в преграду с плотностью  ρп на глубину L = λl где λ = (ρсп)1/2 .

Отсюда следует известная формула внедрения струи в преграды разной плотности

L1/L2 = (ρп1п2)1/2 .  (1)

 

Обширный экспериментальный материал сви­детельствует о том, что в диапазоне изменения плотностей от 1,8 (магний) до 7,8 г/см3 (сталь) со­отношение (1), как правило, удовлетворительно вы­полняется. Имеющиеся отклонения могут быть объяснены влиянием прочности материала пре­грады на сопротивление внедрению или сокращени­ем эффективной длины струи. Взаимодействие с тяжелыми металлами, плотность которых в 2 и бо­лее раза превышает плотность стали, экспериментально не изучалось. Если исходить из гидродинамической модели процесса, то глубина внедрения в такие металлы должна при прочих равных условиях уменьшаться по сравнению со сталью, согласно (1), в меру увеличения их плотности.

Исследован процесс взаимодействия струи преградами из сплава на основе вольфрама, никеля и железа (ВНЖ) с плотностью ρвнж=17,2 г/см3 и динамической твердостью Hд=4000 МПа. Наряду с ВНЖ в идентичных условиях исследовалось внедрение в броневую сталь ПСМ (ρпсм=7,95 г/см3) и (Hд =3 800 МПа) как в стандартный материл. Экспериментально определялась конечная глубина внедрения в броневую преграду L, а также распределение по глубине каверны скоростей струи соответствующих им скоростей внедрения и в броню (Рис. 1).

Опыты проводились с лабораторными кумулятивными зарядами диаметром 25 мм, имевшими коническую медную кумулятивную облицовку диаметром 20 мм с углом при вершине 60°. При расстоянии между кумулятивным зарядом преградой 30 мм глубина внедрения в преграду из броневой стали (85±3) мм.

Исходя из этого глубина внед­ряя в преграду из ВНЖ должна быть 57...58 мм.

Практически экспериментальные значения Lвнж составляют (43±2) мм. Отличие экспериментального значения от расчетного примерно на 25 % выходит за пределы разброса. Оно свидетельствует о том, что глубина внедрения в тяжелый сплав закономерно уменьшается по сравнению с броневой сталью, причем более чем в меру увеличения плотности.

Уменьшение глубины внедрения струи в преграду по сравнению с расчетом гидродинамической модели может быть вызвано, как отмечалось, двумя причинами. Первая из них — значительное повышение сопротивления материала преграды внедрению, в частности вследствие влияния сопротивления деформированию, которым в рамках гидродинамической модели можно пренебречь [2, 3]. Вторая причина —сокращение эффективной длины струи в процессе внедрения в броню [4, 5].

Повышение сопротивления снижает скорость внедрения и при той же скорости струи υ оно определяется на любой стадии процесса по увеличению экспериментального значения υ/u над рассчитанным по гидродинамической теории (см. рис. 1).

Теоретическая зависимость υ(L) вычислена на осснове экспериментальной зависимости u(L). Экспериментальные и расчетные зависимости υ(L) для стали и ВНЖ в пределах точности опыта удовлетворительно согласуются, следовательно, про­цес внедрения в ВНЖ так же, как и в сталь, протекает в соответствии с гидродинамической мо­делью.

Принято считать, что сокращение эффективной длины струи происходит за счет исключения из процесса отдельных, преимущественно хвостовых, низкоскоростных элементов из-за расходования их в стенках каверны. Свидетельством этому является более высокая скорость элементов, образующих придонную часть каверны [5]. В случаях ВНЖ и стали дна каверны достигают элементы струи, име­вшие весьма близкие скорости υ (см. рис. 1). Этот факт свидетельствует о том, что с ВНЖ взаимодействуют те же элементы, что и со сталью. Иными словами, меньшую по сравнению с расчетной, глубину внедрения в ВНЖ нельзя объяснить более интенсивном, чем в стали, расходованием струи на стенках каверны.

 

Рис. 1. Распределение скорости струи υ (1) и скорости ее внедрения в броню (2) по глубине каверны L для брони из сплава ВІІЖ (а) и броневой стали (б): 
штриховые линии —и (L) по гидродинамической теории

 

Рис. 1. Распределение скорости струи υ (1) и скорости ее внедрения в броню (2) по глубине каверны L для брони из сплава ВІІЖ (а) и броневой стали (б):

штриховые линии —и (L) по гидродинамической теории

 

Для объяснения процесса рассмотрим возмож­ность сокращения эффективной длины струи за счет разной степени ее удлинения при внедрении в ВНЖ и сталь. Такое различие вполне реально, ес­ли иметь в виду, что из-за существенно различной плотности этих материалов путь, на котором струя расходуется в ВНЖ, значительно меньше, чем в стали.

Известно, что распределение скоростей υ  по длине струи l близко к линейному [4]. Разность скоростей обусловлена ее растяжением и удлине­нием в процессе движения. В результате при сох­ранении линейности υ(l) градиент скорости Δυl по длине каждого элемента уменьшается. При внедрении в преграду струя длиной Δl расходуется на пути ΔL, зависящем, согласно (1), от плотности материала преграды.             Очевидно, что по мере внед­рения участки каверны заданной глубины ΔL образуются элементами Δl с прогрессивно уменьша­ющимся градиентом Δυl Поэтому зависимость υ(L) — распределение по глубине каверны скорос­тей расходуемых элементов струи — нелинейна. Угол наклона касательной dυ/dL при заданной плотности материала преграды пропорционален градиенту скорости по длине Δl, которая на задан­ной глубине L взаимодействует с преградой.

 

Рис. 2. Распределение скоростей струи υ по глубине каверны l при взаимодействии с броней из сплава ВНЖ (1) и броневой сталью (2) (обозначения см. в тексте)

 

Рис. 2. Распределение скоростей струи υ по глубине каверны l при взаимодействии с броней из сплава ВНЖ (1) и броне­вой сталью (2) (обозначения см. в тексте)

 

Имея в виду рассмотренные закономерности, сопоставим приведенные на рис. 2 зависимости υ(L) для ВНЖ и стали. Из сопоставления следует, что, например, часть каверны L1 в ВНЖ образует­ся при расходовании струи с разностью скоростей Δυ1 = υ0 υ1 а в стали — с разностью Δυ2 = υ0 υ2. При сохранении градиента dυ/dL, которым характе­ризовалась струя на глубине L1 в стали (касатель­ная ab к кривой 2), часть кумулятивной струи с разностью скоростей Δυ1 должна внедриться в сталь на глубину L02. Увеличение глубины кавер­ны L02 L1 в стали по сравнению с L1 в ВНЖ при расходовании части струи с разностью скоростей Δυ1 связано с меньшей плотностью стали. Однако эта часть струи внедряется в сталь на глубину L2 > L02 — приращение глубины каверны L2 L02  следствие того, что на пути в стали L2 L1 проис­ходит удлинение струи. Очевидно, что скорости υ0 υ1 при внедрении в сталь распределены на большей по сравнению с ВНЖ части струи.

Таким образом, сопротивление материала вне­дрению кумулятивной струи определяет не только относительную глубину внедрения ΔLl, HO и ус­ловия удлинения струи, от которых зависит ее эф­фективная длина.

Сделанный вывод имеет общий характер и, сле­дуя ему, можно предполагать, что глубина внедре­ния в материалы, плотность которых меньше, чем стали, должна превышать вычисленную (1). Удов­летворительное совпадение с расчетной L, напри­мер в магний и алюминий [6], можно объяснить тем, что в этих материалах и в стали струя расхо­дуется на значительном пути и большую часть его проходит в виде потока дискретных частиц посто­янной длины. В этих условиях влияние различия в эффективной длине, связанного с различной сте­пенью удлинения, не выходит за пределы разброса экспериментальных значений конечной глубины Lк.

 

Рис. 3. Зависимость конечной глубины внедрения Lк от ра­стояния между кумулятивным зарядом и преградой f для броневой стали (1) и брони

из сплава ВНЖ (2 — экспери­мент, 3 — расчет)

 

О сокращении эффективной длины струи, вслед­ствие ограничения возможности ее удлинения, сви­детельствуют также зависимости конечной глуби­ны внедрения Lк от f (рис. 3). Зависимость Lк (f) для стали имеет характерный максимум, отражающий конкуренцию двух факторов: с одной стороны, увеличение f создает условия для большего удлинения струи, с другой — повышает вероятность расходования на стенках каверны несоосных элементов и исключения их из процесса внедрения [7]. Расчетная кривая для ВНЖ имеет то же вид, что и для стали, и расположена ниже, в  виду более высокой плотности ВНЖ.

Иной характер имеет экспериментальная зависимость Lк(f) для ВНЖ. В исследованном диапазоне изменения расстояний f наблюдается увеличение глубины внедрения Lк в области f, где Lк для стали растет, отличие экспериментальных значений Lк для ВНЖ от расчетных увеличивается. Это свидетельствует об ограниченной возможности удлинения, о существенно меньшей чем при внедрении в сталь, эффективной длине струи. В области f, где наблюдается уменьшение Lк стали, различие между расчетом и опытом сокращается, а при достаточно больших f экспериментальные значения Lк в ВНЖ превышают расчетные. Этот результат можно объяснить тем, что в значительно меньших по сравнению со сталью абсолютных величинах Lк струя сохраняет способность к дальнейшему удлинению, кроме того, сокращение эффективной длины на стенках каверны гораздо меньше, чем в стали.

 

Вывод. Противокумулятивная стойкость броневых сплавов на основе тяжелых металлов с плотностью, в 2 и более раз превышающей плотность броневой стали, возрастет по сравнению с броневой сталью в большей степени, чем в меру увелиения их плотности в соответствии с гидродинамической теорией взаимодействия кумулятивной струи и преграды.


 

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

  1. Лаврентьев М. А. Кумулятивный заряд и принципы его работы // Усп. математ. наук. 1957. Т. 12. С. 41—52.
  2. Кинеловскнй С. А., Тришин Ю. А. Физические а кумуляции // Физ. горения и взрыва. 1980. № 5.   
  3. Златии Н. А., Кожушко А. А. Гидродинамическая дельные представления в теории высокоскоростного I действия твердых тел и границы их применимости // техн. физики. 1982. Т. 52. № 2. С. 330—334.
  4. Физика взрыва / Под ред. К. П. Станюкович Паука, 1975.
  5. Златин Н. А., Кожушко А. А., Мирошниченко. Количественная оценка влияния материала преграды в фективную длину кумулятивной струи // Взрыв. Уда щита. Вып. 14. Новосибирск, 1982. С. 3—10.
  6. Витман Ф. Ф, и др. Кумулятивная струя и ее взаимодействие с различными преградами // Поведение мак при артиллерийских и сверхартиллерийских скоростях Ч. 2. Киев: Изд-во АН УССР, 1958. С. 38—72.
  7. Шалль Р. Физика детонации // Физика быстропротекающих процессов. Т. 2. М.: Мир, 1971. С. 276—349.
 





 



ГЛАВНАЯ НА ВООРУЖЕНИИ ПЕРСПЕКТИВНЫЕ
РАЗРАБОТКИ
ОГНЕВАЯ МОЩЬ
ЗАЩИТА ПОДВИЖНОСТЬ 

ЭКСКЛЮЗИВНЫЕ МАТЕРИАЛЫ  БИБЛИОТЕКА ФОТООБЗОРЫ