|
|||||||||
|
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 = (ρс/ρп)1/2 . Отсюда следует известная формула внедрения струи в преграды разной плотности L1/L2 = (ρп1/ρп2)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
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 Δυ/Δl 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 Δυ/Δl 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)
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 ΔL/Δl, 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
|
|
|||||||
|
|