|
||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ БПС С УСТРОЙСТВАМИ ДИНАМИЧЕСКОЙ ЗАЩИТЫ Н.С. Дорохов, Д.А. Еськов, В.П. Шишкин (ОАО «НИИ стали») Актуальные проблемы защиты и безопасности: Труды XX Всероссийской научно-практической конференции РАРАН (3–6 апреля 2017 г.).
На современном этапе развития противотанковых средств поражения оперенные бПС с отделяющимися поддонами и тяжелосплавными сердечниками представляют серьезную угрозу для танков. Одним из эффективных способов существенного снижения их проникающей способности является использование в составе броневой защиты устройств динамической защиты [1]. В таких устройствах воздействие на ударник из тяжелого сплава осуществляется с помощью движущихся в различные стороны плит. Например, применяются две наклонные плиты, летящие в противоположные стороны со скоростями порядка 250-400 м/с. За счет воздействия плит ударник получает угол атаки, а также частично срабатывается и разрушается (рис. 1). Показано, что плита, летящая навстречу ударнику (лицевая), придает ему угол атаки, а плита, летящая в одном направлении с ударником (тыльная), способствует его срабатыванию и разрушению. Работы по изучению влияния скоростей плит на защищающую способность устройств ведутся в Германии (Розенберг и соавт.) [2], а также в других странах. В работе рассмотрено влияние лицевой и тыльной плит на ударник, для чего проведено численное моделирование в трехмерной постановке с использованием расчетного комплекса Ansys Autodyn v.14. Решалась трехмерная задача взаимодействия высокоплотного ударника с устройством динамической защиты, состоящем из двух пластин из высокопрочной стали и слоя ВВ между ними, а также задачи, в которых воздействие на ударник осуществлялось отдельно лицевой и отдельно тыльной плитой, скорости которых заданы непосредственно по результатам решения первой задачи. Толщины лицевой и тыльной плит составляли ~ 0,8 от диаметра ударника. В качестве материала плиты выбрана высокопрочная сталь с уравнением состояния в форме Грюнайзена, в качестве критерия прочности взят критерий Мизеса с σβ = 1,4 ГПа. Критерий разрушения взят по Джонсону и Куку [4]. Использована эрозия по геометрическому растяжению, которая включается при достижении уровня деформаций в 110%. Эрозия — процесс удаления счетных ячеек при их чрезмерном растягивании, позволяет избежать уменьшения шага по времени, «закручивания» и вырождения ячеек. При удалении все параметры (энергия, импульс и т.д.) передаются граничащим с ними ячейкам. ВВ задано уравнением кинетики в форме Ли-Тарвера и уравнением состояния продуктов детонации в форме JWL [3]. Плотность ВВ составляет 1,6 г/см3, скорость детонации — 8200 м/с. Слой ВВ составляет ~ 0,4 от диаметра ударника.
Рис. 1. Примеры рентгенограмм состояния БПС после прохождения устройств ДЗ
Рис. 2. Постановка задачи
В качестве ударника взята модель сердечника снаряда M829A2 с d = 24 мм и l = 29d (по данным открытой печати), скорость ударника Vp = 1650 м/с. в качестве материала ударника выбран обедненный уран (плотность 19,1 г/см3) с уравнением состояния в форме Грюнайзена, критерий прочности взят в форме Стейнберга [5], эрозия при достижении уровня деформаций в 110%. Плиты располагались под углом 60° от нормали (рис. 2). Плиты приобретают скорость 370 м/с, при этом за счет воздействия лицевой плиты срабатывается 6,5% ударника и обеспечивается его подворот на угол 5° против часовой стрелки, а за счет воздействия тыльной плиты срабатывается 8,5% ударника и возникает его изгиб по часовой стрелке. Проработана также схема (0,4d) сталь – (0,2 d) BB – (1,2d) сталь, лицевая пластина в такой схеме обеспечивает срабатывание 5% ударника и подворот его на 4° против часовой стрелки, тыльная пластина – срабатывание 14,5% ударника и его изгиб по часовой стрелке. Из результатов моделирования (рис. 3) видно, что лицевая плита в основном способствует подвороту ударника (на углы до 5°), а тыльная плита – его срабатыванию и разрушению. При моделировании воздействия отдельно лицевой и тыльной плит данный факт подтверждается, так, при воздействии отдельно лицевой плиты ударник подворачивается на угол 4°, а при воздействии отдельно тыльной плиты ударник частично срабатывается (на 13,4%). Для изучения влияния скоростей плит на степень воздействия их на ударник, проведено моделирование воздействия плит на ударник, при котором скорость лицевой плиты фиксирована и составляет 450 м/с, а скорость тыльной плиты варьируется от 0 до 300 м/с. толщины лицевой и тыльной плит в задачах составляют соответственно 0,8 и 0,4 от диаметра ударника. Лицевая плита имеет скорость 450 м/с, при взаимодействии с ударником она подворачивает его на угол до 9° против часовой стрелки. При этом в хвостовой части (20%) формируется область, которая при взаимодействии заворачивается против часовой стрелки на угол до 60°. Это происходит вследствие того, что хвостовая часть не испытывает давления со стороны лицевой плиты. выявлено, что при различных скоростях тыльной плиты реализуются различные режимы взаимодействия ее с ударником: · при скорости тыльной плиты < 20 м/с ударник пробивает плиту; · при скорости тыльной плиты 100...300 м/с реализуется режим рикошета; · при скорости тыльной плиты 20...100 м/с реализуется режим взаимодействия, при котором головная часть ударника и плиты постоянно находятся в контакте, и плита активно срабатывает ударник. Этот режим является оптимальным. Сравним размеры ударника после взаимодействия с плитами (таблица).
Длины ударника после взаимодействия
Рис. 3. Взаимодействие ударника с устройством ДЗ
Наилучшие результаты получены при скоростях тыльной плиты 20-50 м/с, при которых реализуется режим постоянного контакта. При работе с классической динамической защитой невозможно получить столь малую скорость тыльной плиты, поэтому для реализации такой скорости предлагается перейти на новый способ метания, в котором на тыльную плиту с двух сторон воздействуют продукты детонации ВВ с различными детонационными характеристиками, при этом становится возможным, варьируя параметры ВВ, регулировать скорость плиты в широком диапазоне. Для проверки возможности практической реализации такого способа проведено численное моделирование в трехмерной постановке. Смоделирована схема устройства защиты, состоящего из лицевой плиты из СВТ толщиной 0,8 d ударника, за которой расположен слой взрывчатого первого состава толщиной d, затем расположена плита из СВТ толщиной 0,4d, за которой, в свою очередь, расположен слой второго состава толщиной 2d, прикрытый пластиной из СВТ толщиной 0,3d (рис. 4).
Рис. 4. Схема устройства защиты
В качестве примеров взрывчатых составов, при использовании которых можно получать необходимые скорости пластин, взяты следующие составы: - первый состав ρ = 1880 г/см3, D = 5900 м/с на основе состава Al/AP HE из пакета Autodyn с кинетикой Ли-Тарвера и P = 50 кБар. - второй состав ρ = 980 г/см3, D = 4500 м/с на основе состава ANFO из пакета Autodyn с кинетикой Ли-Тарвера и P р = 50 кБар. Лицевая пластина при взаимодействии разгоняется до скорости 450 м/с, промежуточная пластина за счет детонации первого состава приобретает скорость до 220 м/с в центральной части, после чего за счет детонации второго состава тормозится и в дальнейшем приобретает постоянную скорость 50 м/с вниз (от снаряда), которая является оптимальной, т.к. происходит постоянный контакт головной части ударника с промежуточной пластиной и активное его срабатывание. К моменту окончания взаимодействия с устройством защиты ударник имеет длину 61,5% (сработалось 38,5%) и подвернут на угол до 12° против часовой стрелки в головной части, в хвостовой части угол составляет 7° против часовой стрелки. Тонкая тыльная пластина приобретает за счет детонации второго состава скорость до 1200 м/с и сходит с траектории ударника еще до возможного контакта, она необходима только из конструктивных соображений и может выполняться из конструкционной стали вместо броневой. Таким образом, при достижении оптимальных параметров по скорости тыльной плиты можно добиться срабатывания практически 40% ударника и его подворота на угол до 12°, что существенно выше, чем в классических устройствах динамической защиты (срабатывается до 20% ударника, подворот до 5° против часовой стрелки). В работе подобраны примеры параметров ВВ, при которых реализуется наиболее предпочтительный режим взаимодействия динамической защиты с ударником и предложен способ метания. Применение нового способа метания позволяет значительно увеличить уровень противоснарядной стойкости динамической защиты по сравнению с серийными комплексами.
Литература 1. Частные вопросы конечной баллистики / под ред. в.А. Григоряна. — м.: изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана. 2006. 2. Z. Rosenberg, E. Dekel. On the role of material properties in the terminal ballistics of long rods // International Journal of Impact Engineering. Том 30. 2004. С. 835-851. 3. Физика взрыва / под ред. Л.П. Орленко. - Изд. 3-е, испр. В 2 т. Т. 1. — М.: Физматлит. 2004. 832 с. 4. Fracture Characteristics of Three Metals subjected to various strains, strain rates, temperatures and pressures — Johnson GR, Cook WH, J Eng Mech. Vol. 21. 1985. 5. Equation of State and Strength Properties of Selected Materials. Steinberg D.J. LLNL. Feb 1991. |
|
||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|