ГЛАВНАЯ НА ВООРУЖЕНИИ ПЕРСПЕКТИВНЫЕ
РАЗРАБОТКИ
ОГНЕВАЯ МОЩЬ
ЗАЩИТА ПОДВИЖНОСТЬ 

ЭКСКЛЮЗИВНЫЕ МАТЕРИАЛЫ  БИБЛИОТЕКА ФОТООБЗОРЫ
 
 




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. 1. Примеры рентгенограмм состояния БПС после прохождения устройств ДЗ

 

Рис. 2. Постановка задачи

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

№ задачи

Скорость лицевой плиты, м/с

Скорость тыльной плиты, м/с

Длина ударника после взаимодействия, %

1

 

0

52

2

 

20

50,7

3

 

50

52,6

4

450

75

55,4

5

 

100

57,5

6

 

200

74,3

7

 

300

79,6

 

Рис. 3. Взаимодействие ударника с устройством ДЗ

Рис. 3. Взаимодействие ударника с устройством ДЗ

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

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.

 





 



ГЛАВНАЯ НА ВООРУЖЕНИИ ПЕРСПЕКТИВНЫЕ
РАЗРАБОТКИ
ОГНЕВАЯ МОЩЬ
ЗАЩИТА ПОДВИЖНОСТЬ 

ЭКСКЛЮЗИВНЫЕ МАТЕРИАЛЫ  БИБЛИОТЕКА ФОТООБЗОРЫ