ГЛАВНАЯ НА ВООРУЖЕНИИ ПЕРСПЕКТИВНЫЕ
РАЗРАБОТКИ
ОГНЕВАЯ МОЩЬ
ЗАЩИТА ПОДВИЖНОСТЬ 

ЭКСКЛЮЗИВНЫЕ МАТЕРИАЛЫ  БИБЛИОТЕКА ФОТООБЗОРЫ
 
 




ПРОТИВОКУМУЛЯТИВНАЯ СТОЙКОСТЬ НАПОЛНИТЕЛЕЙ ИЗ ЛЕГКИХ СПЛАВОВ

А. И. АНИСЬКО, В. И. БРЫЗГОВ, И. М. ГРИШИНА

 

Наиболее распространенным типом противоснарядной защиты лобового участка корпуса и башни со­временного танка является комбинированная броня, состоящая из лицевого и тыльного слоев стали и промежуточного слоя — наполнителя из легких ма­териалов с плотностью, меньшей плотности стали. Такая конструкция повышает противокумулятивную стойкость брони. Наполнителями могут быть: титановый ВТ-6, алюминиевый АБТ-102, магние­вый МА2-1 сплавы (табл. 1). Следует отметить, что магниевый сплав имеет некоторое сходство с кисло­родом. Температура воспламенения его на воздухе в раздробленном состоянии 600, в компактном виде около 1400 °С, температура горения около 2000 °С, удельная теплота горения 25 МДж/кг [1].


 

Таблица 1. Физико-механические характеристики наполнителей комбинированной брони

Сплав

Плот­

ность,

г/см3

Предел прочно­сти, МПа

Твер­дость, HB

Модуль упругости динамичес­кий, ГПа

Темпера­тура плавле­ния, °С

ВТ-6

4,43

850

300

130

1 660

АБТ-102

2,78

460

140

70

650

МА2-1

1,79

270

60

40

630

 

Для исследования противокумулятивных свойств комбинированной брони с этими наполнителями было проведено экспериментальное исследование в натурных условиях путем обстрела специально подготовленных образцов.

Толщина лицевого стального слоя всех образцов выбиралась равной 107 мм по ходу кумулятивной струи с тем, чтобы получить характеристики стой­кости материалов в условиях взаимодействия со всеми, в том числе с высокоскоростными, частями струи. Меньшая толщина лицевого слоя не иссле­довалась из-за возможности ударного и фугасного действия на материал наполнителя. Толщина на­полнителя преград bн для каждого из материалов составляла 140, 280 и 420 мм по ходу струи (маг­ниевый сплав толщиной 420 мм не испытывался). Толщина тыльного стального слоя подбиралась так, чтобы исключалось его пробитие и можно было из­мерить остаточное внедрение струи.

Для обстрела использовался кумулятивный сна­ряд, близкий по своим характеристикам к широко распространенному кумулятивному снаряду 105-мм пушек зарубежных танков. Показатели бронепробиваемости этого снаряда по монолитной броне средней твердости приведены в работе [2]. Угол установки преград соответствовал углу наклона верхней лобовой детали корпуса отечественного танка.

Необходимая достоверность получаемых резуль­татов обеспечивалась не менее чем 12-кратным повторением опытов по каждой преграде. Рас­чет [3] показал, что при таком объеме испытаний преимущество в стойкости какого-либо материала может быть установлено с вероятностью 0,8 толь­ко в том случае, если истинное различие в стой­кости преград больше 30 мм, т. е. 9 % от базовой характеристики боеприпаса.


Параметры непрерывных распределений вычисля­лись по общепринятым формулам для распреде­лений, описываемых нормальным законом. Параметризация усеченных распределений (в тыльных слоях преград при толщине наполнителя 420 мм) производилась по методам, изложенным в работе [4].

Из табл. 2 видно, что выборочные среднеквадра­тичные отклонения глубин каверн S в различных преградах лежат в пределах от 14 до 52 мм.

 

Таблица 2. Результаты испытания комбинированных преград и расчета оценочных показателей

 

Результаты испытания комбинированных преград и расчета оценочных показателей

Примечание. Bc — толщина стального слоя, равного по массе слою наполнителя; п число опытов; ( т.к.)0,8, S0,8, Q0,8 — доверительные интервалы для математического ожидания величины т.к., для среднеквадратичного отклонения S, для вклада наполнителя Q при вероятности 0,8.


 

Про­верка дисперсий на однородность по критерию Бартлета показала значимость их различия при доверительной вероятности 0,95 (В/С =  27 > χ2табл=16). Если же исключить из рассмотрения значе­ние 5=14 мм, то дисперсии глубин каверн остав­шихся выборок различаются незначимо (В/С =  13 < χ2табл=14).

Следовательно, можно утверждать, что ни вид ма­териала, ни его толщина не влияют на рассеива­ние бронепробиваемого действия кумулятивных боеприпасов при обстреле комбинированных пре­град.

Средневзвешенная дисперсия глубин каверн в комбинированных преградах, используемая в дальнейших расчетах, равна 1216 мм2 (S = 35mm), что не расходится с дисперсией распределений глубин каверн в монолитной броневой стали, рав­ной 2 100 мм2 [2]. Это свидетельствует о проявле­нии защищающей способности в обеих преградах по типу расхода [5].

Оценка противокумулятивной стойкости наполни­теля дана в виде предложенной в работе [6] обоб­щенной характеристики, устанавливающей связь между вкладом и толщиной наполнителя для дан­ных условий обстрела.

Величина вклада Q наполнителя вычислялась по экспериментальным данным:

 

 

где т.р. , т.к. — средние значения глубин внедрения кумулятивной струи в тыльном слое комбиниро­ванной и разнесенной преград с одинаковой тол­щиной лицевого слоя и зазором, равным толщине наполнителя.

Определение значения т.к. осуществлялось, по уравнению регрессии [7]:

 

 

где bл.к., bл.р. — толщина лицевого слоя комбинированной и разнесенной преграды; b р.  — величина зазора.

Величина вклада Q неудобна для непосредствен­ного сравнения стойкости материалов при раз­личных толщинах наполнителя. В этом отноше­нии более информативен удельный вклад напол­нителя: q=Q/bн,], который показывает его долю, приходящуюся в среднем на единицу толщины. Расчетные оценочные показатели (см. табл. 2) сви­детельствуют о значительном снижении удельного вклада материалов с ростом толщины наполните­ля. Если при толщине 140 мм значения q лежат в пределах от 1,0 до 1,06 (легкие сплавы оказы­вают такое же воздействие на струю, как и сталь, при равной толщине), то при увеличении ее до 420 мм удельный вклад сплавов снижается более чем в два раза.


Здесь наблюдается несоответствие стойкости на­полнителей характеристикам физико-механических свойств материалов. Если характеристики свойств материалов возрастают на 250—500 %, то разли­чие вкладов наполнителей в одинаковых условиях не превышает 20%. Особенно отличается в этом отношении магниевый сплав: при самых низких физико-механических свойствах этот материал толщиной 140 мм обеспечивает практически такой же вклад, как и другие сплавы. При поражении магниевых листов получаются пористые стенки каверн с явными следами плавления — сказывает­ся способность сплава МА2-1 к легкому воспламе­нению. В пробах, взятых со стенок каверн, выяв­лено как наличие меди, так и соединения меди и магния CuMg2. Эти факты показывают, что при внедрении кумулятивной струи в магниевый сплав, кроме механического, присутствует химическое взаимодействие материала струи с материалом наполнителя.

 

Обобщенные характеристики наполнителей (сплошные линии) из титанового (/), алюминиевого (2) и магниевого (3) спла¬вов и графики гидродинамического соотношения для этих же материалов (пунктирные прямые)

 

Обобщенные характеристики наполнителей (сплошные линии) из титанового (/), алюминиевого (2) и магниевого (3) спла­вов и графики гидродинамического соотношения для этих же материалов (пунктирные прямые)

 

Обобщенные характеристики представлены на ри­сунке. Зависимости Q(bн), как и в [6], аппроксимированы модифицированным уравнением гидро­динамической теории кумуляции М. А. Лаврен­тьева:

где рн, рст — плотности наполнителя и стали; а, с, m — коэффициенты, определенные по методу наименьших квадратов (табл. 3).

Таблица 3. Значения коэффициентов уравнений обобщенных характеристик наполнителей

Сплав

a

c

m

ВТ-6

1,25

 

8,9 · 10-2

0,5

АБТ-102

1,55

2

0,5

МА2-1

1,20

4,0 · 10-2

1,0

 

Анализ полученных зависимостей позволяет выде­лить, по крайней мере, три особенности обобщен­ных характеристик. Во-первых, ни на одном из участков вклад наполнителя не соответствует рас­считанному по гидродинамической теории значе­нию. При малых толщинах наполнителя вклад значительно больше. Расхождение между фактическими и расчетными значениями для сплавов ВТ-6, АБТ-102 и МА2-1 достигает соответственно 35, 50 и 60 мм или 67, 83 и 95 % от расчетных значений. Причиной этого, видимо, является действие различных факторов на первой ста­дии [8] проникания струи в преграду: сжимае­мость, термодинамические свойства, неустановившийся режим внедрения, а для магниевого сплава к тому же активное взаимодействие со струей. При дальнейшем увеличении толщины наполните­ля (для титанового сплава >200, для алюминие­вого >270, для магниевого >300 мм) вклад ста­новится меньше предсказываемого гидродинами­ческой теорией. Здесь реализуется вторая стадия проникания струи в преграду, когда решающее значение приобретают прочностные свойства ма­териалов струи и наполнителя.


Вторая особенность связана с видом зависимости. Для титанового и алюминиевого сплавов наблю­дается постоянное повышение вклада с увеличе­нием толщины наполнителя. При использовании же в качестве наполнителя магниевого сплава толщиной более 250 мм имеет место снижение вклада. Это подтверждает ранее установленное и объясненное на примере наполнителя из стеклотек­столита [6] явление снижения вклада после неко­торой толщины для наполнителя из малопрочных материалов. Очевидно, хвостовые участки кумуля­тивной струи, внедряющиеся как недеформирующийся боек, испытывают лишь слабое тормозящее усилие со стороны малопрочного магниевого спла­ва. В этом случае действие участков струи на тыльный слой комбинированной преграды после прохождения наполнителя все меньше отличается от действия участков струи на этот же слой раз­несенной преграды после преодоления относитель­но большого зазора.

Наконец, третья особенность обобщенных харак­теристик — незначительность различия функций. На начальном этапе функции Q ( bн ) практически неразличимы для всех трех сплавов. Лишь при больших толщинах (около 300.. .400 мм) стано­вится заметным преимущество в стойкости тита­нового и алюминиевого сплавов.

Незначимость же различия вклада наполнителей из титанового и алюминиевого сплавов сохраняется и в последую­щем. Такое положение может быть объяснено большим влиянием одного или нескольких факто­ров, действующих на первой стадии внедрения, на уровень стойкости материалов наполнителей с меньшей плотностью.


Из предложенных в работе [6] величин, характе­ризующих противокумулятивную стойкость и ра­циональные параметры наполнителя, с практиче­ской точки зрения полезна критическая толщи­на Bкр наполнителя, т. е. глубина внедрения струи, на которой достигается равенство масс на­полнителя и стали, обеспечивающих одинаковый вклад. Bкр показывает наибольшую толщину, в которой следует применять данный наполнитель. При bн > Bкр прирост стойкости за счет каждого последующего участка наполнителя меньше сталь­ного массового эквивалента этих участков. Иными словами, Bкр — это рациональная толщина напол­нителя, при которой обеспечивается наибольший выигрыш по массе за счет использования данного материала в составе комбинированной преграды. Из исследованных наполнителей наименьшую кри­тическую толщину (105 мм) имеет титановый сплав, плотность которого наибольшая. Значения Bкр для алюминиевого и магниевого сплавов больше (156 и 177 мм), однако и для них эти толщины меньше габарита, отведенного в современных пре­градах для наполнителя.

Таким образом, легкий материал в комбинирован­ной преграде должен применяться только в преде­лах критической толщины. Появившийся резерв массы целесообразнее использовать для утолще­ния тыльного слоя. В противном случае нерацио­нальное применение легкого материала приведет к потере первоначально достигнутого выигрыша. Исследование показало, что наиболее предпочти­тельным наполнителем для комбинированной бро­ни из исследованных материалов является маг­ниевый сплав, который легче других материалов и имеет сравнительно невысокую стоимость. Вывод. Получены зависимости изменения противокумулятивной стойкости наполнителей комби­нированной брони из титанового, алюминиевого и магниевого сплавов с ростом толщины слоя. Наи­лучшими свойствами обладает сплав МА2-1.



 

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

  1. Злобинский Б. М., Иоффе В. Г., Злобинский В. Б. Воспла­меняемость и токсичность металлов и сплавов.—М.: Метал­лургия, 1972.
  2. Брызгов В. H., Королев Г. E., Перегонцева Е. Г. Представ­ление бронепробиваемости в системе исходных данных. — Бое­припасы, 1979, № 5.
  3. Кохрен У. Методы выборочного исследования. — М.: Ста­тистика, 1976.
  4. Хальд А. Математическая статистика с техническими при­ложениями.— М.: Ин. лит., 1956.
  5. Брызгов В. Н. Развитие математической модели противоку- мулятивной защиты танка. — Вопросы оборонной техники. Сер. XX, вып. 86, 1979.
  6. Анисько А. И., Брызгов В. Н. Обобщенная характеристика противокумулятивной стойкости наполнителя. — Там же. Сер. VI, вып. 2 (108), 1983.
  7. Анисько А. И., Брызгов В. H., Королев Г. Е. Противокуму- лятивная стойкость стальных двухэлементных разнесенных преград с малыми расстояниями между элементами. — Там же. Сер. XX, вып. 96, 1981.
  8. Алексеев О. И., Белобородько A. H., Журавлев С. В. и др. О влиянии прочности стальной преграды на глубину внедре­ния в нее кумулятивной струи. — Вестник бронетанковой тех­ники, 1970, № 2.

 

Статья поступила в редколлегию 17.08.84



 




 
ГЛАВНАЯ НА ВООРУЖЕНИИ ПЕРСПЕКТИВНЫЕ
РАЗРАБОТКИ
ОГНЕВАЯ МОЩЬ
ЗАЩИТА ПОДВИЖНОСТЬ 

ЭКСКЛЮЗИВНЫЕ МАТЕРИАЛЫ  БИБЛИОТЕКА ФОТООБЗОРЫ