|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
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
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
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) 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
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
Статья поступила в редколлегию 17.08.84 |
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|