Анализ возможности увеличения глубины проникания в металлические преграды ударников с энерговыделяющим наполнителем

На основе разработанной расчетной модели проанализирована возможность увеличения глубины проникания ударников в металлические преграды при скоростях взаимодействия ~1000 м/с за счет размещения внутри ударника наполнителя из реакционного материала. Предполагалось, что на определенной стадии проникания происходит химическое превращение реакционного материала с энерговыделением и образованием сильно сжатых газообразных продуктов реакции. В результате задняя часть ударника отбрасывалась в направлении, противоположном направлению его движения, а передняя часть ударника получала импульс отдачи в направлении проникания. Силу сопротивления металлической преграды рассчитывали с использованием эмпирической зависимости для механических напряжений на поверхности контакта головной части ударника и преграды. Принято также допущение о том, что химическое превращение реакционного материала происходит мгновенно, а продукты реакции являются совершенным газом с показателем адиабаты k = 3. Показано, что на прирост глубины проникания можно рассчитывать, если предотвратить значительное радиальное расширение стенок каморы с продуктами реакции. Для этого необходимо, чтобы энерговыделение происходило после заглубления каморы с реакционным наполнителем в формирующуюся в преграде каверну ниже уровня лицевой поверхности

Литература

[1] Ames R.G. A standardized evaluation technique for reactive warhead fragments // Proc. of the 23rd Int. Symp. on Ballistics. Tarragona, Spain. 2007. Vol. 1. P. 49–58.

[2] Об исследованиях по разработке за рубежом новых высокоплотных реактивных материалов («High-Density Reactive Materials») и их применению в боеприпасах повышенного могущества действия / Н.А. Имховик, В.В. Селиванов, А.К. Симонов, А.И. Сергеева, Б.В. Яшин // Вооружение и экономика. 2014. № 1 (26). C. 53–63. URL: http://www.viek.ru/26/53-63.pdf

[3] Яшин В.Б., Алексеев В.В., Ходырев С.П. Параметры взрыва зарядов тротила, содержащих блоки из высокоплотных металлофторопластовых композиций // Инженерный журнал: наука и инновации. 2013. № 1 (13). DOI: 10.18698/2308-6033-2013-1-566 URL: http://engjournal.ru/catalog/machin/blasting/566.html

[4] Селиванов В.В., Имховик Н.А., Лашков В.Н., Селезенев А.А. Исследование процесса физико-химической деструкции ПТФЭ и композиций ПТФЭ–металл при термических и ударно-волновых воздействиях // Химическая физика. 2001. Т. 20. № 8. С. 80–85.

[5] Федоров С.В., Баянова Я.М. Особенности гидродинамического режима проникания удлиненных ударников с учетом сжимаемости материалов // Журнал технической физики. 2011. Т. 81. № 9. С. 45−51.

[6] Rosenberg Z., Dekel E. On the role of material properties in the terminal ballistics of long rods // International Journal of Impact Engineering. 2004. Vol. 30. No. 7. P. 835–851. DOI: 10.1016/j.ijimpeng.2004.03.007

[7] Федоров С.В., Велданов В.А., Смирнов В.Е. Численный анализ влияния скорости и прочности удлиненных ударников из высокоплотного сплава на глубину их проникания в стальную преграду // Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Машиностроение. 2015. № 1. С. 65–83. DOI: 10.18698/0236-3941-2015-1-65-83

[8] Weihrauch G., Wollmann E. Segmented penetrators // Propellants, Explosives, Pyrotechnics. 1993. Vol. 18. No. 5. P. 270–274. DOI: 10.1002/prep.19930180507 URL: http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/prep.19930180507/full

[9] Orphal D.L., Franzen R.R. Penetration mechanics and performance of segmented rods against metal targets // International Journal of Impact Engineering. 1990. Vol. 10. No. 1-4. P. 427–438. DOI: 10.1016/0734-743X(90)90077-9 URL: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/0734743X90900779

[10] Федоров С.В., Велданов В.А., Гладков Н.А., Смирнов В.Е. Численный анализ проникания в стальную преграду сегментированных и телескопических ударников из высокоплотного сплава // Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Машиностроение. 2016. № 3. C. 100–117. DOI: 10.18698/0236-3941-2016-3-100-117

[11] Федоров С.В., Велданов В.А. Применение сегментированных ударников для формирования каверны в грунтово-скальных преградах // Известия РАРАН. 2012. № 1 (71). С. 43-50.

[12] Penetration mechanics of seg-tel penetrators / C.E. Anderson, R. Subramanian, J.D. Walker, M.J. Normandia, T.R. Sharron // International Journal of Impact Engineering. 1997. Vol. 20. No. 1-5. P. 13–26. DOI: 10.1016/S0734-743X(97)87477-5 URL: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0734743X97874775

[13] Westerling L., Lundberg Р., Holmberg L., Lundberg В. High velocity penetration of homogeneous, segmented and telescopic projectiles into alumina targets // International Journal of Impact Engineering. 1997. Vol. 20. No. 6-10. P. 817–827. DOI: 10.1016/S0734-743X(97)87467-2 URL: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0734743X97874672

[14] Федоров С.В. К определению глубины проникания пористых ударников при гиперскоростном взаимодействии // Журнал технической физики. 2007. Т. 77. № 10. С. 131-134.

[15] О высокоскоростном проникании стержней из пористого материала / С.В. Федоров, А.В. Бабкин, В.А. Велданов, Н.А. Гладков, С.В. Ладов // Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Естественные науки. 2016. № 5. C. 18–32. DOI: 10.18698/1812-3368-2016-5-18-32

[16] Орленко Л.П., ред. Физика взрыва. В 2 т. Т. 1. М.: Физматлит, 2004. 832 с.

[17] Ben-Dor G., Dubinsky A., Elperin T. Engineering models of high speed penetration into geological shields // Central European Journal of Engineering. 2014. Vol. 4. No. 1. P. 1–19. DOI: 10.2478/s13531-013-0135-4 URL: https://link.springer.com/article/10.2478/s13531-013-0135-4

[18] Велданов В.А., Федоров С.В. Особенности поведения грунта на границе контакта с недеформируемым ударником при проникании // Прикладная механика и техническая физика. 2005. Т. 46. № 6. С. 116–127.

[19] Федоров С.В., Федорова Н.А., Велданов В.А. Использование импульса реактивной тяги для увеличения глубины проникания исследовательских модулей в малопрочные грунтовые преграды // Известия РАРАН. 2014. № 4 (84). С. 53–63.

[20] Орленко Л.П., ред. Физика взрыва. В 2 т. Т. 2. М.: Физматлит, 2004. 656 с.

[21] Ben-Dor G., Dubinsky A., Elperin T. Optimization of penetration into geological and concrete shields by impactor with jet thruster // Journal of Mechanics of Materials and Structures. 2008. Vol. 3. No. 4. P. 707–727.

[22] Федоров С.В., Федорова Н.А. Влияние прочностных свойств грунтово-скальной преграды на глубину проникания ударников при дополнительном действии импульса реактивной тяги // Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Машиностроение. 2016. № 4. С. 40–56. DOI: 18698/0236-3941-2016-4-40-56

[23] Велданов В.А., Марков В.А., Пусев В.И. Исследование динамических механических свойств алюминиевых сплавов методом акселерометрии // Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Машиностроение. 2010. № 2. С. 37–46.

[24] Велданов В.А., Марков В.А., Пусев В.И. Расчет проникания недеформируемых ударников в малопрочные преграды с использованием данных пьезоакселерометрии // Журнал технической физики. 2011. Т. 81. № 7. С. 94-104.