Расчет метания стержневого элемента профилированным зарядом

УДК 623.4

A.A. Казанцев, асп.,

РАСЧЕТ МЕТАНИЯ СТЕРЖНЕВОГО ЭЛЕМЕНТА ПРОФИЛИРОВАННЫМ ЗАРЯДОМ

Рассматриваются результаты расчета процесса метания стержневого элемента с использованием прямого решения газодинамической задачи, моделирующей волновое нагружение элемента продуктами детонации заряда ВВ.

Ключевые слова: газовая динамика, детонация, математическое моделирование.

Процесс метания стержневой оболочки продуктами детонации имеет определенные особенности - градиент скорости по длине стержня, причиной которого является торцевая разгрузка давления продуктов детонации и изменение угла подхода фронта волны детонации к поверхности стержня. Градиент скорости может привести к деформации и разрушению стержня, и для его уменьшения стремятся обеспечить выравнивание импульса продуктов детонации по длине стержня. Одним из приемов такого выравнивания является профилирование заряда взрывчатого вещества (ВВ) - выполнение в заряде внутренней полости различного размера либо выемки на наружной поверхности заряда (демпфера) в средней его части, иногда заполненной инертным материалом.

Для расчета параметров выемки необходимо иметь возможность расчета скорости метания в зависимости от ее размеров. Динамика разгона стержневого поражающего элемента (ПЭ) при наличии внутренней выемки в заряде ВВ напоминает динамику разгона сплошным зарядом, и для определения кинематических параметров элементов стержня может быть использована известная зависимость [1]:

у = ^_ ГзГ

2 л/2 V 3 + ß ’

где D - скорость детонации; ß - коэффициент нагрузки

ß = МI т,

М - масса ВВ; т - масса оболочки.

В то же время разгон стержневого элемента при наличии внешнего воздушного зазора между ВВ и ПЭ существенно отличается от разгона сплошным зарядом. Расчеты, проведенные посредством прямого решения газодинамической задачи [2], показывают, что распределение давления (рис. 1, 2) весьма отличается от линейного или квадратичного распределения, принятого при выводе зависимости (1), что ставит под сомнение ее применимость для расчета метания ПЭ профилированными зарядами.

Динамику нагружения и разгона участка стержневого ПЭ из стали при наличии наружной выемки глубиной h на заряде ВВ с наружным диаметром Д иллюстрирует рис. 3.

Рис. 1. Распределение давления в счетной зоне при метании стержневых элементов через воздушный зазор

О 0.25 0.50 0.75 1

Рис. 2. Распределение давления в зоне между осью симметрии и поверхностью ПЭ: 1 - сплошной заряд

и его скорости (б) при разгоне продуктами детонации, при метании через воздушный зазор: 1 - /1/0=0,024; 2 - Іі/В=0,048; 3 - Л/Х) =0,094

Значения максимальной скорости элемента стержня при метании через воздушный зазор при различных параметрах последнего приведено в табл.1. В ней же приведено сравнение со значениями, полученными расче-

том по зависимости (1). Из таблицы видно, что погрешность использования зависимости (1) возрастает с увеличением глубины выемки.

Таблица 1

Значения максимальной скорости элемента стержня при различных параметрах воздушного зазора

Н/ (¡ее 0,024 0,048 0,071 0,094 0,118

Ур, м/с 1759 1681 1598 1501 1384

Р = тее/т0 0,753 0,681 0,612 0,547 0,486

* Ур, м/с 2195 2107 2017 1924 1830

Ур/Ур 0,801 0,797 0,792 0,780 0,756

Динамика разгона при наличии внутренней полости диаметром с! при наружном диаметре заряда ВВ (¡вв представлена на рис. 4.

а б

Рис. 4. Изменение силы, действующей на элемент стержня, и его скорости при разгоне продуктами детонации, при наличии внутренней выемки в заряде ВВ:

1 - (¡/(¡=0,2; 2 - (¡/(1=0,4; 3 - (¡/(¡вв =0,6

Анализ приведенных зависимостей показывает, что увеличением диаметра внутренней полости более выраженным становится волновой характер нагружения стержня, вызванный замедлением разгона стержневого элемента и большим воздействием на него отраженной от оси симметрии волны продуктов детонации.

Значения начальной скорости участка стержня для различных диаметров внутренней полости и сравнение с известной методикой расчета приведены в табл. 2.

Анализ полученных результатов указывает на значительное расхождение скоростей метания, рассчитанных по энергетической зависимости и в процессе моделирования метания, особенно в области малых коэффициентов нагрузки (при большом диаметре выемки).

Таблица 2

Значения начальной скорости участка стержня для различных диаметров внутренней полости

t і / t і g g 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8

Vp, м/с 1779 1718 1646 1636 1480 1265 971

ß = /mo 0,807 0,777 0,738 0,688 0,625 0,551 0,466

V*, м/с 2256 2222 2176 2116 2034 1930 1797

Vp/Vp 0,788 0,773 0,756 0,773 0,727 0,655 0,546

Таким образом, показано, что использование прямого газодинамического расчета процесса метания стержневого элемента профилированным зарядом позволяет существенно уточнить динамику нагружения и кинематические параметры движения стержневого поражающего элемента.

Список литературы

1. Физика взрыва/ Ф.А. Баум [и др.]. М.: Наука, 1975. 524 с.

2. Линник В.И., Могильников Н.В. Модель метания стержневой оболочки продуктами детонации // Известия Тул. гос. ун-та. Сер. Проблемы специального машиностроения. Тула: Изд-во ТулГУ, 2005. Вып.8. С. 29-32.

А.А. Kazancev

CALCULA TION OF THE ROD ELEMENT THROWING BY PROFILE CHARGE

Results of calculation of process of a rod element throwing using the direct decision of gas dynamics task modeling wave immersing of an element by products of a detonation of a charge of ES are considered.

Key words: gas dynamics, detonation, mathematical modeling.

УДК 621.455

М.Г. Богатырева, асп.,

ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕРМОГАЗОДИНАМИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ В ДВИГАТЕЛЬНОЙ УСТАНОВКЕ РЕАКТИВНОГО СНАРЯДА

Представлены результаты исследования многострунного течения продуктов сгорания в двухкамерном двухрежимном ракетном двигателе.

Ключевые слова: снаряд, двигательная установка, продукты сгорания, многоструйное течение.

Снаряд реактивных систем залпового огня (РСЗО) следует рассматривать как летательный аппарат, состоящий из отдельных взаимодействующих между собой агрегатов.