Теоретическая оценка влияния конструктивных параметров кумулятивного заряда, основанного на двухстадийном принципе действия, на эффективность функционирования

конференция «Техника XXI века глазами молодых ученых и специалистов». Тула: Изд-во ТулГУ, 2003. 480 с.

3. Кумулятивный заряд и способ его изготовления: патент 2110037 Рос. Федерация.

M.S. Vorotilin

FOUNDATION FOR THE DEVELOPMENT OF A SHAPED CHARGE WITH OUTSTANDING PENETRATION ABILITIES

It is proposed to use double implosion of a conical liner in order to achieve higher armor penetration ability of a shaped charge.

Key words: shaped charge, conical liner, double implosion.

УДК 623.4

M.C. Воротилин, канд. техн. наук, доц.,

ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА ВЛИЯНИЯ КОНСТРУКТИВНЫХ ПАРАМЕТРОВ КУМУЛЯТИВНОГО ЗАРЯДА, ОСНОВАННОГО НА ДВУХСТАДИЙНОМ ПРИНЦИПЕ ДЕЙСТВИЯ,

НА ЭФФЕКТИВНОСТЬ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ

В данной статье представлены результаты теоретических исследовании, направленных на определение предельных возможностей конструкции кумулятивного заряда, обеспечивающего двойное схлопывание кумулятивной облицовки. Предложена и реализована математическая модель, поэтапно описывающая физические процессы функционирования кумулятивного заряда.

Ключевые слова: кумулятивный заряд, кумулятивная воронка, двойное

схлопывание, математическая модель.

Как было показано в статье «Концепция создания кумулятивного заряда с рекордными характеристиками пробития» существует возможность достижения рекордных характеристик бронепробиваемости кумулятивного заряда (КЗ) путем использования двухстадийного принципа функционирования. В данной работе представлены результаты теоретических исследований, направленных на определение предельных возможностей предлагаемой конструкции КЗ. Для осуществления оценки максимальной эффективности КЗ была предложена и реализована математическая модель, поэтапно описывающая физические процессы его функционирования. Подробно данная математическая модель описана в монографии [1].

Результаты представленных теоретических исследований проведены применительно к конструкции КЗ диаметром 100 мм, эскиз которого изображён на рис. 1.

Учитывая сложность функционирования предлагаемой конструкции КЗ, выбор рациональных конструктивных параметров кумулятивной

облицовки (КО) как одного из самых принципиальных вопросов при проектировании данного заряда целесообразно осуществлять поэтапно. Так, на первом этапе необходимо оценить влияние количества гофр облицовки на эффективность действия КЗ.

Рис. 1. Боевая часть с профилированной КО:

1 - корпус; 2 -линза; 3 - взрывчатое вещество; 4 - профилированная кумулятивная облицовка

На рис. 2 на примере трех вариантов представлена зависимость бронепробивного действия КЗ соответственно 4, 6 и 8 гофрами. Анализ данной зависимости Ь{Ы) свидетельствует о том, что увеличение количества вершин приводит к монотонному наращиванию бронепробития. Причем динамика нарастания проявляется наиболее ярко при переходе от облицовки с 4 вершинами к облицовке с 6 вершинами.

А, мм

1300

л

1040

780

520

260

0

Л/, ит.

4

6

8

Рис. 2. График зависимости Ц1У): ТУ - число вершин КО

Следует отметить, что дальнейшее увеличение количества вершин при фиксированной толщине облицовки не приводит к увеличению бронепробиваемости вследствие увеличения массы облицовки и соответственно снижения скорости схлопывания кумулятивных ножей. Значительный интерес представляет анализ влияния углов раствора облицовки а и ее толщины 8 на распределение кинематических параметров по длинам формируемых плоских и итоговый КС. На рис. 3-6 представлено распределение скоростей по длине этих струй.

Рис. 3. График распределения скорости "ножа" при 8=2 мм и различных Р, град:

—0—50 -о-70 30

Рис. 4. График распределения скорости струи при 8=2 мм и различных Р, град:

Рис. 5. График распределения скорости "ножа" при 8=3 мм и различных Р, град:

—о—50 -о-70 30

Рис. 6. График распределение скорости струи при 8=3 мм и различных Р, град:

Так, на рис. 3 и 5 представлено распределение скорости по длине кумулятивного ножа для углов раствора (3 = 30, 50 и 70° для толщины 5 = 2 и 3 мм. Во всех 6 рассмотренных вариантах наблюдается близкое к линейному распределение скоростей, причем во всех случаях большие номинальные значения скорости и ее градиента соответствуют облицовкам с минимальным значением угла раствора (3 = 50°. При этом «отрыв» кривой распределения скорости по длине ножа наиболее ощутим для толстой облицовки 5 = 3 мм, а наибольшие номинальные значения скорости, как этого и следовало ожидать, для тонкой облицовки 5 = 2 мм. Последнее обстоятельство играет роль в том, что схлопывание плоских кумулятивных струй, даже при «идеальном» технологическом исполнении изделия, приводит к ожидаемому эффекту формирования итоговой кумулятивной струи только в том случае, если скорость схлопывания плоских струй не

ниже 2000 м/с. В противном случае гидродинамический механизм струи реализуется не полностью. Проанализируем с этой точки зрения кривые, изображенные на рис. 3 и 5.

Из представленных выше графических зависимостей видно, что для облицовки толщиной 5 = 2 мм приведенному критерию полностью не соответствует ни одна из изображенных кривых. Наиболее приемлемой с этой точки зрения является плоская кумулятивная струя (КС), полученная при (3 = 50°, приблизительно 80 % длины которой способно участвовать в формировании итоговой КС. Аналогичный показатель для плоской кумулятивной струи, образованный при (3 = 70°, составляет 70 %. Еще более напряженной с данной точки зрения ситуация наблюдается для облицовок с толщиной 5 = 3 мм. Здесь приведенный показатель эффективности длины плоской КС даже для наилучшего из представленных вариантов не превышает 70 %. Ситуация усугубляется еще и тем, что плоская КС имеет клинообразную форму и соответственно доля эффективно работающих на формирование итоговой КС уменьшается соответственно конфигурации профиля КС.

Анализ возможных путей увеличения эффективной длины плоских кумулятивных струй показывает, что уменьшение угла (3 возможно только до 24°, в противном случае из-за возникающих ударных волн при схлопывании лепестков процесс кумуляции буден нарушен, практически ничего не дает; уменьшение толщины облицовки ниже 5 = 2 мм приводит к еще большим потерям массы плоских КС и соответственно массы итоговой кумулятивной струи. Кроме того, снижение 5 влечет за собой обострение проблем, связанных с влиянием технологических факторов. Исходя из вышеизложенного, можно сделать вывод о том, что представленные теоретически исследования по определению влияния угла раствора (3 и толщины облицовки 5 исчерпывающе охватывают реальный для практического использования диапазон начальных условий.

На рис. 4 и 6 представлены графики, иллюстрирующие распределение скорости по длине итоговой кумулятивной струи для проанализированных выше 6 вариантов начальных условий. Все кривые, как этого и следовало ожидать, подобны кривым, изображенным на рис. 3 и 5. Значения скоростей по длине итоговых кумулятивных струй обеспечивают требуемую эффективность бронепробивного действия.

Ниже представлены результаты расчетов, целью которых являлось выявление наиболее рациональных конструктивных характеристик данного заряда, определяющих его максимальную эффективность действия.

Для наглядности и удобства проведения анализа влияния конструктивных параметров КЗ на его эффективность действия представим в виде графических зависимостей (рис. 7-15). Варьирование параметров осуществлялось изменением геометрических размеров элементов рассматриваемого КЗ при неизменных остальных.

Основными параметрами КЗ, влияющими на его эффективность, являются толщина 5, угол раствора общий 2а и У-образных элементов (3, материал КО, параметры линзового узла, вид ВВ, «фокусное» расстояние. Такие параметры, как длина кумулятивной облицовки Ь и угол раствора вершин со, определяются автоматически исходя из выше перечисленных основных параметров.

На рис. 7 показано влияние общего угла раствора КО 2а на глубину проникания КС при различных углах раствора У-образных элементов КО.

1500

мм

1300

11 СО

'Ж!

7С0

5С0

/

/ и У

/ / N N

/1

30

40

50

£0

70 2а, град

Рис. 7. График зависимости Ц2а) при различных /?, град:

—э— 50 -а-70 -*-30

На рис. 8 и 9 отражено влияние на глубину проникания КС при различных радиусах линзы Я углов раствора КО общего 2а и У-образных элементов КО Р соответственно.

Рис. 8. График зависимости Ц2а) при различных Я, мм:

25 10 -к-40

Рис. 9. График зависимости Ьф) при различных Я, мм:

25 10 40

На рис. 10 и 11 отражено влияние на глубину проникания КС при различных расстояниях от линзы до вершины КО А углов раствора КО общего 2а и У-образных элементов КО (3 соответственно.

I. лш

1300

1230

1160

1090

1020

950

п к

и г N П т

^-3

\

30 42 54 66

78„  * р, град

Рис. 10. График зависимости Ц2а) Рис. 11. График зависимости ЦР)

при различных А, мм:

-10 -о-15 -і

20

при различных А, мм:

-10 -0-16 —*—20

На рис. 12-13 отражено влияние толщины КО 5 на глубину проникания КС при различных углах раствора КО: общего 2а и V-образных элементов КО (3 соответственно.

Л, мм

1400

1220

1040

860

680

500

1,5

2,5

3.5

мм

Рис. 12. График зависимости Цд) Рис. 13. График зависимости Цд)

при различных 2а, град: при различных /?, град:

50

40

60

50

40

60

На рис. 14 отражено влияние радиуса линзы Я на глубину проникания КС при различных расстояниях от линзы до вершины КО А.

На рис. 15 отражено влияние фокусного расстояния ^ на глубину проникания КС при различных значениях общего угла раствора КО 2а.

Таким образом, проведенный теоретический эксперимент доказывает возможность достижения 100-мм КЗ уровня бронепробития в 12 калибров и выше за счет эффекта двойной кумуляции. Следует заметить, что высокий уровень бронепробития наблюдается не во всем диапазоне значений конструктивных параметров, а в некоторых случаях фиксируется резкое падение глубины пробития даже по сравнению со штатной конструкцией боевой части.

Рис. 14. График зависимости L

при различных А, мм: -10 -0—15 -

20

при различных 2 а, град:

>50 -О-40 -*^60

Для стабильной работы представленной конструкции КЗ необходимо сформулировать практические рекомендации по проектированию предлагаемой конструкции кумулятивного заряда.

Список литературы

1. Математическое моделирование функционирования взрывных устройств/ А.А. Акимов [и др.]. Тула: Изд-во Репро-Текст, 2007. 269 с.

M.S. Vorotilin

THEORETICAL EVALUATION OF THE INFLUENCE OF TWO STAGE SHAPED CHARGE STRUCTURAL CHARACTERISTICS ON ITS EFFICIENCY

The paper presents the results of the theoretical investigation of maximum capabilities of a shaped charge that ensures double implosion of a conical liner. The mathematical model that describes physical operation of a shaped charge was proposed and implemented.

Key words: shaped charge, conical liner, double implosion, mathematical model.

УДК 623.4

М.С. Воротилин, канд. техн. наук, доц.,

АНАЛИЗ ВЛИЯНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПОГРЕШНОСТЕЙ НА ЭФФЕКТИВНОСТЬ КЗ С ДВУХСТАДИЙНЫМ ПРИНЦИПОМ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ

В статье представлены элементы анализа влияния технологических погрешностей на эффективность кумулятивного заряда с двухстадийным принципом функционирования.

Ключевые слова: кумулятивный заряд, кумулятивная воронка, двойное

схлопывание, математическая модель, технологические погрешности.

Ранее была представлена и обоснована концепция создания кумулятивного заряда (КЗ), обеспечивающего рекордные характеристики