CC BY
67
УДК 539.3
О. А. Губеладзе, С.В. Федоренко
ИССЛЕДОВАНИЕ ХАРАКТЕРА ДВИЖЕНИЯ ТВЕРДОГО ТЕЛА ПОСЛЕ ПРОБИВАНИЯ ПРЕГРАДЫ ПОД УГЛОМ
В работе исследуется характер изменения движения высокоскоростных ударников после пробивания преграды. Рассматривается математическая модель пробивания ударником тонкой преграды под углом и приведены результаты экспериментальных исследований взаимодействия ударника с двухслойной мишень - «тастина - вязкая среда».
Преграда; высокоскоростной ударник; момент инерции; показатель преломления; тра-.
O.A. Gubeladze, S.V. Fedorenko
RESEARCH OF CHARACTER OF MOVEMENT OF THE FIRM BODY AFTER BARRIER PUNCHING AT AN ANGLE
In work character of change of movement of high-speed drummers after barrier punching is investigated. The mathematical model ofpunching by the drummer of a thin barrier at an angle is considered and results of experimental researches of interaction of the drummer with a two-layer target - «a plate - the viscous environment» are resulted.
Barrier; the high-speed drummer; the inertia moment; a refraction indicator; a movement trajectory.
В большинстве случаев контакт высокоскоростных ударников с поверхностью мишени происходит под различными углами. Исследованию закономерности взаимодействия ударников с мишенью посвящено достаточно много трудов различных авторов. Например, в работах [1,2] приводятся результаты экспериментальных исследований пробивания стальными ударниками пластин из дуралюмина и алюминия под углом к нормали. Отмечается, что особенности механизма разрушения делают невозможным прямое обобщение для случая удара под углом дан, .
, , из двух уравнений движения центра масс и уравнения кинетического момента относительно центра масс и имеет вид [3]:
d2х ^ d2 y Т d2Ф
m —2^ = Fcosfi ; m —2^ = Fsinfi; Jz —— = M , (1)
dt2 dt2 dt2
где m - масса ударника; xc, yt. - координаты центра масс относительно неподвижной системы OXY; Mcz - момент силы F относительно подвижной оси Cz;
•ГС2 - момент инерции тела относительно оси Сг ; 1р - угол поворота ударника отно-
сительно центра масс, Р=90°-а - угол встречи ударника и преграды (угол между направлением вектора скорости тела и нормалью к плоскости преграды).
Решение системы уравнений (1) имеет смысл при скорости соударения значительно выше баллистического предела пробивания преграды V,.
уб > дин.-----. (2)
РУдС8К1
поворота ударника [5]:
х =
С
Рх Л
—ґ , при р 2т -
Р 1 Р
—ґгґ--ґ2, при ґ > ґі
т 2 т
Ус =1
Р 2 /
——ґ , при ґ\ґ-2т
Р 1 Р
— ґ1ґ-у ґ12 - К/, при ґ > ґі
т 2 т
(3)
0 =
М
С:
при
М 1М 2
—С^ґ1ґ----------— ґ, пр и ґ > ґ..
•Л. 2 ./ 1 і
Полученное решение позволяет провести анализ влияния материала ударника и преграды, а также угла встречи ударника с преградой на отклонение траектории движения центра масс ударника после пробивания преграды. В случае сквозного пробивания пластины при наличии второго слоя - вязкой среды - ударник продолжит свое движение, причем его направление, очевидно, будет зависеть от величины угла«!. Таким образом, определение направления ударника после прохождения ярко выраженной границы раздела (в данном случае - металлической пластины) двух сред (воздух и пластилин) является актуальной задачей.
В работе [6] определялось направление движения тела (стадьной шарик) по-
( - ).
, , зависит от скорости и массы ударника. Однако процесс взаимодействия ударника с двухслойной мишенью («пластина - вязкая среда»), под различными углами (а1 ) .
Рассмотрим соударение свинцового цилиндра (1) высотой Ь, близкой к диаметру основания (1=4,5 мм, с пластиной (2) из АМг-6 (толщиной ¿'=0,02 мм), тыльная сторона которой находится в идеальном контакте с вязкой средой (3) (рис. 1). Экспериментальные исследования зависимости параметров движения ударника в вязкой среде от угла подхода к поверхности раздела а1 проводились при практически постоянной температуре 17±0,5°С (дая поддерживания неизменными механических свойств вязкой среды). Скорость подхода ударника (т=0,52 гр.) к преграде (границе раздела) составляла 297±2 м/с. Углы варьировались от 10° до 25°. С целью определения диапазонов значений угла а1, при которых возникает явле-,
пластиной и вязкой средой (пластилин) отдельно друг от друга.
При 10°<а1< 12° (система «ударник - металлическая пластина») во всех случаях наблюдался рикошет с деформацией пластины. При внедрении ударника в вязкую среду при малых а: в некоторых случаях наблюдался рикошет. Так, после прохождения границы раздела (12°<а:<14°) ударник начинает двигаться парал-, - -правление движения, а при 10,5°<а:<12° ударник внедряется внутрь пластилина,
ґ
и, пройдя определенный отрезок, выходит обратно в воздушную среду. При углах а <10° во всех случаях наблюдается рикошет без внедрения в пластилин.
Рис. 1. Схема соударение ударника с пластиной
При воздействии ударника на исследуемый объект (двухслойная мишень) под углом а=10°в большинстве случаев (85%) наблюдался рикошет от вязкой среды с одновременным разрушением металлической пластины по всей длине участка взаимодействия. Меньший угол (по сравнению с результатами, полученными для пластины и пластилина по отдельности) объясняется снижением упругих свойств пластины в условиях контакта с вязкой средой. На рис. 2, 3 представлены образцы, по которым ударники воздействовали под углами 12 и 20° соответственно. Внедрение
. . 2, , -
,
И<Ь, продолжает свое движение вдоль границы раздела. Наличие пластины в этом случае является препятствием для отскока ударника. При а1 =20° (рис. 3,6) вдали от границы раздела движение ударника становится прямолинейным, но на начальном этапе траектория искривляется в сторону поверхности раздела сред.
а б в
Рис. 2. Воздействие ударника под углом 12°
Рис. 3. Воздействие ударника под углом 20°
Можно сделать вывод, что при а >12° пластина препятствует рикошету ударника, но оказывает определенное влияние на траекторию движения в вязкой среде. При 10°<а <16,5° угол отходаа1 ^ 0. Следовательно, показатель прелом. sin(900 -а)
ления Я =------------— для рассматриваемой системы «воздух-мишень» в иссле-
sin(90 -«2)
дуемом диапазоне скоростей ударника будет иметь вид Л = sin(90°-a1). При а1>23° показатель преломления практичес ки не зависит от величины угла под.
вязкой среде. Таким образом, экспериментальные зависимости Лот а1 при v=const можно условно разделить на три зоны (рис. 4): зона “A” (при
10° < а < 16,5°) - здесьЛ = sin(90° - а). зона “Б” (при 16,50 <« < 230) -
»
Л = f («) и зона “В” (а > 230) показатель преломления X ~ const.
Рис. 4. Экспериментальные зависимости Лот а1 при v=const
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Буланцев Г.М., Корнеев А.И., Николаев АЛ. О рикошетировании при ударе. Механика твердого тела. - 1985. - № 2. - С. 138-143.
2. . ., . . -
. . - 1980. - 5. - . 81-86.
3. Никитин Н.Н. Курс теоретической механики. - М.: Высш. шк., 1990. - 607 с.
4. . ., ., . . . : . . - .: ,
1985. - 296 с.
5. , . ., . . . - .: , 1987. - 600 .
6. . . .
. - 1981. - 4. - . 105-109.
Губеладзе Олег Автандилович
Ростовский военный институт ракетных войск.
E-mail: [email protected].
344037, г. Ростов-на-Дону, пр. М. Нагибина, 24\50.
Тел.: 88632450395; 88632_326957.
Федоренко Сергей Владимирович
Gubeladze Oleg Avtandilovich
Rostov Military Institute of Rocket Troops.
E-mail: [email protected].
24\50, pr. M. Nagibina, Rostov-on-Don, 344037, Russia.
Phone: +78632450395; +78632326957.
Phedorenko Sergey Vladimirovich
