CC BY
71
УДК 623.45
МЕТОДИКА ВЫБОРА ОПТИМАЛЬНОГО ВЗРЫВЧАТОГО
ВЕЩЕСТВА АРТИЛЛЕРИЙСКОГО ВЫСОКОТОЧНОГО ОСКОЛОЧНО-ФУГАСНОГО БОЕПРИПАСА
И.В. Новиков
Представлены основы методики выбора оптимального взрывчатого вещества высокоточного боеприпаса с осколочно-фугасной боевой частью при необходимости поражения объектов бронетанковой техники, фортификационных сооружений и надводных целей.
Ключевые слова: высокоточный боеприпас, взрывчатое вещество, объект бронетанковой техники, фортификационное сооружение, надводная цель, условная вероятность поражения.
Актуальность применения высокоточных артиллерийских боеприпасов (ВТБ) с осколочно-фугасной боевой частью (ОФБЧ) в современных военных конфликтах связана с их возможностью поражать широкий спектр целей. На начальных стадиях проектирования высокоточных артиллерийских боеприпасов возникает вопрос об обеспечении могущества их поражающего действия по всей номенклатуре потенциальных целей. При заданной конструктивной схеме боеприпаса и ограничениях на основные параметры боевой части (БЧ) (калибр, длина и внутренний объем) оптимизация могущества поражающего действия ОФБЧ возможна за счет выбора взрывчатого вещества (ВВ).
Разработана методика выбора оптимального ВВ для снаряжения ОФБЧ ВТБ при необходимости поражения объектов бронетанковой техники (ОБТТ), фортификационных сооружений ФС и надводных целей (НЦ), состоящая из нескольких этапов.
На первом этапе принимаются к рассмотрению ВВ с известными характеристиками, непосредственно влияющими на поражающее действие:
скорость детонации взрывчатого вещества (м/с);
плотность взрывчатого вещества (кг/м3);
тротиловый эквивалент (кг).
Вторым этапом методики является определение значений частных показателей эффективности по принятым к рассмотрению целям.
Частным показателем эффективности ВТБ при поражении типовых целей, таких как объекты бронетанковой техники, фортификационные сооружения и надводные цели, является условная вероятность поражения [1].
Заключительным этапом методики является определение оптимального ВВ для снаряжения ОФБЧ ВТБ на основе критериев «максимина» Вальда ю и «пессимизма-оптимизма» Н Гурвица:
ю = тах к [шт/ (Як 1)],
п = Рк,1
1 Пк I =-,
' тах( Рк,/)
Н = тах к [Х • (пк,/) + (1 - X) тах /(пк,/ й 147
где I- поражаемая цель; к - рассматриваемый тип ВВ; - значение частного показателя эффективности; Як I - относительный показатель эффективности; х - «доля оптимизма» (х = 0,5).
Оптимальным ВВ для выбора будет являться вещество, удовлетворяющее задаваемым критериям Вальда и Гурвица. Данные критерии определяются, основываясь на задаваемом уровне поражения различных целей ВТБ.
Для определения условной вероятности поражения ОБТТ сравниваются полный поражающий импульс ВТБ и пороговое значение импульса элемента брони ОБТТ, в который попал боеприпас. Характеристиками ВВ, оказывающие наибольшее разрушительное влияние на ОБТТ является скорость распространения детонационной волны и плотность заряда, от которых зависит контактный импульс взрыва [2].
Основными рассматриваемыми факторами поражающего воздействия артиллерийского ВТБ по бронеобъекту являются:
силовой импульс, образующийся при ударе снаряда о броню и его последующем подрыве;
осколочный поток, воздействующий на оптические приборы
ОБТТ.
В качестве основных допущений принимаются: импульс силового воздействия боеприпаса с ОФБЧ по бронеобъекту равен сумме кинетической составляющей, передаваемой бронеобъекту с момента касания брони до момента подрыва, и взрывной составляющей, передаваемой бронеобъекту ударной волной и осколками, образующимися при взрыве БЧ;
скорость разлета осколков постоянна во всех меридиональных углах и не изменяется с расстоянием от точки подрыва до точки соприкосновения с броней;
осколки разлетаются радиально симметрично. Количество осколков в меридиональной плоскости различно и соответствует распределению осколков по двухградусным зонам про опытном подрыве БЧ (выбор соответствующего распределения для вновь разрабатываемых БЧ определяется по близости толщины стенки осколочной рубашки к толщине стенки, принимаемой в качестве аналога боевой части, а так же калибров). При отсутствии экспериментальных данных распределение осколков по массовым группам подчиняется закону Вейбулла;
поражение бронеобъекта оценивается по превышению суммарного импульса над принятым пороговым значением;
моделирование взрывных процессов проводится без учета движения снаряда после контакта с объектом, т.к. скорость боеприпаса относительно невелика.
Для расчета требуются следующие основные исходные данные: описание ОБТТ поэлементно с учетом пороговых импульсов для их поражения;
характеристики управляемого осколочно-фугасного боеприпаса: калибр, масса Бч, масса вВ, масса боеприпаса, характеристики ВВ, характеристики осколочного спектра (законы распределения осколков по группам масс и углам разлета);
условия подхода и встречи боеприпаса с преградой: среднеквадра-тические отклонения точки попадания по высоте и в боковом направлении (в зависимости от типа и характеристик системы наведения боеприпаса), скорость боеприпаса при встрече с преградой, ракурс цели и угол пикирования боеприпаса.
Поверхность бронезащиты ОБТТ разбивается на элементы по уровню уязвимости к импульсному воздействию. Задаются нормальные составляющие пороговых значений поражающих импульсов для ОБТТ, при которых бронеобъект теряет возможность выполнять боевую задачу и не может быть восстановлен в полевых условиях.
Определение условной вероятности поражения ФС основано на установлении факта поражения: ФС считается пораженным, если оно разрушено и восстановлению не подлежит. Критерием разрушения ФС является превышение удельного импульса и избыточного давления над заданными критическими значениями ФС. Создаваемый взрывом удельный импульс и избыточное давление напрямую зависят от тротилового эквивалента ВВ, поэтому данная характеристика является преобладающей в случаях обстрела оборонительных сооружений [3].
Определение условной вероятности поражения ФС начинается с идентификации элемента конструкции ФС, в который попал боеприпас. Устанавливается наличие или отсутствие рикошета. При расчетах предусматриваются различные варианты для элементов конструкции ФС: амбразура, бетонная стена/крыша, земляная обваловка. В зависимости от элемента ФС проводятся расчеты на замедление боеприпаса, его внешнего воздействия на элемент ФС.
При расчетах на замедление определяется глубина проникания боеприпаса в грунт, преграду и (или) стену оборонительного сооружения.
С учетом глубины проникания в грунт и траектории движения бое-припаса устанавливается факт попадания боеприпаса в стену или крышу ФС. При наличии факта попадания в элемент ФС определяется расстояние, пройденное боеприпасом в грунте. Основываясь на начальной скорости, величине проникания в грунт и пройденном в нем расстоянии определяется скорость подхода боеприпаса к железобетонной преграде.
При условии попадания в железобетонную стену учитывается факт смятия и разрушения отсеков боеприпаса. Определяется время, за которое происходит смятие и скорость после столкновения.
Далее определяется глубина проникания боеприпаса в бетонную стену. Если величина проникания превосходит толщину преграды, то принимается что эффективная масса ВВ равна массе ВВ боеприпаса. В противном случае определяется радиус вытеснения материала стены.
149
Полный поражающий импульс ВТБ при поражении ФС определяется аналогичным образом тому, как это делается при расчете условной вероятности поражения ОБТТ. Если же боеприпас попадает в амбразуру, то происходит расчет запреградного воздействия воздушной ударной волны.
При расчетах запреградного воздействия определяется эффективная масса ВВ.
По полученному значению эффективной массы ВВ в тротиловом эквиваленте определяются значения создаваемого избыточного давления и удельного импульса.
Полученные значения сравниваются с допустимыми разрушающими нагрузками.
Расчет условной вероятности поражения надводных целей основан на вычислении условных законов поражения (УЗП) НЦ, позволяющих определять различные состояния, к которым могут привести многократные попадания боеприпасов.
В качестве конкретного состояния повреждений НЦ, в частности, принимаются категории поражения: гибель НЦ;
потеря боеспособности НЦ.
Категория поражения НЦ «потеря боеспособности» оказывается менее определенной и в значительной степени условной, по сравнению с категорией «гибель». Признаком достижения этой категории поражения, при расчетах УЗП, условно принимают:
аварийное состояние, при котором свойство непотопляемости практически полностью утрачено, плавучесть и устойчивость НЦ уменьшилось до уровня, который не является для него гибельным, однако оказывается настолько угрожаемым, что помимо борьбы за живучесть (спасение от гибели), корабль не может выполнять другие задачи, в том числе и основную боевую задачу;
потерю общей прочности НЦ в одной из оконечностей в результате разрушений конструкций его корпуса и, как следствие этого, потерю хода;
взрыв боезапаса в погребах НЦ, расположенных в оконечностях и последующий отрыв носа или кормы;
пожар в оконечностях НЦ, который своевременно не мог быть ликвидирован и приводит с течением времени к взрыву;
боевые повреждения комплекса элементов, функционально обеспечивающих управляемость НЦ, включая двигатели, аварийные органы управления, рулевое устройство и их электропитание, которые влекут за собой полную потерю управляемости НЦ;
поражение комплексов оружия и вооружения НЦ, без функционирования которых невозможно выполнение боевых задач;
любые другие повреждения НЦ, вызывающие его гибель как предельное состояние боеспособности, а именно: потеря непотопляемости;
потеря общей прочности в средней части корпуса, либо одновременный отрыв носовой и кормовой оконечностей НЦ;
взрыв погребов собственного боезапаса, расположенных в средней части корпуса или в обеих оконечностях НЦ;
возникновение на НЦ пожаров, которые не могут быть своевременно ликвидированы, или же приводят к взрыву погребов.
Расчеты УЗП заключаются в моделировании обстрела НЦ боеприпасами, проведении многократных реализаций такого обстрела и фиксировании возможных состояний поврежденной НЦ при каждом попадании в каждой реализации. В расчетах УЗП применяется метод статистической обработки тактических игр, основывающийся на законе больших чисел теории вероятностей, согласно которому при соблюдении достаточно общих условий и достаточно большом количестве испытаний, определяется вероятность появления некоторого события. В процессе реализации обстрела фиксируются накапливающиеся повреждения НЦ с учетом прочности, непотопляемости, взрывов и пожаров, поражения оружия и технических средств, при этом каждая реализация будет осуществляться до тех пор, пока не будет достигнута категория поражения «потеря боеспособности». Вероятности появления событий «потеря боеспособности» или «гибель» НЦ при различном числе попаданий исследуемого боеприпаса приближенно принимаются за условные вероятности поражения НЦ, по которым строятся УЗП. Используя УЗП, производится расчет средне необходимого числа попаданий данного боеприпаса ю, обеспечивающего вывод НЦ из строя:
^ т _
Ю = £ (1 - От ), 0
где т = 0,1,2,.......К; К - число попаданий при От = 0,999.
Величины ю для рассматриваемой категории поражения могут являться объективными показателями живучести НЦ под воздействием рассматриваемого боеприпаса, и, следовательно, показателями эффективности воздействия этого боеприпаса по НЦ.
Таким образом, предлагаемая методика позволяет выбрать оптимальное ВВ для снаряжения ОФБЧ ВТБ для поражения ОБТТ, ФС и НЦ, а также может быть использована для выбора оптимального ВВ ОФБЧ ВТБ при поражении иных целей при условии определения частных показателей их поражения.
Список литературы
1. Алябьев С.А., Гудков Н.В., Игнатов А.В., Кузнецов В.М., Русин В.В., Сасалина В.В., Степаничев И.В., Стреляев С.И. Эффективность комплексов управляемого ракетно-артиллерийского вооружения: учебное пособие / под ред. А.Г. Шипунова. Тула: Изд-во ТулГУ, 2011. 151 с.
2. Курепин А.Е., Кузнецов И.А. Основы проектирования боевых частей управляемых ракет / под ред. И.О. Артамонова. Дзержинск: АО «ГосНИИмаш», 2018. 368 с.
3. Баум Ф.А., Орленко Л.П., Станюкович К.П., Челышев В.П. Физика взрыва / под ред. К.П. Станюковича. М.: Изд-во «Наука», 1975. 704 с.
Новиков Илья Владимирович, инженер, khkedratiila. net, Россия, Тула, АО «Конструктивное бюро приборостроения им. академика А.Г. Шипунова»
METHODIC OF SELECT OF OPTIMAL EXPLOSIVE FOR ARTILLERY HIGH-PRESICION
AMMUNITION WITH HIGH EXPLOSIVE FRAGMENTATION WARHEAD
I. V. Novikov
Methodology of select of optimal explosive for high-precision ammunition with high explosive fragmentation warhead in case of necessary of defeat armored vehicle, fortification construction and surface targets has heen offered.
Key words: high-precision ammunition, explosive, armored vehicle, hardened structure, surface target, conditional kill prohahility.
Novikov Ilya Vladimirovich, engineer, khkedratiila. net, Russia, Tula, JSC «Instrument Design Bureau named after academician A. G. Shipunova»
УДК 001.891; 004.94
АНАЛИТИЧЕСКИЙ ПОДХОД ОПРЕДЕЛЕНИЯ ДАВЛЕНИЯ НА СТЕНКАХ ТРУБ И ВНУТРИ НИХ
А.А. Вайцель
Приводится анализ наиболее оптимального типа сужения труб. Анализ выполнен при помощи специализированного программного обеспечения и систем автоматизированного проектирования
Ключевые слова: сужение, давление, стенка трубы, программа, водоснабжение, трубопровод, программное обеспечение.
Исследование гидродинамических характеристик водопроводных труб является актуальной задачей, прежде всего из-за необходимости оценки данных параметров в системах промышленного водоснабжения, в которых любая неточность может привести к неправильной работе оборудования или поломке. Существует большое разнообразие подходов [1-3] к оценке гидродинамических характеристик, среди которых есть затратные на финансовые и временные ресурсы, так и более современные, основанные на решение математической модели программными методами.
152
