CC BY
88
Вестн. Сам. гос. техн. ун-та. Сер. Физ.-мат. науки. 2011. № 4(25). С. 188—190
Химическая физика
УДК 532.539:536.711
О МЕТОДЕ ОЦЕНКИ ЛАТУНИ КАК МАТЕРИАЛА ДЛЯ ОБЛИЦОВКИ БОЕПРИПАСОВ ТИПА «УДАРНОЕ ЯДРО»
И. И. Реут, А. Л. Кривченко
Самарский государственный технический университет, 443100, Самара, ул. Молодогвардейская, 244.
E-mails: enterf ax@mail .ru, snex@rambler .ru
Проведён 'расчёт скорости торцевого метания пластин зарядами A-IX-1 и ТГ 50/50 по динамическим адиабатам метаемых элементов. Показано, что кинетический модуль для единицы массы при метании пластины из латуни зарядом A-IX-1 примерно на 4 % выше и на 8 % выше при её метании зарядом ТГ 50/50, чем при метании медной пластины.
Ключевые слова: ударная адиабата, латунь, экспресс-метод, торцевое метание.
1. Введение. В настоящее время одной из важнейших задач для разработки боеприпасов является поражение бронированных целей. В этом плане параметры поражающих факторов с бронёй (преградой) определяются ударной адиабатой соударяющихся тел. Одним из вопросов разработки систем кинетического оружия является разработка ударника и определение его свойств. Это также актуально для зарядов взрывного бурения, ударных возбудителей сейсмосигнала и кумулятивных перфораторов. В настоящее время наиболее изученным в качестве ударников являются медь (ударные ядра), сталь и вольфрам (бронебойные и подкалиберные снаряды). Характеристики же композиционных сплавов в качестве ударников изучены неполно, хотя многие, особенно на основе d-металлов, являются наиболее перспективными в этом плане.
Сложные динамические взаимодействия представляют самостоятельный интерес для различных областей науки и техники, в том числе и для разработки новых систем динамического оружия. В настоящее время не существует теоретических методов оценки эффективности действия композиционных материалов для облицовки боеприпасов типа «ударное ядро». Подбор материалов ограничен экспериментальными данными в основном по меди и стали. Поэтому в настоящей работе рассматривается латунь в качестве облицовки боеприпасов типа «ударное ядро».
Критерием оценки эффективности действия металла может стать кинетический модуль Е для единицы массы облицовки:
Е = W2/2,
где W — скорость метания облицовки. Для этого необходимо разработать с достаточно высокой достоверностью теоретический экспресс-метод оценки скорости метания, основанный на ударно-волновом анализе.
2. Определение скорости торцевого метания пластины по динамическим адиабатам метаемых элементов. Наиболее удобная форма задания ударной адиабаты в координатах «D - U» имеет вид
D = a + XU, (1)
где D — скорость ударной волны, U — массовая скорость, а и А — эмпирические коэффициенты. К настоящему времени константы а и А определены для многих материалов. Константа а численно равна объёмной скорости звука С, соответствующей начальной адиабатической объёмной сжимаемости вещества.
Игорь Игоревич Реут, аспирант, каф. защиты в чрезвычайных ситуациях. Александр Львович Кривченко (д.т.н., доц.), профессор, каф. защиты в чрезвычайных ситуациях.
О методе оценки латуни как материала для облицовки боеприпасов ...
Величину Л = сЮ/с1,и в (1) можно рассматривать как производную в некоторой промежуточной точке ударной адиабаты. Значение Л меняется вдоль адиабаты Гю-гонио с увеличением плотности вещества в ударной волне [1]. В работе [2] на основе анализа экспериментальных ударных адиабат, взятых в основном из [1], показано, что ударные адиабаты элементов составляют две группы с одинаково меняющимися со степенью сжатия вещества во фронте ударной волны величинами Л.
Принято считать, что соотношение (1) может служить уравнением состояния химических элементов и сложных веществ, включая и сплавы [3]. К тому же линейные соотношения в координатах «П - и», описывающие ударную адиабату в области более высоких давлений, будут иметь произвольные коэффициенты а и Л.
Для расчёта ударных адиабат при ударно-волновом взаимодействии необходимым условием является точный прогноз значения объёмной скорости звука в композиционном материале, в который входит ударная волна. Согласно данным [4], объёмная скорость звука, даже если она не определена экспериментально, с высокой степенью точности рассчитывается по правилу симметричного 8-элементного окружения данного элемента в таблице периодического закона Д. И. Менделеева. Согласно данному правилу объёмная скорость звука С определяется как среднеарифметическое всех восьми окружающих элементов:
Рис. 1. Схема определения параметров ударной волны, входящей в металлическую' пластину, и скорости её метания в первом импульсе: точка 1 — параметры детонации на адиабате продуктов детонации; точка 2 — зеркальное отражение адиабаты продуктов детонации на данную адиабату металлической пластины; 2(7 — скорость метания пластин при выходе ударной волны на свободную поверхность
Характеристики латуни и её компонентов
где С г — объёмная скорость звука элементов окружения.
Аналогичным методом определяется коэффициент Л:
Металл р, г/см3 Л С, м/с Массовая доля
гп 7,14 1,45 3300 0,235
Си 8,96 1,48 3980 0,765
Си+гп 8,63 1,51 3725 —
О,м/с
6000
5000
4000
3000.
1-
...2 .
0
400
800
1200
где А.,, — значения коэффициентов у элементов окружения.
Расчёт массовой скорости и для ударной адиабаты осуществляется по методу акустического приближения и скорости метания в первом отражении ударных волн. Схематически метод представлен на рис. 1.
Данные для расчёта скорости звука и коэффициента ударной адиабаты Л на примере латуни приведены в таблице.
Расчётная и экспериментальная ударные адиабаты для латуни и её компонентов в координатах «П - и» приведены на рис. 2, из которого видно, что имеет место близость хода экспериментальной и вычисленной ударных адиабат на основе расчётных значений объёмной скорости звука и коэффициента ударной адиабаты Л,
1600 ¡7, м/с
Рис. 2. Ударные адиабаты: 1 — экспериментальная ударная адиабата меди [5]; 2 — экспериментальная ударная адиабата цинка [5]; 3 — экспериментальная адиабата латуни [1]; 4 — расчётная адиабата латуни
Реу т И. И., Кравченко А. Л.
полученных методом «правила симметричного окружения», и практически полного их совпадения в диапазоне массовых скоростей U в от 700 до 1600 м/с. Именно в этом диапазоне лежат массовые скорости материала пластины, которые для меди и латуни при их нагружении зарядом A-IX-1 составляют 955 м/с и 987 м/с соответственно, а при нагружении этих облицовок зарядом ТГ 50/50 — 730 м/с и 763 м/с соответственно. Кинетический модуль для единицы массы при метании пластины из латуни зарядом A-IX-1 примерно на 4 % выше и на 8 % выше при её метании зарядом ТГ 50/50, чем при метании медной пластины.
3. Выводы. Разработанный экспресс-метод оценки эффективности действия взрывчатых веществ вполне применим для металлических материалов поражающих элементов боеприпасов типа «ударное ядро» и даёт возможность определить наиболее оптимальный материал, хотя и требует экспериментальной проверки.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. van Thiel М., Kusubov A. S., Mitchell А. С. Compendium of shock wave data: Technical Report UCRL-50108. Livermore, CA: Lawrence Radiation Lab., 1967.
2. Анисичкин В. Ф. Обобщённые ударные адиабаты элементов // ПМТФ, 1978. №3. С. 117121; англ. пер.: Anisichkin V. F. Generalized shock adiabats of the elements // J. Appl. Mech. Tech. Phys.. Vol.19, no. 3. Pp. 376-379.
3. Андреев С. Г., Бабкин А. В., Баум Ф.А. и др. Физика взрыва: в 2-х томах. Т. 1 / ред. J1. П. Орленко. М.: Физматлит, 2004. 823 с. [Andreev S. G., Babkin А. V., Baum F. А., et al. Physics of Explosion. Vol. 1 / ed. L. P. Orlenko. Moscow: Fizmatlit, 2004. 823 pp.]
4. Кривченко А. Л., Кривченко Д. A., Peyrn И. И., Чуркин О. Ю. Расчет ударных адиабат d-металлов и их сплавов с использованием периодического закона Д. И. Менделеева / В сб.: Ударные волны в конденсированных средах. СПб., 2008. С. 253-255. [Krivchenko A. L., Krivchenko D. A., Reout I. I, Churkin О. Yu. Calculation of shock adiabats for d-metals and their alloys on the basis of Mendeleev periodic law / In: Shock waves in condensed matter. St. Petersburg, 2008. Pp. 253-255].
5. Иванченко E. С. Прецизионные модели ударных адиабат и база ТЕФИС: Автореф. дисс. ... канд. физ.-мат. наук: 05.13.18. М.: ИММ РАН, 2009. 22 с. [Ivanchenko E.S. Precise models of shock adiabatic and TEFIS database: Ph. D. Thesis (Phys. & Math.). Moscow: IMM RAN, 2009. 22 pp.]
Поступила в редакцию 27/IX/2011; в окончательном варианте — 13/Х/2011.
MSC: 80А30
ON ASSESSMENT METHOD OF BRASS AS THE MATERIAL FOR EXPLOSIVELY FORMED PENETRATOR LINING
I.I. Reout, A. L. Krivchenko
Samara State Technical University,
244, Molodogvardeyskaya St., Samara, 443100, Russia.
E-mails: enterf ax@mail .ru, snex@rambler .ru
The calculation of a front tossing speed of plates by A-IX-1 and Cyclotol-50/50 charges was made on the basis of tossing elements dynamic adiabats. It is shown that as opposed to copper plate the kinetic module for the mass unit is about 4 % higher for tossing the brass plate in case of using A-IX-1 and is about 8 % higher in case of using Cyclotol-50/50.
Key words: shock adiabat, brass, express method, front tossing.
Original article submitted 27/IX/2011; revision submitted 13/X/2011.
Igor I. Reout, Postgraduate Student, Dept. of Protection of Extremal Situation. Alexander L. Krivchenko (Dr. Sci. (Techn.)), Professor, Dept. of Protection of Extremal Situation.
