CC BY
82
УДК 623.45
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ФУГАСНОГО ИМПУЛЬСА ВЫСОКОТОЧНОГО
БОЕПРИПАСА
И.В. Новиков
Рассмотрены теоретические и экспериментальные методы, позволяющие определять фугасный импульс высокоточного боеприпаса, действующий на объект бронетанковой техники в районе контакта. Предложен экспериментальный метод по определению фугасного импульса, действующего в ближней зоне взрыва.
Ключевые слова: фугасный импульс, бризантный импульс, компрессионный импульс, высокоточный боеприпас, ближняя зона взрыва, эксперимент.
Анализ вооружённых конфликтов, происходивших на протяжении последних трёх десятилетий, позволяет заключить, что в ходе ведения боевых действий возросла частота использования высокоточных артиллерийских боеприпасов [1]. Их главной особенностью является высокая вероятность попадания в заданную цель. Отечественные высокоточные боеприпасы (ВТБ) оснащаются осколочно-фугасными боевыми частями (ОФБЧ), обеспечивающими высокое могущество поражающего действия по широкому ряду целей, в том числе объектам бронетехники (ОБТТ) - танкам, БМП, БТР и т.д. При проектировании новых артиллерийских ВТБ возникает необходимость оценки их поражающего воздействия на типовые (заданные в тактико-технических заданиях) ОБТТ. При проведении такого рода расчётно-теоретических оценок необходимо определять фугасный импульс, действующий на броню цели в ближней зоне взрыва (на расстоянии до семи калибров заряда взрывчатого вещества от точки контакта ВТБ с преградой), который включает в себя бризантную и компрессионную составляющие. Бризантный импульс действует на преграду в районе площади контакта с ней ОФБЧ, а компрессионный импульс действует на всю поверхность преграды в ближней зоне взрыва.
В настоящее время существует несколько наиболее распространенных теоретических подходов для определения значения фугасного импульса, отличающихся методами определения его составляющих, таких как бризантный и компрессионный импульс.
Определение компрессионного импульса основано на численном интегрировании удельного компрессионного импульса по площади поражаемого элемента бронезащиты, которая разбивается на ряд элементарных площадок.
Далее представлены наиболее применяемые методы определения компрессионного импульса.
1-й теоретический метод:
где ц - расстояние от центра заряда до центра элементарной площадки, м; твв - масса взрывчатого вещества, кг; Б - скорость детонации ВВ, м/с; ра - плотность атмосферы, кг/м3; рвв - плотность ВВ, кг/м3; 1з - длина цилиндрической части заряда, м; гз - радиус заряда, м; 2-й теоретический метод:
iудмпр r)=
' 15,5 • (юэкв )2/3 + 0,429 • (юэкв )1/3 ^
ri
(юэкв )
2/3
A v экв-1
>' r
ri
' у
Г. л ^ i
1 _ e Юэкв
•10
2
• ^ при ^экв>0,58, 0,2 Р r
при -Э™. < 0,58, ri
у у
A =
k • т вв вв
20 + 8 • h при h < 1,0,
40,5 _ 12,5 • h при 1,0 < h < 2,2,
13 при h > 2,2,
при анап < 0,35,
экв
^вв • твв • (1,9 • анап +0,3) при 0,35 < анап < 1,0,
k = < Лвв '
h = ri / Юэкв,
1 для тротила (ТНТ),
Q^ / бтнт для других составов ВВ (бтнт = 1000 ккал /кг). Коэффициент наполнения боевой части aнап вычисляется по следующей зависимости:
анап = твв /тбч.
3-й теоретический метод:
2
i0 = 0,111 • твв • D / p гз , I укдомпр (ri) = i0(0,81- Гз / r )2.
4-й теоретический метод:
2
¡0 = 0,137 • твв • D /p гз ,
Iукдомпр(ri) = i0 • (Гз /п)2.
Компрессионный импульс, определяется на основе вычисленных его удельных составляющих: - для 1 - 3-го методов
n
1компр = Z Iудмпр (ri) • ^эл • cos j. i=1
- для 4-го метода
n
1компр = Z Iкомпр (Г ) • ^л • cos4 j, i=1
где £эл - дискретная элементарная площадь интегрирования, м2; фг- - угол между нормалью к элементарной площадке и прямой, соединяющей центр заряда с её центром, град.
Исходя из главной особенности высокоточного боеприпаса, которая заключается в обеспечении высокой вероятности попадания в объект бронетанковой техники, необходимо учитывать бризантный импульс, расчет которого основан на определении составляющей резкого удара продуктов детонации на жесткую преграду.
Это физическое явление наблюдается только при плотном контакте поверхности боевой части и преграды, когда импульс передаваемый ВВ оболочке не расходуется на сжатие и уплотнение какого-либо материала [2].
Далее представлены наиболее применяемые методы для определения бризантного импульса.
Для длинных зарядов ¡з > 2,25 Чз формула для удельного бризантного импульса заряда в оболочке записывается так:
г» 3-я
ЧРвв • В ■ (— + ■
I бриз 1 уд
2
М,
об
т
вв
81 128 у
где Чз - диаметр заряда, м; Моб - масса оболочки, кг; рвв - плотность взрывчатого вещества, кг/м3; В - скорость детонации, м/с; твв - масса взрывчатого вещества, кг.
Для небольших зарядов 1з < 2,25- Чз предлагается использовать интерполяционные формулы следующего вида:
1 бриз _ '2 + '2 •
'уд
'1 =
'2
'2 _
1,25
у Чз
\
+ '1 + '2,
8
27
3-я
128
44
В-Рбб -¡з
4
9
8
+
16 I
2 ^
81 гз 2187 г2
■з
В-Рвв •Чз
.М,
об
т
бб
В-р
М
бб гз
об
т
вв
где ¡з - длина заряда, м; гз - радиус заряда, м.
Полный бризантный импульс, передаваемый преграде, вычисляется по формуле
^бриз _ ^уд • ^конт • с°8 фЬ, где £конх - площадь передачи бризантного импульса (площадь контакта БЧ с преградой), м2; ф - угол передачи импульса, отсчитываемый от нормали к поверхности преграды, град.
Фугасный импульс боевой части высокоточного боеприпаса вычисляется по формуле
1
^фуг ^комп + ^бриз •
Для выбора из рассматриваемых зависимостей, наиболее адекватно описывающих процесс воздействия воздушной ударной волны на жёсткую преграду, действующую в ближней зоне взрыва, проводят экспериментальные подрывы ОФБЧ с регистрацией получаемых результатов. Традиционно для экспериментальной оценки фугасного действия ОФБЧ применяют полигонные методы с использованием баллистического маятника или оптический метод наблюдения движения продуктов детонации и ударных волн.
Метод с использованием баллистического маятника позволяет судить об импульсе, сообщаемом бронеплите, при подрыве ОФБЧ, воздушной ударной волной и осколочным потоком, при фиксированном расположении перед экспериментом боевой части и бронеплиты. Однако этот метод не позволяет судить о характере изменения компрессионного импульса в зависимости от угла между осью заряда взрывчатого вещества и направлением его действия, что необходимо учитывать при оценке поражающего действия ОФБЧ ВТБ на бронированную цель.
Оптический метод позволяет судить о характере распределения фугасного импульса относительно оси заряда, но только в дальней зоне взрыва, что явно недостаточно для оценки поражающего действия ОФБЧ ВТБ в районе её контакта с бронёй ОБТТ.
Для выбора зависимостей, наиболее адекватно описывающих воздействие воздушной ударной волны в ближней зоне взрыва на жёсткую преграду, предлагается использовать эксперимент, основанный на методе Хельда [3]. Метод заключается в определении значений бризантного и компрессионного импульса, передаваемых при взрыве ОФБЧ ВТБ небольшим инертным датчикам известной формы и массы, при этом датчики размещаются на заданных расстояниях и направлениях от испытываемого заряда. Ниже на рисунке предоставлена схема расположения датчиков.
Перед экспериментальным подрывом ОФБЧ устанавливается на горизонтальную подставку таким образом, чтобы ее продольная ось была параллельна поверхности грунта. При этом на определенном расстоянии (до 7 калибров заряда относительно его центра) устанавливаются датчики на подставки. Поверхности передних торцов датчиков ориентируются в направлении центра заряда. Датчики выполнены в виде стальных кубов. Размеры датчиков определяются исходя из условий испытаний (массога-баритных параметров ОФБЧ, а также удельно-массовых и энергетических характеристик заряда). Центры датчиков вне зависимости от их размеров находятся в одной горизонтальной плоскости с центром ОФБЧ и его осью. Они располагаются с постоянным угловым шагом по дуге окружности. Такое расположение датчиков позволяет описать распределение ударной волны в ближней зоне взрыва и определить компрессионную составляющую фугасного импульса. Вплотную с передним торцем ОФБЧ располагают датчик массогабаритные характеристики которого выше остальных датчиков. Данный датчик позволяет определить величину бризантного импульса, действующего на жесткую преграду.
157
о• у
Схема расположения датчиков для определения фугасного импульса в ближней зоне взрыва
После подрыва ОФБЧ определяется расстояние между начальным положением и точкой падения каждого датчика. Далее расчетным путем определяются значения бризантного и компрессионного импульса.
Бризантный импульс, определенный на основании экспериментальных данных, записывается как
V
2Н
Ргзтбр1бр бр бр
где тбр - масса датчика, устанавливаемого вплотную с передним торцом ОФБЧ, кг; ¡бр - расстояние по горизонтали между начальным и конечным
расположением датчика измеряющего бризантный импульс, м; А^бр - площадь переднего торца датчика, измеряющего бризантный импульс, м2.
Компрессионный импульс, определяемый на основании результатов экспериментальных подрывов, находится как:
т р п 2 /коми = 2рА^ 2Н ^ ¡Я ^ Фт1п'- - 008 Фтах'- ^
где т - масса каждого датчика, измеряющего составляющую компрессионного импульса, кг; А£ - площадь переднего торца датчика, измеряющего компрессионный импульс, м2; Я - расстояние от центра заряда до переднего торца датчика, измеряющего составляющие компрессионного импульса, м; Фт1п и Фтах- наименьший и наибольший углы между осью ОФБЧ ВТБ и направлениями распространения воздушной ударной волны в 1-ой зоне, которая соответствует расположению 1-го датчика регистрации составляющей компрессионного импульса, град;
Предложен метод экспериментально-расчётной оценки составляющих фугасного импульса, который позволит осуществить выбор теоретических зависимостей из рассмотренных ранее, в наибольшей степени соответствующих опытным данным.
Список литературы
1. Эффективность комплексов управляемого ракетно-артиллерийского вооружения: учеб. пособие / С. А. Алябьев, Н.В. Гудков, А.В. Игнатов, В.М. Кузнецов, В.В. Русин, В.В. Сасалина, И.В. Степаничев, С.И. Стреляев; под ред. А.Г. Шипунова. Тула: Изд-во ТулГУ, 2011. 151 с.
2. Физика взрыва / Ф.А. Баум, Л.П. Орленко, К.П. Станюкович, В.П. Челышев; под ред. К.П. Станюковича. М.: Изд-во «Наука», 1975. 704 с.
3. Курепин А.Е., Кузнецов И.А. Основы проектирования боевых частей управляемых ракет / под ред. И.О. Артамонова. Дзержинск: АО «ГосНИИмаш», 2018. 368 с.
Новиков Илья Владимирович, инженер, kbkedr@tula.net, Россия, Тула, АО ««Конструкторское бюро приборостроения им. академика А.Г. Шипунова»
DETERMINA TION OF EXPLOSIVE IMPULSE OF HIGH-PRECISION AMMUNITION
I.V. Novikov
Theoretical and experimental methods allow determinate explosive impulse of high-precision ammunition operating on armored vehicle in contact zone. Experimental methodfor determinate of explosive impulse in near field has been offered.
Key words: explosive impulse, brisant impulse, compression impulse, high-precision ammunition, short-range of explosion, experiment.
Novikov Ilya Vldaimirovich, engineer, kbkedr@tula.net, Russia, Tula, JSC «KBP named after Academician A. Shipunov»
