CC BY
46
Sudakov Konstantin Mihailovich, acting deputy head of department, niiph-otd7@yandex. ru, Russia, Sergiev Posad, Open joint stock company "Federal research and production center "Research institute of applied chemistry",
Vagonov Sergey Nikolaevich, candidate of technical science, deputy general director, niiph-otd7@yandex.ru, Russia, Sergiev Posad, Open joint stock company "Federal research and production center "Research institute of applied chemistry",
Polyakov Eugene Pavlovich, doctor of technical science, professor, ms.ivts @rambler.ru, Russia, Tula, Tula State University
УДК 623.4
ОСОБЕННОСТИ РАЗГОНА СТЕРЖНЕВОЙ ОБОЛОЧКИ ИЗ МАТЕРИАЛОВ РАЗЛИЧНОЙ ПЛОТНОСТИ
Е.В. Чуркина
Рассматриваются особенности газодинамического расчета процесса метания стержневой оболочки из материалов различной плотности продуктами детонации заряда взрывчатого вещества. Показана необходимость уточнения расчетных зависимостей в части учета влияния двойного отражения при разгоне оболочек из материала высокой плотности.
Ключевые слова: математическое моделирование, нестационарные газодинамические процессы.
Газодинамический расчет процесса метания элементов стержневых оболочек имеет некоторые особенности при использовании оболочек из материала различной плотности. Эти особенности связаны с влиянием вторичного отражения фронта волны детонации для оболочек из материала высокой плотности и практическим отсутствием такого влияния для оболочек из стали. На рис. 1 приведены результаты расчета (поля давления в процессе разгона) первого отражения фронта волны детонации от поверхности стержневой оболочки и начало ее расширения.
Поле давления в левой части рис. 1 соответствует началу взаимодействия фронта волны детонации с поверхностью стержневой оболочки, далее изображены отражение фронта от поверхности оболочки и движение отраженной волны к оси симметрии течения.
На рис. 1 хорошо просматривается достаточно сложная волновая картина течения, включая интерференционное взаимодействие волн, отраженных от поверхности стержневой оболочки. Из рис. 1 видно, что давле-
208
ние непосредственно за стержневой оболочкой весьма незначительное, что подтверждает правомерность допущения о возможности расчета процесса разгона комбинированной оболочки (стержневая оболочка и осколочные элементы корпуса БЧ или многослойная укладка готовых поражающих элементов) посредством увеличения массы стержневой оболочки.
нр • ••••
0.08 МПа
Рис. 1. Поля давления при подходе фронта волны детонации к поверхности стержневой оболочки и начальный этап отражения
Последующий процесс существенным образом зависит от плотности материала оболочки. На рис. 2 приведены поля давления при втором отражении продуктов детонации от оболочки при разгоне элементов из материала различной плотности - стали и вольфрама. Анализ компьютерных видеокадров показывает, что при разгоне стержневой оболочки из стали, быстрое расширение стержневого кольца приводит к интенсивному стравливанию продуктов детонации через зазоры между стержнями и вторичное нагружение после отражения продуктов детонации от оси симметрии происходит значительно позже, чем при разгоне стержней из вольфрама, поле давление в этом случае имеет значительно меньшую интенсивность и вторичное отражение продуктов детонации от стальной стержневой оболочки практически не происходит. Разгон стержневых элементов в этом случае происходит только под действием расширяющихся продуктов детонации.
Для стержней из вольфрама, в виду их значительной инерционности, перемещение к моменту второго подхода волнового фронта к стержневой оболочке незначительно, потери продуктов детонации через зазоры между стержнями также невелики и наблюдается вторичное отражение продуктов детонации от внутренней поверхности оболочки, причем весь процесс нагружения происходит в условиях более высокого давления продуктов детонации.
Интересно, что при разгоне сплошных оболочек наблюдается трех и четырехкратное отражение продуктов детонации от внутренней поверхности оболочки [1].
Таким образом, качественный анализ процесса разгона стержневой оболочки показывает на более высокий коэффициент полезного действия продуктов детонации при разгоне оболочек из материалов высокой плотности либо, при разгоне комбинированной осколочно-стержневой оболочки. До настоящего времени более высокая эффективность действия высокоплотных стержневых поражающих элементов связывалась только с меньшим торможением стержня в полете и более высокой поперечной нагрузкой в процессе пробития преграды.
Рис. 2. Поля давления при втором подходе фронта волны сжатия продуктов детонации к поверхности стержневой оболочки из стали (слева) и вольфрама (справа)
Динамику нагружения стержня в процесса разгона иллюстрируют зависимости силы, действующей на элемент стержня, и изменение его скорости в процессе разгона (рис. 3, 4). Так, на рис. 3 имеется ярко выраженный всплеск нагрузки в момент подхода волны сжатия отраженной от оси симметрии для стержня из вольфрама. Для стального стержня вторичная волна нагружения выражена очень слабо, и соответствует более позднему периоду нагружения.
Из рис. 4 видно, что кривая изменения скорости при нагружении стержня из вольфрама находится выше кривой для стержня из стали, следовательно, энергия, отдаваемая продуктами детонации при разгоне стержней из высокоплотного материала выше.
Расчеты разгона стержней были выполнены для различных плотно-
стей металла, значения максимальной скорости Ур представлены в таблице. В последней строке приведены значения начальной скорости, рассчитанные по известной методике [2] через коэффициент нагрузки, при значении коэффициентов согласования равном единице.
Анализ полученных результатов показывает, что известная методика, не учитывающая волновой характер нагружения и истечение продуктов детонации в зазоры между стержнями дает погрешность расчета порядка 9-14%.
Б/сЬ, КНУм
180
120
Л \ 2
- Г^-
60
12
18
МКС
Рис. 3. Изменение силы, действующей на элемент стержневой оболочки при разгоне. Материал стержня :1 - сталь; 2 - вольфрам
V, м/с
1800
1200
600
2
/
г **
е 2 18 1;, мкс
0
Рис. 4. Изменение скорости стержня при разгоне продуктами детонации. Материал стержня: 1 - сталь; 2 - вольфрам
Изменение скорости метания при различной плотности материала
3 p, кг/м 7800 10000 14000 18000
Vp, м/с 1970 1783 1528 1344
* Vp, м/с 2158 1977 1734 1563
vp v 0,912 0,902 0,881 0,860
Коэффициент согласования близок к рекомендуемому kg=0,85... 0,9
для метания готовых ПЭ, приведенному в работе [1], однако, является переменным, зависящим от плотности материала стержня, или, что более правильно, от величины поперечной нагрузки b. Эта зависимость может быть учтена коэффициентом согласования kp и представлена следующим соотношением
kp= 1 - 0,091b.
Полученное соотношение позволяет учесть в инженерных расчетах волновые эффекты для оболочек различной плотности и зарядов с различным значением коэффициента нагрузки.
Список литературы
1. Физика взрыва / под ред. К.П. Станюковича. М.: Наука, 1975.
654 с.
2. Бабкин А.В., Велданов В.А. , Грязнов Е.Ф. Средства поражения и боеприпасы: учебник / под общ. ред. В.В.Селиванова. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2008. 984 с.
Чуркина Екатерина Васильевна, асп, ivts.tulgu@rambler.ru.. Россия, Тула, Тульский государственный университет
ASSELERA TION SPECIFICS OF THE CORE SHELL MADE OF MATERIALS WITH
DIFFERENT DENSITIES
E. V. Churkina
The article examines the specifics of the gas dynamic process calculation of spreading core shells made of materials with different densities by explosive charges. The article shows the need for corrections to dependency calculations when assessing the impact of the double reflection effect on accelerating shells made of high-density materials.
Key words: mathematical modeling, unsteady gas dynamic processes
Churkina Ekaterina Vasilievna, postgraduate, ivts.tulgu@rambler.ru. Russia, Tula, Tula State University
