Расчет состава композита «Медь вольфрам» для материала кумулятивной облицовки Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

УДК 623.4

М.С. Воротилин, канд. техн. наук, доц., (4872) 35-05-50, vms-vorotilin@rambler.ru (Россия, Тула, ТулГУ)

РАСЧЕТ СОСТАВА КОМПОЗИТА «МЕДЬ - ВОЛЬФРАМ»

ДЛЯ МАТЕРИАЛА КУМУЛЯТИВНОЙ ОБЛИЦОВКИ

Рассмотрены преимущества использования композитных материалов системы «медь-вольфрам» в качестве материала кумулятивной облицовки. Приводятся результаты теоретических исследовании.

Ключевые слова: кумулятивный заряд, кумулятивная воронка, композитный материал, медь, вольфрам, бронепробитие.

Существенное повышение защищенности современных основных боевых танков, проявляющееся в усилении бронирования, в оснащении комплексами навесной и встроенной динамической защиты, комплексами активной защиты и оптико-электронного подавления, создает предпосылки для постоянного совершенствования средств их поражения.

Такое совершенствование может проводиться как по пути разработки новых средств поражения, так и по пути модернизации средств поражения, уже стоящих на вооружении.

Из известных средств поражения бронированной техники наиболее эффективными по критерию максимально возможного пробития брони (бронепробиваемости) являются противотанковые управляемые ракеты, оснащенные кумулятивными боевыми частями (КБЧ). Боеприпасы данного типа обеспечивают пробитие гомогенной брони до (6... 8) <3, где <3 -диаметр КБЧ, а в случае наличия дополнительного предзаряда способны преодолевать и дополнительную навесную динамическую защиту.

Наиболее эффективным и достаточно простым методом повышения бронепробития является увеличение диаметра КБЧ. Между тем, подобный подход не всегда осуществим по целому ряду обстоятельств. В частности, увеличение калибра основного заряда однозначно приводит к увеличению массо-габаритных характеристик комплекса в целом, что снижает его мобильность и, как следствие, эффективность боевого применения в целом.

Путь увеличения бронепробития, связанный с совершенствованием технологии изготовления и сборки кумулятивного заряда (КЗ), требует проведения большого объема работ по переоснастке производства, что в условиях серийного производства не всегда целесообразно.

Учитывая вышесказанное, одним из основных методов повышения величины бронепробития является совершенствование конструкции КЗ на основе оптимизации его конструктивных параметров, применения новых

материалов кумулятивной облицовки (КО) и взрывчатых веществ (ВВ), внедрения новых конструкций управления детонационным фронтом и т.п.

В связи с вышесказанным в данной работе приведен теоретический анализ возможности повышения бронепробития КЗ диаметром 100 мм в случае использования в нем облицовки из нетрадиционных композитных материалов системы «медь - вольфрам». Ниже приведены основные параметры данного КЗ.

Диаметр - 100 мм; угол раствора кумулятивной облицовки - 60°; расстояние от вершины облицовки до генератора - 18 мм; радиус генератора - 40 мм; толщина корпуса КЗ - 3 мм; материал облицовки -медь МО; материал корпуса - алюминий.

Для выполнения расчетов в работе была применена осесимметричная квазигидродинамическая модель с уравнениями состояния типа Ми-Грюнайзена, а также методика оценки величины пробития для сформировавшейся КС [1]. Вычисления выполнялись в два этапа. На первом этапе моделировалось формирование КС для зарядов с облицовками, выполненными из композита «медь - вольфрам» в пропорциях 0/100, 24/76, 32/68, 45/55, 75/25, 100/0.

В таблице даны расчетные сравнительные значения длин активных участков образовавшихся КС и скоростей головных частей струй на момент времени ? = 38 мкс, а также показана геометрия струи на данный момент времени.

Анализируя полученные результаты, можно сделать следующие выводы:

1. Процентное содержание вольфрама в материале облицовки напрямую влияет на геометрические и кинематические параметры струи. С его увеличением происходит существенное снижение длины струи и скорости движения головного участка. В то же время значительно возрастает скорость движения хвостового участка струи, что приводит к формированию более низкоградиентной струи.

2. Наблюдается неравномерность прироста скорости в головных участках струй, сформированных из композитных материалов системы «медь - вольфрам», по сравнению со струями, сформированными из чистых металлов. Данное обстоятельство приведет к нарушению сплошности струи на больших фокусных расстояниях (данный эффект получен расчетным путем для материала СиУУ - 24/76) и, как следствие, к снижению величины пробиваемого отверстия.

3. Кумулятивная струя, сформированная из композитного сплава СиУУ - 75/25, имеет параметры, наиболее близкие к параметром медной струи, а в некоторых случаях их превосходит.

Характеристики образовавшихся кумулятивных струй

Материал

W

Длина

струи,

мм

67

Скорость головного участка, м/с

6 430

Геометрия струи

О/Ж - 24/76

С//Ж-32/68

91

95

7 351

7 467

Сг/Ж- 45/55

123

8 594

С//Ж- 75/25

Си

134

135

8 988

8 986

На втором этапе исследований был произведен расчет пробития гомогенной преграды. В основу расчета была положена методика оценки бронепробития, изложенная в работе [1]. Все результаты расчетов были получены для фокусного расстояния 400 мм.

На рисунке показана зависимость глубины пробиваемого отверстия от процентного соотношения меди и вольфрама для 60° облицовки. Как видно, максимальная величина пробития получена для композита СиУУ -45/55 и составляет 858 мм. Подобный результат объясняется достаточно высокой плотностью струи наряду с ее высокой скоростью и большой длиной.

График зависимости глубины бронепробития от материала облицовки, имеющей угол раствора 60°

Таким образом, наиболее оптимальным составом для изготовления облицовок рассмотренного заряда является сплав CuW - 45/55.

Список литературы

1. Математическое моделирование функционирования взрывных устройств А.А. Акимов [и др.]. Тула: Изд-во Репро-Текст, 2007. 269 с.

2. Баум Ф.А., Орленко Л.П., Станюкович К.П. Физика взрыва. М.: ФИЗМАТЛИТ. В 2-х т.. Т.2. 2002. 656 с.

M.S. Vorotilin

CALCULATION OF THE MAKEUP OF “COPPER - TUNGSTEN" COMPOSITE USED AS MATERIAL FOR A CONICAL LINER OF A SHAPED CHARGE

This paper investigates advantages of using composite “copper - tungsten " materials as conical liners of shaped charges. Theoretical results are given.

Key words: shaped charge, conical liner, composite material, copper, tungsten, armor penetration