CC BY
73
УДК 623.437; 623.5; 623.5.001; 355.620.2
И.А. Рудаков, И.В. Соколов, И. Т. Севрюков
РАСЧЁТ БАЛЛИСТИЧЕСКОЙ УСТОЙЧИВОСТИ КОМПЛЕКСА БРОНЕВОЙ ЗАЩИТЫ ДЛЯ КУЗОВА АВТОМОБИЛЕЙ МНОГОЦЕЛЕВОГО НАЗНАЧЕНИЯ
Показана необходимость создания универсального комплекса броневой защиты для кузова многоцелевых автомобилей, используемых в ВС РФ и МЧС России.
Предложен вариант универсальной броневой защиты для кузова многоцелевых автомобилей, в качестве бронематериала предложен дисперсный алюминий (Г/Т) и рассмотрена методика расчёта баллистической устойчивости пористого алюминия.
Ключевые слова: броневая защита автомобиля, бронематериал, дисперсный алюминий, методика расчёта баллистической устойчивости.
I. Rudakov, I. Sokolov, I.Sevryukov
BALLISTIC CALCULATION OF THE SUSTAINABILITY OF THE COMPLEX ARMOR PROTECTION FOR A BODY OF MULTI-PURPOSE VEHICLES
The article presents the necessity of creation a universal set of armor protection for the body of the multi-purpose vehicles used in the Armed Forces and EMERCOM of Russia.
The authors of the article suggest the variant of universal armor protection for the body of the multipurpose vehicles, instead of inhibiting material proposed dispersed aluminum, as well as, the methods of calculation of ballistic sustainability ofporous aluminium.
Keywords: armour protection of the vehicle, armor material, dispersed aluminum, methods of calculating ballistic sustainability.
Спасательные воинские формирования МЧС России в мирное время выполняют ряд специфических задач по чрезвычайному гуманитарному реагированию, в том числе и за пределами Российской Федерации. Нередко спасательные миссии проходят в условиях вооружённых конфликтов. При этом все мероприятия по эвакуации населения и доставки необходимых материальных средств и продуктов питания производятся при помощи автотранспорта, который нередко попадает под огонь. Результатом таких столкновений являются большие потери личного состава спасательных подразделений, эвакуируемых людей, а также потеря ценного груза.
Анализ причин больших потерь при обстреле автоколонн показал, что для перевозки личного состава в подразделениях ВС РФ и МЧС России используется автомобильная техника с открытым или тентованным кузовом, а специальных защитных бронеконструкций для этого вида автотранспорта не предусмотрено.
Для решения этой проблемы предлагается конструкция комплекса броневой защиты кузова многоцелевых автомобилей, которая состоит из рамы и нескольких пар подвижных бронепанелей, установленных на правом и левом бортах, и неподвижных - на крыше и переднем борте (рис. 1).
© ©
□ □
□ □
© ®
а)
Ч
б) в)
Рис. 1. Конструкция бронезащитного комплекса: а) типовая бронепанель; б) узел сборки панели с рамой; в) способ установки роликовой опоры на направляющей рам; 1 - панель; 2 - ролик; 3 - гибкие ручки
Панель имеет четыре ролика и две ручки, устанавливается на боковые части рамы роликами на направляющие так, чтобы свободно перемещаться по ним, что позволяет в случае необходимости осуществить её смещение или снятие (рис. 2). Размер панели может варьироваться при изготовлении в зависимости от высоты рамы для конкретной модели автомобиля.
/ / /
® (5) и С®) и /
/ / У ' -Ч
(5) и Г®) ® /1:54(5)
1У V 1У ,-
У/ч" -V
Рис. 2. Схема комплекса броневой защиты для открытого и тентованного кузова автомобилей многоцелевого назначения: 1 - бронепанель, 2 - направляющая рейка, 3 - рама
В процессе разработки предложенной конструкции бронезащиты особое внимание уделено выбору материала бронепанелей. Основными критериями выбора являются: стоимость компонентов и технологии производства, удельная масса материала и его устойчивость к воздействию пули. За последние десятилетия наблюдается тенденция развития технологий и научных исследований в области
2
1
3
2
разработки бронематериалов на основе композитных, керамических и полимерных веществ, которые эффективно противостоят ударному и взрывному воздействию. Однако основными недостатками этих материалов являются невозможность многоразового использования и дорогостоящая технология производства.
Учитывая критерии выбора, предлагается использовать дисперсный алюминий типа Г/Т. Его структура представляет из себя пористую закрытоячеистую (непроницаемую) связнодисперсную среду с газообразной дисперсной фазой. Размер пор не превышает 5 мкм. Такая структура материала позволяет снизить массу конструкции и увеличить баллистическую стойкость, так как материал обладает высокой степенью диссипации энергии удара.
Динамику проникания пули в пористые среды определяют следующие безразмерные параметры [1, 2, 3]:
1) начальная пористость - Po:
3
Р =——--(1)
о 7.3 3* (1)
Ьз - а„
где а0, Ь0 - радиусы пор и ячеек в начальном состоянии;
2) параметр ударной адиабаты пористой среды - Ь (а);
3) критерий Рейнольдса для пористой среды в текущем состоянии:
а и
Я?а =, (2)
а
V.
где а0 - средний радиус пор,Уп - вязкость материала преграды, u - скорость проникания бойка. Необходимо разделить хрупкие и пластичные материалы по критерию Рейнольдса:
^ < /¡2,
это значение критерия соответствует хрупким материалам, в этом случае в модели идеальной несжимаемой жидкости течение материала характеризуется как ламинарное:
> Хт2 •
вязким материалам, устанавливается турбулентное течение; 4) критическое значение числа Рейнольдса:
Яе = Я
кр
5) безразмерное время:
и
1 + Ро (2Ро-I)-
т = ■
(3)
(4)
2ао
При описания динамики схлопывания пор параметр т принимали равным: т=0; т2=0,1; Тз=0,25; т=0,5;
6) число Маха - параметр, характеризующий отношение скорости проникания бойка (u) и скорости продольного звука в пористой среде Clu:
»г и
мо ; (5)
С1 п
7) параметр, характеризующий отношение скорости проникания бойка и авторезонанса в пористой среде:
» г и
Ма , (6)
Са
где Са - значение предельной скорости атомов в упругой волне, зависит от типа кристаллической решётки металла и может быть определено из следующего соотношения:
„ И
Са = ти/ • (7)
где р0 - параметр кристаллической решётки, где И = 6,6* 1027 эрг/сек. - постоянная Планка (для кубической объёмно-центрированной решетки/ = /43, для кубической гранецентрированной кубической решетки / = /42,).
Процесс проникания пули в пористый алюминий происходит при следующих условиях[1, 2]:
Ява < Ява; Ма < 1;
42Стп < и < С1 п; 42 Ст0 < и < С,п. (8)
Индекс «п» указывает на принадлежность параметра к преграде (бронематериалу), «о» - материалу бойка.
В качестве характеристик устойчивости материала к воздействию пули при низкоскоростном ударе (необходимо пояснить, что под низкоскоростным авторы понимают удар со скоростью пули 300-1 000 м/с) использовались значения глубины проникания пули (бойка), её начальной скорости и скорости проникания в среду (материал). При выполнении условий (8) глубина проникания пули определялась по следующей формуле [1, 2]:
и = I,
Л
ро (1 + 2Яв;1о )
РР (1 + 2/< п )'
(9)
" кр I
где I0 - длина бойка (пули), р0 - плотность пули до взаимодействия, рп - плотность преграды до взаимодействия.
На рис. 3 показана зависимость глубины проникания бойка от критических заначений Рейнольдса для преграды и пули, а также от начальных значений пористости.
Рис. 3. График зависимости глубины проникания пули от параметров материала пули и преграды
Используя вышеприведённые зависимости, определяющие динамику проникания в материал, и соотношение А.С. Баланкина для определения зависимости между распространением звука в среде и волной разгрузки:
С C
Re -^m-1_
кр C2
(10)
определены физико-механические свойства ряда металлов, которые представлены в сравнительной табл. 1, а на рис. 4 показана динамика схлопывания пор во фронте ударной волны.
Физико-механические свойства металлов
Таблица 1
№ Материал Физико-механические параметры
п/п р , г/см3 Са , м/с Ск , м/с Ст , м/с С t , м/с С i , м/с Rep
1 Железо Fe 7,86 14,4 219 1151 3325 6064 1,58
2 Алюминий Al 2,7 23,26 269 1323 3115 6409 1,37
3 Титан Ti 4,6 8,0 248 1239 3080 6180 1,23
4 Медь Cu 8,93 12,4 170 899 2326 4759 1,26
5 Кремний Si 2,33 26,2 380 1864 5510 9140 1,78
t t3
t2
t1
0
T
а) б)
Рис. 4. Динамика схлопывания пор во фронте ударной волны: а) график зависимости времени схлопывания от параметра Т, б) динамика схлопывания при Ма < 1
Приведённые расчёты позволяют утверждать, что наиболее эффективным материалом для предложенной конструкции бронезащиты является пористый закрытоячеистый алюминий, обладающий высокой степенью диссипации энергии удара. Кроме того, такой материал имеет меньшую массу по сравнению с другими материалами даже при низкой степени пористости.
Таким образом, предложенные конструкция и бронематериал комплекса броневой защиты для кузова автомобилей многоцелевого назначения, используемых в подразделениях ВС РФ и МЧС России, позволят повысить безопасность транспортировки личного состава и грузов в условиях вооружённых конфликтов.
Литература
1. Агафонов А.В. Учёт вязкости при дозвуковом внедрении твёрдого тела в изотропные преграды. ДАН СССР. 1978. Т. 281. № 5. С. 1073-1075.
2. Баланкин А.С. Кинетическая теория кумулятивного бронепробивания. / А.С. Баланкин, А.А. Любомудров, И.Т. Севрюков. - М.: Министерство обороны СССР, 1989. - 271 с.
3. Баланкин А.С. Синергетика деформируемого тела. Часть 1. Основы кинетической теории динамической прочности: Учебное пособие / А.С. Баланкин. - М.: Министерство обороны СССР, 1991. - 404 с.
4. Зукас Дж. А., Николас Т. Динамика удара: Пер. с англ. / З. Свифт ХФ., Грещук Л.Б., Курран Д.Р. -М.: Мир, 1985. - 296 с.
5. Партон В.З. Механика разрушения. М.: Наука, 1990. - 280 с.
