Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Обзор. Современные бронепреграды и способы их поражения 10
1.1 Современные бронепреграды 10
1.2 Боеприпасы проникающего действия 19
1.3 Кумулятивные боеприпасы 34
Глава 2. Рикошет кумулятивной струи 42
Глава 3. Взаимодействие кумулятивной струи с преградой, имеющей осевое отверстие
Глава 4. Особенности образования пробоины в преграде 54
4.1 Проникание кумулятивной струи в преграду 54
4.2 Теория проникания кумулятивной струи в преграду 59
4.3 Образование пробоины в преграде 63
4.4 Распыление кумулятивной струи и увеличение диаметра пробоины
Заключение 70
Список литературы 71
- Боеприпасы проникающего действия
- Кумулятивные боеприпасы
- Теория проникания кумулятивной струи в преграду
- Образование пробоины в преграде
Введение к работе
Актуальность темы. Тема работы связана с исследованием особенностей взаимодействия кумулятивной струи (КС) с преградой. При малых углах между осью кумулятивного заряда (КЗ) и поверхностью преграды возможен рикошет КС, который невозможно объяснить в рамках существующей гидродинамической модели проникания. В случае несжимаемой жидкости на поверхности преграды найдется точка торможения, где давление значительно превосходит динамическую твердость преграды, в результате преграда деформируется и КС проникает в преграду. Явление рикошета объясняется, если учесть сжимаемость материала КС. В этом случае вся КС, движущаяся со сверхзвуковой скоростью, разворачивается на преграде в косой ударной волне и точки торможения на преграде нет. В данной работе представлена теоретическая модель этого явления и разработана инженерная методика по расчету угла рикошета.
Цели работы. Получение новых экспериментальных данных по взаимодействию кумулятивной струи с преградой при малых углах между осью КС и поверхностью преграды (угол рикошета медной и алюминиевой КС в зависимости от скорости КС). Построение теоретической модели рикошета КС на поверхности бронепреграды и разработка инженерной методики расчета критического угла, при котором КС рикошетирует от бронепреграды.
Научная новизна. Получены экспериментальные результаты по рикошету медной и алюминиевой КС в зависимости от скорости КС. Рассмотрен рикошет от плоской поверхности броневой стали и цилиндрической поверхности осевого канала в преграде.
Научная и практическая ценность. Экспериментально показана возможность рикошета КС на поверхности преграды. В конкретном случае, представляющем практический интерес, экспериментально рассмотрено движение КС в осевом канале преграды и определен минимальный диаметр канала для беспрепятственного прохождения КС. Даны рекомендации по применению явления рикошета КС для решения практических задач (блок пассивной защиты из стальных шариков, способных искривлять КС и др.).
Достоверность результатов. Выводы в данной работе сформулированы на основе представленной статистики экспериментальных результатов. Не менее пяти экспериментальных результатов бронепробития КЗ получено для каждого значения диаметра канала (см. табл. 1).
Угол рикошета КС определен с точностью 1 градуса (см. рис. 2) на основе отпечатков КС на преграде (см. рис. 4).
На защиту выносятся:
-
Результаты экспериментального исследования рикошета медной и алюминиевой КС в зависимости от скорости КС.
-
Теоретическая модель рикошета КС и инженерная методика расчета критического угла, при котором КС рикошетирует.
Апробация работы и публикации. Основные результаты работы докладывались на VI, VII Всероссийской научно-технической конференции «Наука. Промышленность. Оборона» НГТУ, Новосибирск, 2005, 2006, на XXXII научно-технической конференции «Проектирование боеприпасов» МГТУ имени Баумана, Москва, 2006, на XIII международной конференции по методам аэрофизических исследований ICMAR (Новосибирск, 2007), на семинаре ИТПМ СО РАН им. Христиановича под руководством академика РАН В.М. Фомина (2007), на IХ Забабахинских научных чтениях (ЗНЧ-IX), Снежинск 2007.
Личный вклад автора. Явление рикошета КС от поверхности преграды было обнаружено в конце пятидесятых годов А.Э. Антоновым, П.И. Барабанщиковым, М.А. Дубовским, М.А. Лаврентьевым и Л.Л. Туроком. В 2004-2007 годах коллектив авторов (Проскуряков Е.В., Сорокин М.В., Фомин В.М.) представил результаты исследований по рикошету медной и алюминиевой КС от поверхности бронепреграды. Замер скорости КС осуществлялся с помощью рентгеноимпульсной съемки коллективом испытательной станции (Кравец В.Т. и др.) Института прикладной физики (г. Новосибирск).
Публикации. Результаты, представленные в диссертации, опубликованы в 6 работах, список которых приведен в конце автореферата.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка работ, опубликованных по теме диссертации, приложения, содержащего рисунки и фотографии и изложена на 92 страницах, включая 46 рисунков и 4 таблицы.
Боеприпасы проникающего действия
Влияние электромагнитных воздействий на кумулятивный эффект. Одним из нетрадиционных способов влияния на пробивное действие КЗ является применение управляющих электромагнитных воздействий, осуществляемых на различных стадиях развития кумулятивного взрыва.
К числу воздействий, направленных на снижение пробивного действия, относятся создание аксиального магнитного поля в облицовке КЗ непосредственно перед его подрывом (воздействие 1), пропускание мощного импульса электрического тока по КС (воздействие 2) и создание поперечного к направлению движения КС магнитного поля в материале проводящей преграды (воздействие 3). На повышение пробивной способности КЗ в области деформирования КС в полете, до ее взаимодействия с преградой, направлены «мягкое» токовое воздействие на КС (воздействие 4), а также варианты создания продольного низкочастотного (воздействие 5) и высокочастотного (воздействие 6) магнитных полей. Воздействия 2,4,5 и 6 на формирующуюся КС ориентированы на управление процессом ее деформирования и последующего разрушения. Воздействие 1 позволяет влиять на процесс схлопывания облицовки и формирования КС, а воздействие 3 - на механизм проникания струи в преграду.
Основным практически значимым вариантом «ослабляющих» воздействий является пропускание мощных импульсов тока по КС до ее взаимодействия с преградой или в процессе взаимодействия. Это вариант так называемой электродинамической защиты [6, 11, 12, 15, 24, 25, 32], [35]-[37], [40]-[42], [44]. В простейшем варианте устройство электродинамического воздействия (ЭДВ) на КС представляет собой две разделенные диэлектриком металлические пластины, к которым подключен источник электрической энергии - конденсаторная батарея. Разрядный ток в цепи источника электрической энергии начинает протекать с момента замыкания межэлектродного промежутка головной частью кумулятивной струи. Все последующие элементы, при прохождении между электродами, подвергаются электродинамическому воздействию, и по ним протекает осевой ток, значение которого определяется формой разрядного импульса, а также соотношением времени прохождения данным элементом межэлектродного промежутка и временем начала разряда.
Результатом электродинамического воздействия, при достаточной его интенсивности, является значительное снижение пробивной способности кумулятивной струи. Следует отметить, что, для эффективного воздействия на КС, к электрической цепи предъявляются достаточно жесткие требования, обеспечивающие токовый разряд через элементы КС за время их прохождения через межэлектродный промежуток (несколько десятков микросекунд) и большие разрядные токи (несколько сотен килоампер, или даже порядка мегаампера). В качестве физических причин снижения пробивного действия КЗ под действием импульса тока, рассматриваются развитие магнитогидродинамической (МГД) неустойчивости перетяжечного типа на КС и объемное разрушение материала КС (см, например, [12,25,44]). .
При движении элементов КС в межэлектродном промежутке и протекании по ним осевого тока, на КС действуют сжимающие электромагнитные силы, эквивалентные наличию приложенного к боковой поверхности струи магнитного давления. Магнитное давление определяется индукцией тангенциального магнитного поля на поверхности кумулятивной струи и пропорциональна силе тока. Так как локальная величина магнитного давления увеличивается с уменьшением радиуса струи в рассматриваемом сечении, то следствием такого воздействия является развитие МГД-неустойчивости - ускоренное развитие шейкообразования (по отношению к естественному процессу растяжения струи). Такой форсированный рост возмущений на поверхности КС ускоряет процесс ее распада на отдельные элементы и уменьшает тем самым эффективную длину струи. С другой стороны, одновременно с развитием МГД-неустойчивости, происходит термическое разупрочнение материала КС за счет ее джоулева нагрева, что может привести к объемному разрушению лишенной прочности струи в момент ее выхода из области электродинамического воздействия, при резкой разгрузке от действия сжимающих электромагнитных сил. Объемное разрушение проявляется в виде радиального рассеивания материала струи, что влечет за собой последующее уменьшение средней плотности материала элементов КС и сказывается на ее пробивной способности.
Боеприпасы проникающего действия Средства поражения и боеприпасы проникающего действия представляют обширную группу, общим признаком которой является их способность проникать внутрь цели, или обеспечивать сквозное пробитие, за счет своей кинетической энергии. В зависимости от типа цели и ее защищенности такие средства поражения могут иметь различный конструктивный облик, использовать для поражения цели различные физические механизмы. Задача таких боеприпасов - обеспечить пробитие броневой защиты и затем нанести поражение уязвимым агрегатам и экипажу, расположенным внутри цели.
Бронебойные артиллерийские снаряды. Бронебойные артиллерийские снаряды предназначаются для стрельбы по бронированным целям из артиллерийских систем различных калибров. В соответствии с назначением бронебойных снарядов к ним предъявляются следующие требования: - мощное ударное действие, которое характеризуется наибольшей толщиной пробиваемой брони и при прочих равных условиях зависит от кинетической энергии снаряда в момент встречи с преградой, формы головной части и угла встречи с броней, прочности корпуса снаряда при ударе о броню; - высокое поражающее действие за броней, проявляющееся в виде ударного, фугасного, осколочного и зажигательного действия; - высокая точность стрельбы, поскольку для поражения цели необходимо обеспечить прямое попадание в нее. Все бронебойные снаряды обязательно имеют трассер, обеспечивающий видимость его траектории и возможность визуальной корректировки огня. По устройству бронебойные артиллерийские снаряды подразделяются на калиберные и подкалиберные.
Калиберные бронебойные снаряды. Калиберные бронебойные снаряды получили свое название в отличие от подкалиберных и соответственно имеют калибр, совпадающий с калибром орудия. Они могут иметь камору, снаряженную ВВ, или быть сплошными. Масса взрывчатого вещества, которым могут быть снаряжены такие боеприпасы, составляет 0,4-1,4 % от массы всего снаряда.
По конструкции головной части калиберные бронебойные снаряды подразделяются на снаряды с острой головной частью; снаряды с притуплённой головной частью и баллистическим наконечником; снаряды с бронебойным и баллистическим наконечниками (рис. 1.8).
Снаряды с острой головной частью (рис. 1.8, а) являются самой ранней конструктивной формой бронебойных снарядов и предназначаются для стрельбы по гомогенной броне небольшой толщины. На наружной поверхности снарядов этой группы имеются 1-2 кольцевые канавки, называемые подрезами-локализаторами. При ударе снаряда о броню подрезы-локализаторы локализуют распространение трещин в направлении каморы, что снижает вероятность разрушения каморы, снаряженной ВВ, при проникании снаряда в броню.
Кумулятивные боеприпасы
Получены экспериментальные значения угла рикошета КС в зависимости от скорости КС для медной и алюминиевой КС. Разработана инженерная методика расчета рикошета КС, которая удовлетворительно согласуется с экспериментом. С помощью явления рикошета возможно решение практической задачи защиты от кумулятивных зарядов (КЗ) путем изменения направления движения (искривления) КС и др.
Эксперименты, выполненные в конце пятидесятых годов А.Э. Антоновым, П.И. Барабанщиковым, М.А. Дубовским, М.А. Лаврентьевым и Л.Л. Туроком показали, что возможен рикошет кумулятивной струи на поверхности брони при малых углах встречи КС с преградой. Явление рикошета КС трудно объяснить в рамках гидродинамической теории кумуляции, основанной на модели несжимаемой жидкости. При взаимодействии КС с преградой на преграде найдется точка торможения КС, где давление многократно превосходит динамическую прочность брони. В этой точке преграда будет деформироваться и произойдет проникание КС в преграду.
Рассмотрим КС как сжимаемую жидкость в одномерной постановке (рис. 2.1). о A» P скорость, плотность КС до и после УВ; V0„, V0l, Vn, Vt -нормальная и тангенциальная составляющая скорости КС до и после УВ; Р -давление за фронтом УВ; р - угол между направлением скорости струи и поверхностью преграды; в - угол между направлением вектора скорости КС и поверхностью УВ; /3 - угол между поверхностью УВ и поверхностью преграды.
Металлическая плоская КС, имеющая сверхзвуковую скорость V0, натекает на плоскую преграду под углом р (р - угол между направлением скорости струи и поверхностью преграды). Предполагается, что угол небольшой и материал КС изменяет направление в косой ударной волне (УВ). При этом давление в УВ не превышает динамическую прочность преграды и преграда не деформируется. Введем следующие обозначения:
Пусть р0 и V0 являются постоянными, а ц является независимым параметром. При увеличении параметра ц угол р возрастает и увеличивается давление Р за фронтом УВ. Если давление достигает определенного значения, связанного с динамической прочностью преграды, то преграда деформируется и происходит проникание КС в преграду. Рассчитывался угол рикошета pt, при котором начинается деформация преграды.
Расчетные значения угла рикошета р, в зависимости от начальной скорости струи V0 приведены на рис. 2.2 для медной и рис. 2.3 алюминиевой КС. Угол рикошета р, уменьшается с увеличением скорости КС V0. Величина ср, для алюминиевой КС больше, чем для медной КС на 2-3 (при равной скорости КС). Эксперименты по изучению явления рикошета КС проводились по схеме рис. 2.4.
Угол между осью КЗ и поверхностью преграды не превышал 8. В качестве преграды использовалась броневая сталь средней твердости 217-235 НВ толщиной 30 мм. Скорость в начале КС замерялась с помощью рентгеноимпульсной установки. В ряде случаев перед КЗ устанавливался металлический экран; часть КС срабатывалась на экране и в результате на преграду попадали более низкоскоростные части КС (скорость кумулятивной струи неодинакова в различных частях струи; головная часть кумулятивной струи имеет наибольшую скорость, а скорость хвостовой части близка к скорости песта 500-1000 м/с). Применялись кумулятивные заряды калибром около 50 мм с медными и алюминиевыми облицовками. Основные характеристики зарядов показаны на рис. 2.5.
Заряды размещались на пенопластовой подставке высотой 60 мм, для исключения влияния общего основания на схлопывание облицовки КЗ. Заключение о характере взаимодействия кумулятивной струи с преградой делалось после осмотра кратера. При этом рикошетом называли такой режим взаимодействия, когда кратер имел форму борозды, заканчивающейся на поверхности преграды. Если же борозда переходила в отверстие, то считали, что произошло внедрение струи в мишень. Явление рикошета фиксировалось по отпечатку на броне. Экспериментально определялся критический угол, при котором пробивание переходит в рикошет. Определение зависимости pt от скорости V0 кумулятивной струи производилось путем увеличения толщины экрана, так как при пробитии экрана расходуются более скоростные части кумулятивной струи. Вес облицовки, г 17,8 Вес ВВ, г 68,8 Вес пробки, г 0,4 Общий вес заряда, г 87,1 Фокусное расстояние, мм Вес облицовки, г 59,8 Вес ВВ, г 240,6 Вес пробки, г 0,5 Общий вес заряда, г 300,9 Фокусное расстояние, мм 80 Рис. 2.5. Кумулятивные заряды. Фотографии некоторых типичных мишеней, полученных в результате экспериментов по изучению взаимодействия струи с преградой и экспериментальные данные приведены в приложении I. Экспериментальные значения угла рикошета р, в зависимости от скорости КС V0 представлены на рис. 2.2, 2.3. Угол между осью КЗ и поверхностью преграды р изменялся с шагом в 1 . Если угол р превышал критический угол ср, на 1, то наблюдалось проникание КС в преграду.
Теория проникания кумулятивной струи в преграду
Достигаемая глубина пробития по мере увеличения расстояния между зарядом и преградой F сначала возрастает, а затем убывает. При увеличении расстояния F увеличивается и разброс значений глубины внедрения КС.
Фокусное расстояние, при котором КС обладает максимальной пробивной способностью, определяется конструкцией КЗ, параметрами облицовки и типом ВВ, точностью изготовления КЗ, а также характеристиками преграды, в частности, ее плотностью. Это фокусное расстояние возрастает при увеличении угла раствора конической облицовки, повышении мощности заряда ВВ, увеличении плотности материала преграды и точности изготовления кумулятивного заряда.
Как известно, в процессе движения КС растягивается и, по достижении определенного удлинения, разрушается на части. Вследствие несовершенства технологии изготовления заряда кумулятивная струя не является идеальной и перемещается не строго по оси, а рассеивается в телесном угле, составляющем для современных кумулятивных зарядов 0,5-1,5. После разрушения КС на элементы, последние получают боковой импульс из-за определенной несимметричности КС, что, в очередь приводит к увеличению углового рассеивания. При угловом рассеивании происходит взаимодействие КС со стенками сформированного кратера и потеря пробивного действия. Такое явление называют «намазыванием», и оно существенно зависит от уровня технологии изготовления КЗ. Для идеальных КЗ намазывание отсутствует Чем больше допуски на изготовление кумулятивного заряда (разностенность кумулятивной облицовки, разноплотность заряда ВВ, и т.п.), тем сильнее проявляется эффект намазывания. В этом случае увеличивается число элементов кумулятивной струи, которые проникают в преграду несоосно. Это обстоятельство приводит к уменьшению фокусного расстояния.
Чем точнее изготовлен кумулятивный заряд, тем больше у него фокусное расстояние. Если для обычных КЗ с коническими медными облицовками фокусное расстояние составляет (1-4)Д то для прецизионных зарядов оно достигает (6-8) .
Установлено, что на небольших расстояниях практически вся КС участвует в процессе проникания, при увеличении расстояния эффективность головных частей возрастает, и начинаются потери эффективности хвостовых частей струи. При дальнейшем увеличении расстояния F вклад головных частей достигает предела, и все большая доля хвостовых частей струи перестает участвовать в процессе углубления кратера. В результате, на расстояниях, меньших фокусного, не успевают реализоваться потенциальные возможности головных и средних частей струи, а на больших расстояниях потери хвостовых частей превалируют над вкладом головных. Поскольку рассеяние кумулятивной струи связано с технологией изготовления и снаряжения, то прецизионные заряды испытывают меньшие потери хвостовых частей струи.
При увеличении мощности заряда ВВ, для предотвращения превышения максимально допустимой скорости струи, как правило, применяют кумулятивные облицовки увеличенной толщины, что приводит к возрастанию диаметра струи и, соответственно, времени и расстояния, проходимого КС до разрушения.
В таблице 4.1 приведены значения относительной глубины проникания КС в преграды из разных материалов применительно к взрыву стандартного заряда [104]. Таблица 4.1 Зависимость относительной глубины проникания КС от плотности материала преграды Материал преграды /?„ -10 , кг/см3 1Л Мягкая сталь (эталон) 7,8 1,0 Броневая сталь средней твердости 7,8 0,8 рп- плотность материала преграды /Д.- относительная глубина проникания Глубина каверны в мягкой стали принята за единицу. Относительная глубина проникания /Д. зависит от конструкции КЗ и материала облицовки.
При проникании струи в преграду максимальное давление возникает в точке соударения струи и преграды. Давление в зоне контакта струи и преграды по перпендикулярному к оси струи направлению быстро уменьшается до нуля на цилиндрической поверхности пробитого струей отверстия в преграде. Материал преграды перетекает из зоны высокого давления в зону низкого давления. Чем прочнее преграда, тем хуже происходит пластическое течение материала преграды, тем меньше глубина пробития. Этот эффект зависит не только от прочности, но и от пластических свойств материала преграды в условиях высокого давления и высоких скоростей деформации. Экспериментальные и теоретические исследования показывают, что не вся длина струи обладает способностью пробивать преграду. Та часть струи, которая участвует в пробитии преграды, называется эффективной длиной струи. Минимальную скорость, которую имеют элементы эффективной части струи, называют критической - Vc. Некоторые средние значения критической скорости приведены в таблице 4.2, однако эти данные в ряде случаев имеют существенный разброс. Таблица 4.2 Зависимость критической скорости струи от твердости преграды и материала кумулятивной облицовки [2] Материал преграды Материал КС Vc. м/с Сталь закаленная, HRC 50 Сталь 2200 Сталь, НВ = 125 Сталь 2050 Сталь, НВ = 125 Дюралюминий 3300 Наличие критической скорости объясняется тем, что струя при скорости Vc Vc уже не создает в месте контакта необходимого поля давления, чтобы «раздвинуть» материал преграды, а сама струя «срабатывается» в глубине преграды.
Объем кратера можно считать зависящим от энергии струи и прочности материала преграды. Существенным образом влияет на форму кратера геометрия преграды. Расширение кратера в значительной степени происходит благодаря вытеснению материала преграды в радиальном направлении. Поэтому диаметр кратера тем больше, чем меньше энергии требуется для пластического течения материала преграды. Вследствие этого, в блоках с ограниченным поперечным сечением диаметр отверстия оказывается большим, чем в плитах, поперечный размер которых велик по сравнению с их толщиной. В наборах пластин с воздушными промежутками и прокладками из легкодеформируемых материалов, диаметр кратера также получается большим, чем в однородных толстых пластинах.
Разброс величин глубины проникания уменьшается с ростом радиуса кратера. Это связано с тем, что в кратерах большего диаметра элементы струи, имеющие некоторое отклонение от оси симметрии, попадают на дно кратера, образованного предыдущими элементами, а в кратере меньшего диаметра соударяются с его стенками, вследствие чего глубина кратера не увеличивается, а лишь нарушается его симметрия. Глубина внедрения струи должна зависеть от твердости материала преграды и ее геометрии; по результатам, полученным на материале с одними свойствами, нельзя с уверенностью судить о возможной глубине пробития преграды с иными прочностными характеристиками.
Если преграда имеет конечную толщину, то после ее пробития КС в запреградное пространство проникают, помимо оставшейся части самой струи, вторичные осколки, образующиеся в результате взаимодействия струи с тыльной частью преграды продукты детонации. Каждый из указанных факторов по-разному влияет на степень поражения объектов в запреградном пространстве, однако главным образом она определяется энергией оставшейся после пробития преграды части кумулятивной струи. Рассмотренные выше особенности действия КС по преградам относятся, в основном, к металлическим преградам. При переходе на такие нетрадиционные материалы преград, как скальные породы, бетон, лед, мерзлый грунт, вода, стеклопластик, керамика, пористые материалы и т.п. появляются принципиально новые факторы, которые необходимо учитывать при оценке пробивной способности кумулятивных зарядов. Такие материалы имеют небольшую плотность по отношению к стали, некоторые из них характеризуются хрупким характером разрушения; помимо срабатывающихся элементов КС, существенный вклад в глубину их пробития может вносить пест, проникающий как жесткое тело и др.
Образование пробоины в преграде
Экспериментальные данные показывают, что, при относительно высокой скорости кумулятивной струи Vc 4 км/с, процесс проникания соответствует гидродинамической теории пробития без учета прочности струи и преграды.
О влиянии прочности преграды на глубину внедрения в нее КС можно судить по экспериментальным данным, согласно которым при увеличении твердости стальной плиты в 4-6 раз глубина пробития уменьшается на 25 30%, причем закон уменьшения глубины пробития близок к линейному. Основное снижение пробивного действия происходит за счет уменьшения вклада хвостовых элементов КС, имеющих скорости менее 4 км/с.
При проникании медных (железных или стальных) кумулятивных струй в стальные преграды, сжимаемость взаимодействующих сред играет несущественную роль, если же медная или железная струя проникает в сильносжимаемые преграды (вода, резина, грунт и т.п.), то сжимаемость материала преграды играет заметную роль в определении проникания первой во вторую.
Эффективность действия КЗ определяется как глубиной проникания КС, так и диаметром пробитого в преграде отверстия. При этом диаметр отверстия и время на его образование существенно влияют на глубину: при конкретных параметрах КС (скорость, диаметр, угол рассеивания) с уменьшением диаметра отверстия растет непроизводительное расходование струи на стенках пробоины («намазывание»).
Результаты экспериментальных исследований процесса проникания КС в различные преграды показывают, что, в зависимости от характеристик КС и преграды, форма пробоины может быть конической, сужающейся к концу, цилиндрической или волнообразной. При этом существенное влияние на форму и размер кратера могут оказывать свободная поверхность и толщина.
На рис. 4.2 представлены типовые профили пробоин при проникании КС в тонкую преграду толщиной h? (а) и в полубесконечную преграду (б). Поэтапно формирование каверны в общем случае выглядит следующим образом: образование цилиндрической полости некоторого начального радиуса, ее последующее расширение до максимального радиуса и возможное инерционное расширение (послетечение) после «израсходывания» элемента кумулятивной струи. Из физических соображений следует, что объем каверны должен быть прямо пропорционален энергии КС (диаметру и скорости струи) и обратно пропорционален характеристике прочности (сопротивляемости) материала преграды. Как указывалось выше, конструктивное оформление и материал преграды также могут бывать влияние на формирование каверны.
Для теоретического определения диаметра каверны (пробоины) необходимо (при подходе струи к преграде под прямым углом) численно интегрировать осесимметричные уравнения движения прочной сжимаемой среды. При этом скорость, масса и диаметр струи должны быть заданы. В некоторых случаях, при оценке среднего диаметра пробоины на основе ряда допущений могут быть использованы более простые подходы, в которых можно получить аналитические или полуэмпирические зависимости диаметра пробиваемого в преграде отверстия. Один из возможных подходов изложен в [105]. Он основан на рассмотрении энергетического баланса системы, при котором основная часть кинетической энергии КС затрачивается на необратимое пластическое деформирование материала преграды. При проникании элементов КС в преграду, ее кинетическая энергия расходуется на срабатывание самого элемента струи в процессе проникания, на генерирование УВ, на разрушение материала преграды и его пластическое деформирование. При этом принимается, что каверна глубиной Lt и переменным диаметром Д- (рис. 4.2 б) образуется за счет того, что часть материала преграды разрушается и уносится в направлении поверхности преграды. Образованная при этом каверна имеет переменный диаметр по глубине вследствие наличия свободной поверхности, неравномерного распределения кинетической энергии вдоль кумулятивной струи и др.
Расчет диаметра отверстия в преградах конечной толщины ведется обычно по полуэмпирическим зависимостям, в основу вывода которых положен закон сохранения энергии.
Распыление кумулятивной струи и увеличение диаметра пробоины В данном разделе рассмотрено соосное взаимодействие медной кумулятивной струи (КС) с тонким вольфрамовым стержнем. Представлена теоретическая модель распыления КС на стержне и результаты экспериментов. Явление распыления КС можно использовать для создания в преграде пробоины повышенного диаметра, напыления материала КС на поверхность преграды и др. Теоретическая модель распыления КС на металлическом стержне основана на решении задачи о встречных струях в гидродинамической постановке (см. рис. 4.3).
