WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

На правах рукописи

Проскуряков Евгений Владимирович

ОСОБЕННОСТИ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ КУМУЛЯТИВНОЙ СТРУИ С ПРЕГРАДОЙ

01.02.05 – механика жидкости, газа и плазмы

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Новосибирск – 2007

Работа выполнена в Новосибирском высшем военном командном училище (военном институте) МО РФ

Научный консультант академик РАН, доктор физико-математических

наук Фомин Василий Михайлович

Научный руководитель кандидат технических наук, с.н.с. Сорокин

Михаил Васильевич

(Новосибирское высшее военное командное училище (военный институт))

Официальные оппоненты доктор физико-математических наук, профессор Кинеловский Сергей Анатольевич

(Институт гидродинамики им. М.А. Лаврентьева СО РАН)

кандидат физико-математических наук, с.н.с. Шабалин Иван Иванович

(Институт теоретической и прикладной механики им. С.А. Христиановича СО РАН)

Ведущая организация Московский государственный технический

университет им. Н.Э. Баумана, г. Москва

Защита состоится «___» _____________ 200__ г. в ____ часов в на заседании диссертационного совета Д003.035.02 по присуждению ученой степени доктора наук в Институте теоретической и прикладной механики им. С.А. Христиановича Сибирского отделения РАН по адресу: 630090, Новосибирск 90, ул. Институтская, 4/1.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ИТПМ СО РАН.

Ваш отзыв на автореферат в 2-х экземплярах, заверенный печатью, просьба высылать по адресу: 630090, г. Новосибирск, ул. Институтская, 4/1, ИТПМ СО РАН, ученому секретарю диссертационного совета Д003.035.02.

Автореферат разослан «___» _____________ 2007 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета, д.т.н. Засыпкин И.М.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

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:

  1. Результаты экспериментального исследования рикошета медной и алюминиевой КС в зависимости от скорости КС.
  2. 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.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность темы диссертации и сформулированы цели работы. Дано краткое описание диссертации по главам и представлены выносимые на защиту результаты.

Первая глава содержит обзор литературы по теории проникания КС в преграду. Рассматриваются случай, когда материалы КС и преграды являются идеальными несжимаемыми жидкостями, приближенный учет сжимаемости материалов струи для случая стационарного сверхзвукового проникания элемента КС, а также простейший учет прочности с помощью уравнения Бернулли для сжимаемой жидкости.

Во второй главе рассматривается явление рикошета кумулятивной струи (КС) на поверхности преграды при малых углах встречи КС с преградой (угол между осью струи и поверхностью преграды).

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. 1).

Рис.1. Схема поворота плоской струи в косой ударной волне.

Металлическая плоская КС, имеющая сверхзвуковую скорость, натекает на плоскую преграду под углом ( – 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:

,,, – скорость, плотность КС до и после УВ;

,,, – нормальная и тангенциальная составляющая скорости КС к поверхности ударной волны до и после УВ;

– давление за фронтом УВ;

– угол между направлением вектора скорости КС и поверхностью УВ;

– угол между поверхностью УВ и поверхностью преграды.

Уравнение неразрывности на УВ:

. (1)

Уравнение непрерывности скоростей вдоль фронта УВ:

. (2)

Закон сохранения импульса на фронте УВ:

. (3)

Ударная адиабата материала КС:

;. (4)

Из уравнений (1) - (4) выразим и как функции, :

= ; =. (5)

Рассмотрим рис. 1:

; = /; = /; ;. (6)

Используем тригонометрическое соотношение:

() =. (7)

После преобразования формул (5) - (7) получается уравнение ударной поляры:

,. (8)

Пусть и являются постоянными, а является независимым параметром. При увеличении параметра угол 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, при котором начинается деформация преграды.

Расчетные значения угла рикошета в зависимости от начальной скорости струи приведены на рис. 2 для медной и алюминиевой КС. Угол рикошета уменьшается с увеличением скорости КС. Величина для алюминиевой КС больше, чем для медной КС на 2-30 (при равной скорости КС).

Эксперименты по изучению явления рикошета КС проводились по схеме рис. 3. Угол между осью КЗ и поверхностью преграды не превышал восемь градусов. В качестве преграды использовалась броневая сталь средней твердости 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.

Рис. 2. Угол рикошета КС в зависимости от скорости КС :







© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»