Metody oszacowania głębokości przebicia pancerza przez pocisk kinetyczny.pdf

mjrdrinŜ.MariuszMAGIER

WojskowyInstytutTechnicznyUzbrojenia

METODYOSZACOWANIAGŁĘBOKOŚCIPRZEBICIA

PANCERZAPRZEZPOCISKIKINETYCZNE

1. Wstęp

MechanizmprzebijaniapancerzamoŜemyogólniepodzielićnadwazjawiska:

wnikaniepociskubezprzejściaprzezpancerz,

perforacjaczylicałkowiteprzebiciepancerzaprzezpocisk.

Pierwszezjawiskodzielisięnaczteryetapy:

a) zderzeniepociskuzpancerzem,

b) początkowestacjonarnewnikaniepociskuwpancerzzestałąprędkością,

c) hamowaniepociskuprzezsiłyinercyjneiwytrzymałościowemateriałupancerza,

d) końcowekształtowaniesiękrateru.

Dokładnyopiszjawiskfizycznychtowarzyszącychw/wetapomwnikaniapociskuwpancerz

przedstawionowpracy[1].

Pierwszyetapuderzeniejestszczególnieistotnymdlawytrzymałościkonstrukcjipoci

sku.Powstającawchwiliuderzeniafalarozchodzisięodwierzchołkapociskupojegokoniec

generującnapręŜeniawielokrotnieprzekraczającestatycznągranicęwytrzymałościmateriału

R m . Pod wpływem oddziaływania fali uderzeniowej odkształceniom plastycznym ulega

wierzchołekpocisku,jednocześniefalauderzeniowaprzemieszczającasiędokońcapocisku

powoduje powstawanie napręŜeń, które mogą powodować początkowe osiowe pękanie na

jegoobrzeŜach.NastępniewmiaręprzemieszczaniasięfaliodkształceńwzdłuŜpocisku(pe

netratora)mogąpojawiaćsiępęknięciakorpusu(lubpenetratora).Podobnezjawiskazachodzą

wpancerzu.PodczasuderzeniapowstającenapręŜeniaiciśnieniepowodująlokalneprzejście

materiałówpancerzapociskuwstanciekłyiwefekciepowstaniekrateru.

Drugietapmacharakterstacjonarny,gdziepociskwnikawpancerzzestałąprędkością.

Kraterulegapowiększeniuwwynikuwypływunabokipłynnychfazpociskuipancerza.Tył

pociskuporuszasięszybciejniŜulegającyerozjiwierzchołek.

WtrzecimetapieporównywanymdozjawiskakawitacjipozuŜyciupocisku(penetratora)

wprocesiewnikanianastępujezanikaniepolawysokiego ciśnieniaistopniowewytracanie

prędkościpociskupenetrującegopancerz.

Wczwartymetapienastępujeskurczkraterupodwpływemprzedewszystkimrekrystali

zacjiiwyŜarzaniasięmateriałupancerza.

103

Przedstawionomechanizmypenetracjipancerzystalowych

i ceramicznych oraz podstawy teoretycznie i przykłady zasto

sowania wybranych metod szacowania głębokości przebicia

pancerzyprzezpociskikinetyczne.PoddanooceniemoŜliwości

aplikacjitychmetoddoszacowaniagłębokościprzebiciapan

cerzystalowoceramicznychprzeznowoczesnepociskipodkali

browe. Wykazano takŜe potrzebę podjęcia prac naukowo

badawczychnadopracowaniemnowegomodeluprzebiciapan

cerzawspółczesnegoczołguprzezpociskupodkalibroweokon

strukcjisegmentowej.

Drugie zjawisko perforacja nie jest teoretycznie do końca wyjaśnione. Wiadomym

jest,Ŝeczynnikamidecydującymiozdolnościperforacjipancerzasąkształtpociskuijego

prędkość uderzenia w pancerz oraz właściwości fizycznie i wytrzymałościowe materiałów

konstrukcyjnychpociskuipancerza.Narysunku1przedstawionoschematyczniekilkame

chanizmówprzebijaniapancerzaprzezpocisk.

a)Fragmentacjapancerzawskutekdziałaniafali

napręŜenia

b)Promieniowepękaniepancerzakruchego

(ceramicznego)

c)Odpryskiwanieuszkodzonychpowierzchni

d)Wybijanie

korka

e)Przednieformowaniewypływuwpo

stacikielicha

f)Przebijanieztylnymformowaniemwypły

wuwpostacikielicha

g)Tworzenie

odłamków

h)WydłuŜenieplastyczneotworu

Rys.1.Mechanizmypenetracjipancerzy

Rysunek1ailustrujezjawiskaprzebijaniapancerzyomałejiśredniejgrubościlubwyko

nanychzmateriałuoniskichwłaściwościachwytrzymałościowych.Narysunku1bprzedsta

wiono promieniowy mechanizm pękania pancerza wykonanego z materiału kruchego

(np.ceramiki).Odpryskiwaniemateriałupancerza(rys.1c)mamiejscewrezultacieodbicia

sięfalispręŜystej(generowanejwpancerzunaskutekuderzeniapocisku)odjegopowierzchni

bocznych. Tego typu zjawiska obserwuje się podczas strzelania pociskami elaborowanymi

materiałemkruszącym(np.pociskuzplastycznymmateriałemwybuchowymtypuHESH).

Wybijaniekorka(rys.1d)zachodzinajczęściejpodczasstrzelaniapociskamiprzeciwpan

cernymitępogłowicowymiwpancerzejednoliteowysokichwłaściwościachmechanicznych

(szczególnietwardościiudarności).WybijanykorekmawprzybliŜeniuśrednicęrównąśred

nicypocisku.NaprzebiegtegozjawiskamająwpływtakŜeprędkośćikątuderzeniapocisku

w pancerz. Mechanizmy perforacji pancerza przedstawione na rysunku 1e, f występują

wprzypadkuprzebijaniapancerzyomałejgrubościpociskamiostrogłowicowymiostosun

kowomałejprędkościuderzenialubpociskamitępogłowicowymioprędkościuderzeniazbli

Ŝonejdogranicznej.Tworzeniesięodłamkówzapancerzem(rys.1g)zachodzipodczasprze

bijaniapancerzawykonanegozmateriałukruchego.Ostatnirodzajperforacji(rys.1h)jest

związanyzezjawiskiemnajbardziejinteresującymzpunktuwidzeniakonstruowanianowo

czesnej kinetycznej amunicji przeciwpancernej, a mianowicie z mechanizmem przebijania

pancerzaoduŜejgrubościprzezwydłuŜonepenetratorypociskówtypuAPFSDS.

104

Odkilkunastulatprowadzonesąwświecieintensywnepracenadzwiększaniemzdolno

ściprzebiciapancerzaprzezpociskipodkalibrowe.Głębokośćpenetracjipociskamikinetycz

nymizaleŜyprzedewszystkimod:dynamicznychtwardościH p igęstościρ p materiałupoci

skuorazdynamicznychtwardościH t igęstościρ t materiałupancerza,jednostkowejmasypo

ciskuodniesionejdopolamaksymalnegojegoprzekrojupoprzecznegoρ p L(L–długośćpe

netratora)orazprędkościuderzeniaV p .WceluuzyskaniamoŜliwieduŜychwartościparame

trów ρ p L i H p , rdzenie wykonuje się najczęściej z wysokowytrzymałych stopów cięŜkich:

spiekizosnowąwolframowąWHAogęstościρ ≈ 17500kg/m 3 orazzuboŜonyuranDUogę

stościρ ≈ 19000kg/m 3 .

PenetratorywykonanezezuboŜonegouranumająszczególnąwłaściwość,polegającąna

ichsamoostrzeniusię(selfsharpeningeffect)podczaspenetracjipancerza(rys.2a).Wystę

powanietegoefektuwpływanazwiększeniegłębokościprzebiciawstosunkudopenetrato

rów wykonanych ze spieku na osnowie wolframowej (rys. 2b), mających tendencję do

„grzybkowania” w pancerzu. Zjawisko samoostrzenia się penetratora podczas wnikania

wpancerzjestskutkiemwystępowaniaprocesu formowaniasiępłaszczyznadiabatycznego

ścinania,będącegowynikiemzastosowaniaodpowiedniegoprocesutechnologicznegoodku

wania prętów uranowych oraz niskiej przewodności cieplnej zuboŜonego uranu. Obecnie

prowadzonesąm.in.wKoreiPłd.pracenadmodyfikacjąmikrostrukturyorazprocesówob

róbkicieplnejspieków naosnowiewolframowejwcelueliminacji efektu„grzybkowania”

ijednoczesnegouzyskaniaefektu„samoostrzeniasię”penetratorawpancerzu[2].

Rys.2.Porównaniemechanizmówodkształcaniasięwierzchołkapenetratorawykonanegoze

zuboŜonegouranu(DU)ispiekunaosnowiewolframowej(WHA)

Innym sposobemzwiększenia głębokości przebicia pancerzaprzezpociski kinetyczne

jestzastosowaniepenetratorówobudowiesegmentowej(rys.3).Wpociskutakimsegmenty

penetratora zachowując wzajemne liniowe połoŜenie względem punktu uderzenia kolejno

penetrująpancerz.Takisposóbdostarczaniaenergiikinetycznejdo„układupenetracji”skut

kujemniejszymistratamienergiizwiązanymizinercyjnymhamowaniempenetratorawmate

rialepancerza,awefekciekońcowymzwiększeniemgłębokościprzebiciaprzezpenetrator

segmentowywporównaniudojednorodnegopenetratoraotejsamejmasieiwymiarach.

Rys.3.Schematkonstrukcjipenetratorajednorodnegoisegmentowego

105

PrzykładempociskusegmentowegojestmodelpociskuAPFSDSkonstrukcjiWojskowe

goInstytutuTechnicznegoUzbrojenia,wktórympenetrator(rys.4)składasięzdwóchseg

mentówwykonanychzespiekunaosnowiewolframowejpołączonychtulejąwykonanązma

teriałuowysokiejwytrzymałości.Obecniepociskiteznajdująsięwfaziebadańmodeli[3].

2.Metodyszacowaniagłębokościprzebiciapancerzy

2.1.Metodyanalityczne

Balistykakońcowawzakresietechnikibadańzjawiskauderzeniapociskuwtwardąprze

szkodęwykorzystywaładotychczaszaleŜnościanalitycznewyprowadzonenapodstawiewy

nikówbadańdynamicznych.Podczasichopracowywaniaposługiwanosięnajczęściejwarto

ściami:granicznejprędkościbalistycznejpociskuV 50 ,prędkościuderzeniapociskuwprze

szkodęV p ,masypociskunatorzelotum,średnicypociskud,kątauderzeniawprzeszkodę

θ (kąt zawarty między styczną do toru lotu pocisku, a płaszczyzną normalną do pancerza

wpunkcieuderzeniapodczasbadańgłębokościprzebiciaprzezpociskikinetycznekątten

wynosinajczęściej60°),parametramiwytrzymałościowymimateriałuprzeszkodyijejgrubo

ścią.WprzeszłościposługiwanosiękilkomazaleŜnościamisłuŜącymidooszacowaniagłębo

kościprzebiciajednorodnychpancerzystalowych

a. ogólny

, (1)

b. MilnedeMarre

, (2)

c. Morri’a

, (3)

d. Dideona

= ρ

3 1

( )

, (4)

e. J.deMarre’a

, (5)

gdzie:Pgłębokośćprzebiciapancerza,C,n–stałezaleŜneodrodzajupociskuicharakteru

wnikaniapocisku,a 0 ÷a 3 współczynnikidoświadczalne.

Napodstawieporównaniawynikówbadaństrzelaniemiobliczeńteoretycznychnajwięk

sządokładnościąwoceniezdolnościprzebiciapociskiempełnokalibrowymipodkalibrowym

ostosunkudługościldośrednicyd(l/d)≤15,uzyskujesięzzaleŜności(5).RóŜnicewszaco

wanejirzeczywistejgłębokościprzebicianieprzekraczają15%.JednakŜewrazzewzrostem

106

Rys.4.ModelpociskupodkalibrowegoAPFSDSokonstrukcjisegmentowejopracowany

wWojskowymInstytucieTechnicznymUzbrojenia

w/wparametrul/dbłądwszacowaniuprzebiciaznaczniewzrasta.WiąŜesiętozezłoŜonością

zjawiskawnikaniadługiegopenetratorawpancerz.Zwyklerozwiązaniaanalitycznew/wpro

blemuupraszczasiępoprzezprzyjmowaniezałoŜeńograniczających,np.przyjęciekonstruk

cjipociskujakociałaidealniesztywnegoiuŜyciewspółczynnikówdoświadczalnych,które

nie uwzględniają procesów fizycznych towarzyszących zjawisku dynamicznego wnikania

pociskuwprzeszkodę.

Eksperymentalnąanalizęzjawiskfizycznychtowarzyszącychprocesowiwnikanianieod

kształcalnychpociskówmałegokalibru(oprędkościachuderzenia100÷1000m/s)wmetalo

weprzeszkodyzaprezentowanowpracy[4].Dziękiprzeprowadzonymanalizomibadaniom

zweryfikowanoinnązaleŜnośćnaokreśleniegłębokościprzebiciaprzedstawionąwpracy[5]

orazzidentyfikowanoczynnikiwpływającewsposóbzasadniczynawielkośćprzebicia

, (6)

gdzie:DPgłębokośćpenetracji,Lpoczątkowadługośćpocisku,kwspółczynnikkształtu

wierzchołka pocisku, ρ p gęstość materiału pocisku, ρ t gęstość materiału pancerza,

V p prędkośćuderzeniapociskuwpancerz,H t dynamicznatwardośćmateriałupancerza.

WartośćwspółczynnikakształtupociskukwyraŜasięwzorem

−

, (7)

gdzie:dśrednicanajwiększegoprzekrojupoprzecznegopocisku,Rpromieńczęścisfery

aproksymującejpowierzchniękontaktupociskuzpółprzestrzenią.

ZawęŜając problematykę do zjawisk przebijania pancerzy przez pociski podkalibrowe

typuAPFSDS,zewzględunaznaczneprędkościuderzenia(1500÷1700m/s),generowany

stannapręŜeńpozwalapominąćsztywnośćiściśliwośćpenetratorapociskupodkalibrowego

irozpatrywaćjejakoruchcieczy(modelprzepływuwgBernouli’ego).Tegorodzajumodele

stosujesiętakŜewbadaniachprzebiciapociskamikumulacyjnymi

. (8)

GłębokośćpenetracjiPjestproporcjonalnadopoczątkowejdługościpenetratoraL,adla

tegosamegomateriałupenetratoraipancerza(np.stalstal)głębokośćpenetracjijestrówna

długościpenetratora.

Klasycznateoriahydrodynamicznanieuwzględniazaobserwowanegowpraktycezjawi

skahamowaniapenetratorapodczaswnikaniawpancerz.

PrzebiegtegozjawiskauzaleŜnionyjestprzedewszystkimodprędkościuderzeniapoci

sku w pancerz oraz dynamicznych parametrów wytrzymałościowych materiałów konstruk

cyjnychpociskuipancerza.Abyuwzględnićtozjawiskostosujesięm.in.współczynnikieks

perymentalne.Naprzykładdooszacowaniagłębokościprzebiciaczołgowychpociskówtypu

APFSDSTosiągającychprędkościuderzeniawcelrzędu1500÷1700m/snajczęściejstosuje

sięwzórHeldaopartynamodeluhydrodynamicznym,wpostaci

107

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: