ОСКОЛОЧНОЕ ДЕЙСТВИЕ АВИАЦИОННЫХ БОЕПРИПАСОВ
Рассмотрим взрыв заряда в цилиндрической оболочке с днищами (рисунок. 9.1 а). При инициировании заряда в левой плоскости 0 — 0 по нему пойдет детонационная волна ДВ с плоским фронтом. В момент времени фронт ДВ будет занимать положение 1-1. При ДВ достигнет правого торца заряда и, отразившись от днища, образует отраженную ударную волну (УВ), движущуюся в продуктах детонации в обратном направлении. В некоторый момент времени УВ достигнет левого днища цилиндра и, отразившись от него, создаст новую УВ, движущуюся слева направо. В дальнейшем процесс прохождения УВ в ПД и их отражения от днищ корпуса заряда будет наблюдаться многократно. При этом их интенсивность будет уменьшаться из-за выравнивания давления ПД в цилиндре и передачи части их энергии оболочке в виде импульса давления.
Примерный характер изменения давления за фронтом сначала ДВ, а затем УВ изображен на рисунке 9.1 б. При характер изменения давления вдоль оси заряда будет соответствовать соотношениям), описывающим автомодельный процесс. Максимальное давление на фронте ДВ и давление в зоне покоя при n = 3 определяются выражениями
|
|
; ,
в которых - плотность ВВ заряда.
Описанный характер изменения давления в цилиндре приводит к тому, что как в процессе взрыва заряда, так и после него различные сечения цилиндра будут иметь не только различный характер действующих на них взрывных (импульсных) нагрузок, но и различные импульсы силы давления ПД (рисунок 9.1,в). В начале взрыва (при элементы оболочки в сечениях, примыкающих к плоскости инициирования, приобретают существенно больший импульс, чем в сечениях у противоположного торца. В последующем распределение импульса давления вдоль оси оболочки несколько выравнивается. Однако в конечном счете наибольшие значения импульса силы давления ПД будут иметь сечения оболочки, несколько смещенные от середины заряда в сторону, противоположную плоскости инициирования.
Рис. 9.1. Взрыв заряда в оболочке
а- распределение давления, б – импульс, в- вдоль оболочки в различные моменты времени
Описанный характер изменения давления и импульса ПД будет иметь место в том случае, когда оболочка обладает значительной инерционностью, а ее материал—достаточной динамической прочностью. Если же оболочка заряда не сплошная, например, в ней могут отсутствовать днища, или в отдельных сечениях ее прочность может быть значительно ослаблена, например, при наличии надрезов в случае регулярного дробления оболочки на осколки, то характер ее нагружения ПД будет существенно другим. Ясно, что в этом случае как в процессе взрыва, так и в последующие моменты времени будет наблюдаться интенсивное истечение ПД с открытых торцов оболочки и через разрывы оболочки, образовавшиеся по надрезам. В таком случае суммарный импульс силы давления ПД, передаваемый оболочке, будет гораздо меньшим, а образовавшиеся осколки приобретут существенно меньшую начальную скорость В случае, когда оболочка тонкая, имеет малую инерционность, а ее материал обладает низкой прочностью, ее разлет будет начинаться сразу же по мере прохождения ДВ.
|
|
Совершенно иначе, ведет себя инерционная оболочка, выполненная из прочного металла. Ее разлет будет как бы задержан во времени и в тем в большей степени, чем большей прочностью обладает металл оболочки и чем больше толщина ее стенок (рисунок. 9.1, а).
В начальной стадии взрыва по мере прохождения ДВ оболочка скачком (ударно) нагружается высоким давлением рг» вследствие чего в ней образуются ударные волны, которые будут распространяться со скоростью , превосходящей скорость распространения звука в металле(рисунок. 9.2, а)
Рисунок 9.2. Образование:
а - ударных волн сжатия, разрежения и волны пластических деформаций п оболочке; б - распределение напряжений по толщине оболочки
В последующем из-за высокого давления ПД металл внутренней зоны оболочки будет терять прочность и деформироваться пластически. Так как скорость распространения пластических деформаций ср существенно меньше, чем скорость распространения упругих се, то фронт волны пластических деформаций (ВПД) будет заметно отставать от фронта ударной волны в металле. Вследствие этого УВ достигнет наружной поверхности оболочки, отразится от него в виде волны разрежения (ВР) и встретится с фронтом ВПД в точке С. Так как в ВР имеют место растягивающие напряжения, то пластические деформации металла в ВПД прекратятся, и металл перестанет течь. Таким образом, по мере прохождения ДВ металл в различных сечениях оболочки будет иметь различный характер возникающих напряжений (рисунок 9.2, б). В конечном счете по всей длине оболочки со стороны ее внутренней стенки будет иметь место зона пластических деформаций (рисунок. 9.3), свидетельствующая о том, что при взрыве треугольник волн ЛВС, возникающих в оболочке (рисунок 9.2), проходит по всей ее длине.
Рисунок 9.3. Зоны упругих и пластических деформаций оболочки после взрыва |
Рисунок 9.4. Деформация цилиндрической оболочки при взрыве |
Получив значительный импульс, оболочка приобретает некоторую начальную скорость и начинает расширяться, преодолевая силы сопротивления материала, определяемые динамическим пределом текучести металла , и силы динамического сопротивления среды, определяемые скоростным напором . В этот момент практически во всех сечениях оболочки будут возникать растягивающие напряжения. Когда же эти напряжения достигнут величин, превосходящих допустимые значения, оболочка начнет разрушаться. К моменту начала разрушения оболочки ее диаметр может увеличиться в 1,5 и более раз, а минимальная толщина стенки может уменьшиться до 0,5-7-0,7 (рисунок 9.4). Разрыв оболочки начинается с образования микротрещин, которые возникают в точках с повышенной концентрацией напряжений. Первые возникают вследствие неоднородности микроструктуры металла, вторые обусловлены волновым, характером нагружения оболочки ПД. В некоторых случаях точки образования микротрещин предопределяются технологией изготовления оболочки и заряда и делают процесс дробления корпусов регулярным, о чем будет сказано ниже. Волновые процессы обусловлены прохождением ударных волн в ПД и их многократным взаимодействием как между собой, так и со стенками оболочки. В конечном счете это приводит к тому, что, расширяясь, оболочка «дрожит», а ее отдельные сечения совершают как продольные, так и поперечные колебания. Все это, естественно, сказывается на характере как самого процесса разрушения оболочки, так и на размерах и форме образовавшихся осколков. Вследствие этого осколки, например, противотанковых авиабомб имеют характерный удлиненный («игольчатый») вид, в то время как осколки авиабомб типа АО-1сч имеют более компактную форму. Объясняется это тем, что указанные авиабомбы отличаются параметрами оболочки корпусов, свойствами их металла, размерами заряда, свойствами ВВ, а также способом инициирования зарядов и формой фронтов возникающих детонационных волн. О комплексном влиянии перечисленных и других факторов на результат дробления корпусов свидетельствует формула, предложенная проф. В. А. Кузнецовым, для определения максимальной массы осколка характерной формы, полученная на основании теоретических и экспериментальных исследований:
|
|
9.1
где - некоторый экспериментальный коэффициент;
- масса кубического осколка;
- толщина оболочки;
- плотность металла;
; ;
- коэффициент Пуассона
- длина оболочки
- соответственно скорости детонации, распространения упругих и пластичных деформаций в металле.
Исследования показывают, что чем меньше масса характерного осколка , тем при прочих равных условиях более интенсивно дробится сама оболочка. Однако масса весьма существенно зависит еще и от условий взрыва. Об этом свидетельствует получаемое экспериментальным путем значение согласующего коэффициента х, входящего в формулу (5.1). Он зависит от конструктивных особенностей оболочки, в частности, от толщины стенки торцевых днищ, от коэффициента наполнения и др. Например, коэффициент х у оболочек с открытыми торцами в пять раз больше, чем у оболочек с закрытыми торцами.