Ударное действие боеприпасов

Ударное действие боеприпасов проявляется в проникании их в различные среды (грунт) и в пробивании преград конечной толщины (броня, бетон).

Глубина проникания или толщина пробиваемой преграды определяются величиной кинетической энергии боеприпасов в момент встречи с преградой.

В процессе проникания или пробивания кинетическая энергия расходуется на деформацию, разрушение и нагревание среды, сообщение ускорения частицам среды, а также на деформацию самого средства поражения и его нагревание.

Особенности процесса удара и проникания снаряда в ту или иную среду определяются в первую очередь степенью динамичности процесса, которая характеризуется коэффициентом динамичности В:

где V – скорость проникающего снаряда; с – скорость звука в среде.

Деформация среды осуществляется в результате образования ударных волн при соударении снаряда со средой и последующего распространения в среде (рис. 6.1).

Возникающая ударная волна сжимает среду и вовлекает ее в движение. Конфигурация и размеры пришедшей в движение области среды и скорость ее движения зависят от значения коэффициента В.

При В < 1 фронт ударной волны обгоняет проникающее тело; при В > 1 фронт ударной волны движется вместе с проникающим телом.

Задача о проникании боеприпасов в различные среды в общей постановке может быть сформулирована следующим образом. Необходимо установить закон движения снаряда в сопротивляющейся среде при условии, что известны характеристики снаряда, физико-механические характеристики среды и начальные условия проникания.

При этом из всего многообразия факторов, определяющих основные за­кономерности явления проникания, выделяют наиболее существенные: массу снаряда, форму его головной части, скорость встречи с поверхностью среды и физико-механические свойства самой среды; снаряд считается абсолютно жестким телом, и делается допущение о том, что его кинетическая энергия расходуется только на деформацию среды и сообщение скорости движения частицам среды, т. е. на преодоление сил сопротивления среды.

Процесс проникания боеприпасов в сплошные среды можно условно разбить на три этапа: первый – удар о поверхность среды, второй этап – собственно проникание и третий этап, который может иметь место лишь при встрече с преградой конечной толщины, – проникание при наличии откола или сквозное пробивание.

Если скорость встречи снаряда с преградой имеет порядок 1200–1500 м/с и более, то начинает деформироваться сам корпус снаряда, и материал снаряда, как и материал преграды, приходит в пластическое состояние.

При этом на площади контакта снаряда с броней возникают колоссальные давления – порядка сотен тысяч атмосфер. Эти давления намного превышают предел текучести материала снаряда и материала преграды, и поэтому, с точки зрения расчета бронебойного действия, процесс проникания можно рассматривать как внедрение струи жидкого металла (длина струи равна длине снаряда) в полубесконечную жидкую среду преграды (рис. 6.18).

Рис. 6.18. Гидродинамическая схема проникания

В процессе проникания жидкий материал снаряда и брони выбрасывается с большой скоростью в сторону свободной поверхности, в результате чего в броне образуется воронка, диаметр которой тем больше превосходит диаметр снаряда, чем выше скорость снаряда. Глубина же воронки, определяющая глубину проникания (толщину пробиваемой брони), практически не зависит от скорости проникающего тела, а зависит только от его длины. Чем длиннее тело, тем дольше будет происходить процесс «вымывания» разру­шающимся снарядом материала брони и тем позже произойдет полное «сра­батывание» снаряда (процесс проникания заканчивается в тот момент, когда срез хвостовой части проникающего снаряда, имеющий скорость v_c, достигнет дна образующейся воронки).

На рисунке 6.19 представлена в качестве иллюстрации фотография разреза типичной воронки, образованной в дюралевой преграде при ударе об нее стального цилиндра со скоростью 4000 м/с.

Рис. 6.19. Воронка при высокоскоростном соударении

В действительности толщина пробиваемой брони оказывается несколько большей чем длина снаряда (при одинаковых плотностях материалов снаряда и преграды). Это связано с тем, что после окончания процесса проникания снаряда по рассмотренной выше схеме материал среды еще обладает какой-то скоростью течения и продолжает некоторое время двигаться по инерции. Последнее приводит к увеличению размеров образовавшегося кратера, т. е. к увеличению его диаметра и глубины.

Интересным и показательным является бетонобойное действие.

Бетонобойным действием называется процесс проникания боеприпасов в преграды из бетона или железобетона.

При ударе снаряда о бетон по периметру головной части снаряда в бетоне возникают радиальные сжимающие и касательные растягивающие напряжения. В результате этого в зоне, примыкающей к поверхности снаряда, бетон разрушается и превращается в порошкообразную массу, целостность бетона нарушается, и в нем образуются трещины. Часть порошкообразного бетона и бетона с нарушенной целостностью под действием давления снаряда уплотняется, заполняет образовавшиеся трещины и по достижении предела уплотнения вытесняется в промежуток между поверхностью снаряда и стенками образовавшейся воронки.

Вытесняемая масса бетона имеет скорость, близкую к значению скорости проникающего снаряда. Этот процесс идет до момента полной остановки снаряда или же до образования откольной воронки.

Экспериментально установлено, что существенное снижение скорости снаряда имеет место при внедрении его в бетон на глубину, равную высоте головной части.

С этого момента увеличение диаметра выброса и ударной воронки с лицевой поверхности преграды прекращается, и разрушенный бетон вовлекается в движение по направлению движения снаряда (в откольную воронку).

Так как при пробивании бетонных преград обычно имеет место явление откола с тыльной поверхности, то толщина пробиваемой преграды примерно на 40% превосходит глубину проникания снаряда в бетон.

В практике расчетов могут иметь место случаи, когда преграда, в которую происходит проникание тела, неоднородна и состоит из нескольких слоев различного материала/

В этом случае глубина проникания в преграду и время проникания определяется как арифметическая сумма глубин и времен соответственно последовательно для каждого слоя. При этом конечные условия движения АСП в предыдущем слое являются начальными для расчета в последующем слое.

Если бомба или снаряд встречают преграду под малыми углами, то они, как правило, не внедряются в преграду, а отскакивают (рикошетируют) от нее. Величина предельных углов рикошетирования зависит в основном от свойств преграды и лежит в пределах от 5° (водная поверхность) до 25° (броня).

Явление рикошетирования боеприпасов может привести к заметному ухудшению эффективности стрельбы и бомбометания. Так, попавшие в цель и срикошетировавшие бронебойные или осколочно-фугасные снаряды, взры­ватели которых имеют небольшое замедление, уже не поразят цель. Авиабомбы после рикошетирования способны удалиться от точки рикошета на расстояние нескольких сотен метров, что отрицательно сказывается на точ­ности бомбометания, если бомба укомплектована взрывателем с установкой на замедление (порядка нескольких десятков секунд). Применение авиабомбы со взрывателями мгновенного действия опасно, так как при бомбометании с малых высот (когда более вероятен рикошет) отставание бомбы будет небольшим и взрыв бомбы будет опасен для самолета (см. гл. 14). Кроме того, при рикошетировании часто разрушаются корпуса боеприпасов и нарушаются нормальные условия работы взрывателей.

Для борьбы с рикошетом боеприпасов применяются специальные конструктивные меры.

Интересно: Известны способы использования явления рикошетирования для повышения эффективности стрельбы и бомбометания. Так, в наземной артиллерии находит применение способ «стрельбы на рикошетах», при котором срабатывание взрывателя должно происходить после рикошета, когда снаряд поднимается на высоту нескольких метров, что по результатам действия аналогично неконтактному взрыву.

В авиации применялся также способ «топмачтового» бомбометания по кораблям военно-морского флота. В этом случае самолет, заходя на корабль поперечным курсом, сбрасывал бомбу с малой высоты (с высоты топового фонаря на мачте корабля). При таком заходе на цель боковые ошибки бом­бометания будут малы. Сама бомба сбрасывается с недолетом (точка прице­ливания находится на определенном расстоянии от корабля). После рикоше­тирования от водной поверхности, независимо от величины ошибок по даль­ности, бомба с очень большой вероятностью сможет попасть в весьма значи­тельную по размерам площадь вертикальной проекции корабля.

Если рикошета нет, то глубина проникания в грунты или толщина пробиваемой преграды будет определяться массой, диаметром, формой головной части и скоростью средства поражения, а также прочностными свойствами среды и преграды.

Так, 250-кг фугасная бомба при скорости встречи с грунтом типа суглинок проникает на глубину 6 м, а в скальный грунт – на глубину 0,8 м.

Иллюстрацией эффективности пробивного действия могут служить данные о толщинах брони, пробиваемой пулями и снарядами авиационного оружия. Например, бронебойные пули калибра 12,7 мм при скорости встречи 750 м/с способны пробить 20-мм броню средней твердости, а 30-мм бронебойный снаряд при скорости 800 м/с пробивает броню толщиной 32 мм.

Дата добавления: 2014-01-05