Снаряд посиленої ударної дії

Реферат: Снаряд посиленої ударної дії для перфорування перепон містить корпус і бронебійний елемент. Між корпусом і бронебійним елементом поміщений прискорювальний заряд вибухової речовини. Маси бронебійного елемента і корпусу зіставні (порівняні) або рівні між собою. UA 74997 U (12) UA 74997 U UA 74997 U 5 10 15 20 25 30 35 40 Корисна модель належить до пристроїв, що використовуються для перфорування різних, переважно обмежених за товщиною, гомогенних та гетерогенних перешкод силою удару, і для проникнення вглиб міцного монолітного середовища, наприклад, з метою створення глухого отвору при проведенні монтажних робіт, а також спеціальної техніки. Ударною дією снаряда фахівці називають проникання рухомого снаряда в перешкоду й руйнування (пробивання) цієї перешкоди силою удару. Ударна дія снаряда істотно залежить від швидкості снаряда щодо перешкоди в момент удару в останню. Для кращого пояснення матеріалу звернемося до добре відомих артилерійських бронебійних снарядів [1, с 174-200], основні типи яких представлені на рис. 1. Відомо, що в разі звичайного бронебійного снаряда як ударний елемент виступає корпус снаряда 1 (Фіг. 1, а, b, с), а в разі підкаліберного бронебійного снаряда ударним елементом слугує сердечник 1 (Фіг. 1, d). Найбільш близьким та ефективним технічним рішенням, що забезпечує максимальне пробиття перепони (броні) є підкаліберні снаряди котушкової форми (Фіг. 1, d) [1, с 194-200]. Бронебійний снаряд даного типу складається з бронебійного елемента (сердечника) 1, корпусу 2 з ведучим паском 3, донним детонатором 4 та балістичним наконечником 5. У практиці нерідко зустрічаються випадки, коли потужність ударного впливу існуючих снарядів недостатня для руйнування перешкоди або проникнення в неї на необхідну глибину. Ця проблема відома будівельникам, монтажникам, мисливцям і творцям спецтехніки. Традиційний шлях збільшення сили ударного впливу на перешкоду ґрунтується на підвищенні потужності метального пристрою, наприклад, за рахунок збільшення калібру, маси або початкової швидкості тіла, що метається. Цей шлях є ресурсовитратним і пов'язаний із необхідністю застосування більш габаритних, і менш ергономічних метальних установок. В основу корисної моделі поставлено задачу істотного збільшення кінетичної енергії ударного елемента снаряда при незмінній потужності метальної установки. Поставлена задача вирішена шляхом розміщення між корпусом снаряда та сердечником прискорювального заряда з пороху або вибухової речовини (Фіг. 2). Запропонований снаряд підвищеної ударної дії в статичному стані містить бронебійний елемент 1, корпус 2 з провідним паском 3 і донним детонатором 4, прискорювальний заряд вибухової речовини 5. Бронебійний елемент 1 поєднується з корпусом 1 методом закатки. У запропонованому бронебійному снаряді, випущеному з пускової установки зі стандартною швидкістю польоту, при зустрічі з перепоною спрацьовує детонатор 4, від якого ініціюється прискорювальний заряд 5. В результаті бронебійний елемент 1 отримує додаткову швидкість проникнення його в перепону. Далі суть корисної моделі пояснюється: - аналізом теоретичних передумов підвищення ударної дії снаряда (сердечника) та описом роботи снаряда підвищеної ударної дії; - прикладами практичних розрахунків підвищення ударної дії снаряда для відомих метальних систем. Теоретичні передумови підвищення ударної дії снаряда полягають у наступному. Руйнівна робота снаряда визначається його кінетичною енергією в момент зіткнення з перешкодою eb  45 50 55 2 mv b , 2 де m - маса снаряда, v b - відносна швидкість снаряда в момент його удару об перешкоду. Із цієї формули випливає, що збільшення кінетичної енергії снаряда можна отримати шляхом збільшення його маси або швидкості, або того й іншого разом. Надбавка до величини кінетичної енергії при збільшенні швидкості у відносному вимірі значно перевершує надбавку, викликану збільшенням маси m . Ударний елемент, скомпонований із двох тіл (бронебійного елемента 1 та корпуса 2 в зборі, Фіг. 2), що рухаються зі швидкістю v b , описується наступною фізичною моделлю. Поршень (бронебійний елемент 1) має масу m1 , трубу (корпус 2 в зборі) – масу m2 . Між поршнем і глухим кінцем труби поміщені прискорювальний заряд вибухової речовини масою m ex та детонатор з інерційним ударником масою m i . Сукупна маса компонентів буде: m  m1  m2  mex  mi . 1 UA 74997 U 5 10 15 У момент зіткнення поршня з перешкодою спрацьовує детонатор і прискорювальний заряд практично миттєво перетворюється в стислі газоподібні продукти. Енергія цих газів, пропорційна масі m ex , реалізується у вигляді роботи метання поршня і труби в протилежні сторони, причому робота розподілиться між тілами обернено пропорційно їх масам. Відповідно до закону збереження енергії, роботу метання можна визначити з виразу [2]: amex  AQw mex , де  - потенціал речовини прискорювального заряду, тобто та механічна робота, яку можуть здійснити продукти вибуху 1 кг заряду при їх адіабатичному розширенні й охолодженні до стандартної температури 290 К, A - механічний еквівалент теплоти, Q w - теплота вибуху речовини. Якщо знехтувати втратами енергії на розрив зв'язків, що фіксують положення поршня в трубі, на подолання сил тертя, на переміщення підривача в просторі та на тепловіддачу стінкам, то можна записати: am ex  e1  e 2 , e1 m 2 ,  e 2 m1 де e1 і e 2 - значення кінетичної енергії поршня і труби, відповідно. Зі сказаного випливає, що  m2 e1  AQ w m ex  m m 2  1 20  ,    m1  . e 2  AQ w m ex  m m   2  1 Що стосується труби, що має масу m2 , робота вибуху додасть цьому тілу прискорення в напрямку, протилежному первісному напрямку руху. У результаті абсолютна швидкість труби відразу після вибуху в першому наближенні буде дорівнювати значенню виразу: m1 2 . AQ w m ex m2 m1  m 2 Для поршня, навпаки, буде спостерігатися приріст абсолютної швидкості: vb  25 m2 2 . AQ w m ex m1 m1  m 2 Практичний інтерес полягає в тому, щоб погасити абсолютну швидкість труби до значення, близького до нуля, а швидкість поршня збільшити до бажаного значення. Цей інтерес виступає як умова оптимізації співвідношень різних мас. Зокрема, це означає, що маса прискорювального заряду, необхідна для досягнення цієї умови, може бути обчислена за допомогою виразу: vb  30 2 m2v b m  1  1  2  ,  2 AQ w  m1   а швидкості поршня й труби після вибуху речовини даної маси будуть рівні, відповідно: m ex  35  m  v 1  v b 1  2  ,  m1    . v2  0 З останніх виразів видна суттєва роль відношення мас. Якщо тепер поршень назвати тілом І, а трубу назвати тілом II, стає зрозумілим поведінка обох тіл при зіткненні ударного елемента снаряда з перешкодою. Формула для розрахунку значення m ex може бути представлена у вигляді: 2 vb 40 m ex  m  mi  1 m2 2 AQ w m1 2 vb , 1 m2 1 2 AQ w m1 2 UA 74997 U 5 а маса тіла І може бути розрахована за допомогою виразу: m  mi  m ex . m1  m 1 2 m1 У відкритій літературі неважко знайти всі необхідні дані для проведення розрахунків за наведеними формулами. Наприклад, у джерелі [3] наведені відомості про значення теплоти вибуху для різних вибухових речовин: Таблиця 1 Теплота вибуху деяких вибухових речовин. Назва вибухової речовини Піроксилін (N=13,3 %) Тротил Гексоген Тетрил Октоген ТЕН Нітрогліцерин Амотол 80/20 10 Щільність вибухової речовини, г/см 1,60 0,85 1,60 0,95 1,60 1,00 1,90 1,60 1,60 1,30 20 Q w ккал/кг 1040 1010 810 1320 1270 1090 920 1220 1360 1485 990. У джерелі [4, с. 88-89] наведені відомості про калібри, маси й дульні швидкості снарядів для різних ствольних систем метання. Фахівцям добре відома експериментальна формула, за допомогою якої можна оцінити товщину бронеплити, що пробивається ударним елементом снаряду [5]: 10 15 3  v m 0,5 sin   7 1 1  , b  Kd 0,75    де b - товщина бронеплити, дм,  - кут зустрічі, K - коефіцієнт опірності (2000-2400), d - калібр ударного елементу снаряда, дм. Проведемо розрахунки на прикладі відомої системи метання - танкової гармати Д-57-ТС калібру 76 мм [4]. Бронебійний снаряд до цієї гармати має масу 6,5 кг. На дальності стрільби по нерухомій перешкоді 1000 м швидкість v b  564 м/с. Нехай -  - прямий кут, K  2400. Згідно з [5, с.267], отримуємо b  63 мм. Приймемо для визначеності mi  0,1 кг. Тоді при тих самих вхідних балістичних даних використання винаходу дозволить отримати наступні результати: 25 3 UA 74997 U Таблиця 2 Результати оцінки ефективності застосування винаходу Відношення 0,1 0,5 1,0 5 10 15 m2 m1 Вибухова речовина, що застосовується назва Тротил Октоген Амотол 80/20 Тротил Октоген Амотол 80/20 Тротил Октоген Амотол 80/20 3 щільність, г/дм розрахункова маса, кг 1,60 1,90 1,30 1,60 1,90 1,30 1,60 1,90 1,30 0,024 0,020 0,024 0,118 0,098 0,120 0,232 0,193 0,236 m1 , кг 5,796 5,800 5,796 4,188 4,201 4,186 3,084 3,103 3,082 v 1 , м/с b , мм 620 68 846 84 1128 102 Як видно з результатів проведених розрахунків, ударна дія снаряда по бронеплиті при використанні прискорювального заряду помітно підвищується. Винахід промислово придатний, оскільки може бути реалізований на існуючих виробництвах снарядів, що широко використовуються для пробиття отворів в різноманітних перепонах. Джерела інформації: 1. Прохоров Б.А. Боеприпасы артиллерии. - М.: Машиностроение, 1973.-512 с. 2. Горст А.Г. Пороха и взрывчатые вещества. - М.: Машиностроение, 1972.-208 с. 3. Марьин В.К., Зеленский В.П. и др. Пороха, твердые топлива и взрывчатые вещества. - М.: Министерство обороны СССР, 1975.-466 с. 4. Медведев Ю.И. Теория баллистического проектирования ствольных систем. Учебное пособие. - Томск: Изд-во Том. ун-та, 1992.-92 с. 5. Никулин В.Я. Основы стрельбы из танка. Учебник. - М.: Военное издательство Министерства обороны Союза ССР, 1958.-324 с. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 20 Снаряд посиленої ударної дії для перфорування перепон, що містить корпус і бронебійний елемент, який відрізняється тим, що між корпусом і бронебійним елементом поміщений прискорювальний заряд вибухової речовини, а маси бронебійного елемента і корпусу зіставні (порівняні) або рівні між собою. 25 4 UA 74997 U Комп’ютерна верстка М. Ломалова Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 5