Моделирование процесса создания высокоскоростных удлиненных элементов с изменяемой формой
Опубликовано: 10.12.2019
Авторы: Круглов П.В., Колпаков В.И., Болотина И.А.
Опубликовано в выпуске: #12(96)/2019
DOI: 10.18698/2308-6033-2019-12-1937
Раздел: Механика | Рубрика: Механика деформируемого твердого тела
Для наземного моделирования проникания частиц и элементов в корпус космического аппарата предложено использовать заряды, формирующие высокоскоростные удлиненные элементы с изменяемой формой. В процессе функционирования такого заряда взрывчатое вещество способно разметать металлическую облицовку на расстояние нескольких сотен диаметров заряда. Металлическая сегментная облицовка деформируется в процессе метания и принимает форму удлиненного элемента. В расчетах применяли стальные облицовки с дегрессивным и прогрессивным профилем, наружная и внутренняя поверхности которых образованы сферическими поверхностями, а также сочетанием сферических и конических поверхностей. Представлены результаты численного анализа, определяющего влияние геометрических и физико-механических параметров сегментных кумулятивных облицовок, на эффективность действия зарядов, формирующих высокоскоростные удлиненные элементы. Эффективность зарядов определялась по характеристикам формируемого элемента — удлинению, степени наполненности и диаметру хвостового стабилизатора (юбки). Установлены зависимости, описывающие влияние на удлинение элемента и диаметр юбки динамического предела текучести материала облицовки и радиуса перехода сферической поверхности в коническую поверхность. Показано возможное противоречивое влияние изменения радиуса перехода сферической поверхности облицовки в коническую поверхность на параметры аэродинамической устойчивости высокоскоростного удлиненного элемента.
Литература
[1] Christiansen E.L. Handbook for Designing MMOD Protection. NASA, Houston, Texas (USA), 2009, 135 p.
[2] Poniaeva S.A., Kurakina R.O., Reznikova B.I., Rozova S.I., Zhukova B.G., Chernyshov M.V. Laboratory modelling of an active space experiment using railgun as a launch device. Acta Astronautica, 2017, vol. 135, pp. 63–68.
[3] Poniaeva S.A., Kurakina R.O., Sedova A.I., Bobasheva S.V., Zhukova B.G., Nechunaev A.F. Hypervelocity impact of mm-size plastic projectile on thin aluminum plate. Acta Astronautica, 2017, vol. 135, pp. 26–33.
[4] Rumiantsev B.V., Mikhaylin A.I. Phase transition effect on efficiency of screen protection against elongated hyper-velocity projectiles. Acta Astronautica, 2017, vol. 135, pp. 15–20.
[5] Walters W.P., Zukas J.A. Fundamentals of Shaped Charges. N.Y., John Wiley and Sons, 1989, 298 p.
[6] Орленко Л.П., ред. Физика взрыва. В 2 т. Т. 2. 3-е изд., перераб. Москва, Физматлит, 2004, 656 с.
[7] Селиванов В.В., ред. Боеприпасы. В 2 т. Т. 1. Москва, Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2016, 506 с.
[8] Бабкин А.В., Колпаков В.И., Охитин В.Н., Селиванов В.В. Численные методы в задачах физики быстропротекающих процессов. 2-е изд, испр. Москва, Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2006, 518 с.
[9] Колпаков В.И., Ладов С.В., Рубцов А.А. Математическое моделирование функционирования кумулятивных зарядов. Москва, Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 1998, 68 с.
[10] Федоров С.В., Баянова Я.М., Ладов С.В. Численный анализ влияния геометрических параметров комбинированной кумулятивной облицовки на массу и скорость формируемых взрывом компактных элементов. Физика горения и взрыва, 2015, т. 51, № 1, с. 150–164.
[11] Selivanov V.V., Fedorov S.V., Nikolskaya Ya.M., Ladov S.V. Compact element formation for the modeling of the high-velocity impacts of particles onto spacecraft materials and construction elements in earth conditions. Acta Austronautica, 2017, no. 135, pp. 34–43.
[12] Selivanov V.V., Fedorov S.V., Nikolskaya Ya.M., Ladov S.V. Research of the explosive formation of a compact element for meteoroids fragments and space debris modeling. Acta Austronautica, 2019, no. 163, рp. 84–90.
[13] Круглов П.В., Колпаков В.И. Закономерности взрывного формирования удлиненных высокоскоростных элементов из стальных сегментных облицовок. Инженерный журнал: наука и инновации. 2017, вып. 12. DOI: 10.18698/2308-6033-2017-12-1714
[14] Круглов П.В., Колпаков В.И. Анализ влияния разнотолщинности профиля металлических сегментных облицовок на форму высокоскоростных удлиненных элементов. Инженерный журнал: наука и инновации. 2018, вып. 7. DOI: 10.18698/2308-6033-2018-7-1782
[15] Cardoso D., Teixeira-Dias F. Modelling the formation of explosively formed projectiles (EFP). International Journal of Impact Engineering, 2016, no. 93, pp. 116–127. DOI: 10.1016/j.ijimpeng.2016.02.014
[16] Weimann K. Research and development in the area of explosively formed projectiles charge technology. Propellants, explosives, pyrotechnics, 1993, vol. 18, iss. 5, pp. 294–298.
[17] Hussain G., Hameed A., Hetherington J.G., Barton P.C., Malik A.Q. Hydrocode Simulation with Modified Johnson-Cook Model and Experimental Analysis of Explosively Formed Projectiles. Journal of Energetic Materials, 2013, no. 31, pp. 143–155. DOI: 10.1080/07370652.2011.606453
[18] Hussain G., Hameed A., Hetherington J.G., Malik A.Q., Sanaullah K. Analytical performance study of explosively formed projectiles. Journal of Applied Mechanics and Technical Physics, 2013, no. 54 (1), pp. 10–20.
[19] Pappu S., Murr L.E. Hydrocode and microstructural analysis of explosively formed penetrators. Journal of Materials Science, 2002, vol. 37, iss. 2, pp. 233–248.
[20] Wu J., Liu J., Du Y. Experimental and numerical study on the flight and penetration properties of explosively-formed projectile. International Journal of Impact Engineering, 2007, vol. 34, iss. 7, pp. 1147–1162.
[21] Rolc S., Buchar J., Akstein Z. Computer simulation of explosively formed projectiles (EFP). In: Proc. of the 23th Int. Symp. on Ballistics. Tarragona, Madrid, Spain, 16–20 April 2007, Universidad Politécnica de Madrid, International Ballistics Committee. Madrid, 2007, pp. 185–192.
[22] Borkowski J., Wilk Z., Koslik P., Szymanczyk L., Zygmunt B. Application of sintered liners for explosively formed projectile charges. International Journal of Impact Engineering, 2018, vol. 118, pp. 91–97.
[23] Liu J., Gu W., Lu M., Xu H., Wu S. Formation of explosively formed penetrator with fins and its flight characteristics. Defense Technology, 2014, no. 10, pp. 119–123. DOI: 10.1016/j.dt.2014.05.002
[24] Bender D., Chhouk B., Fong R., Rice B., Volkmann E. Explosively formed penetrators (EFP) with canted fins. In: 19th International Symposium on Ballistics. Interlaken, Switzerland, 7–11 May 2001, Defence Science and Technology Organization, the International Ballistics Committee. Interlaken, DEStech Publications, 2001, pp. 755–761.
[25] Li R., Li W.B., Wang X.M. Effects of control parameters of three-point initiation on the formation of an explosively formed projectile with fins. Shock Waves, 2018, vol. 28, iss. 2, pp. 191–204.
[26] Круглов П.В., Колпаков В.И., Болотина И.А. Особенности процесса создания компактных элементов изменяемой формы из металлических облицовок. Инженерный журнал: наука и инновации, 2019, вып. 11. DOI: 10.18698/2308-6033-2019-11-1917
[27] Гелин Д.В., Лысов Д.А., Марков В.А., Марков И.В., Сотский М.Ю., Селиванов В.В. Новые технические решения для получения дополнительной информации о нестационарных процессах в баллистических опытах. Инженерный журнал: наука и инновации, 2018, вып. 3. DOI: 10.18698/2308-6033-2018-3-1747
[28] Климачков С.И., Охитин В.Н. Параметры подводного взрыва разнесенных зарядов с задержкой. Инженерный журнал: наука и инновации, 2016, вып. 8. DOI: 10.18698/2308-6033-2016-8-1526
[29] Круглов П.В., Болотина И.А. Технология изготовления дисковых заготовок переменной толщины для компактных летательных аппаратов. Инженерный журнал: наука и инновации, 2017, вып. 9. DOI: 10.18968/2308-6033-2017-9-1674
[30] Круглов П.В., Болотина И.А. Совершенствование технологии изготовления дисковых заготовок для металлических облицовок компактных летательных аппаратов. Инженерный журнал: наука и инновации, 2018, вып. 8. DOI: 10.18698/2308-6033-2018-8-1787
[31] Круглов П.В., Сгибнев А.В. Выбор параметров технологических операций механической обработки на основе учета коэффициента вариации стойкости инструмента. Наука и образование: научное издание МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2014, № 6. DOI: 10.7463/0614.0714287
[32] Круглов П.В., Сгибнев А.В. Автоматизация контрольных, испытательных и регулировочных работ после сборки автоматических систем. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Машиностроение, 2012, № 3, с. 140–147.
[33] Круглов П.В., Тарасов В.А. Метод генерации проектных решений сборки изделий с применением ориентированных гиперграфов. Наука и образование: научное издание МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2012, № 1. URL: http://technomag.bmstu.ru/doc/260312.html (дата обращения 20.06.2018).
[34] Круглов П.В., Тарасов В.А., Болотина И.А. Метод формирования совокупности допустимых вариантов сборки изделий на основе применения ориентированных гиперграфов. Наука и образование: научное издание МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2012, № 2. URL: http://technomag.bmstu.ru/doc/339658.html (дата обращения 20.06.2018).
[35] Круглов П.В., Болотина И.А. Применение ориентированных гиперграфов ограничений при проектировании технологии изготовления высокоточных конструкций. Инженерный журнал: наука и инновации, 2016, вып. 5. DOI: 10.18698/2308-6033-2016-05-1494