Уплотнение формируемых кумулятивными зарядами высокоскоростных металлических элементов посредством магнитно-импульсного воздействия
Опубликовано: 01.08.2024
Авторы: Федоров С.В., Болотина И.А., Горелов В.И., Струков Ю.А.
Опубликовано в выпуске: #8(152)/2024
DOI: 10.18698/2308-6033-2024-8-2375
Раздел: Механика | Рубрика: Механика деформируемого твердого тела
Для испытаний объектов ракетно-космической техники на стойкость к ударному воздействию метеороидов и осколков космического мусора можно использовать формируемые взрывом высокоскоростные металлические элементы. Накопление микроповреждений в результате интенсивного пластического деформирования приводит к снижению средней плотности высокоскоростных элементов, формирующихся при взрывном обжатии профилированных металлических облицовок. Для уплотнения таких элементов при испытаниях с их помощью стойкости противометеоритной защиты предлагается использовать воздействие на элементы магнитного поля, создаваемого на траектории движения перед взаимодействием с мишенью. На основе численного моделирования в рамках одномерной осесимметричной задачи механики и электродинамики сплошных сред исследованы физические процессы, происходящие в пористом проводящем упругопластическом цилиндре, помещенном в магнитное поле. С использованием данной модели определены параметры магнитно-импульсного воздействия, необходимые для уплотнения стальных и алюминиевых элементов.
EDN MHPRNG
Литература
[1] Новиков Л.С. Воздействие твердых частиц естественного и искусственного происхождения на космические аппараты. Москва, Университетская книга, 2009, 104 с.
[2] Зеленцов В.В. Проблемы мелкого космического мусора. Наука и образование. МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2015, № 4, с. 89–104. DOI: 10.7463/0415.0764904
[3] Hu Di-qi, Chi Run-qiang, Liu Yu-yan, Pang Bao-jun. Sensitivity analysis of spacecraft in micrometeoroids and orbital debris environment based on panel method. Defence Technology, 2023, vol. 19, pp. 126–142.
[4] Леун Е.В., Нестерин И.М., Пичхадзе К.М., Поляков А.А., Сысоев В.К. Обзор схем пенетраторов для контактных исследований космических объектов. Космическая техника и технологии, 2022, № 2 (37), с. 103–117.
[5] Федоров С.В., Федорова Н.А., Велданов В.А. Использование импульса реактивной тяги для увеличения глубины проникания исследовательских модулей в малопрочные грунтовые преграды. Известия Российской академии ракетных и артиллерийских наук, 2014, № 4 (84), с. 53–63.
[6] Lorenz R.D. Planetar penetrators: their origins, history and future. Advances in Space Research, 2011, vol. 48, no. 3, pp. 403–431.
[7] Федоров С.В., Федорова Н.А. Влияние прочностных свойств грунтово-скальной преграды на глубину проникания ударников при дополнительном действии импульса реактивной тяги. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Машиностроение, 2016, № 4, с. 40–56.
[8] Hyde J.L., Christiansen E.L., Kerr J.H. Meteoroid and orbital debris risk mitigation in a low Earth orbit satellite constellation. International Journal of Impact Engineering, 2001, vol. 26, pp. 345–356.
[9] Вениаминов С.С., Червонов А.М. Космический мусор — угроза человечеству. Москва, ИКИ РАН, 2012, 192 с.
[10] Christiansen E. Design and performances equations for advanced meteoroid and debris shield. International Journal of Impact Engineering, 1993, vol. 14, pp. 145–156.
[11] Зеленцов В.В. Защита космического аппарата от воздействия фрагментов мелкого космического мусора. Наука и образование. МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2015, № 6, с. 123–142. DOI: 10.7463/0615.0778339.
[12] Хабибуллин М.В., Кривошеина М.Н., Саммель А.Ю. Математическое моделирование ударного воздействия фрагментов космического мусора на иллюминаторы космических аппаратов. Инженерно-физический журнал, 2019, т. 92, № 6, с. 2548–2556.
[13] Назаренко А.И. Моделирование космического мусора. Москва, ИКИ РАН, 2013, 216 с.
[14] Воробьев А.А., Зыкова Т.С., Спицын Д.Д., Удинцев Р.Д., Яневский В.Д., Казанцев С.Г. Моделирование воздействия микрометеоритов и фрагментов космического мусора на космические аппараты. Вопросы электромеханики. Труды НПП ВНИИЭМ, 2011, т. 120, с. 27–30.
[15] Балеевский А.Г., Киселев Ю.Г., Могилев В.А., Мельцас В.Ю., Фатеев Ю.А., Шуров Ю.В., Шемарулин В.Е. Высокоскоростное метание компактных элементов. Сб. докладов научн. конф. Волжского регионального центра РАРАН «Современные методы проектирования и отработки ракетно-артиллерийского вооружения». Саров, ВНИИЭФ, 2000, с. 244–248.
[16] Кейбл А. Ускорители для метания со сверхвысокими скоростями. Высокоскоростные ударные явления. Москва, Мир, 1973, с. 13–28.
[17] Мержиевский Л.А., Титов В.М., Фадеенко Ю.И., Швецов Г.А. Высокоскоростное метание твердых тел. Физика горения и взрыва, 1987, т. 23, № 5, с. 77–91.
[18] Орленко Л.П., ред. Физика взрыва. В 2-х т. Москва, Физматлит, 2004, т. 2, 656 с.
[19] Герасимов С.И., Маляров Д.В., Сироткина А.Г., Капинос С.А., Калмыков А.П., Князев А.С. Взрывные метательные устройства кумулятивного типа для формирования высокоскоростных компактных элементов. Физика горения и взрыва, 2020, т. 56, № 4, с. 128–136.
[20] Федоров С.В. О реализации принципа имплозии в кумулятивных зарядах с полусферическими облицовками дегрессивной толщины. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Естественные науки, 2017, № 3, с. 71−92.
[21] Rumyantsev B.V., Mikhaylin A.I. Jet-charge as an effective tool in the development of spacecraft shields testing against micrometeoroids and man-made debris. Acta Astronautica, 2015, vol. 109, pp. 166–171.
[22] Андреев С.Г., Бойко М.М., Клименко В.Ю. Метательное действие зарядов взрывчатых веществ при распространении инициирующих и детонационных волн. Инженерный журнал: наука и инновации, 2016, вып. 4. http://dx.doi.org/10.18698/2308-6033-2016-04-1483
[23] 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. http://dx.doi.org/10.18698/2308-6033-2018-7-1782
[24] Федоров С.В., Ладов С.В., Никольская Я.М., Баскаков В.Д., Бабурин М.А., Курепин А.Е., Горбунков А.А., Пирозерский А.С. Формирование потока высокоскоростных частиц кумулятивными зарядами с облицовкой типа полусфера-цилиндр дегрессивной толщины. Физика горения и взрыва, 2017, т. 53, № 4, с. 122–125.
[25] Selivanov V.V., Ladov S.V., Nikolskaya Ya.M., Fedorov S.V. Research of the explosive formation of a compact element for meteoroids fragments and space debris modeling. Acta Astronautica, 2019, vol. 163, pp. 84–90.
[26] Жданов И.В., Князев А.С., Маляров Д.В. Получение высокоскоростных компактных элементов требуемых масс при пропорциональном изменении размеров кумулятивных устройств. Труды Томского государственного университета. Т. 276. Серия физико-математическая. Томск, Изд-во Томского университета, 2010, с. 193–195.
[27] Геринг Дж. Высокоскоростной удар с инженерной точки зрения. Высокоскоростные ударные явления. Москва, Мир, 1973, с. 468–516.
[28] Афанасьева С.А., Белов Н.Н., Козорезов К.И., Хабибуллин М.В., Югов Н.Т. Особенности высокоскоростного проникания сильнопористого ударника в мишень конечной толщины. Доклады Академии наук, 1997, т. 355, № 2, с. 192–195.
[29] Федоров С.В., Бабкин А.В., Ладов С.В. Проявление магнитокумулятивного эффекта при взрыве кумулятивного заряда с созданным в его облицовке аксиальным магнитным полем. Журнал технической физики, 2003, т. 73, № 8, с. 111–117.
[30] Бабкин А.В., Кружков В.А., Луговой Э.В., Федоров С.В. Математическое моделирование растяжения кумулятивной струи при пропускании через нее электрического тока. Оборонная техника, 1993, № 9, с. 36–39.
[31] Федоров С.В., Бабкин А.В., Ладов С.В. Особенности инерционного удлинения высокоградиентного проводящего стержня в продольном низкочастотном магнитном поле. Инженерно-физический журнал, 2001, т. 74, № 2, с. 79–86.
[32] Бабкин А.В., Колычев М.Е., Ладов С.В., Федоров С.В. О возможном механизме разрушения кумулятивной струи импульсом тока. Оборонная техника, 1995, № 4, с. 47–54.
[33] Федоров С.В. Усиление магнитного поля в металлических кумулятивных струях при их инерционном удлинении. Физика горения и взрыва, 2005, т. 41, № 1, с. 120–128.
[34] Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. Электродинамика сплошных сред. Москва, Наука, 1982, 624 с.
[35] Кнопфель Г. Сверхсильные импульсные магнитные поля. Москва, Мир, 1972, 392 с.
[36] Уилкинс М.Л. Расчет упругопластических течений. Вычислительные методы в гидродинамике, Москва, Мир, 1967, с. 212–263.
[37] Johnson J.N. Dynamic fracture and spallation in ductile solids. Journal of Applied Physics, 1981, vol. 52, no. 4, pp. 2812–2825.