Влияние параметров токового воздействия на радиальное рассеивание металлических кумулятивных струй
Опубликовано: 30.10.2023
Авторы: Фёдоров С.В., Болотина И.А., Горелов В.И.
Опубликовано в выпуске: #10(142)/2023
DOI: 10.18698/2308-6033-2023-10-2308
Раздел: Механика | Рубрика: Механика жидкости, газа и плазмы
Для снижения пробивного действия кумулятивных зарядов может быть использовано мощное токовое воздействие на кумулятивную струю. На основе численного моделирования в рамках модели равномерно удлиняющегося цилиндрического стержня исследованы особенности растяжения металлических кумулятивных струй при пропускании по ним мощного импульса электрического тока. Основное внимание уделено эффекту радиального рассеивания материала струи, реализующемуся после ее выхода из межэлектродного промежутка. Выясняется роль в данном явлении магнитной энергии, запасенной в элементах струи в процессе токового воздействия. Для средних участков кумулятивных струй, формируемых зарядами диаметром от 50 до 150 мм, получены распределения по радиусу струи плотности и радиальной скорости материала сразу после «отсечки» тока, свидетельствующие о том, что в результате токового воздействия может срываться и рассеиваться поверхностный слой материала струи при сохранении сплошности ее центральной части. С увеличением силы тока, пропускаемого по струе, возрастает толщина ее разрушающегося слоя, приобретающего направленную от оси радиальную скорость. Определены критические токи, соответствующие срыву поверхностного слоя струи и ее полному разрушению.
Литература
[1] Орленко Л.П., ред. Физика взрыва. В 2 т. Т. 2. Москва, Физматлит, 2004, 656 с.
[2] Walters W.P., Zukas J.A. Fundamentals of Shaped Charges. New York, Wiley, 1989, 398 p.
[3] 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.
[4] Ma B., Huang Z., Guan Z., Zu X., Jia X., Xiao Q. Research of the axial strong magnetic field applied at the initial period of inertial stretching stage of the shaped charge jet. International Journal of Impact Engineering, 2018, vol. 113, pp. 54–60.
[5] 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.
[6] Павловский А.И., Пляшкевич Л.Н., Шувалов А.М., Бродский А.Я. Экспериментальные исследования разрушения кумулятивной струи импульсом тока. Журнал технической физики, 1994, т. 64, № 2, с. 76–82.
[7] 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.
[8] Матросов А.Д., Швецов Г.А. Экспериментальное исследование токовой неустойчивости кумулятивных струй. Прикладная механика и техническая физика, 1996, т. 37, № 4, с. 9–14.
[9] Павловский А.И., Пляшкевич Л.Н., Шувалов А.М., Бродский А.Я. Исследование некоторых особенностей процесса разрушения кумулятивной струи в сильноточном режиме. Журнал технической физики, 1994, т. 64, № 5, с. 43–48.
[10] Пляшкевич Л.Н., Шувалов А.М., Спиров Г.М., Бродский А.Я., Димант Е.М., Лукьянов Н.Б., Макаев Б.С., Репьёв А.Г., Гайдаш С.В., Зайцев А.С. Разрушение кумулятивных струй током. Физика горения и взрыва, 2002, т. 38, № 5, с. 124–127.
[11] Григорян В.А., ред. Защита танков. Москва, Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2007, 327 с.
[12] Ogorkiewicz R.M. Future tank armors revealed. Janes Int. Defense Review, 1997, no. 5, pp. 50–51.
[13] Бабкин А.В., Ладов С.В., Федоров С.В. Электрическая защита перспективной боевой машины XXI века. Оборонная техника, 2000, № 1–2, с. 19–25.
[14] Xiang H.-J., Liang C.-Y., Yuan X.-C. Parameters optimization of passive electromagnetic armor based on orthogonal experiment. Advances in Engineering Research, 2019, vol. 185, pp. 51–57.
[15] Бурцев В.А., Калинин Н.В., Лучинский А.В. Электрический взрыв проводников и его применение в электрофизических установках. Москва, Энергоатомиздат, 1990, 288 с.
[16] Walters W.P., Summers R.L. A review of jet breakup time models. Propellants, Explosives, Pyrotechnics, 1993, vol. 18, no. 5, pp. 241–246.
[17] Petit J. Breakup of copper shaped-charge jets: experiment, numerical simulations, and analytical modeling. Journal of Applied Physics, 2005, vol. 98, no. 12, 123521.
[18] Littlefield D.L., Powell J.D. The effect of electromagnetic fields on the stability of a uniformly elongating plastic jet. Physics of Fluids A, 1990, vol. 2, no. 12, pp. 2240–2248.
[19] Littlefield D.L. Finite conductivity effects on the MHD instabilities in uniformly elongating plastic jets. Physics of Fluids A, 1991, vol. 3, no. 6, pp. 1666–1673.
[20] Федоров С.В., Бабкин А.В., Ладов С.В. Развитие магнитогидродинамической неустойчивости на подвергающейся электродинамическому воздействию кумулятивной струе. Оборонная техника, 1998, № 1–2, с. 49–56.
[21] Швецов Г.А., Матросов А.Д., Бабкин А.В., Ладов С.В., Федоров С.В. Поведение металлических кумулятивных струй при пропускании по ним импульсного электрического тока. Прикладная механика и техническая физика, 2000, т. 41, № 3, с. 19–25.
[22] Pollock C.E. Electromagnetic effect of the natural hydrodynamic instability of stretching, high velocity, metallic jets. In: Megagauss Magnetic Field Generation and Pulsed Power Applications. M. Cowan and R.B. Spielman, eds. N.Y., Nova Sci. Publ., 1994, pp. 309–316.
[23] 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.
[24] Федоров С.В. Об эффекте рассеивания металлических кумулятивных струй при пропускании по ним мощного импульса электрического тока. Журнал технической физики, 2012, т. 82, № 10, с. 18–30.
[25] Appelgren P., Skoglund M., Lundberg P., Westerling L., Larsson A., Hurtig T. Experimental study of electromagnetic effects on solid copper jets. Journal of Applied Mechanics. Transactions ASME, 2010, vol. 77, no. 1, pp. 1–7.
[26] 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.
[27] Жерноклетов М.В., ред. Методы исследования свойств материалов при интенсивных динамических нагрузках. Саров, РФЯЦ–ВНИИЭФ, 2005, 428 с.
[28] Федоров С.В., Велданов В.А., Смирнов В.Е. Численный анализ влияния скорости и прочности удлиненных ударников из высокоплотного сплава на глубину их проникания в стальную преграду. Вестник МГТУ им. Н.Э. Бау-мана. Сер. Машиностроение, 2015, № 1 (100), с. 65–83.
[29] Кнопфель Г. Сверхсильные импульсные магнитные поля. Москва, Мир, 1972, 392 с.
[30] Швецов А.Г., Матросов А.Д., Станкевич С.В. Влияние электрического тока на глубину проникания кумулятивных струй в преграды. Прикладная механика и техническая физика, 2015, т. 56, № 1, с. 150–161.
[31] Ильюшин А.А. Механика сплошной среды. Москва, Изд-во МГУ, 1990, 310 с.
[32] Johnson G.R., Cook W.N. A constitutive model and data for metals subjected to large strains, high rates and high temperatures. In: Proc. of the 7th Int. Symp. on Ballistics. Hague, Netherlands, 1983, pp. 541–547.
[33] Велданов В.А., Марков В.А., Пусев В.И., Ручко А.М., Сотский М.Ю., Сотский Ю.М., Федоров С.В. Исследование динамических механических свойств алюминиевых сплавов методом акселерометрии. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Машиностроение, 2010, № 2 (79), с. 37–46.
[34] Уилкинс М.Л. Расчет упругопластических течений. Вычислительные методы в гидродинамике. Москва, Мир, 1967, с. 212–263.