Про оптимальні конструкції і матеріали кумулятивних зарядів для деяких практичних застосувань
DOI:
https://doi.org/10.26642/ten-2023-1(91)-287-297Ключові слова:
кумулятивний заряд; лайнер; детонація; кумулятивний струмінь; ударне ядро; прониканняАнотація
Мета. Огляд і аналіз результатів досліджень функціонування кумулятивних зарядів з різними лайнерами для прогнозу або отримання кореляційних залежностей типу «швидкість детонації ВР – швидкість елементів кумулятивних струменів (КС)», «кут у вершині конічного лайнера – швидкість КС»; оцінювання і експериментальна перевірка інженерних теорій проникання КС в щільні матеріали для проєктування зарядів у практичних застосуваннях; аналіз ефективності кумулятивних зарядів (КЗ) з лайнерами із різних матеріалів.
Методика. Методичну основу досліджень становить системний підхід до проблеми підвищення ефективності кумулятивного вибуху. Відповідно до специфіки досліджень, спрямованих на досягнення поставлених завдань та отримання технологічних залежностей, у роботі використовувалися переважно аналітичний, графоаналітичний методи та фізичне і математичне моделювання.
Результати. Виявлено кількісні взаємозв’язки швидкості головної частини КС від швидкості детонації вибухової речовини в заряді з кутом у вершині конічного лайнера 42º і залежність швидкості головної частини КС від кута у вершині конічного мідного лайнера. Проаналізовано інженерні теорії проникання КС в щільні перепони. Показано, що найкращі результати, які близькі до експериментальних даних, прогнозує теорія на засадах моделі A–V (Allison і Vitali). Визначено найбільш перспективні матеріали для лайнерів кумулятивних зарядів з метою збільшення глибини пробиття або діаметра при неглибокому пробиванні. Розглянуто деякі практичні застосування КЗ, зокрема, знешкодження і утилізація боєприпасів і нетрадиційні методи руйнування залізобетону і гірських порід.
Наукова новизна. Встановлено лінійну залежність швидкості КС від швидкості детонації вибухової речовини для заряду з конічним лайнером і кутом у вершині 42º, а також залежність швидкості КС від кута у вершині конічного мідного лайнера, яка близька до степеневої, для швидкості детонації ВР ≈ 7800–8000 м/с.
Практична значущість. Отримані результати є важливими та корисними для проєктування техніки і технологій у різноманітних галузях, де використовується енергія спрямованого вибуху: для знешкодження і утилізації боєприпасів, для розкриття нафтових і газових пластів, для реконструкції будівельних споруд, у військовій справі.
Посилання
Walters, W.P. and Zukas, J.A. (1989), Fundamentals of shaped charges, John Wiley and Sons, N.Y., 391 p.
Jen-Hsin Ou, Ou Jen-Bing and Jhu Yan-Jing (2014), «The Design and Analysis for Shaped Charge Liner Using Taguchi Method», International journal of mechanics, Vol. 8, рр. 53–61.
Pyka, Dariusz, Kurzawa, Adam, Bocian, Miroslaw et al. (2020), «Numerical and Experimental Studies of the ŁK Type Shaped Charge», Applied Sciences, No. 10 (6742), doi: 10.3390/app10196742.
Xian-feng, Liang and Zhang, Qiao (2011), «Studies on jet formation and penetration for a double-layer shaped charge», Combustion, Explosion, and Shock Waves, Vol. 47, рр. 241–248.
Timoshenko, A.B. and Chepkov, I.B. (2011), «Modelirovanie funktsionirovaniya boevykh chastei, soderzhashchikh snaryadoformiruyushchiesya elementy», Viiskovo-tekhnichnyi zbirnyk, No. 2 (5), рр. 73–81.
Habera, Ł., Hebda, K., Koślik, P. and Sałacińskі, Т. (2020), «The Shooting Tests of Target Perforating Ability, Performed on Cast Concrete Cylinders», Cent. Eur. J. Energ. Mater., No. 17 (4), pp. 584–599.
Elshenawy, Tamer, Li, Qing-ming and Elbeih, Ahmed (2022), «Experimental and numerical investigation of zirconium jet performance with different liner shapes desing», Defence technology, Vol. 18, No. 1, рр. 12–25.
Kemmoukhe, H., Savić, S., Terzić, S. et al. (2019), «Improvement of the Shaped Charge Jet Penetration Capability by Modifying the Liner Form Using AUTODYN-2D», Scientific Technical Review, Vol. 69, No. 1, рр. 10–15.
Voitenko, Yu.I., Hoshovskyi, S.V. and Zakusylo, R.V. (2022), «Pro osnovni chynnyky vplyvu na hlybynu probyttia i enerhiiu udaru kumuliatyvnykh strumeniv i udarnykh yader», Khimichna tekhnolohiia: nauka, ekonomika ta vyrobnytstvo, materialy VI Mizhnarodnoi naukovo-praktychnoi konferentsii, 23–25 lystopada, Shostka, рр. 60–63.
Du, Y., He, G., Liu, Y. et al. (2021), «Study on Penetration Performance of Rear Shaped Charge Warhead», Materials, No. 14 (6526), doi: 10.3390/ma14216526.
Kumuliatyvnyi zariad bez trotylovoi vybukhovoi rechovyny (2022), zaiavka na korysnu model, No. u 2022 03016, data podannia zaiavky 19.08.
Sposib zneshkodzhennia min ta boieprypasiv kumuliatyvnym zariadom (2022), zaiavka na korysnu model, No. u 2022 03015, data podannia zaiavky 19.08.
Khailov, V.B., Chebotar, V.I. and Borshch, V.V. (2020), «Analiz mozhlyvostei zastosuvannia malykh kumuliatyvnykh zariadiv dlia zneshkodzhennia boieprypasiv», Zbirnyk naukovykh prats Derzhavnoho naukovo-doslidnoho instytutu vyprobuvan i sertyfikatsii ozbroiennia ta viiskovoi tekhniky, Issue 3 (5), pp. 87–92.
Voitenko, Yu.I., Boiko, V.V. and Orudzhov, Vuhar Ifrat ohly (2022), «Suchasni sposoby rozminuvannia», Khimichna tekhnolohiia: nauka, ekonomika ta vyrobnytstvo, materialy VI Mizhnarodnoi naukovo-praktychnoi konferentsii, 23–25 lystopada, Shostka, рр. 45–50.
Cui, Ping, Wang, Deshi, Shi, Dongmei et al. (2020), «Investigation of Penetration Performance of Zr-based Amorphous Alloy Liner Compared with Copper», Materials, No. 13 (912), pp. 1–12, doi: 10.3390/ma13040912.
Elshenawy, T., Li, Qing-ming and Elbeih, Ahmed (2022), «Experimental and numerical investigation of zirconium jet performance with different liner shapes desing», Defence technology, Vol. 18, No. 1, pp. 12–25.
Held, M. (1968), «Initiation of explosive a Multiple problem of the Physics of Detonation», Explosivstoffe, Vol. 5, рр. 3–11.
Drachuk, A.G., Goshovskii, S.V. and Voitenko, Y.I. (2007), «The Calculation Parameters of Shaped Charges with Porous Liners», Ukrainian State Geological Exploration Institute, Kiev, рр. 42.
Voitenko, Y., Kravets, V., Shukurov, A. and Drachuk, O. (2017), «Peculiarities of Britlle and Ductile Materials Destruction and Deformation During the Explosion of Industrial Shaped Charges», Min. Miner. Deposits, Vol. 11 (2), рр. 12–20.
Salkičević, Minel (2022), «Numerical simulations of the formation behavior of explosively formed projectiles», Defense and security studies, Vol. 3, рр. 1–14.
Walters, W. (2007), Introduction to Shaped Charges, Aberdeen Proving Ground, MD 21005-5069, Army Research Laboratory. ARL-SR-150, 110 p.
Li, Weibing, Wang, Xiaoming and Li, Wenbin (2010), «The effect of annular multi-point initiation on the formation and penetration of an explosively formed penetrator», International Journal of Impact Engineering, No. 37, pp. 414–424.
Jun, Wu, Liu, Jngbo and Du, Yixin (2007), «Experimental and numerical study on the flight and penetration properties of explosively formed projectile», International journal of impact engineering, Vol. 34, рр. 1147–1162.
Hontar, P.A., Terentiev, O.M. and Shukiurov, A. (2016), «Enerhetychni parametry kumuliatyvnoho vybukhovoho yadra pid chas vybukho-mekhanichnoho burinnia», Naukovyi visnyk KPI, No. 5, pp. 17–23.
Hyssain, G. and Sanaulbah, K. (2009), «The simulation studies of explosively formed projectiles», J. eng. & apll. Sci., Vol. 28, No. 2, pp. 11–21.
Khairul Kamarudin, H., Ahmad Mujahid Ahmad Zaidi, Shohaimi Abdullah and Md Fuad Shah Koslan (2016), «Establishment of Shaped Charge Optimum Parameters for Small Scale Hydrodynamic Penetration», Modern Applied Science, Vol. 10, No. 1, pp. 82–92.
Held, M. (2001), «Liners for shaped charges», Journal of battlefield technology, Vol 4, No. 3, pp. 1–6.
Pham, J.D., Baker, E.L. and De Fisher, S. (2005), «Shaped charge jet flash radiograph digitization», Technical Report ARAET-TR-05013, 2005: U.S. army armament research, development and engineering center, Picatinny, New Jersey, 39 р.
Elshenawy, T., Elbeih, Ahmed and Li, Q.M. (2018), «Influence of target strength on the penetration depth of shaped charge jets into RHA targets», International Journal of Mechanical Sciences, Vol. 136, рр. 234–242.
Simon, J., Dipersio, R. and Merendino, A.B. (1965), «Penetration of Shaped-Charge Jets into Metallic Targets», Ballistic Research Laboratory Memorandum, Report No. 1296.
Petit, J., Jeanclaude, V. and Fressengeas, C. (2005), «Break-up of Cooper shaped-charge jets: Experiment, numerical simulations, and analytical modelling», J. Appl. Phys., No. 98, 123521, doi: 10.1063/1.2141647.
Dacheng, Gao, Li, Wenbin, Yao, Wenjin et al. (2022), «Penetration and Cratering of Steel Target by Jets from Titanium Alloy Shaped Charge Liners», Materials, No. 15, doi: 10.3390/ma15145000.
Voitenko, Y.I. Zakusylo, R.V. and Zaytchenko, S. (2021), «Influence of the Striker Material on the Results of High-Speed Impact at a Barrier», Cent. Eur. J. Energ. Mater., No. 18 (3), pp. 405–423.
Voitenko, Yu.I., Kravets, V.H., Shukiurov, A. et al. (2018), «Efektyvnist zariadiv riznykh konstruktsii pry deformuvanni ta ruinuvanni metalevykh perepon», Visnyk ZhDTU, No. 1 (81), pp. 223–231, doi: 10.26642/tn-2018-1(81)-223-231.
Wu, J., Wang, H., Fang, X. et al. (2018), «Investigation on the Thermal Behavior, Mechanical Properties and Reaction Characteristics of Al-PTFE Composites Enhanced by Ni Particle», Materials, No. 11 (9), 1741.
Voitenko, Y.I., Zakusylo, R.V., Wojewodka A.T. et al. (2019), «New Functional Materials in Mechanical Engineering and Geology», Cent. Eur. J. Energ. Mater., No. 16 (1), pp. 135–149.
Voitenko, Yu.I. (2000), Fizyko-tekhnichni osnovy sverdlovynnykh heotekhnolohii z kerovanym trishchynoutvorenniam, D.Sc. Thesis of dissertation, 05.15.11, Kyiv, 377 p.
Список використаної літератури:
Walters W.P. Fundamentals of shaped charges / W.P. Walters, J.A. Zukas. – N.Y. : John Wiley and Sons, 1989. – 391 p.
Jen-Hsin Ou The Design and Analysis for Shaped Charge Liner Using Taguchi Method / Ou Jen-Hsin, Ou Jen-Bing, Jhu Yan-Jing // International journal of mechanics. – 2014. – Vol. 8. – Р. 53–61.
Numerical and Experimental Studies of the ŁK Type Shaped Charge / Dariusz Pyka, Adam Kurzawa, Miroslaw Bocian and other // Applied Sciences. – 2020. – № 10 (6742). DOI: 10.3390/app10196742.
Xian-feng Liang Studies on jet formation and penetration for a double-layer shaped charge / Xian-feng Liang, Qiao Zhang // Combustion, Explosion, and Shock Waves. – 2011. – Vol. 47. – Р. 241–248.
Тимошенко А.Б. Моделирование функционирования боевых частей, содержащих снарядоформирующиеся элементы / А.Б. Тимошенко, И.Б. Чепков // Військово-технічний збірник. – 2011. – № 2 (5). – С. 73–81.
The Shooting Tests of Target Perforating Ability, Performed on Cast Concrete Cylinders / Ł.Habera, K.Hebda, P.Koślik, Т.Sałacińskі // Cent. Eur. J. Energ. Mater. – 2020. – № 17 (4). – Р. 584–599.
Tamer Elshenawy Experimental and numerical investigation of zirconium jet performance with different liner shapes desing / Tamer Elshenawy, Qing-ming Li, Ahmed Elbeih // Defence technology. – 2022. – Vol. 18, № 1. – P. 12–25.
Improvement of the Shaped Charge Jet Penetration Capability by Modifying the Liner Form Using AUTODYN-2D / H.Kemmoukhe, S.Savić, S.Terzić and other // Scientific Technical Review. – 2019. – Vol. 69, № 1. – P. 10–15.
Войтенко Ю.І. Про основні чинники впливу на глибину пробиття і енергію удару кумулятивних струменів і ударних ядер / Ю.І. Войтенко, С.В. Гошовський, Р.В. Закусило // Хімічна технологія: наука, економіка та виробництво : матеріали VІ Міжнародної науково-практичної конференції, 23–25 листопада. – Шостка, 2022. – С. 60–63.
Study on Penetration Performance of Rear Shaped Charge Warhead / Y.Du, G.He, Y.Liu and other // Materials. – 2021. – № 14 (6526). DOI: 10.3390/ma14216526.
Кумулятивний заряд без тротилової вибухової речовини : заявка на корисну модель, № u 2022 03016, дата подання заявки 19.08.2022 р.
Спосіб знешкодження мін та боєприпасів кумулятивним зарядом : заявка на корисну модель, № u 2022 03015, дата подання заявки 19.08.2022 р.
Хайлов В.Б. Аналіз можливостей застосування малих кумулятивних зарядів для знешкодження боєприпасів / В.Б. Хайлов, В.І. Чеботар, В.В. Борщ // Збірник наукових праць Державного науково-дослідного інституту випробувань і сертифікації озброєння та військової техніки. – 2020. – Вип. 3 (5). – С. 87–92.
Войтенко Ю.І. Сучасні способи розмінування / Ю.І. Войтенко, В.В. Бойко, Вугар Іфрат огли Оруджов // Хімічна технологія: наука, економіка та виробництво : матеріали VІ Міжнародної науково-практичної конференції, 23–25 листопада. – Шостка, 2022. – С. 45–50.
Investigation of Penetration Performance of Zr-based Amorphous Alloy Liner Compared with Copper / Ping Cui, Deshi Wang, Dongmei Shi and other // Materials. – 2020. – № 13 (912). – P. 1–12. DOI: 10.3390/ma13040912.
Elshenawy T. Experimental and numerical investigation of zirconium jet performance with different liner shapes desing / T.Elshenawy, Qing-ming Li, Ahmed Elbeih // Defence technology. – 2022. – Vol. 18, № 1. – P. 12–25.
Held M. Initiation of explosive a Multiple problem of the Physics of Detonation / M.Held // Explosivstoffe. – 1968. – Vol. 5. – P. 3–11.
Drachuk A.G. The Calculation Parameters of Shaped Charges with Porous Liners / A.G. Drachuk, S.V. Goshovskii, Y.I. Voitenko // Ukrainian State Geological Exploration Institute. – Kiev, 2007. – Р. 42.
Peculiarities of Britlle and Ductile Materials Destruction and Deformation During the Explosion of Industrial Shaped Charges / Y.Voitenko, V.Kravets, A.Shukurov, O.Drachuk // Min. Miner. Deposits. – 2017. – Vol. 11 (2). – Р. 12–20.
Salkičević Minel Numerical simulations of the formation behavior of explosively formed projectiles / Minel Salkičević // Defense and security studies. – 2022. – Vol. 3. – Р. 1–14.
Walters W. Introduction to Shaped Charges / W.Walters. – Aberdeen Proving Ground, MD 21005-5069, Army Research Laboratory. ARL-SR-150. – 2007. – 110 p.
Li Weibing The effect of annular multi-point initiation on the formation and penetration of an explosively formed penetrator / Weibing Li, Xiaoming Wang, Wenbin Li // International Journal of Impact Engineering. – 2010. – № 37. – P. 414–424.
Jun Wu Experimental and numerical study on the flight and penetration properties of explosively formed projectile / Jun Wu, Jngbo Liu, Yixin Du // International journal of impact engineering. – 2007. – Vol. 34. – Р. 1147–1162.
Гонтар П.А. Енергетичні параметри кумулятивного вибухового ядра під час вибухо-механічного буріння / П.А. Гонтар, О.М. Терентьєв, А.Шукюров // Науковий вісник КПІ. – 2016. – № 5. – С. 17–23.
Hyssain G. The simulation studies of explosively formed projectiles / G.Hyssain, K.Sanaulbah // J. eng. & apll. Sci. – 2009. – Vol. 28, № 2. – P. 11–21.
Establishment of Shaped Charge Optimum Parameters for Small Scale Hydrodynamic Penetration / H.Khairul Kamarudin, Ahmad Mujahid Ahmad Zaidi, Shohaimi Abdullah, Md Fuad Shah Koslan // Modern Applied Science. – 2016. – Vol. 10, № 1. – P. 82–92.
Held M. Liners for shaped charges / M.Held // Journal of battlefield technology. – 2001. – Vol 4, № 3. – Р. 1–6.
Pham J.D. Shaped charge jet flash radiograph digitization / J.D. Pham, E.L. Baker, S. De Fisher // Technical Report ARAET-TR-05013. – Picatinny, New Jersey, 2005: U.S. army armament research, development and engineering center. – 39 р.
Elshenawy T. Influence of target strength on the penetration depth of shaped charge jets into RHA targets / T.Elshenawy, Ahmed Elbeih, Li Q.M. // International Journal of Mechanical Sciences. – 2018. – Vol. 136. – P. 234–242.
Simon J. Penetration of Shaped-Charge Jets into Metallic Targets / J.Simon, R.Dipersio, A.B. Merendino. – Ballistic Research Laboratory Memorandum, Report № 1296. – 1965.
Petit J. Break-up of Cooper shaped-charge jets: Experiment, numerical simulations, and analytical modelling / J.Petit, V.Jeanclaude, C.Fressengeas // J. Appl. Phys. – 2005. – № 98. – 123521. DOI: 10.1063/1.2141647.
Penetration and Cratering of Steel Target by Jets from Titanium Alloy Shaped Charge Liners / Dacheng Gao, Wenbin Li, Wenjin Yao and other // Materials. – 2022. – № 15. DOI: 10.3390/ma15145000.
Voitenko Y.I. Influence of the Striker Material on the Results of High-Speed Impact at a Barrier / Y.I. Voitenko, R.V. Zakusylo, S.Zaytchenko // Cent. Eur. J. Energ. Mater. – 2021. – № 18 (3). – P. 405–423.
Ефективність зарядів різних конструкцій при деформуванні та руйнуванні металевих перепон / Ю.І. Войтенко, В.Г. Кравець, А.Шукюров та ін. // Вісник ЖДТУ. – 2018. – № 1 (81). – С. 223–231. DOI: 10.26642/tn-2018-1(81)-223-231.
Investigation on the Thermal Behavior, Mechanical Properties and Reaction Characteristics of Al-PTFE Composites Enhanced by Ni Particle / J.Wu, H.Wang, X.Fang and other // Materials. – 2018. – № 11 (9). – 1741.
New Functional Materials in Mechanical Engineering and Geology / Y.I. Voitenko, R.V. Zakusylo, A.T. Wojewodka and other // Cent. Eur. J. Energ. Mater. – 2019. – № 16 (1). – Р. 135–149.
Войтенко Ю.І. Фізико-технічні основи свердловинних геотехнологій з керованим тріщиноутворенням : дис. … д.т.н. : 05.15.11 / Ю.І. Войтенко. – Київ, 2000. – 377 с.
##submission.downloads##
Опубліковано
Як цитувати
Номер
Розділ
Ліцензія
Авторське право (c) 2023 Юрій Іванович Войтенко, Сергій Володимирович Гошовський, Олександр Олексійович Костюк, Андрій Михайлович Пасічник
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License.
Автор, який подає матеріали до друку, зберігає за собою всі авторські права та надає відповідному виданню право першої публікації, дозволяючи розповсюджувати даний матеріал із зазначенням авторства та джерела первинної публікації, а також погоджується на розміщення її електронної версії на сайті Національної бібліотеки ім. В.І. Вернадського.
