Анализ влияния параметров двухслойных облицовок во взрывных устройствах для испытаний противометеороидной защиты / Королёвские чтения

Авторы

Бондарев Иван Сергеевич

МГТУ им. Н.Э. Баумана

Круглов Павел Владимирович

МГТУ им. Н.Э. Баумана

Колпаков Владимир Иванович

МГТУ им. Н.Э. Баумана

Аннотация:

Рассмотрен процесс функционирования заряда с двухслойной облицовкой путем моделирования численным методом в двумерной осесимметричной постановке для испытаний противометеороидной защиты. Получена зависимость для оценки разности скоростей элементов, формируемых зарядом с двухслойной облицовкой. Показано влияние соотношений прочности, плотности и толщин облицовок на относительную скорость формируемых из них элементов.

Ключевые слова:

численное моделирование, противометеороидная защита, двухслойная облицовка, относительная скорость, формируемые элементы

Основной текст труда

Для испытаний противометеороидной защиты космических аппаратов могут использоваться высокоскоростные элементы, при этом одним из способов получения таких элементов является применение взрывных устройств на основе снарядоформирующих зарядов [1]. Снарядоформирующие заряды могут формировать как компактные, так и удлиненные элементы, в том числе из двухслойной облицовки. При функционировании зарядов с двухслойной облицовкой формируется 2 элемента с разной скоростью. Для различных задач может потребоваться уменьшение или увеличение разности скоростей сформированных элементов, поэтому следует выявить факторы и изучить закономерности влияния параметров облицовок на относительную скорость.

Для определения относительной скорости и других параметров метаемых облицовок применяют численное моделирование функционирования зарядов [1–7] и физические эксперименты. Основная часть опубликованных работ посвящена численному моделированию метания однослойной облицовки [1–4], а метание двухслойных облицовок описано в меньшем количестве работ [5–7]. В некоторых работах отмечено влияние отдельных факторов на относительную скорость формируемых из двухслойной облицовки элементов [5, 6], однако отсутствуют аналитические зависимости и обобщенная информация о влиянии таких факторов. В данной работе была поставлена цель установить факторы, влияющие на относительную скорость формируемых из двухслойной облицовки элементов, и получить зависимости для анализа степени их влияния.

Исследование проведено путем численного моделирования в двумерной осесимметричной постановке на основе существующих методик расчета [4, 5]. В качестве факторов, влияющих на относительную скорость элементов были выделены следующие параметры облицовок: соотношения плотности материалов, соотношение прочности материалов, соотношение толщин. Для оценки значимости каждого из факторов была составлена матрица планирования полнофакторного эксперимента и проведены соответствующие численные расчеты, на основании которых было получено уравнение линейной регрессии для определения зависимости относительной скорости элементов от рассматриваемых факторов. Варьирование факторов производилось в следующих диапазонах:

соотношение пределов текучести облицовок 0,46…2,16;
соотношение плотностей облицовок 0,87…1,14;
соотношение толщин облицовок 1…2.

В результате работы можно сделать следующие выводы:

на рассмотренном интервале варьирования факторов основное влияние на относительную скорость формируемых элементов оказывает соотношение пределов текучести их материалов, степень влияния этого фактора относительно других составила более 65 %, степень влияния других факторов — менее 10 % каждый;
в рассмотренном диапазоне варьирования увеличение предела текучести передней облицовки относительно тыльной уменьшает относительную скорость формируемых элементов; влияние остальных независимых факторов сопоставимо по модулю с влиянием смешанных факторов, поэтому значения этих факторов требуют подбора в зависимости от соотношения пределов текучести облицовок.

Литература

Kruglov P.V., Kolpakov V.I., Bolotina I.A. The features of the process of forming compact elements of variable shape from metal liners for testing anti-meteoroidal protection for spacecraft. AIP Conference Proceedings, 2021, vol. 2318, iss. 1, art. 150003. DOI: https://doi.org/10.1063/5.0036207
Колпаков В.И. Математическое моделирование функционирования взрывных устройств. Наука и образование: научное издание МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2012, № 2, c. 1–32.
Колпаков В.И., Горюнов В.В. Математическое моделирование процесса взрывного формирования удлиненного поражающего элемента из высокоплотного материала. Оборонная техника, 2011, № 2–3, c. 30–34.
Круглов П.В., Колпаков В.И. Закономерности взрывного формирования удлиненных высокоскоростных элементов из стальных сегментных облицовок. Инженерный журнал: наука и инновации, 2017, № 12, c. 1–16. DOI: https://doi.org/10.18698/2308-6033-2017-12-1714
Ma H.-b., Zheng Y.-f., Wang H.-f., Ge C., Su C.-h. Formation and impact-induced separation of tandem EFPs. Defence Technology, 2020, vol. 16, iss. 3, pp. 668–677. DOI: https://doi.org/10.1016/j.dt.2019.09.003
Wang Z., Jiang J.-W., Wang S.-Y., Ren R.-c. A calculation model of velocity of tandem EFP with double layer liners. Acta Armamentarii, 2017, vol. 38, no. 7, 1301 p. DOI: https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1093.2017.07.007
Бондарев И.С., Круглов П.В., Колпаков В.И. Применение различных математических моделей описания конструкций тонкостенных осесимметричных оболочек для задач технологического проектирования. XLV Академические чтения по космонавтике, посвященные памяти академика С.П. Королёва и других выдающихся отечественных ученых — пионеров освоения космического пространства: сб. тез. в 4 т. Москва, Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2021, т. 4, с. 114–116.