Экспериментальные исследования в обеспечение пожаровзрывобезопасности выстрелов в ВГМ

Основной причиной безвозвратных потерь ВГМ является поражение выстрелов

боекомплекта (рис 28).

Рис 28

Характер разрушения высокопрочных корпусов САУ «Фердинад», ИСУ-152, и Т-72

после детонации боекомплекта

Поражение снаряда и заряда производится заброневым действием БПС и

кумулятивных поражающих средств при преодолении защиты. Поражающими

элементами являются осколки сердечников БПС, брони, высокоскоростная кумулятивная

струя и ударное ядро. При возникновении пожара в объекте, например, при горении

топлива, источниками поражающего воздействия на выстрелы является температура и

открытое пламя. Следствием поражения снарядов и зарядов, содержащих взрывчатые

вещества (пороха и бризантные), является их воспламенение, горение, детонация, взрыв.

Для решения многочисленных задач:

- повышение стойкости выстрелов к поражающему воздействию при пробитии

броневой защиты, пожару в объекте, (назовем его первичным поражающим

воздействием);

- повышение стойкости конструктивных элементов объектов ВГМ к поражающему

воздействию пораженных выстрелов, (назовем его вторичным поражающим

воздействием);

- повышение поражающего воздействия средств, используемых против ВГМ.

Широко используются экспериментальные исследования на элементах ВВ снарядов

и зарядов, макетах снарядов, зарядов, боеукладок, на боевых выстрелах и объектах в

целом.

К экспериментальным исследованиям относят анализ состояния изделий после

боевых повреждений. (пораженные ПТС объекты, выстрелы после пожаров на складах).

Так, идея динамической защиты против кумулятивного заряда появилась при

анализе пораженных танков, когда обнаружили, что экранированные укладками с

боеприпасами участки брони не пробивались кумулятивными снарядами, тогда как

участки брони, перед которыми (по ходу струи) ВВ не было были пробиты.

Наиболее тяжелые повреждения объекту ВГМ наносятся при детонации ВВ,

содержащихся в выстреле боекомплекта. (См. плакаты с боевыми повреждениями ВГМ).

Условия возбуждения и развития детонации хорошо изучены (Физика взрыва, под

ред. К.П. Станюковича, «Наука», М. 1975, стр. 182, 183, 225 и др.)

«Первое условие-условие возбуждения детонации – давление во фронте

инициирующей ударной волны должно быть больше некоторого порогового значения,

характерного для данной взрывчатой системы». P6>Pв* .

Т.е. первое условие определяет величину давления в зоне контакта.

Влияние размеров в зоне сжатия определяется вторым условием возбуждения и

поддержания детонации (принцип Харитона): «устойчивая детонация в заряде возможна в

том случае, если время химической реакции больше времени движения боковой волны

разрежения к центральной части заряда». Это условие приводит к понятию «критического

диметра»,( равного произведения времени на скорость), суть которого заключается в том,

что при уменьшении диаметра порохового элемента до значения, меньшего dкр,

наведенная детонация затухает.

dкр= ct

где: с – скорость звука в продуктах детонации

Первое условие характерно для режима инициирования детонации – воздействии

поражающего элемента (осколок, кумулятивная струя), второе – для развития процесса

детонации в элементе взрывчатой системы (например, порохового прутка, пороховой

трубки).

В процессе экспериментальных исследований в обеспечение решения поставленных

задач соответствующим образом используются рассмотренные выше условия. Так,

например, для увеличения давления в зоне воздействия осколка сердечника БПС на

взрывчатую систему, помимо увеличения массы целесообразно использовать для

сердечника БПС материал с наибольшей ударной адиабатой. Ударная адиабата вольфрама

существенно выше ударной адиабаты стали и выше таковой урана, что необходимо

учитывать при стремлении повысить поражаемость за счет повышения плотности урана,

его термического воздействия. Снижение давления в зоне контакта поражающего

элемента и элемента взрывчатой системы может быть достигнуто размещением в этой

зоне материала с низкой ударной адиабатой. Достоверная информация по рассмотренным

вопросам получается в результате экспериментальных исследований.

Сложность экспериментальных исследований вопросов, связанных с детонацией

определяется быстротечностью процессов и высоким уровнем давлений. Так, на боковой

поверхности пороховой трубки 18/1 в/а заряда 4Ж40 (пушки Д-81) давление достигает

50*103 МПа, скорость распространения зоны детонации достигает 10*103 м/с. Примером

стенда и методов может служить вакуумный стенд с последовательной регистрацией

процесса кадрами рентгеносъемки с минимальным интервалом 4*10-6 с (рис. ….)

Объект испытаний – указанный выше элемент порохового заряда танковой пушки

калибра 125 мм – устанавливается по оси цилиндрической поверхности, охватываемой

светочувствительной пленкой. Радиально устанавливаются 3-4 рентгеновских аппарата,

срабатывающих последовательно с интервалом от 4*10-6 с до максимальной требуемой. В

пространстве размещения пороховой трубки создается требуемое разрежение, что при

детонации порохового элемента предохраняет конструкцию от воздействия ударной

волны.

Инициирование детонации осуществляется электродетонатором, который запускает

датчик временных сигналов срабатывания рентгеновских трубок. Как видно, на пленке

регистрируется положение зоны детонации на последующих по движению зоны

детонации кадрах и отходящая волна продуктов детонации.

Зная положение реперных точек на пороховой трубке ( например, размещением

полос свинцовой фольги) и моментов прохождения через них зоны детонации, легко

определить скорость детонации.

Размещая между торцем детонатора и поверхностью образца детонирующего ВВ

различные преграды можно определять чувствительность ВВ к различным

инициирующим импульсам, воспроизводя условия поражения (направление , величину)

объекта ВГМ, конструктивное исполнение и материал преград.

Выполняя объект испытаний конусным, можно экспериментально определить

критический диаметр по детонации.

На стенде может быть приведена большая номенклатура исследований процессов

воспламенения и горения ВВ при различных давлениях как воздуха, так и ингибиторов

давления, например, бромхладонов. В США разработана рецептура пороха LOVA-A9-II,

отличающаяся тем, что при пониженном (менее 1 кг/см2) давлении воздуха

воспламенения -при воздействии поражающих факторов- не происходит.

Получено,что в атмосфере бромхладона 13В1 (используется в штатных системах

противопожарного оборудования ВГМ) в зависимости от давления воспламенение

пироксилинового пороха либо вообще невозможно, либо требуется существенное

увеличение времени воздействия нагрева.

Рентгеноимпульсный способ регистрации процесса детонации, дополненный

измерением давления и температуры, широко используется при инициировании

возгорания и детонации элементов ВВ прострелом пулями стрелкового оружия и

малокалиберных пушек. Так определяется зависимость типа реакции ВВ (нет возгорания –

возгорание-детонация) от материала пули (сталь, свинец, латунь, вольфрам и др.),

скорости соударения, формы головной части, наличия трассера и др.

При простреле зарядов танковых орудий и САО 2С19 «Мста» было установлено, что

наличие стального поддона снижает стойкость зарядов к воспламенению: при попадании

пули в стальной поддон пуля разогревается, чего нет при попадании в часть заряда,

покрытую сгорающей оболочкой или пластмассой (полиэтиленом): воспламенение

порохового заряда не отмечалось.

Стендовыми исследованиями была установлена высокая эффективность

выполнения экранов, защищающих внутри объекта ВГМ боекомплект от осколков,

генерируемых при пробитии, из высокопластичных сплавов алюминия: под воздействием

кинетической энергии осколка преграда деформируется (тянется), но не разрушается,

предотвращая разогрев осколка и его контакт с ВВ.

Необходимую для оценки достигнутого уровня и правильности выбранных

технических решений информацию получают при поражении натурных образцов

снарядов и зарядов поражающими элементами, генерируемыми при пробитии реальной

защиты натурными поражающими средствами: снарядами, ПТУРС и др. Такие испытания

трудоемки и дорогостоящи, поэтому была разработана следующая методика стендовых

испытаний

Общий вид стендового оборудования представлен на рис 30

Рис.29 Лабораторная и натурная методики испытаний пороховых элементов и

выстрелов на детонацию.

Объект испытаний (снаряд, заряд, часть боеукладки) устанавливается на столе за

броневым щитом, перед объектом испытаний устанавливается рамка (длинной 1 м) с

мишурой на торцах. Сзади (по ходу поражающих элементов) устанавливается броневой

экран для улавливания осколков, отметки кумулятивной струи, прошедших через объект

испытаний. На заданных расстояниях от объекта испытаний устанавливаются датчики,

регистрирующие величину давления ударной волны, образуемой при детонации объекта

испытаний, и, соответственно, моменты времени прохождения волны. Стрельба по

броневому щиту производится из танка (отстоящим на 80 м) соответствующим снарядом

на скорости, требуемой для получения заданной скорости и массы (длины)

несработавшейся части сердечника БПС или кумулятивной струи– после поражения

объекта испытаний эта часть сердечника улавливается экраном. Таким образом

регистрируется факт возникновения детонации, зависимость от скорости , массы,

материала сердечника , рецептуры пороховой навески, материала гильзы и других

параметров.

Исследуется также влияние боеукладки ,в том числе условия локализации взрыва

так, чтобы исключить вовлечение в процесс детонации расположенные рядом с

пораженным выстрелом непораженные. Так установлена высокая эффективность

локализации взрыва пористым пенополиуретаном.

Полученные значения давлений во фронте ударной волны используются при

проведении расчѐтов элементов конструкции боеукладок ,АЗ, стенок отсека, в котором

размещается боекомплект и др.

При проведении натурных испытаний на реальных образцах выстрелов в отсеке

получается большой объем информации, которая сопоставляется с расчетной, например

полученный с использованием пакета прикладных программ ANSYS методом конечных

элементов (рис 30)

Рис.30 Результаты расчета детонации четырех зарядов и разрушения корпусных деталей –

перегородки между обитаемым и боевым отделениями и днища танка проекта журнала

«Armour»; внизу: то же для условия, что сдетонировало по 20% (по 4кг) от навески заряда

К экспериментальным исследованиям относятся и контрольные испытания объектов

на живучесть. Это сложные дорогостоящие испытания, проводимые как с непробитием,

так и с пробитием броневой защиты с использованием заданных ТТЗ противотанковых

средств.

Как экспериментально полученный материал используется анализ боевых

повреждений объектов ВГМ после боевой эксплуатации (мультимедийный материал)

Экспериментальные исследования в обеспечении эксплуатационные характеристик

выстрелов в ВГМ.

В ВГМ выстрелы размещаются в автоматизированных и неавтоматизированных

боеукладках и при загрузке и эксплуатации подвергаются воздействиям, которые могут

повлиять на их боевые характеристики. Эти воздействия включают:

- удары, вибрации, истирания - при транспортировке;

- механические нагружения – при падении, досылании;

- метеорологические – дождь, снег, пыль.

Невыполнение требований может повлечь за собой отказ при стрельбе; так, потеря

герметичности, намокание сгорающей оболочки приводит к недогоранию, экстракции в

боевые отделения тлеющих остатков, что может привести к пожару в объекте с

боекомплектом; увлажнение воспламенителя (ДРП) может привести к отказу, затяжному

выстрелу и др.

Балтийский государственный технический университет им. Д.Ф.Устинова БГТУ «ВОЕНМЕХ» Автор: Белецкий Е.М.

Конспект лекций по курсу: «Испытания и экспериментальные исследования вооружения»