Динамика удара - Зукас Дж. А.
Скачать (прямая ссылка):
В двухступенчатых легкогазовых пушках применяются газы с малой молекулярной массой (водород и гелий), которые можно разогнать до ультравысоких скоростей, чтобы сообщить системам снаряд-поддон сверхвысокие скорости. Схема устройства и действия двухступенчатой легкогазовой пушки представлена на рис. 4.6. Дульный срез обычной гладкоствольной пороховой пушки заключен в массивный стальной
(4.14)
P=Pr[(Up/a0)-l]1/2,
a0 = (yRT/MY12.
(4.15) 190
Г лава 2
flj jjuL
1-І .І...ТДІ І.ІЧ П.І»!_
ЗСЩГ
Дг-чй.
LZT
ЕС
ff
Рис. 4.6. Схема устройства и действия двухступенчатой легкогазовой пушки.
блок, в котором установлены также переходная секция, клапан, открывающийся при повышении давления, и казенная часть ствола второй ступени, калибр которого меньше калибра ствола первой ступени. Снаряд вместе с поддоном помещается в казенной части ствола второй ступени. Из замкнутого объема первой ступени откачивают воздух и заменяют его водородом или гелием. При выстреле пороховой заряд воспламеняется и давление пороховых газов гонит вперед снаряд первой ступени (поршень), который сжимает газ, заполняющий пространство перед ним. Поскольку скорость поршня существенно меньше скорости звука в легком газе, сжатие происходит почти адиабатически. Тем не менее в непрерывно сокращающемся столбе газа перед поршнем возникают возмущения, распространяющиеся как в направлении движения поршня, так и в обратном направлении. Давление в казенной части ствола второй ступени стремительно растет до тех пор, пока поршень не войдет в переходную секцию, а давление не достигнет критического значения, при котором срабатывает механизм клапана. Как только это произойдет, снаряд начинает двигаться по стволу второй ступени, и изменение объема легкого газа приобретает более сложный характер, так как теперь он определяется совместным движением поршня и снаряда. Давление газа в канале ствола подскакивает до нескольких сот мегапа- Механика соударения со сверхвысокими скоростями 191
скалей в момент открытия клапана и превышает 1 ГПа и затем по мере приближения снаряда к дульному срезу ствола второй ступени быстро падает, а остаток кинетической энергии поршня расходуется на его деформацию в переходной секции.
Обычно легкогазовые пушки используются для сообщения снарядам скоростей до 7,5 км/с. В ряде случаев были получены скорости до 8,5 км/с. Однородные малогабаритные снаряды из пластичных материалов низкой плотности удавалось разгонять до 12 км/с. В настоящее время легкогазовые пушки-единственный вид пусковых установок, позволяющих метать со сверхвысокими скоростями снаряды заданной формы, изготовленные из материалов, представляющих практический интерес. Именно поэтому они так широко применяются при исследовании соударений со сверхвысокими скоростями.
В самом начале исследований движения со сверхвысокими скоростями было показано, что точные данные можно получить лишь в том случае, если снаряд помещен в поддон, так как при соприкосновении с поверхностью канала ствола легкогазовой пушки материал снаряда в процессе выстрела эродирует настолько, что масса снаряда становится неопределенной-во всяком случае, о ней нельзя судить по значению, измеренному перед пуском.
4.2.2. ВЗРЫВНОЕ МЕТАНИЕ
Другим широко распространенным способом метания макроскопических тел со сверхвысокими скоростями является метание с использованием зарядов твердых взрывчатых веществ (ВВ). В этом случае длина пути, на котором ускоряется метаемое тело, сравнительно мала, а ускорения очень велики (IO9-IO11 м/с2). Обычные снаряды не могут выдержать развивающихся при этом перегрузок и были бы буквально разорваны на части. Искусство создания ускорителей для взрывного метания заключается не в том, чтобы придать заряду форму, обеспечивающую максимальное ускорение снаряда, так как в этом случае он в процессе пуска наверняка будет сильно деформирован, а в том, чтобы выбрать такую форму заряда, при которой распределение давления по донному срезу метаемого снаряда было бы практически постоянным. Одним из успешных решений такого рода является полый заряд; схема которого представлена на рис. 4.7.
За донным срезом снаряда, установленного заподлицо с передней поверхностью взрывного заряда, имеется полость, в которой создается газовая подушка, снижающая пиковое давление, действующее на донный срез снаряда и одновременно увеличивающая время, в течение которого ему сообщается необходимый импульс. Полный импульс столба газа за донным срезом снаряда можно значительно увеличить, используя явление фокусировки ударных волн, известное, как образование диска Маха. Скачки уплотнения, распространяющиеся от боковой поверхности полости, сжимают растекающийся в боковом направлении газ, выбрасываемый со дна полости во время его движения к донному срезу 192
Г лава 2
Рис. 4.7. Полый взрывной заряд для метания снарядов в форме диска.
1 - детонатор, 2-генератор плоской волны, 3-фиксирующее кольцо. 4-снаряд, 5 - полость, 6-основной заряд
снаряда. Диаметр метаемого снаряда выбирается примерно равным теоретическому диаметру диска Маха. Снаряд вставляется в фиксирующее кольцо, изготовленное из того же материала. Внешний диаметр кольца равен диаметру полости в заряде. Кольцо работает в условиях большого перепада давлений, поскольку давление на его внутреннюю поверхность гораздо больше, чем на внешнюю. При резком продольном ускорении снаряда в нем возникают волны сжатия, распространяющиеся в радиальном направлении. Эти волны проходят сквозь поверхность контакта между снарядом и кольцом и отражаются от внешней поверхности кольца в виде волн растяжения, которые распространяются в обратном направлении и фокусируются. Волны растяжения не могут пройти сквозь поверхность контакта между кольцом и снарядом, и поэтому они вновь от нее отражаются и оказываются захваченными кольцом. Совместное действие перепада давления и радиальных волн приводит к разрыву кольца и разлету его осколков в радиальном направлении, в то время как неповрежденный снаряд летит вперед.
