Название: Ударные волны в конденсированных средах - (автор неизвестен)

Жанр: Технические

Просмотров: 1354


§ 5. ускорение тел кумулятивной струей по схеме легкогазовой пушки

Фрагмент многоступенчатой схемы высокоскоростного метания тел рассмотрен в схеме легкогазовой пушки, где кумулятивная струя использовалась в качестве поршня, сжимающего рабочий газ для ускорения твердых тел.

Рассмотрим задачу о движении в трубе несжимаемых поршней (рис. 32) массой m и М, разделенных слоем газа с начальным давлением p0 и показателем адиабаты k. Пусть в начальный момент времени t = 0 поршень массой m1 имеет скорость Vу и находится от покоящегося поршня на расстоянии x0. Считая процесс сжатия газа адиабатическим и пренебрегая массой газа, запишем уравнения движения поршней:

                      (8.64)

где S – площадь поперечного сечения трубы; XП – путь ускоряемой пули (поршень m); Xс – путь кумулятивной струи (поршень M).

Процесс разгона пули кумулятивной струей в таком устройстве распадается на две фазы: 1) сжатие газа в течение времени 0 – t*; 2) расширение сжатого между поршнями газа для времени t > t* (рис. 32). При этом кумулятивная струя непрерывно тормозится, а пуля ускоряется. Переход от фазы сжатия рабочего газа к фазе расширения характеризуется равенством скоростей струи и пули

                (8.65)

Решая совместно уравнения (8.64) с очевидными начальными условиями, получаем для фазы сжатия t £ t*

где

              (8.66)

Пользуясь соотношениями (8.65), (8.66), найдем минимальное расстояние, на которое сближаются поршни в фазе сжатия, и давление сжатого газа:

                     (8.67)

                      (8.68)

где

Окончательно значение скорости пули получим из соотношений (8.64) с учетом начальных условий (8.65), (8.67):

                      (8.69)

Максимальную скорость, которую может приобрести пуля в таком ускоряющем устройстве, получаем из соотношения (8.69) при условии y ® ¥

                (8.70)

Такая оценка показывает, что для достаточно большого различия в массах кумулятивной струи и ускоряемой пули M > m скорость пули может превзойти скорость кумулятивной струи. Для проверки этого принципа ускорения твердых тел были проведены эксперименты с использованием устройства, представленного на рис. 33.

Кумулятивный заряд 1 (ТГ 50/50, диаметр 50 мм, высота

36 мм) с полусферической дюралюминиевой облицовкой толщиной 2 мм и наружным диаметром 40 мм устанавливался на некотором расстоянии от стальной диафрагмы 2 на входе в камеру сжатия 3 соосно с ними. Камера сжатия заполнялась продуктами детонации таблетки ВВ 6, которая инициировалась ударом кумулятивной струей после пробития диафрагмы 2. В некоторых экспериментах для ускорения заполнения камеры сжатия таблетка ВВ содержала кумулятивную выемку. Стальная пуля 4 – буртик толщиной около 0,5 мм. Масса пули колебалась от 0,25 до 0,3 г при длине 4 и диаметре 3 мм. Как камера сжатия, так и ствол 5 изготавливались высверливанием отверстия в массивной (Ø 40 – 50 мм) стальной болванке. Длина ствола не превышала 60 мм, т.е. составляла 20 калибров максимально. Скорость пули, зарегистрированная в экспериментах, – около 3 км/с или несколько выше. Скорость пули, ее форма и целостность определялись при съемке на рентгеновской импульсной установке.

Из соотношения (8.70) следует, что при

m << M и для реализуемого в настоящих экспериментах случая  скорость пули может достигнуть величины Vп » 2Vc. Но достигнутая величина скорости пули в эксперименте даже меньше начальной скорости головы струи Vcôг. Градиент скорости струи изменяется от 4,5 до 1,2 км/с почти линейно при длине струи в этот момент времени около

50 мм. При образовании кумулятивной струи из сферической облицовки на ранних стадиях процесса нельзя разделить течение на пест и струю.

Основная причина того, что скорость пули меньше скорости струи, состоит в недостаточной длине ствола. Действительно, для пули массой 0,3 г, диаметром 3 мм необходимо среднее давление ~ 3×104 атм, которое на пути 60 мм сообщает ей скорость 3 км/с. Подставив величину найденного давления в формулы (8.66), (8.67), получаем, что пуля покидает ствол еще в фазе сжатия. Что же касается собственно легкогазовых пушек, то у них канал ствола имеет длину порядка 300 калибров.

Необходимо отметить, что этот гибрид легкогазовой пушки и взрывных ускорителей сочетает в себе преимущества обоих способов ускорения. В отличие от газокумулятивных зарядов, используемых для ускорения твердых тел, в кумулятивной пушке вес заряда ВВ на порядок меньше.