Удар снаряда о броню Результаты удара снаряда о броню зависят от веса снаряда, его скорости в момент падения, соотношения калибра и толщины брони, угла встречи, прочности снаряда и брони, количества

Удар снаряда о броню Результаты удара снаряда о броню зависят от веса снаряда, его скорости в момент падения, соотношения калибра и толщины брони, угла встречи, прочности снаряда и брони, количества взрывчатого вещества и т.д. Снаряд может:1) срикошетировать, не пробив броню (обычно это бывает при углах встречи более 50° от нормали);2) разбиться о броню;3) частично пробить броню, взорваться и влететь внутрь корабля в виде осколков;4) застрять в броне;5) пробить броню и влететь внутрь корабля целиком.Последний случай – самый опасный, так как взрыв снаряда внутри корабля выводит из строя всё, что находится в отсеке. Попадание снаряда в погреб приводит к взрыву и гибели корабля.Способность снарядов проникать сквозь броню, называется бронепробиваемостью, а способность брони противостоять действию снарядов – снарядостойкостью.Минимальная скорость, при которой броневая плита пробивается определённым типом снаряда, называется баллистическим пределом. Рис. 1. Характер повреждения брони снарядом: а – выпучина; б – вмятина; в – выбоина или воронка; г – откол с тыла; д – воронка и откол с трещинами; е – пролом; ж – проникновение; з – проникновение с венчиком; и – проникновение и пролом; к – откол с угла; л – откол с кромки; м – трещины.Как видно, из рис. 1, характер повреждений, которые снаряд наносит броне, очень разнообразен, поэтому трудно дать строгое определение термину «пробой брони» и, следовательно, единственным образом определить баллистический предел.Наиболее естественное представление о пробое брони – это сквозной пробой, заканчивающийся проникновением снаряда внутрь защищённого отсека. В англоязычной литературе эта ситуация обозначается большим количеством терминов: Perforation (пробой), Complete Penetration (полное проникновение), Base Through (цоколь снаряда проходит сквозь броню). На этом типе пробоя основан т.н. «военно-морской» баллистический предел (U.S. «Navy» Ballistic Limit), однако он не совсем адекватно описывает ситуацию поражения бронированной цели, так как во многих случаях для выведения из стоя личного состава и оборудования достаточно пробить в броне сквозное отверстие, через которое внутрь корабля проникают осколки снаряда.Вид пробоя, когда снаряд проникает в отсек в виде осколков, фигурирует в англоязычной литературе как Through Crack (сквозная трещина) и служит основой для определения американского «армейского» (U.S. «Army» BL) и стандартного английского (British Standard BL) баллистических пределов, действовавших до конца Второй Мировой войны. Однако и этот вид пробоя не охватывает всех практически возникающих случаев. Бронированная цель может быть поражена осколками металла, отслоившимися при ударе снаряда от внутреннней поверхности брони. В настоящее время в тестовых стрельбах при определении американского армейского баллистического предела рассматривается ситуация «нарушения защиты» (Protection BL), когда при ударе снаряда о броню разрушается тонкая стальная пластинка, закреплённая внутри цели на небольшом расстоянии от внутренней поверхости брони. Вывод формулы бронебойности Попытаемся вывести формулу баллистического предела, определяющую скорость снаряда с указанными параметрами (калибр, масса), необходимую для пробивания плиты определённой толщины.Пусть снаряд калибром D, массой M и скоростью V пробивает броню толщиной T. В этом случае кинетическая энергия снаряда в момент удара равна работе сил сопротивления брони R:MV 2/ 2 = ∫ R(x) dx,(1)где интегрирование ведётся в пределах от 0 до T.Оценим зависимость правой части уравнения от толщины брони T.Для начала возьмём случай, когда сила сопротивления каждого отдельного слоя брони постоянна, так что R(x) = const. Тогда работа сил сопротивления пропорциональна толщине брони:A = ∫ R(x) dx = f (·) T,где f (·) – некоторая функция от прочих переменных.В этом случае можно провести аналогию с движением пловца: хорошо известно, что сопротивление воды не зависит от размеров бассейна. Таким образом, R(x) = const в том случае, когда броня ведёт себя как вязкая жидкость.Рассмотрим другой предельный случай, когда сила сопротивления движению снаряда пропорциональна толщине брони: R(x) ~ T. Тогда работа сил сопротивления пропорциональна квадрату толщины брони:A = ∫ R(x) dx = f (·) T 2.Пропорциональность силы сопротивления толщине брони означает, что плита препятствует проникновению снаряда не отдельными слоями, а как единое целое, всей своей массой одновременно. Можно сказать, что случай R(x) ~ T наблюдается, когда броня ведёт себя как жёсткий монолит.Понятно, что реальная броня находится в промежуточном состоянии между двумя предельными случаями – вязкой жидкостью и жёстким монолитом, поэтому реальная работа сил сопротивления описывается уравнениемA = ∫ R(x) dx = f (·) T p,где p = 1... 2.Итак, будем считать, что уравнение пробоя брони записывается в виде:MV 2/ 2 = f (·) T p.Поскольку все основные параметры кроме калибра D уже задействованы в уравнении, будем считать, что функция f зависит только от D. Кроме того, поскольку функция f произвольна, включим в неё множитель 2. ПолучимMV 2 = f (D) T p.Выясним теперь как зависит процесс пробоя брони от калибра снаряда. Будем считать, что процесс обладает свойством масштабируемости, то есть при одновременном увеличении всех линейных размеров в одинаковое число раз, картина процесса не изменится. Например, 203-мм снаряд так же пробивает (или не пробивает) 254-мм броню, как и 406-мм снаряд при той же скорости – 508-мм броню.Заметим, что при одинаковой конструкции, геометрической форме и применяемых материалах масса снаряда пропорциональна кубу калибра, поэтому величина M/D 3 не зависит от масштаба. Аналогично, при одновременном одинаковом изменении калибра и толщины брони, не зависит от масштаба отношение T/D. Поэтому уравнение процесса пробоя, обладающего свойством масштабируемости, можно записать в виде:(M/D 3)V 2 = k (T/D) p.Строго говоря, исходя из равноправия всех переменных, необходимо наряду с заменами М → M/D 3 иT → T/D совершить замену V → V/D, то есть представить в независимом от масштаба виде и скорость. Однако, забегая вперёд, скажем, что практическая проверка формул бронебойности не подтверждает корректность такой замены. Учтобы искусственно не ограничивать список масштабируемых переменных, установим, что при увеличении масштаба линейных размеров одновременно во столько же раз ускоряется время, так что численное значение скорости не изменяется. Например, 203-мм снаряд, который пролетает в секунду 800 м, при масштабировании в 2 раза превращается в 406-мм снаряд, который пролетает 1600 м за 2 секунды.Величина ρ = M/D 3 является важной характеристикой снаряда и называется объёмным весом. Она может характеризовать целое семейство снарядов одинаковой формы и конструкции и разного калибра. Например, для всех железных сферических ядер ρ = 4 080 кг/м3, а для американских бронебойных снарядов 1930-х и более поздних годов ρ = 18 300 кг/м3.В табл. 1 для справки приведён параметр ρ для некоторых типов снарядов. Таблица 1Относительная масса ρ некоторых бронебойных снарядов Тип снарядаКалибрD, ммМассаM, кгρ, кг/м3Железное ядро––4 080Облегченный 305-мм бронебойный снаряд (Россия, 1907)30533211 700Утяжеленный 305-мм бронебойный снаряд (Россия)30547116 600Бронебойный 356-мм снаряд линейного крейсера «Измаил» (Россия)35674816 580Бронебойный 356-мм снаряд линкора «Кинг Джордж V» (Англия)35672115 980Утяжеленный бронебойный снаряд для экспериментального 457-мм орудия (США, 1942)457174618 290Бронебойный 406-мм снаряд линкора типа «Айова» (США, 1943)406122518 300 Величину T/D обозначим как τ и назовём относительной толщиной брони.В новых обозначениях уравнение бронебойности перепишем так:τ = K (ρV 2)m,(2)где m = 1/p – показатель степени, находящийся в пределах 0,5... 1,0. Нижнее значение соответствует режиму монолитной плиты, верхнее – режиму вязкой жидкости. В практических формулах m лежит в пределах 0,5... 0,75.Как показывают практические исследования, в реальных процессах взаимодействия брони и снаряда принцип масштабируемости не всегда выполняется точно.Очень часто более тяжёлые снаряды пробивают относительно более толстую броню, чем снаряды меньшего калибра. Этот эффект учитывается ещё одним сомножителем, возрастающим с увеличением калибра. Этот множитель, имеющий вид DΔm, называется масштабным множителем. Окончательная формула будет выглядеть следующим образом:τ = K (ρV 2)m DΔm,(3)где Δm – небольшая положительная степень, лежащая в пределах 0... 0,4.Наличие масштабного множителя говорит, как правило, о процессах, нарушающих нормальное функционирование брони. Чаще всего это недостатки технологии – например, ухудшение качества брони с увеличением её толщины или слишком тонкий слой упрочнённой поверхности.Переходя к переменным T–M–V–D получим ту же формулу в ином виде:T = K (MV 2)m D1−3m+Δm.(4)Также часто используются т.н. формулы баллистического предела, где в левой части стоит скорость снаряда. Перенесём в выражении (4) скорость в левую часть уравнения, а все остальные переменные – в правую часть и извлечём из обоих частей уравнения корень степени 2m. ПолучимV = K1 M–0,5T q D1,5–q–Δmq,(5)где q = 1/2m = p/2 – показатель степени, который лежит в пределах от 0,5 до 1, причём значению 0,5 соответствует случай вязкой жидкости, а значению 1 – случай монолитной плиты. Практический диапазон значений q – от 0,65 до 1.Заметим, что для формул (5), описывающих полностью масштабируемый процесс, сумма показателей степеней при величинах T и D равна 1,5, а при отклонении от масштабируемости это значение несколько уменьшается. Пояснения к формулам В следующем разделе приводится несколько формул бронебойности, полученных в разное время разными авторами для различных типов брони и конструкции снаряда. Некоторые их этих формул действительны и в настоящее время, хотя большая часть представляют только исторический интерес, так как применима к броне, которую давно нигде не выпускают, и типам снарядов, уже ставшим достоянием истории. Тем не менее, эти формулы позволяют взглянуть на историю соревнования брони и снаряда с неожиданной, своеобразной точки зрения.Все формулы приводятся в трёх различных формах:1. Формула баллистического предела, которая выражает скорость снаряда V, минимально необходимую для пробоя брони в зависимости от массы M и калибра D снаряда, а также толщины брони T. Эта формула соответствует уравнению (5) и в общем случае выглядит какV = K D d T t M m cosaα.2. Формула бронепробиваемости, которая выражает толщину брони T, которую способен пробить снаряд данного калибра D, массы M и скорости V, соответствует уравнению (4). В общем виде эта формула выглядит так:T = K D d V v M m cosaα.3. Формула бронепробиваемости, выраженая в относительных единицах, соответствующая уравнению (3). В этой формуле, в отличие от формы 2, вместо толщины брони фигурирует относительная толщина τ, равная толщине брони, отнесённой к калибру снаряда, τ = T / D, а вместо массы снаряда – величина ρ с размерностью плотности, равная массе снаряда, отнесённой к кубу калибра: ρ = M / D3. В общем виде эта формула выглядит так:τ = K D d V v ρ r cosaα.Все три формы представляют собой одну и ту же формулу, преобразованную посредством элементарных математических преобразований. Они математически выражают одну и ту же зависимость, однако каждая из них по-своему удобна в разных ситуациях.Представленные формулы предназначены для вычислений в международной системе единиц СИ (толщина брони и калибр измеряются в метрах, масса снаряда – в килограммах, скорость – в метрах в секунду). Однако, поскольку в англоязычной (а зачастую и в русскоязычной) литературе параметры брони и снарядов приводятся в английской системе единиц (толщина брони и калибр дюймах, масса в английских фунтах, скорость – в футах в секунду), то приводится вариант формул для английской системы единиц. Различие формул для разных систем состоит в разных значениях численных коэффициентов. Коэффициенты, относящиеся к английской системе единиц обозначаются как KE. Способ пересчёта численных коэффициентов формул из одной системы единиц в другую приводится в приложении.В некоторых из приведённых формул отсутствует множитель cosaα. В этом случае формула применима только для нормального падения снаряда на плиту. При угле падения, отличном от 0°, полученное значение необходимо умножить на некоторый коэффициент, показывающий падение бро­не­про­би­ва­е­мос­ти снаряда в зависимости от угла встречи с бронёй.

Дата добавления: 2015-08-27