61.pdf

prof.drhab.inŜ.EdwardWŁODARCZYK*

kpt.mgrinŜ.MariuszMAGIER**

*WojskowaAkademiaTechniczna

**WojskowyInstytutTechnicznyUzbrojenia

MODERNIZACJAKONSTRUKCJIPOCISKUTYPU

APFSDSTZZASTOSOWANIEMMETODYELEMENTÓW

SKOŃCZONYCH

W artykule przedstawiono koncepcję

modernizacji 125 mm pocisku typu APFSDST

konstrukcji WITU z wykorzystaniem kompozytu na

osnowiewęglowej

1. Wstęp

Na początku XXI wieku amunicja podkalibrowa jest podstawowym rodzajem

amunicjiprzeciwpancernejstosowanejwuzbrojeniuczołgów.

Stałosiętakzasprawąkilkuzasadniczychzalettegorodzajuamunicji,amianowicie:

− znacznych zdolności przebicia (500 ÷ 700 mm – pancerz RHA) na dystansie

2000m;

− duŜejprędkościpoczątkowejijejmałemuspadkowinatorzelotu(55 ÷ 150m/sna

1000m),warunkującychkrótkiczaslotupociskudocelu(1,5 ÷ 2sna2000m);

− duŜącelność(rozrzutśrednio0,25mrad);

− małejwraŜliwościnaoddziaływaniepancerzareaktywnego;

− szokowe oddziaływania na załogę czołgu, wywołane udarem penetratora w

pancerz;

− duŜaśrednicakrateru.

PocisktypuAPFSDST,pokazanynarys.1,składasięzpociskuzasadniczegoi

częściprowadzącouszczelniającejzwanejsabotem,którypoopuszczeniuprzewodu

lufyodpadawrazzpierścieniemuszczelniającym.

Częściamiskładowymipociskuzasadniczegosą:rdzeń(zwanytakŜepenetratorem),

stabilizatoriczepiecbalistyczny.

SABOT

STABILIZATOR

RDZEŃ

PIERŚCIEŃ

USZCZELNIAJĄCY

CZEPIEC

BALISTYCZNY

Rys.1.Budowa125mmpociskutypuAPFSDST

WydłuŜone pociski podkalibrowe zalicza się do kinetycznych pocisków

artyleryjskich(KE),którecharakteryzująsięwysokąenergiąkinetycznąodniesioną

dojednostkipolapowierzchniprzekrojupoprzecznegopenetratora

Głębokość penetracji kinetycznych pocisków artyleryjskich w metaliczne

przegrodypancernezaleŜyodnastępującychczynników:dynamicznychtwardościi

gęstościmateriałówpocisku.

DlauzyskaniamoŜliwieduŜychwartościtychparametrów,rdzeniewykonujesię

najczęściejzwysokowytrzymałychstopówcięŜkich(spiekizosnowąwolframową ρ

≈ 17500 kg/m 3 , uran zuboŜony ρ ≈ 19000 kg/m 3 ). Przy małej średnicy rdzenia

(rzędu 2345 mm dla armat kalibru 120125 mm) – a co za tym idzie, małej

powierzchnipolaprzekrojupoprzecznegoiduŜejsmukłości(l/d=30)orazprędkości

uderzenia osiągana jest na kontakcie z pancerzem wysoka gęstość energii, która

decydujeogłębokościpenetracji.Współczesnepociskipodkalibrowezodrzucanym

sabotem, stabilizowane brzechwowo, odznaczają się małym spadkiem prędkości

pocisku na torze lotu, a wynika to z geometrii budowy pocisku (dla najnowszych

konstrukcji światowych wynosi on ok. 50 m/s na odległości 1000 m). Przy

prędkościachpoczątkowychrzędu15001800m/sdajetoduŜeprędkościuderzenia

wcelnaodległościachnawetpowyŜej2000m

Podczas strzału niezbędna jest duŜa siła do nadania znacznej prędkości

rdzeniowipoto,bytenosiągnąłodpowiednioduŜąenergiękinetyczną.Dotegocelu

słuŜy sabot, który posiada średnicę zewnętrzną w przybliŜeniu odpowiadającą

kalibrowiarmaty.Przekazywaniesiłygazówprochowychzsabotunardzeńodbywa

się za pośrednictwem rozłącznego połączenia kształtowego (gwinty lub rowki).

Segmenty sabotu są utrzymywane na penetratorze jako cały zespół dzięki dwóm

pierścieniom.NatylnąpółkęsabotunałoŜonyjestpierścieńuszczelniający,którego

zadaniem jest uszczelnienie i niedopuszczenie do przedostania się gazów

prochowychzprzestrzenizapociskowejdoobjętościzawartejpomiędzyściankąlufy

apowierzchniąsabotu.DrugizpierścienipierścieńprowadzącynałoŜonyjestna

przedniąpółkęsabotu.Pierścienienajczęściejwykonywanesąztworzywsztucznych

(np.zpoliamidu).Wzasadziewszystkieelementy(pozaoczywiściesmugaczem)są

niejako pomocniczymi w stosunku do wykonanego z materiału o duŜej gęstości

penetratora, których zadaniem jest nadanie mu duŜej energii kinetycznej i

doprowadzeniedocelu.

Połączeniesabotuipenetratorajestuszczelniane,poniewaŜprzedmuchygazów

są bardzo niebezpieczne i gdy wystąpią, moŜe dojść do zniszczenia pierścienia,

sabotu lub rozcalenia połączenia, jeszcze w lufie. Na tylną powierzchnię sabotu

nakładanesąwarstwyuszczelnień(główniemasysilikonowe),stosujesiędodatkowe

elementyzplastycznychtworzyw.Sumarycznamasanapędzanegowlufieukładu

pocisk zasadniczy sabot powinna być znacznie mniejsza od masy

pełnokalibrowego pocisku typowego dla danego działa, co umoŜliwia zwiększenie

prędkościpoczątkowejpociskuzasadniczegobezobawyuszkodzenialufyizespołu

oporopowrotnika. Powoduje to znaczne zwiększenie przyspieszenia pocisku w

przewodzie lufy i istotny wzrost sił bezwładności działających na rdzeń pocisku.

Ponadto, skokowe zmniejszenie średnicy pocisku po wylocie z lufy (odrzucenie

sabotu) powaŜnie obniŜa wartość aerodynamicznego oporu czołowego i dlatego

pociskzasadniczywmniejszymstopniuwytracaprędkośćnatorzelotu,powodującw

końcowym efekcie wzrost prędkości uderzenia pocisku zasadniczego w cel. Te

cennezalety,wpołączeniuzduŜąpenetracjąrdzeniawpancerzRHA,spowodowały

wprowadzenieodpowiednichkonstrukcjipociskówpodkalibrowychdoarmatróŜnego

rodzajuczołgów(T72,PT91Twardy,Leopard2,M1A1Abramsiinne).

Jak widać z przedstawionego wyŜej skróconego opisu wydłuŜonego pocisku

podkalibrowego, jego rdzeń i sabot poddane są ekstremalnym obciąŜeniom od

ciśnienia produktów spalania prochu artyleryjskiego i sił bezwładności,

generowanychprzezduŜeprzyspieszenia(rzędu60000 ÷ 80000g)pociskuwlufie

podczas strzału. Zatem problem obliczeń wytrzymałościowych rdzenia i sabotu

pociskupodkalibrowegonabieraspecjalnegoznaczenia.

2. Analiza wytrzymałościowa MES 125 mm pocisku typu

APFSDST

Analizę konstrukcji 125 mm pocisku typu APFSDST, skonstruowanego w

Wojskowym Instytucie Technicznym Uzbrojenia, przeprowadzono tak, aby na

podstawiewynikówobliczeńwytrzymałościowychMetodąElementówSkończonych,

określićmoŜliwościoptymalizacjikonstrukcjisabotu,wceluzwiększeniaprędkości

początkowejpocisku,acozatymidziezwiększeniazdolnościprzebiciapancerza

przezpocisk.

Obliczenia numeryczne wykonano przy pomocy programu ANSYS 8.0 PL

modułDesignSpaceiprzeprowadzonowoparciuonastępującezałoŜenia:

− zadanie wytrzymałościowe będzie rozpatrywane przy załoŜeniu liniowych

charakterystyk materiałowych i izotropowości materiału sabotu, rdzenia i

pierścieniauszczelniającego,

− przyzałoŜeniuosiowejsymetriigeometriisabotuprzyjętomodelobliczeniowyw

formie wycinka wzdłuŜnego pocisku ograniczonego dwoma powierzchniami

półprzekrojów,rozchylonymiwzględemsiebieokąt90 ° ,

− modelowanywycinekpociskujestulokowanywukładziewalcowymr, ϕ ,z.

− oddziaływanie lufy na pocisk zamodelowano, przyjmując na powierzchniach

styku przedniej i tylnej półki prowadzącej sabotu z lufą oraz na powierzchni

stykupierścieniauszczelniającegozlufąpodporyciągłeprzesuwne,

− połączenie kształtowe sabotu i rdzenia ma charakter trwałego pełnego

połączenia,

− tylnąpowierzchniępociskuobciąŜonociśnieniemgazówprochowychowartości

357,7MPa,odpowiadającejmaksymalnemuciśnieniudziałającemunapociskw

czasiestrzałuprzytemperaturzeładunkumiotającego295K(wynikiobliczeń

uzyskanezapomocąprogramudorozwiązaniaPGBW–PZB2),

− wszystkieelementypociskuobciąŜonoprzyspieszeniemglobalnymowartości

568310m/s 2 , równowaŜącym oddziaływanie ciśnienia gazów prochowych na

pocisk.

− przyjęto liniowospręŜystą charakterystykę własności wytrzymałościowych

materiałusabotu(PA9),rdzenia(spieknaosnowiewolframowej)ipierścienia

uszczelniającego (poliamid) co wystarcza do oszacowania zakresu obciąŜeń,

przyktórychnastępujeuplastycznieniemateriału.

Tabela1.Wobliczeniachuwzględniononastępującedanemateriałowe:

Materiał gęstość( γ ),

g/cm 3

modułYounge’a

(E),

MPa

liczba

Poisson’a

R 02 (dynamiczna),

MPa

PA9

2,85

71600

0,33

∼ 800

Spiekwolframu 17,3

340000

0,3

∼ 1800

Poliamid

1,1

7100

0,42 86(statyczna)

Rys.2.Widokgeometriimodeluzukładamiwspółrzędnych:globalnym(X,Y,Z)ilokalnymwalcowym(Z,R,T)

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: