Начальная стадия взаимодействия пули с текстильной броней

На начальной стадии ударного взаимодействия пули с текстильным пакетом в нем возникает волна сжатия, в которой происходит вовлечение в поперечное движение слоев ткани. Для оценки амплитуды этой волны необходимо знать характеристики динамической сжимаемости пакета, который представляет собой пористый материал, состоящий из полимерных нитей и воздуха. В механике пористых материалов в качестве характеристики пористости часто используют коэффициент μ, равный отношению объема пор Vnop к объему образца V0

Начальная стадия взаимодействия пули с текстильной броней

 

Пористость текстильного пакета в соответствии с его строением имеет три уровня: внутринитяная пористость, порис-
тость единичного слоя ткани и межслойная пористость. Оценим по порядку величины коэффициенты ц каждого уровня.

Комплексная нить образуется из множества волокон. Плотность заполнения нити волокнами зависит от плотности их укладки
в контуре поперечного сечения нити. Полагая, что поперечные сечения волокон представляют собой круги одного и того же диамет-
ра, и, исходя из геометрических соображений, можно получить следующие оценки для максимального μНMAX (квадратная укладка
волокон) и минимального μHMIN (гексотональная укладка волокон) значений внутринитяной пористости

Начальная стадия взаимодействия пули с текстильной броней
 
Реальное значение пористости будет соответствовать некоторому среднему значению μн = О, 15.. .0,17.
 

Пористость слоя зависит от типа ткани. Полагая, что слой ткани образуется плотной укладкой нитей двух ортогональных семейств основы и утка, можно получить ту же оценку пористости слоя ткани μс = 0,15...017.

Используя для оценки межслойной пористости тот же подход, получим ту же оценку межслойной пористости текстильного пакета μ„ = 0,15...017.

Итоговая пористость текстильного пакета будет равна сумме пористостей всех уровней μ = μн + μс -μп = 0,45...0,51, что, примерно, соответствует пористости нитей в бобине. Реальная пористость текстильного пакета может быть несколько выше и составлять 0,5...0,6.

Для оценки амплитуды волны сжатия, возникающей в текстильном пакете в начальный момент ударного взаимодействия, предположим, что во фронте этой волны происходит уплотнение пакета до сплошного состояния, то есть, плотность скачком изменяется от начального значения р0 до плотности полимера, из которого изготовлена ткань рм. Применяя законы сохранения массы и импульса для начального и конечного состояний пакета, получим

Начальная стадия взаимодействия пули с текстильной броней

 
Оценим давление, возникающее при ударе пули пистолета ПМ (Vп = 330 м/с) по текстильному пакету из ткани с пористостью μ = 0,6. Пусть основой ткани являются полиарамидные волокна с плотностью рм = 1,44 г/см3. Поскольку p0 = (l-μ)pm, то р0 = 0,576 г/см3. Пренебрегая сжимаемостью материала пули по сравнению со сжимаемостью текстильного пакета, получим: и = vn, D = 550 м/с, р = 0,105 ГПа.

Прочность современных полиарамидных нитей на растяжение составляет δр = 3,0...4,5 ГПа, поэтому возникающее давление оказывается порядка 3% от Стр. По данным, приведенным в книге [3.2], поперечная прочность параарамидных волокон на сжатие δсж составляет всего 1,0... 1,5% от прочности на растяжение, поэтому волокна в зоне высокого давления, возникающей при ударе пули, окажутся разрушенными вследствие «раздавливания». Каковы же размеры этой зоны?

При воздействии цилиндрического ударника с плоским торцом зона высокого давления совпадает с областью одномерного сжатия. В лицевых слоях ткани размер зоны высокого давления совпадает с диаметром ударника. В последующих слоях вследствие распространения в сжатую область боковых волн разгрузки диаметр зоны высокого давления быстро уменьшается и на глубине, равной примерно радиусу ударника, волны разгрузки смыкаются на оси симметрии ударного взаимодействия. Уплотненная в зоне высокого давления часть текстильного бронепакета, находящаяся непосредственно под ударником, вследствие сдвига относительно всего бронепакета отделяется от него и присоединяется к плоскому торцу, образуя удобообтекаемую присоединенную массу (рис. 3.2 а).

При воздействии пуль с полусферическим торцом зона высокого давления в лицевом слое ткани ограничена радиусом отрыва поперечной волны в нитях ткани от поверхности головной части пули. Как известно, при поперечном ударе по нити в ней начинают распространяться продольные и поперечные волны (см. следующий раздел). Схема взаимодействия пули с полусферической головной частью с нитью приведена на рис. 3.2 б.

Начальная стадия взаимодействия пули с текстильной броней

Скорость перемещения крайних точек контакта головной части пули с прямолинейной нитью, расположенной вдоль оси x, равна

Начальная стадия взаимодействия пули с текстильной броней

 
где r„ - радиус пули. В начальный момент времени эта скорость велика: при x → 0, vx → ∞. При внедрении пули на высоту головной части она стремится к нулю: при x → rп, vx → 0. Обозначим радиус пятна контакта, при котором скорость у* достигнет некоторого значения а, через rа. Из геометрических соображений нетрудно получить соотношение:

Начальная стадия взаимодействия пули с текстильной броней

Время ta, за которое радиус зоны контакта достигнет величины rа, может быть определено с помощью соотношения

Начальная стадия взаимодействия пули с текстильной броней

Смещение пули ya в этот момент времени будет равно
 

Начальная стадия взаимодействия пули с текстильной броней

Для пули пистолета ПМ и ra ≈ 0,45гп: ta ≈ 1,46 мкс и уа ≈ 0,1гп ≈ 0,45 мм. Волна сжатия в пакете за время ta переместится на глубину 0,8 мм, вдоль нитей продольная волна растяжения распространится примерно на 10 мм от оси ударного взаимодействия. Таким образом, начальная волновая стадия взаимодействия пули пистолета ПМ проявляется в течение очень короткого времени и затрагивает не более 2...3 слоев ткани текстильного бронепакета.

По истечении времени ta поперечная волна отрывается от крайней точки контакта пули со слоем ткани, и нити ткани начинают вовлекаться в поперечное движение, а распространяющаяся в нитях продольная волна растяжения поставляет материал в очаг деформации. Из-за дискретной структуры текстильного пакета амплитуда волны сжатия быстро убывает, но остается достаточной для формирования очага деформации.

На начальной стадии взаимодействия нити ткани, облегая поверхность полусферической головной части пули, кроме сжатия подвергаются растяжению. Максимальная деформация растяжения нитей εр, пересекающих ось симметрии ударного взаимодействия, на начальной стадии может быть определена из соотношения (рис. 3.2)

Начальная стадия взаимодействия пули с текстильной броней

Начальная стадия деформирования характеризуется малыми значениями угла α, для которых справедливы приближенные соотношения

Начальная стадия взаимодействия пули с текстильной броней

 
Из этой формулы следует, что деформация растяжения нитей на оси симметрии растет пропорционально перемещению пули и обратно пропорционально радиусу ее головной части. В определенной степени эта формула может объяснить так называемое «режущее» действие острых ребер и кромок ударников, характеризующихся малыми радиусами кривизны. Так, например, при rп = 0,5... 1,0 мм и εр = 3 % разрыв нити произойдет при перемещении пули на 0,045...0,09 мм. При скорости ударника 450 м/с (0,45 мм/мкс) на это потребуется всего 0,1...0,2 мкс. Но если традиционное резание осуществляется, в основном, при локализованном сдвиге одной части материала относительно другой его части, то в рассматриваемом случае резание осуществляется за счет локализованного вдоль режущей кромки растяжения и последующего разрыва нитей ткани.

Острыми кромками и ребрами обладают не только осколки естественного дробления, но и поражающие элементы в форме кубиков, цилиндров с плоскими торцами. Кроме этого, острой кромкой обладает сердечник пули Пcт к пистолету ТТ с головной частью в форме усеченного конуса. Эффект режущего действия проявляется на начальной стадии взаимодействия ударников и пуль с текстильным бронепакетом и уменьшает его баллистическую стойкость за счет уменьшения числа слоев ткани, формирующих силу торможения на последующих стадиях проникания и торможения.

Силу сопротивления прониканию пули на первой стадии можно записать в виде классического двучленного выражения

Начальная стадия взаимодействия пули с текстильной броней

 

 

Смотрите также