Nghiên cứu ảnh hưởng của kết cấu phần mũi lõi xuyên đến khả năng xuyên thép của đầu đạn xuyên động năng

Bài viết trình bày kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của một số thông số kết cấu phần mũi lõi xuyên đến khả năng xuyên thép của đầu đạn xuyên động năng bằng phương pháp mô phỏng số, đánh giá kết quả nhận được với kết quả thử nghiệm bắn đạn thật tại trường bắn.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Nghiên cứu ảnh hưởng của kết cấu phần mũi lõi xuyên đến khả năng xuyên thép của đầu đạn xuyên động năng Cơ kỹ thuật & Kỹ thuật cơ khí động lực NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA KẾT CẤU PHẦN MŨI LÕI XUYÊN ĐẾN KHẢ NĂNG XUYÊN THÉP CỦA ĐẦU ĐẠN XUYÊN ĐỘNG NĂNG Nguyễn Đình Hùng1*, Bùi Ngọc Hưng2, Đặng Hồng Triển3, Trần Đình Thành4 Tóm tắt: Bài báo trình bày kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của một số thông số kết cấu phần mũi lõi xuyên đến khả năng xuyên thép của đầu đạn xuyên động năng bằng phương pháp mô phỏng số; đánh giá kết quả nhận được với kết quả thử nghiệm bắn đạn thật tại trường bắn. Kết quả nghiên cứu đóng góp cơ sở lý luận khoa học phục vụ cho việc lựa chọn kết cấu của lõi xuyên khi thiết kế, chế tạo đạn xuyên động năng. Từ khóa: Phần mũi; Xuyên thép; Đạn xuyên động năng; Lõi xuyên. 1. ĐẶT VẤN ĐỀ Đạn xuyên giáp dùng cho súng bộ binh được trang bị phổ biến trong Quân đội của các nước trên thế giới nhằm phá hủy các mục tiêu bọc thép nhẹ (có thành mỏng) như các xe quân chở quân, trực thăng,… và đồng thời, đạn cũng được dùng để tiêu diệt sinh lực mặc áo giáp. Đạn xuyên giáp có rất nhiều cỡ khác nhau phổ biến là cỡ 5,56mm, 7,62mm, 9mm, 12,7mm và 14,5mm [1, 2]. Cấu tạo chung của các loại đầu đạn xuyên giáp bao gồm lõi xuyên và vỏ bọc, trong đó lõi xuyên là chi tiết đặc biệt quan trọng, quyết định lớn đến khả năng xuyên thép của từng loại đạn, ngoài ra ở một số loại đạn còn có thể có thêm liều thuốc cháy để tăng khả năng phá cháy mục tiêu hoặc thêm liều thuốc vạch đường để tăng khả năng quan sát khi bắn vào ban đêm. Khả năng xuyên của đầu đạn xuyên động năng chịu ảnh hưởng của nhiều yếu tố khác nhau như kết cấu, vật liệu của lõi xuyên; kết cấu, vật liệu của mục tiêu và điều kiện va chạm giữa đầu đạn và mục tiêu. Trong đó chiều dài phần mũi lõi xuyên có ảnh hưởng lớn đến khả năng xuyên thép của đầu đạn. Các công trình nghiên cứu của Eichelberger và Gehring năm 1962, Christman và cộng sự năm 1963, Kinslow năm 1970, Kawata và Shiori năm 1978,... chỉ ra rằng, mô hình hiện tượng va đập tốc độ cao của các viên đạn có tỉ lệ L/D nhỏ (trong đó L – chiều dài phần đầu đạn, D – cỡ đạn) hoặc đầu đạn hình cầu vào mục tiêu có bề dày lớn xảy ra theo bốn giai đoạn như trên hình 1 [8, 9]: - Giai đoạn ban đầu: Ngay sau khi va đập, tại bề mặt tiếp xúc xuất hiện một áp lực vô cùng lớn, áp lực này được tính theo Hugoniot: = . . trong đó: ρ - Mật độ vật liệu mục tiêu; us - Vận tốc va đập; up - Tốc độ âm thanh trong vật liệu mục tiêu. Giai đoạn này diễn ra rất nhanh. Đối với các đầu đạn phẳng, chỉ trong thời gian 01 nano giây; đối với đầu đạn có phần mũi hình cầu, giai đoạn này được tính bằng thời gian đầu đạn đi hết chiều cao phần mũi. Do vậy giai đoạn này chịu ảnh hưởng chủ yếu của kết cấu phần mũi đạn và là đầu vào của giai đoạn tiếp theo. - Giai đoạn thâm nhập ổn định: Giai đoạn này rất quan trọng và thời gian phụ thuộc vào tỉ lệ L/D, tỉ lệ L/D càng lớn thì thời gian càng dài. Trong giai đoạn này, xung va đập ban đầu liên tục bị suy yếu dẫn đến vận tốc va đập giảm dần. - Giai đoạn tạo lỗ xuyên: Giai đoạn này áp lực tại vùng biến dạng trong đạn giảm dần và tiếp tục diễn ra cho đến khi mật độ năng lượng sau sóng va đập trở nên quá nhỏ để 170 N. Đ. Hùng, …, T. Đ. Thành, “Nghiên cứu ảnh hưởng … của đầu đạn xuyên động năng.” Nghiên cứu khoa học công nghệ thắng được độ bền của vật liệu mục tiêu. Tại thời điểm này, sóng va đập chuyển thành sóng đàn hồi dẻo và tiếp tục di chuyển trong mục tiêu. - Giai đoạn phục hồi: Đây là giai đoạn phản ứng ngược lại của vật liệu mục tiêu xảy ra khi sóng ứng suất bị suy yếu đến mức không tồn tại dòng chảy dẻo của vật liệu hoặc biến dạng dẻo lớn của mục tiêu. Mô hình các giai đoạn thâm nhập mục tiêu được trình bày trên hình 1. I II III IV Hình 1. Các giai đoạn xuyên thép. Qua những nghiên cứu trên nhận thấy, kết cấu phần mũi của đạn ảnh hưởng trực tiếp đến giai đoạn ban đầu của đầu đạn xuyên động năng, là đầu vào của giai đoạn thâm nhập ổn định và ảnh hưởng lớn đến khả năng xuyên thép. Trong khuôn khổ của bài báo, tác giả trình bày kết quả nghiên cứu bằng phương pháp mô phỏng số và kiểm chứng bằng thực nghiệm để đánh giá ảnh hưởng của kết cấu phần mũi lõi xuyên đến khả năng xuyên thép của đầu đạn xuyên động năng. 2. MÔ PHỎNG KHẢ NĂNG XUYÊN THÉP CỦA ĐẦU ĐẠN XUYÊN ĐỘNG NĂNG VÀO BẢN THÉP ĐỒNG NHẤT 2.1. Mô hình mô phỏng bằng phần mềm ANSYS AUTODYN Xem xét bài toán va xuyên giữa đầu đạn xuyên động năng 7,62x51 mm và mục tiêu. Do vỏ bọc ảnh hưởng ít tới quá trình va xuyên, để đơn giản hóa bài toán, xem xét quá trình va xuyên của lõi xuyên và mục tiêu. Lõi xuyên làm bằng cacbit vonfram, dạng hình trụ, phần mũi có dạng côn kết hợp với chỏm cầu – đây là kết cấu thông dụng của đầu đạn xuyên thép hiện đại. Các kích thước chính của lõi xuyên như trên hình 2. Mục tiêu là bản thép đồng nhất, bề dày 26mm, kích thước bề mặt 100x100 mm – đây là kích thước đủ lớn để nghiên cứu quá trình va xuyên của đầu đạn vào mục tiêu (theo [8], ảnh hưởng của sóng va đập đến quá trình xuyên nằm trong phạm vi dưới 6 lần cỡ đạn). Tại thời điểm ban đầu, lõi xuyên chuyển động tịnh tiến đến va chạm vuông góc với bề mặt mục tiêu. Vận tốc va chạm của đầu đạn được tính toán dựa trên vận tốc đo được V25 của đầu đạn và thông số tài liệu thiết kế [1] và các bài toán thuật phóng ngoài [2, 3]. Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số 60, 4 - 2019 171  Cơ kỹ thuật & Kỹ thuật cơ khí động lực Hình 2. Kết cấu lõi xuyên. Để đánh giá ảnh hưởng của hình dạng và kích thước phần mũi, tiến hành khảo sát quá trình va xuyên của 06 lõi xuyên có cùng đường kính d = 5,05mm và có chi ...