Nghiên cứu ảnh hưởng của tỉ số giữa chiều dài và đường kính lõi xuyên đến khả năng xuyên thép của đầu đạn xuyên động năng

Bài viết trình bày kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của tỉ số giữa chiều dài và đường kính 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.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Nghiên cứu ảnh hưởng của tỉ số giữa chiều dài và đường kính lõi xuyên đến khả năng xuyên thép của đầu đạn xuyên động năng Cơ học – Cơ khí động lực NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA TỈ SỐ GIỮA CHIỀU DÀI VÀ ĐƯỜNG KÍNH 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 tỉ số giữa chiều dài và đường kính 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. Kết quả nghiên cứu đóng góp cơ sở lý luận khoa học phục vụ cho việc tính toán, thiết kế lõi xuyên khi thiết kế, chế tạo đạn xuyên động năng. Từ khóa: Tỉ số L/D; Xuyên thép; Đạn xuyên động năng; Lõi xuyên. 1. ĐẶT VẤN ĐỀ Trong những năm gần đây, đầu đạn xuyên bắn trên súng bộ binh được phát triển và đưa vào trang bị nhằm tiêu diệt mục tiêu bọc thép nhẹ, phương tiện kỹ thuật cũng như mục tiêu sinh lực mặc giáp. Bên cạnh đầu đạn xuyên truyền thống (xuyên thường, xuyên cháy, xuyên cháy vạch đường) với lõi xuyên bằng thép tôi (thép các bon chất lượng cao và được nhiệt luyện đặc biệt) hoặc thép vonfram [2], những đầu đạn xuyên mới theo nguyên lý đầu đạn xuyên dưới cỡ dạng lưu tuyến, xuyên dưới cỡ dạng thoát vỏ cũng được áp dụng vào đầu đạn súng xuyên nhằm nâng cao uy lực. Đồng thời, do sinh lực ngày càng được che chắn và bảo vệ tốt hơn, các nguyên lý cấu tạo đầu đạn xuyên cũng được áp dụng đối với đầu đạn dùng để tiêu diệt sinh lực địch. Trong quân đội ta, các nhà nghiên cứu đã thiết kế, chế tạo thành công tại Việt Nam đạn súng xuyên thép 7,62x39 mm (hình 1) bắn trên súng tiểu liên AK, AKM [1, 2]. Hình 1. Đạn xuyên thép 7,62 x 39 mm (K56): 1- Vỏ đầu đạn; 2- Lõi xuyên; 3- Áo đạn; 4- Liều phóng. Khả năng xuyên thép của đầu đạn chịu ảnh hưởng của nhiều yếu tố, trong đó, hình dáng, kết cấu và vật liệu lõi xuyên là quan trọng nhất; ngoài ra còn phải kể tới hình dáng, kết cấu và vật liệu mục tiêu; điều kiện khi đầu đạn va chạm vào mục tiêu,…). Hiện tượng va đập tốc độ cao của đầu đạn bằng cỡ có tỉ lệ L/d (L – Chiều dài đầu đạn, d – Đường kính đầu đạn) nhỏ hoặc đầu đạn có mũi dạng hình cầu vào mục tiêu có bề dày lớn thường xảy ra theo bốn giai đoạn (hình 2): giai đoạn ban đầu, giai đoạn ổn định, giai đoạn tạo lỗ và giai đoạn phục hồi [4, 9, 10]. Trong các giai đoạn trên, giai đoạn ban đầu phụ thuộc nhiều vào kết cấu phần mũi lõi xuyên; giai đoạn thâm nhập ổn định phụ thuộc vào tỉ lệ L/d. Tỉ lệ L/d càng lớn thì thời gian va xuyên càng dài và do đó, ảnh hưởng trực tiếp đến chiều sâu xuyên của đầu đạn xuyên động năng. Các nghiên cứu về ảnh hưởng của đầu đạn vào mục tiêu nói chung và lõi xuyên vào mục tiêu nói riêng được công bố chủ yếu tập trung vào đầu đạn bằng cỡ, kết cấu đồng nhất. Theo [10], kích thước lỗ xuyên thay đổi lớn hơn khi thử nghiệm thực tế với việc thay đổi tỉ số L/d từ 1 đến 32 của đầu đạn bằng cỡ chế tạo từ hợp kim vonfram (mp = 52 gam, 298 N. Đ. Hùng, …, T. Đ. Thành, “Nghiên cứu ảnh hưởng … đầu đạn xuyên động năng.” Nghiên cứu khoa học công nghệ vp = 2000 m/s) vào mục tiêu bán vô hạn (hình 3). Khi tăng tỉ số L/d, chiều sâu xuyên cũng tăng theo. I II III IV Hình 2. Các giai đoạn xuyên thép. Hình 3. Lỗ xuyên của đầu đạn hợp kim vonfram khi thay đổi tỉ số L/d. Nếu chiều sâu xuyên được hiểu là hiệu quả theo chiều dọc đạn, còn đường kính lỗ xuyên được hiểu là hiệu quả theo chiều ngang thì khi thay đổi L/d, hai đại lượng trên có xu hướng biến đổi trái ngược nhau. Trong [11] đã mô phỏng và khảo sát va xuyên của đầu đạn bằng cỡ dạng hình trụ, mũi hình cầu, làm bằng thép У12, khối lượng 65g vào bản thép 45 bề dày khác nhau, kết quả cho thấy khi tăng tỉ số L/d từ 5 lên 10, vận tốc xuyên thủng giới hạn vào các bản thép giảm khoảng 8,6-10%. Như vậy, tỉ số L/d của lõi xuyên có ảnh hưởng rất lớn đến khả năng xuyên thép của đầu đạn xuyên động năng. Để nghiên cứu phát triển các loại đạn súng xuyên, cần phải có những nghiên cứu lý thuyết, kết hợp với thực nghiệm về ảnh hưởng của tỉ số này trong các điều kiện cụ thể để tạo ra cơ sở dữ liệu phục vụ tính toán, thiết kế các loại tương tự. Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số Đặc san Hội thảo Quốc gia FEE, 10 - 2020 299 Cơ học – Cơ khí động lực 2. MÔ PHỎNG QUÁ TRÌNH XUYÊN THÉP CỦA ĐẦU ĐẠN SÚNG XUYÊN VÀO BẢN THÉP ĐỒNG NHẤT Theo [1], đạn xuyên giáp 7,62x39 mm có khả năng xuyên thủng áo giáp chống đạn cấp III+ của Việt Nam với tỉ lệ không nhỏ hơn 80% (khi bắn 06 viên, ít nhất có 05 viên xuyên thủng ở khoảng cách 15 m) hoặc xuyên qua bản thép đồng nhất CT-3 dày 18 mm, đặt cách miệng nòng 100 m cũng với tỉ lệ không nhỏ hơn 80% (khi bắn 10 viên, ít nhất có 08 viên xuyên thủng). Do đó, để giải quyết vấn đề này, nhóm tác giả xây dựng mô hình với mục tiêu là bản thép đồng nhất dày 18 mm bằng phần mềm ANSYS AUTODYN để mô phỏng quá trình xuyên này. 2.1. Mô hình khảo sát Xem xét bài toán va xuyên giữa đầu đạn xuyên giáp 7,62x39 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 4. Mục tiêu là bản thép đồng nhất, bề dày 18mm, 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 ...