Đảm bảo hiệu quả phá hủy mục tiêu của lõi đạn xuyên là yêu cầu trước hết chi phối toàn bộ quá trình thiết kế, chế tạo vật liệu cũng như lõi đạn.
Kinetic energy transformation of projectiles having adiabatic shear charac- teristics when penetrating the target
Trần Bá Hùng
Nhà máy Z113, Bộ quốc phòng
Trần Sĩ Kháng
Viện công nghệ, Bộ quốc phòng
Trương Ngọc Thận
Trường ĐHBK Hà Nội
Tóm tắt
Bài báo mô tả hành vi của lõi đạn biểu hiện trong quá trình xuyên mục tiêu. Tùy thuộc vào chiều dày mục tiêu cũng như sự tương quan về tính chất cơ-lý của lõi đạn và mục tiêu mà lõi đạn có hành vi tương ứng. Trên cơ sở hành vi của lõi đạn xuyên có tính cắt đoạn nhiệt (CĐN) đã thiết lập phương trình tổng quát biễu thị sự chuyển hoá động năng của lõi đạn khi xuyên trong mục tiêu. Bằng phương trình này và kèm theo các điều kiện biên có thể giải được một số bài toán liên quan đến quãng đường và tốc độ xuyên của lõi đạn.
Abstract
In this paper the behavior of projectiles penetrating the target is described. The behavior depends on the thick- ness of target and the correlation of physical – mechanical properties of projectiles and the target. Based on the behavior of projectiles having adiabtic shear characteristics when penetrating the target, this paper proposes an equation for illustrating the kinetic energy transformation of projectiles is proposed. Using this equation with limit conditions, the penetration depth and velocity can be calculated.
1. Đặt vấn đề
Đảm bảo hiệu quả phá hủy mục tiêu của lõi đạn xuyên là yêu cầu trước hết chi phối toàn bộ quá trình thiết kế, chế tạo vật liệu cũng như lõi đạn. Đây là bài toán phức tạp gồm nhiều biến số liên quan tới chiều dày mục tiêu và tương quan về cơ- lý tính giữa lõi đạn và mục tiêu. Đặt vấn đề xây dựng bài toán về sự chuyển hóa động năng của lõi đạn xuyên có tính cắt đoạn nhiệt trên cơ sở dự đoán hành vi của nó khi tiếp cận và đi trong mục tiêu là sự góp phần làm sáng tỏ dần cơ chế phá hủy mục tiêu của lõi đạn, tạo điều kiện để có thể mô phỏng toàn bộ quá trình vốn dĩ phức tạp này.
2. Hành vi của lõi đạn trong quá trình xuyên mục tiêu
Sau khi tiếp cận mục tiêu, tuỳ thuộc vào chiều dày của mục tiêu và tương quan về tính chất cơ-lý của mục tiêu và lõi đạn xuyên mà lõi đạn có thể nằm lại hoặc xuyên qua mục tiêu.
– Nếu mục tiêu là vật liệu có cơ tính thấp hơn so với vật liệu lõi xuyên thì hành vi của nó sẽ thể hiện tùy thuộc vào chiều dày của mục tiêu, cụ thể:
+ Nếu mục tiêu mỏng thì lõi đạn sẽ xuyên qua mục tiêu và tiếp tục chuyển động cho đến khi rơi.
+ Nếu chiều dày của mục tiêu đủ lớn thì lõi đạn có thể sẽ không xuyên qua mà nằm lại trong mục tiêu.
Sự biến dạng của lõi xuyên khi qua mục tiêu có cơ tính thấp không lớn và không bị vỡ vụn sau khi thoát khỏi mục tiêu. Với loại mục tiêu này thì yêu cầu về cơ tính đối với vật liệu dùng cho chế tạo lõi đạn xuyên không đặc biệt cao.
– Đối với mục tiêu có cơ tính cao cũng có thể xảy ra hai trường hợp sau:
Trường hợp thứ nhất: Nếu động năng của lõi đạn không đủ lớn hoặc cơ tính của nó không cao hơn hẳn so với mục tiêu hoặc mục tiêu quá dày thì lõi đạn không thể xuyên qua mà nằm lại trong mục tiêu.
Trường hợp thứ hai: Lõi đạn xuyên qua mục tiêu và sau đó bị nổ tung. Trong quá trình xuyên mục tiêu, hình dạng lõi xuyên có thể bị thay đổi:
+ Hoặc đầu bị biến dạng thành hình nấm. Hiện tượng này thường xảy với vật liệu lõi xuyên có độ dẻo cao, độ dẫn nhiệt tốt, nhiệt dung riêng lớn [1].
+ Hoặc lớp bề mặt lõi xuyên bị bóc tách do nóng chảy hoặc bay hơi. Trong trường hợp này, hình dạng của lõi xuyên trước và trong quá trình xuyên mục tiêu về cơ bản vẫn đồng dạng (Hình 1). Vật liệu lõi đạn thể hiện hành vi này thường có cơ tính cao, độ dẫn nhiệt thấp, nhiệt dung riêng lớn. Nhờ vậy, chúng có tính CĐN hay tính xuyên mềm [1].
Hình 1. Vết của lõi xuyên qua mục tiêu
3. Sự chuyển hoá động năng của lõi xuyên
Lõi xuyên trước khi tiếp cận mục tiêu có động năng là:
 |
(1) |
Trong đó: m0 (kg) và v0 (m/s) là khối lượng và vận tốc của lõi xuyên trước khi tiếp cận mục tiêu.
Sau khi tiếp cận mục tiêu, Wo được chuyển hoá thành ba dạng năng lượng:
– Năng lượng cần cho biến dạng dẻo và phá huỷ mục tiêu, ký hiệu là W1;
– Năng lượng gây biến dạng dẻo và phá huỷ lõi xuyên, ký hiệu là W2;
– Động năng để duy trì chuyển động của lõi xuyên sau khi thoát khỏi mục tiêu, ký hiệu là W3.
