Luận án Tiến sĩ Kỹ thuật: Nghiên cứu ảnh hưởng của một số tham số thiết kế lõi xuyên đến khả năng xuyên thép của đầu đạn xuyên động năng

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:157

Thêm vào BST

Báo xấu

14
lượt xem 2
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Luận án Tiến sĩ Kỹ thuật "Nghiên cứu ảnh hưởng của một số tham số thiết kế lõi xuyên đến khả năng xuyên thép của đầu đạn xuyên động năng" trình bày các nội dung chính sau: Tổng quan về đạn xuyên động năng; Xây dựng mô hình tính toán va chạm tốc độ cao giữa đầu đạn và bản thép đồng nhất; Nghiên cứu ảnh hưởng của một số tham số thiết kế lõi xuyên đến khả năng xuyên thép của đầu đạn xuyên động năng; Thực nghiệm xác định khả năng xuyên thép của đầu đạn xuyên động năng.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Luận án Tiến sĩ Kỹ thuật: Nghiên cứu ảnh hưởng của một số tham số thiết kế lõi xuyên đến khả năng xuyên thép của đầu đạn xuyên động năng

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ QUỐC PHÒNG VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ QUÂN SỰ NGUYỄN ĐÌNH HÙNG NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA MỘT SỐ THAM SỐ THIẾT KẾ LÕI XUYÊN ĐẾN KHẢ NĂNG XUYÊN THÉP CỦA ĐẦU ĐẠN XUYÊN ĐỘNG NĂNG LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT HÀ NỘI - 2024
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ QUỐC PHÒNG VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ QUÂN SỰ NGUYỄN ĐÌNH HÙNG NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA MỘT SỐ THAM SỐ THIẾT KẾ LÕI XUYÊN ĐẾN KHẢ NĂNG XUYÊN THÉP CỦA ĐẦU ĐẠN XUYÊN ĐỘNG NĂNG Ngành: Cơ kỹ thuật Mã số: 9.52.01.01 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: 1. TS Bùi Ngọc Hưng 2. TS Đặng Hồng Triển HÀ NỘI - 2024 HÀ NỘI, 2015
i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu, kết quả trong luận án là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào, các dữ liệu tham khảo được trích dẫn đầy đủ. Hà Nội, ngày….. tháng ..... năm 2024 TÁC GIẢ LUẬN ÁN Nguyễn Đình Hùng Nguyễn Đình Hùng
ii LỜI CẢM ƠN Đầu tiên, NCS xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến TS Bùi Ngọc Hưng và TS Đặng Hồng Triển là giáo viên hướng dẫn, đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ NCS trong suốt quá trình thực hiện và hoàn thành luận án. Trân trọng cảm ơn Thủ trưởng Viện Khoa học và Công nghệ Quân sự, Viện Tên lửa, Phòng Đào tạo/ Viện Khoa học và Công nghệ Quân sự đã tạo mọi điều kiện thuận lợi trong suốt quá trình học tập, nghiên cứu và hoàn thành luận án. Xin chân thành cảm ơn các thầy cô là giảng viên của Viện Tên lửa/ Viện Khoa học và Công nghệ Quân sự, Bộ môn Đạn/ Khoa Vũ khí/ Học viện Kỹ thuật Quân sự, các nhà khoa học trong và ngoài Quân đội đã giảng dạy, truyền đạt kiến thức và có những ý kiến đóng góp quý báu giúp tôi thực hiện và hoàn thành Luận án. NCS xin chân thành cảm ơn Đảng ủy, Chỉ huy Viện Vũ khí, phòng Đạn và Trung tâm ĐLTNVK/ Viện Vũ khí đã tạo nhiều điều kiện thuận lợi cho tôi trong quá trình học tập và hoàn thành luận án. Cuối cùng, NCS xin được chân thành cảm ơn các đồng nghiệp, bạn bè và gia đình đã khích lệ tinh thần, tạo điều kiện để NCS hoàn thành luận án. TÁC GIẢ LUẬN ÁN Nguyễn Đình Hùng
iii MỤC LỤC Trang DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT................................vi DANH MỤC CÁC BẢNG.......................................................................... ...viii DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ..........................................................................x MỞ ĐẦU...................................................................................................... ......1 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐẠN XUYÊN ĐỘNG NĂNG............. ......6 1.1 Tổng quan về va chạm tốc độ cao................................................................6 1.2 Tổng quan về đạn xuyên......................................................................... ......9 1.2.1 Đạn xuyên lõm..........................................................................................9 1.2.2 Đạn xuyên động năng..............................................................................11 1.3 Tổng quan về đối tượng của đầu đạn xuyên thép và điều kiện va chạm.........................................................................................................15 1.3.1 Tấm giáp bảo vệ cá nhân.................................................................... ....15 1.3.2 Bản thép là vỏ của các loại xe quân sự................................................ ....16 1.3.3 Điều kiện va chạm...................................................................................16 1.4 Quá trình va chạm tốc độ cao giữa lõi xuyên và bản thép.........................17 1.5 Các dạng phá hủy của bản thép............................... ..................................19 1.6 Phương pháp đánh giá khả năng xuyên thép của đầu đạn..........................20 1.7 Tổng quan tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước...............................22 1.7.1 Trên thế giới............................................................................................23 1.7.2 Tình hình nghiên cứu trong nước....................................................... ....31 1.8 Một số vấn đề cần tiếp tục nghiên cứu.......................................................33 CHƯƠNG 2: XÂY DỰNG MÔ HÌNH TÍNH TOÁN VA CHẠM TỐC ĐỘ CAO GIỮA ĐẦU ĐẠN VÀ BẢN THÉP ĐỒNG NHẤT.................. ....37 2.1 Bài toán va chạm giữa đầu đạn và bản thép đồng nhất..............................37 2.2 Hệ phương trình vi phân mô tả chuyển động và trạng thái vật liệu của đầu đạn và bản thép............................................................................39
iv 2.2.1 Phương trình bảo toàn khối lượng ..........................................................39 2.2.2 Phương trình bảo toàn động lượng..........................................................40 2.2.3 Phương trình bảo toàn năng lượng ..........................................................40 2.2.4 Các phương trình liên hệ .........................................................................40 2.2.5 Phương trình mô tả tính chất vật liệu ......................................................40 2.2.6 Các phương trình động học, liên hệ giữa các thông số dịch chuyển, vận tốc, gia tốc, biến dạng và tốc độ biến dạng .........................41 2.2.7 Các điều kiện đầu và điều kiện biên .......................................................46 2.3 Giải bài toán va chạm bằng phương pháp mô phỏng. .............................. 48 2.3.1 Lựa chọn phương pháp giải ....................................................................48 2.3.2 Xác định mô hình vật liệu .......................................................................53 2.3.3 Giải bài toán mẫu với đầu đạn xuyên thép 7,62x51 mm ........................60 2.3.4 Thực nghiệm đánh giá mô hình tính toán bằng phương pháp mô phỏng ........................................................................................................66 Kết luận chương 2 ........................................................................................... 69 CHƢƠNG 3:NGHIÊN CỨU ẢNH HƢỞNG CỦA MỘT SỐ THAM SỐ THIẾT KẾ LÕI XUYÊN ĐẾN KHẢ NĂNG XUYÊN THÉP CỦA ĐẦU ĐẠN XUYÊN ĐỘNG NĂNG ........................................................ 70 3.1 Lựa chọn các tham số thiết kế lõi xuyên cho nghiên cứu ảnh hưởng đến khả năng xuyên thép của đầu đạn ........................................... 70 3.2 Ảnh hưởng của chiều dài phần mũi lõi xuyên đến khả năng xuyên thép của đầu đạn 7,62x39 mm .................................................................. 72 3.2.1 Kết quả mô phỏng ...................................................................................73 3.2.2 Nhận xét kết quả mô phỏng ....................................................................77 3.3 Ảnh hưởng của khối lượng lõi xuyên đến khả năng xuyên thép của đầu đạn ....................................................................................................... 78 3.3.1 Kết quả mô phỏng ...................................................................................79 3.3.2 Nhận xét ..................................................................................................83 3.4 Ảnh hưởng của độ cứng lõi xuyên đến khả năng xuyên thép của
v đầu đạn ...................................................................................................... 85 3.4.1 Kết quả mô phỏng ...................................................................................86 3.4.2 Nhận xét ..................................................................................................90 3.5 Ảnh hưởng của tỉ số l/d của lõi xuyên đến khả năng xuyên thép của đầu đạn. ...................................................................................................... 92 3.5.1 Kết quả mô phỏng ...................................................................................93 3.5.2 Nhận xét ..................................................................................................96 Kết luận chương 3 ........................................................................................... 98 CHƢƠNG 4: THỰC NGHIỆM XÁC ĐỊNH KHẢ NĂNG XUYÊN THÉP CỦA ĐẦU ĐẠN XUYÊN ĐỘNG NĂNG ........................... 101 4.1 Đối tượng và các thiết bị thử nghiệm...................................................... 102 4.1.1. Đạn dùng cho thử nghiệm ....................................................................102 4.1.2 Các thiết bị dùng cho thử nghiệm .........................................................104 4.2 Nội dung thử nghiệm .............................................................................. 113 4.2.1 Điều kiện môi trường thực nghiệm .......................................................113 4.2.2 Bắn kiểm tra chất lượng đạn thử nghiệm của luận án ..........................114 4.2.3 Bắn kiểm tra khả năng xuyên thép các mẫu đầu đạn của luận án.........117 4.3 Đánh giá kết quả giữa lý thuyết và thực nghiệm .................................... 121 4.3.1 Đánh giá kết quả ảnh hưởng của chiều dài phần mũi lõi xuyên .......... 121 4.3.2 Đánh giá kết quả ảnh hưởng của khối lượng lõi xuyên ....................... 122 4.3.3 Đánh giá kết quả ảnh hưởng độ cứng lõi xuyên. ................................. 124 4.3.4 Đánh giá kết quả ảnh hưởng tỉ số l/d của lõi xuyên ............................. 127 Kết luận chương 4 ......................................................................................... 128 KẾT LUẬN .................................................................................................. 130 DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC ĐÃ CÔNG BỐ ......... 133 TÀI LIỆU THAM KHẢO .......................................................................... 134
vi DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT vc - Vận tốc va chạm (m/s) vп - Vận tốc ngưỡng tùy thuộc vào tính chất vật liệu (m/s) vr - vận tốc còn lại của lõi xuyên (m/s) md - Khối lượng đầu đạn (g) mlx Khối lượng lõi xuyên (g) q- Trọng lượng đầu đạn (kG) S- Tiết diện cắt ngang của đầu đạn (m2) l- Chiều dài lõi xuyên (mm) d- Đường kính lõi xuyên (mm) l/d - Tỉ số giữa chiều dài và đường kính lõi xuyên hm - Chiều dài phần mũi lõi xuyên (mm) hc - Độ cứng của lõi xuyên (HRC) hs - Độ cứng của mục tiêu là bản thép (HRC) R- Bán kính vật va đập ở bán kính lớn nhất (mm) θc - Góc va chạm giữa đầu đạn và bản thép (độ) θth - Góc va chạm tới hạn của đầu đạn vào bản thép (độ) ε- Cường độ biến dạng ̇- Tốc độ biến dạng (1/s) fc - Lực cản của môi trường vật cản δ- Chiều dày vật cản (mm) K- Hệ số đặc trưng cho độ bền của vật cản G- Mô đun cắt (MPa) 0,2 - Giới hạn chảy của vật liệu (MPa) x- Độ xuyên sâu tức thời của đầu đạn vào bản thép g- Gia tốc trọng trường (m/s2)
vii ,  - hệ số đặc trưng cho các tính chất tĩnh và động của môi trường A, B, C - Các hệ số phụ thuộc vào tính chất môi trường và hình dạng vật va đập. H- Đặc tính độ bền của vật liệu vật cản trong CT Giacốp-Đơ-ma - Hệ số hình dạng đầu đạn. tr - Thời gian phần mũi lõi xuyên xuyên qua bản thép (s) cp - Vận tốc âm thanh truyền trong vật liệu vật cản (m/s) ρ- Mật độ vật liệu (kg/m3) px - Áp suất trên bề mặt bản thép tại vị trí tiếp xúc khi đầu đạn va chạm với bản thép (MPa) En - Năng lượng riêng của đầu đạn (J/m2) TCQS: Tiêu chuẩn quân sự TCCNQP: Tổng cục Công nghiệp Quốc phòng ГОСТ: Tiêu chuẩn Liên bang Nga (Государственный Стандарт)
viii DANH MỤC CÁC BẢNG Trang Bảng 2.1 Thành phần hóa học thép Y12A ГОСТ 1435-99 ................................. 55 Bảng 2.2 Thành phần hóa học của Đồng M1 ГОСТ 1535-2006......................... 56 Bảng 2.3 Thành phần hóa học của thép tấm CT-3 ГОСТ 380-94....................... 56 Bảng 2.4 Các tham số vật liệu của lõi xuyên theo mô hình tăng bền Johnson-Cook ..................................................................................................58 Bảng 2.5 Các tham số vật liệu của vỏ đầu đạn theo mô hình tăng bền Steinberg Guinan ............................................................................................ 58 Bảng 2.6 Tham số vật liệu của bản thép CT-3 theo mô hình tăng bền Johnson-Cook ................................................................................................. 58 Bảng 2.7 Tham số vật liệu các chi tiết đầu đạn và bản thép ................................ 59 Bảng 2.8 Các tham số thiết kế khảo sát của các mẫu lõi xuyên........................... 61 Bảng 2.9 Kết quả tính toán vr và tr khi thay đổi tham số hm................................. 62 Bảng 2.10 Chiều sâu xuyên thép tới hạn của đầu đạn vào bản thép CT-3 đồng nhất khi thay đổi chiều dài phần mũi lõi xuyên .................................. 64 Bảng 2.11 Giá trị hệ số Ktt phụ thuộc vào hm của lõi xuyên ................................ 66 Bảng 2.12 Kết quả thử nghiệm ...............................................................................67 Bảng 3.1. Kết quả xuyên thép của các mẫu đầu đạn ............................................ 73 Bảng 3.2 Chiều sâu xuyên thép tới hạn của đầu đạn khi thay đổi chiều dài phần mũi lõi xuyên................................................................................... 76 Bảng 3.3 Giá trị hệ số Ktt khi thay đổi chiều dài phần mũi lõi xuyên của đầu đạn ............................................................................................................ 78 Bảng 3.4 Khối lượng lõi xuyên và vận tốc va chạm của các mẫu đầu đạn ......... 79 Bảng 3.5 Kết quả xuyên thép của đầu đạn khi thay đổi mlx ................................. 81 Bảng 3.6 Chiều sâu xuyên thép tới hạn của đầu đạn khi thay đổi mlx ................. 82 Bảng 3.7 Hệ số Ktt khi thay đổi khối lượng lõi xuyên .......................................... 84
ix Bảng 3.8 Tham số A, B của vật liệu lõi xuyên theo độ cứng hc (HRC) .............. 86 Bảng 3.9 Kết quả tính toán vận tốc vr và thời gian tr của các mẫu đầu đạn ........ 88 Bảng 3.10 Chiều sâu xuyên thép tới hạn của đầu đạn khi thay đổi độ cứng lõi xuyên ................................................................................................ 89 Bảng 3.11 Hệ số Ktt khi độ cứng lõi xuyên thay đổi ............................................ 91 Bảng 3.12 Thông số l/d của lõi xuyên với các mẫu đầu đạn khảo sát ................. 93 Bảng 3.13 Kết quả tính toán mô phỏng xác định vận tốc vr của lõi xuyên ......... 94 Bảng 3.14 Chiều sâu xuyên thép tới hạn của đầu đạn khi thay đổi tỉ số l/d của lõi xuyên ................................................................................................... 95 Bảng 3.15 Hệ số Ktt khi tỉ số l/d của lõi xuyên thay đổi........................................97 Bảng 4.1 Các tham số thiết kế lõi xuyên của đầu đạn 7,62x39 mm hai cấu tử ............................................................................................................. 104 Bảng 4.2 Kết quả định lượng thuốc phóng đầu đạn nặng .................................. 115 Bảng 4.3 Kết quả vận tốc va chạm (vc) của đầu đạn chuẩn và đầu đạn mũi ngắn ....................................................................................................... 116 Bảng 4.4 Kết quả vận tốc va chạm (vc) của đầu đạn nặng ................................. 116 Bảng 4.5 Kết quả xuyên thép của đầu đạn chuẩn ............................................... 118 Bảng 4.6 Kết quả xuyên thép của đầu đạn mũi ngắn ......................................... 119 Bảng 4.7 Kết quả xuyên thép với đầu đạn nặng ................................................. 120 Bảng 4.8 So sánh kết quả giữa lý thuyết và thực nghiệm với giá trị hm khác nhau ...................................................................................................... 121 Bảng 4.9 So sánh kết quả giữa lý thuyết và thực nghiệm với mlx khác nhau ............................................................................................................... 123 Bảng 4.10 So sánh kết quả lý thuyết với thực nghiệm ....................................... 126
x DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Trang Hình 1.1 Sơ đồ tổng quát trạng thái của đầu đạn và bản thép tại thời điểm va chạm ............................................................................................................. 6 Hình 1.2 Các trạng thái vật va đập va chạm với vật cản ........................................ 7 Hình 1.3 Ảnh hưởng của chiều dày vật cản đến áp suất xuất hiện ........................ 8 Hình 1.4 Một số loại đạn xuyên lõm và quá trình hình thành dòng xuyên ......... 10 Hình 1.5 Một số loại đầu đạn xuyên động năng ................................................... 11 Hình 1.6 Đầu đạn xuyên động năng ba cấu tử và hai cấu tử ................................ 12 Hình 1.7 Tấm giáp chống đạn ................................................................................ 15 Hình 1.8 Các giai đoạn va xuyên tốc độ cao giữa lõi xuyên và bản thép............ 17 Hình 1.9 Lõi xuyên xuyên tấm thép có độ giòn cao ............................................. 19 Hình 1.10 Lõi xuyên xuyên vào bản thép có độ dẻo cao ..................................... 19 Hình 1.11 Lõi xuyên xuyên vào bản thép mỏng có độ dẻo cao........................... 20 Hình 1.12 Mô phỏng xác định chiều sâu xuyên tới hạn ....................................... 21 Hình 1.13 Các giai đoạn va xuyên của lõi xuyên hình cầu vào mục tiêu bán vô hạn ........................................................................................................23 Hình 2.1 Mô hình hình học đối với đầu đạn hai cấu tử ........................................ 38 Hình 2.2 Mô hình hình học đối với đầu đạn ba cấu tử ......................................... 38 Hình 2.3 Mô hình nghiên cứu va chạm xuyên tại thời điểm va chạm................. 39 Hình 2.4 Mô hình xác định điều kiện đầu của bài toán va chạm xuyên.............. 46 Hình 2.5 Mô hình xác định điều kiện biên của bài toán va chạm xuyên ............ 47 Hình 2.6 Sơ đồ phương pháp giải bài toán nghiên cứu ảnh hưởng các tham số ............................................................................................................ 53 Hình 2.7 Đầu đạn xuyên thép 7,62x39 mm hai cấu tử ......................................... 53 Hình 2.8 Đầu đạn xuyên thép 7,62x51 mm ba cấu tử (a) và đầu đạn xuyên thép 7,62x39 mm hai cấu tử (b) ......................................................... 54
xi Hình 2.9 Lõi xuyên của đầu đạn 7,62x39 mm hai cấu tử..................................... 54 Hình 2.10 Vỏ đầu đạn 7,62x39 mm hai cấu tử ..................................................... 55 Hình 2.11 Mô hình phần tử hữu hạn với kết cấu đối xứng .................................. 60 Hình 2.12 Mô hình phần tử hữu hạn đối với lõi xuyên của đầu đạn 7,62x51 mm .................................................................................................... 62 Hình 2.13 Kết quả xuyên thép của các phương án thiết kế lõi xuyên ................. 62 Hình 2.14 Đồ thị suy giảm vận tốc của lõi xuyên chuyển động trong môi trường bản thép............................................................................................... 63 Hình 2.15 Đồ thị mối quan hệ giữa vr và hm ......................................................... 63 Hình 2.16 Đồ thị mối quan hệ giữa δth và hm ........................................................ 64 Hình 2.17 Hai phương án lõi xuyên cho thử nghiệm ........................................... 66 Hình 2.18 Sơ đồ bố trí thử nghiệm ........................................................................ 67 Hình 2.19 Mặt trước và mặt sau bản thép ..............................................................68 Hình 3.1 Mô hình nghiên cứu va xuyên đầu đạn xuyên thép 7,62x39 mm hai cấu tử ......................................................................................................... 73 Hình 3.2 Hình ảnh mô phỏng đầu đạn 7,62x39 mm hai cấu tử xuyên qua bản thép ........................................................................................................... 74 Hình 3.3 Đồ thị suy giảm vận tốc của lõi xuyên (có hm = 9,32 mm) .................. 74 Hình 3.4 Đồ thị suy giảm vận tốc của lõi xuyên (có hm = 12,43 mm) ................ 75 Hình 3.5 Đồ thị mối quan hệ giữa vr và hm ........................................................... 75 Hình 3.6 Đồ thị mối quan hệ giữa chiều sâu xuyên thép tới hạn của đầu đạn phụ thuộc chiều dài phần mũi lõi xuyên ................................................ 77 Hình 3.7 Hình ảnh mô phỏng đầu đạn có khối lượng lõi xuyên mlx = 7,9 g xuyên qua bản thép CT-3 đồng nhất có chiều dày 12 mm................. 80 Hình 3.8 Đồ thị suy giảm vận tốc của lõi xuyên (có mlx =9,0 g) chuyển động trong môi trường bản thép .................................................................... 80 Hình 3.9 Đồ thị suy giảm vận tốc của lõi xuyên (có mlx =7,90 g) chuyển
xii động trong môi trường bản thép .................................................................... 81 Hình 3.10 Mối quan hệ giữa vr và khối lượng mlx của lõi xuyên ........................ 82 Hình 3.11 Đồ thị mối quan hệ giữa chiều sâu xuyên thép tới hạn ....................... 83 Hình 3.12 Hình ảnh đầu đạn với lõi xuyên có độ cứng 20 HRC tại thời điểm vận tốc lõi xuyên bằng 0 m/s, lõi xuyên không xuyên qua bị giữ lại trong bản thép ..................................................................................... 87 Hình 3.13 Đồ thị suy giảm vận tốc của lõi xuyên (có độ cứng 20HRC) ............ 87 Hình 3.14 Hình ảnh đầu đạn với lõi xuyên có độ cứng 43 HRC và 56 HRC ........................................................................................................... 87 Hình 3.15 Đồ thị suy giảm vận tốc của lõi xuyên (có độ cứng 56HRC) ............ 88 Hình 3.16 Đồ thị suy giảm vận tốc của lõi xuyên (có độ cứng 43HRC) ............ 88 Hình 3.17 Mối quan hệ giữa vr và độ cứng hc của lõi xuyên ............................... 89 Hình 3.18 Đồ thị mối quan hệ giữa chiều sâu xuyên thép tới hạn phụ thuộc vào độ cứng lõi xuyên.......................................................................... 90 Hình 3.19 Hình ảnh mô phỏng lõi xuyên xuyên qua bản thép ............................ 93 Hình 3.20 Đồ thị suy giảm vận tốc của lõi xuyên (có l/d = 4,48) ........................ 94 Hình 3.21 Đồ thị mối quan hệ giữa vr và tỉ số l/d của lõi xuyên.......................... 94 Hình 3.22 Đồ thị mối quan hệ giữa chiều sâu xuyên thép tới hạn của đầu đạn phụ thuộc vào tỉ số l/d của lõi xuyên ......................................................95 Hình 4.1 Các mẫu đầu đạn chế tạo cho thử nghiệm ........................................... 102 Hình 4.2 Kích thước chính các mẫu đầu đạn chế tạo cho thử nghiệm .............. 103 Hình 4.3 Sơ đồ cơ bản bố trí đo vận tốc của đầu đạn ......................................... 107 Hình 4.4 Sơ đồ đo vận tốc của đầu đạn ............................................................... 108 Hình 4.5 Sơ đồ nguyên lý đo vận tốc đầu đạn bằng camera tốc độ cao ............ 110 Hình 4.6 Sơ đồ hiệu chỉnh sai lệch vị trí đầu đạn với thước chuẩn ................... 110 Hình 4.7 Thiết bị thử nghiệm ............................................................................... 111 Hình 4.8 Thiết bị radar DRS-1 ............................................................................. 111
xiii Hình 4.9 Camera tốc độ cao v711........................................................................ 112 Hình 4.10 Bản thép lắp đặt trên giá thử chuyên dụng ........................................ 113 Hình 4.11 Đo lường thử nghiệm đầu đạn xuyên thép bằng camera tốc độ cao ................................................................................................................. 114 Hình 4.12 Sơ đồ bố trí thử nghiệm ...................................................................... 117 Hình 4.13 Đồ thị so sánh kết quả giữa lý thuyết và thực nghiệm ...................... 121 Hình 4.14 Đồ thị so sánh kết quả giữa lý thuyết và thực nghiệm ...................... 122 Hình 4.15 Mặt trước và sau của bia thép sau thử nghiệm bắn ........................... 123 Hình 4.16 Đầu đạn có lõi xuyên nhiệt luyện theo 3 phương án......................... 124 Hình 4.17 Đồ thị so sánh kết quả giữa lý thuyết và thực nghiệm ...................... 124 Hình 4.18 Lõi xuyên có độ cứng 20HRC không xuyên qua bản thép .............. 125 Hình 4.19 Lõi xuyên thu được sau khi xuyên bản thép ...................................... 125 Hình 4.20 Lỗ xuyên trên mặt bản thép ở mặt trước (a) và mặt sau (b) ............. 126 Hình 4.21 Kết quả bắn mục tiêu bản thép dày 18 mm của đạn xuyên thép 7,62x39 mm (3 cấu tử) ................................................................................. 127
MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài luận án Trong chiến tranh hiện đại, nhằm tăng khả năng sống sót trên chiến trường, người lính được trang bị áo giáp chống đạn, các trang thiết bị quân sự (xe tăng, xe thiết giáp, xe chỉ huy điều khiển hỏa lực…) được bảo vệ bằng lớp thép dày, giáp phản ứng nổ. Gần đây, để giảm nhẹ, tăng tính cơ động trên chiến trường (nhằm hạn chế nguy cơ bị tiêu diệt của các vũ khí công nghệ cao) vật liệu vỏ xe tăng được làm bằng các loại tấm bảo vệ phức hợp đa nguyên tố cùng với hệ thống phòng thủ chủ động thông minh, hệ thống đối kháng quang điện tử… Với sự phát triển mạnh mẽ của Khoa học Công nghệ, đặc biệt là công nghệ vật liệu, công nghệ thông tin,… các trang thiết bị bảo vệ liên tục được hoàn thiện và phát triển nhằm tăng tính cơ động, uy lực đối với xe tăng, xe bọc thép, xe chỉ huy điều khiển hỏa lực,… làm giảm tổn thất về sinh mạng của người lính trên chiến trường. Để đối phó với xu hướng phát triển của các loại xe tăng và các loại áo giáp hiện đại đòi hỏi các nhà khoa học ngành đạn cần tiếp tục nghiên cứu thiết kế, chế tạo ra các loại đạn mới có khả năng xuyên lớn và chống lại được các trang thiết bị và hệ thống phòng thủ ngày càng hiện đại và thông minh. Theo nguyên lý hoạt động, đạn xuyên thép được chia thành hai loại: đạn xuyên lõm và đạn xuyên động năng. Đạn xuyên lõm sử dụng hiệu ứng nổ lõm, nén ép phễu lót tạo thành dòng kim loại lỏng đâm xuyên bản thép. Đạn xuyên động năng là loại đạn sử dụng động năng cao của đầu đạn có lõi xuyên được chế tạo từ các loại vật liệu đặc biệt đâm xuyên bản thép. Hai loại đạn trên đều có ưu nhược điểm riêng, tuy nhiên đạn xuyên động năng thường nằm trong bộ đạn của súng pháo, có khả năng giải quyết các tình huống có độ bất ngờ cao, được phát triển từ cỡ nhỏ đối với súng bộ binh cho đến các loại đạn pháo cỡ lớn. Lõi xuyên là chi tiết đặc biệt quan trọng của đầu đạn xuyên động năng, quyết định đến khả năng xuyên thép của đầu đạn, các chi tiết khác của đầu đạn chỉ có tác dụng dẫn hướng, ổn định của đầu đạn khi chuyển động trong nòng và
2 trên đường bay tới mục tiêu. Khi xuyên thép, chỉ có lõi xuyên xuyên qua bản thép, các chi tiết khác của đầu đạn bị biến dạng mạnh và bị giữ lại ở mặt trước của bản thép. Lõi xuyên thường được chế tạo bằng các vật liệu có đặc tính cơ học tốt như các loại thép có độ bền cao, hợp kim cứng Cacbit Vonfram, Uranium nghèo. Đạn xuyên động năng là loại đạn có uy lực lớn, có khả năng tiêu diệt các mục tiêu được che chắn bởi lớp giáp, các loại xe tăng, xe bọc thép, xe chỉ huy điều khiển hỏa lực hiện đại. Chúng có ưu thế vượt trội do có vận tốc lớn, có khả năng xuyên thép cao, dễ dàng tiêu diệt sinh lực địch có trang bị áo giáp, có khả năng vượt qua hệ thống phòng vệ chủ động hiện đại, không bị nhiễu bởi hệ thống chế áp quang điện tử (một trong những loại trang bị hiện đại nhất hiện nay) trên xe tăng mà các loại đạn chống tăng xuyên lõm điều khiển và không điều khiển khó có khả năng vượt qua. Ngoài ra, đầu đạn xuyên động năng không có thuốc nổ nên rất an toàn trong thao tác huấn luyện, chiến đấu, vận chuyển và bảo quản cất trữ lâu dài. Các nghiên cứu trong nước hiện nay về đạn xuyên động năng chủ yếu thiết kế theo đạn mẫu của nước ngoài hoặc tìm hiểu về kết cấu của đầu đạn, lõi xuyên qua các tài liệu thu thập được (tuy nhiên trường hợp này rất khó khăn vì chế độ bảo vệ tài liệu mật cao của các quốc gia trên thế giới). Do vậy trong quá trình nghiên cứu, các tác giả cũng đã tính toán, chủ yếu dựa vào kinh nghiệm nghiên cứu, thực nghiệm kiểm tra độ xuyên sâu của lõi xuyên khi bắn vào mục tiêu bản thép CT-3 để thử nghiệm đánh giá. Do đó, việc lựa chọn đề tài “Nghiên cứu ảnh hưởng của một số tham số thiết kế lõi xuyên đến khả năng xuyên thép của đầu đạn xuyên động năng” là một nhiệm vụ mang tính cấp thiết, nhằm đưa ra những lý luận khoa học, phương pháp tính toán lý thuyết ảnh hưởng của một số tham số thiết kế của chi tiết quan trọng và quyết định đến khả năng xuyên thép là lõi xuyên, phục vụ trực tiếp cho nhiệm vụ thiết kế chế tạo đầu đạn xuyên động năng hiện nay. Từ cơ sở khoa học
3 này, cho phép tiếp tục nghiên cứu tính toán, phát triển các loại đạn xuyên động năng mới ở nước ta. 2. Mục tiêu của luận án Thiết lập cơ sở khoa học cho việc tính toán định hướng lựa chọn các tham số thiết kế lõi xuyên của đầu đạn xuyên động năng. 3. Đối tƣợng, phạm vi nghiên cứu - Đối tượng nghiên cứu: Đầu đạn xuyên động năng hiện đang có nhu cầu thiết kế, chế tạo trong nước, trang bị cho các lực lượng vũ trang. - Phạm vi nghiên cứu: + Xây dựng mô hình tính toán chiều sâu xuyên thép của đầu đạn xuyên động năng vào mục tiêu là bản thép đồng nhất, cho phép tính và phân tích ảnh hưởng của các tham số thiết kế lõi xuyên đến chiều sâu xuyên thép. + Nghiên cứu tính toán và thực nghiệm cụ thể được tiến hành với đạn xuyên thép 7,62x39 mm (hai cấu tử và ba cấu tử) và đạn xuyên thép 7,62x51mm (ba cấu tử). 4. Nội dung nghiên cứu - Nghiên cứu tổng quan về va chạm tốc độ cao giữa vật va đập với vật cản, trong đó va chạm tốc độ cao giữa đầu đạn xuyên động năng với bản thép đồng nhất là một trường hợp điển hình. - Xây dựng mô hình tính toán chiều sâu xuyên phản ánh đầy đủ quá trình va chạm giữa lõi xuyên với mục tiêu là bản thép đồng nhất, cho phép phân tích ảnh hưởng của một số tham số thiết kế lõi xuyên đến khả năng xuyên thép của đầu đạn xuyên động năng. - Tính toán một cách định lượng ảnh hưởng của một số tham số thiết kế lõi xuyên đến khả năng xuyên thép của đầu đạn, làm cơ sở cho việc lựa chọn kết cấu và các tham số thiết kế phù hợp cho đầu đạn. - Thiết kế chế tạo đạn, thiết bị thử nghiệm và tổ chức các cuộc thử nghiệm đánh giá tính sát thực của mô hình tính toán đã xây dựng.
4 5. Phƣơng pháp nghiên cứu - Nghiên cứu lý thuyết + Trên cơ sở quá trình va chạm tốc độ cao giữa lõi xuyên và bản thép đồng nhất, ứng dụng lý thuyết cơ học môi trường liên tục, lý thuyết đàn hồi, biến dạng dẻo, thiết lập hệ phương trình tính toán chiều sâu xuyên của lõi xuyên vào bản thép đồng nhất. + Ứng dụng phương pháp số, các phần mềm mô phỏng và một số công thức thực nghiệm để tính toán xác định chiều sâu xuyên của lõi xuyên vào bản thép đồng nhất. Tính toán mô phỏng cho một số loại đầu đạn cụ thể, so sánh với kết quả thực nghiệm để khẳng định phương pháp tính toán đã xây dựng là hợp lý; + Sử dụng phương pháp tính toán trên (kết hợp với thử nghiệm) để xác định mức độ ảnh hưởng của một số tham số thiết kế lõi xuyên đến khả năng xuyên thép của đầu đạn xuyên động năng. - Nghiên cứu thực nghiệm Bắn đo tốc độ va chạm của đầu đạn và vận tốc còn lại của lõi xuyên sau khi xuyên qua bản thép đồng nhất (thép CT3) có chiều dày cố định, đồng thời sử dụng công thức thực nghiệm để tính toán xác định chiều sâu xuyên lớn nhất của lõi xuyên, so sánh với kết quả tính toán mô phỏng bằng phương pháp đề xuất của luận án. 6. Ý nghĩa khoa học, thực tiễn của luận án - Ý nghĩa khoa học của luận án + Đã xây dựng được một số cơ sở khoa học về lý thuyết, đề xuất được giải pháp sử dụng phần mềm Ansys mô phỏng kết hợp với một số công thức thực nghiệm để tính toán xác định khả năng xuyên thép của đầu đạn. Cho phép phân tích và lựa chọn các tham số thiết kế lõi xuyên hợp lý của đầu đạn xuyên động năng; + Đã đề xuất được phương pháp thực nghiệm đo tốc độ va chạm của đầu đạn và vận tốc còn lại của lõi xuyên sau khi xuyên qua bản thép đồng nhất, đồng thời sử dụng công thức thực nghiệm để tính toán chiều sâu xuyên lớn nhất mà
5 lõi xuyên có thể xuyên vào bản thép đồng nhất. - Ý nghĩa thực tiễn của luận án + Bước đầu cung cấp cơ sở lý luận giúp các nhà thiết kế trong nước định hướng công tác thiết kế đạn xuyên động năng đảm bảo đạt chiều sâu xuyên đề ra; + Các kết quả nghiên cứu và số liệu thu được của luận án có thể làm tài liệu tham khảo phục vụ công tác đào tạo, huấn luyện. 7. Bố cục của luận án Ngoài các phần mở đầu, kết luận, danh mục các công trình đã công bố, các tài liệu tham khảo, Luận án được bố cục thành 4 chương chính như sau: - Chương 1: Tổng quan về đạn xuyên động năng. - Chương 2: Xây dựng mô hình tính toán va chạm tốc độ cao giữa đầu đạn và bản thép đồng nhất. - Chương 3: Nghiên cứu ảnh hưởng của một số tham số thiết kế lõi xuyên đến khả năng xuyên thép của đầu đạn xuyên động năng. - Chương 4: Thực nghiệm xác định khả năng xuyên thép của đầu đạn xuyên động năng.