УДК 623

Моделирование процесса пробивания кузова пулями различного калибра

Стрельцов Роман Вячеславович – кандидат педагогических наук, доцент кафедры конструкций автобронетанковой техники Пермского военного института войск национальной гвардии России.

Самарин Иван Анатольевич – курсант факультета технического обеспечения Пермского военного института войск национальной гвардии России.

Аннотация: В данной работе предлагается использовать мобильную дополнительную броневую защиту для грузовых автомобилей. Это поможет снизить вероятность поражения личного состава и защитить военное имущество во время перевозки. Мобильная дополнительная броневая защита включает в себя решетчатый экран для снижения разрушительного воздействия кумулятивной струи, а также навесной броневой лист. Кроме того, предусмотрены специальные кронштейны для установки дополнительной брони.

Для определения эффективности данного технического решения требуется моделирование процесса пробивания кузова грузового автомобиля. Программный комплекс ANSYS используется для создания комплексных моделей поведения объектов в различных физических условиях. Проведено моделирование процесса пробития пулями кузова различного калибра.

Ключевые слова: вооружение, военная и специальная техника, дополнительная броневая защита, проектирование, моделирование, программное обеспечение, расчет на прочность.

Разрабатывая боевую технику в военной науке и военном деле учитываются различные параметры, такие как: потенциальный противник, его вооружение и научно-технические достижения. На основе этих факторов, формируются тактико-технические характеристики военных автомобилей и специальной техники к противопульной защите, вооружению, экипажам и организационно-штатной структуре подразделений, использующих эту технику, а также требования к бронированию [5, 6].

В данной работе предлагается использовать мобильную дополнительную броневую защиту для грузовых автомобилей. Это поможет снизить вероятность поражения личного состава во время его перевозки при обстреле огнестрельным оружием, кумулятивными боеприпасами и осколками артиллерийских снарядов, а также защитить военное имущество во время транспортировки.

Мобильная дополнительная броневая защита для грузовых автомобилей включает в себя решетчатый экран, предназначенный для предотвращения или снижения разрушительного воздействия кумулятивной струи. Также в комплект входит навесной броневой лист, который повышает устойчивость автомобиля на 12-15% по сравнению с обычной стальной противопульной броней. Кроме того, специальные кронштейны для установки дополнительной брони на борт грузового автомобиля и крепления решетчатого экрана к броневому листу.

Для получения дальнейшего подтверждения эффективности использования данного технического решения в целях защиты личного состава и перевозимого груза от огнестрельного оружия и осколков боеприпасов, требуется определить степень повреждения кузова грузового автомобиля. В данном контексте проведено моделирование процесса пробивания пулями кузова различного калибра с использованием программного комплекса ansys, способного создавать комплексные модели поведения объектов в различных физических условиях. При пробитии бронированной техники ansys обеспечивает возможность создания моделей, включающих как снаряды разных калибров, так и саму броню техники, а также учитывающих взаимодействие материалов и другие важные факторы [1, 2].

Точное определение параметров длительности процесса пробивания и последующего поведения брони осуществляется с помощью реалистичной модели, создание которой было выполнено на первом этапе. С этой целью с использованием специализированных программ для построения 3D-моделей, а также программ, позволяющих импортировать готовые модели в формате, совместимом с ansys, была разработана трехмерная модель объекта – мобильного комплекта дополнительной бронезащиты. (рисунок 1).

а)

б) 

Рисунок 3.2. Модель МКДЗ:

а) общий вид; б) детально в сборке на кузове

Программа ansys предоставляет возможности для учета деформаций, повреждений и разрушений материалов, что способствует созданию более реалистичных моделей, но при этом вносит дополнительную сложность.

На втором этапе проводилась необходимая настройка физических свойств материалов, которые использовались в моделировании брони и пуль различного калибра. Для каждого материала были определены его удельная плотность, прочность и упругие характеристики.

Точное моделирование взаимодействия пули и брони в ansys позволяет получить точные данные о сопротивляемости и эффективности различных типов бронирования. С помощью программы можно задать различные исходные параметры.

На третьем этапе были выбраны следующие параметры: начальная скорость пули, угол попадания и тип брони. В результате были получены детальные данные о процессе пробития, энергии перехода и последующем поведении бронированной техники. Эти данные будут использованы для улучшения бронированных структур и конструкций, а также для повышения безопасности бронетехники в реальных боевых условиях.

Промежуточные результаты моделирования представлены на рисунке 2.

Рисунок 2. Моделирование мобильного комплекта дополнительной броневой защиты в Ansys

Далее, на основе моделирования, с целью определения прочности дополнительного комплекта броневой защиты из стали 44 для грузовых автомобилей были проведены расчеты предельных скоростей пуль (v_c), при которых происходит сквозное пробитие корпуса (кузова) транспортного средства стрелковым оружием с пулей 5,45 мм (маркировка 7Н10), 5,45 мм (маркировка 7Н6), 5,45 мм (маркировка 7Н24), 5,62 мм (маркировка 57-H-231), 5,62 мм (маркировка 57-H-323), 7,62 мм (маркировка 57-H-231), 12,7 мм (маркировка «пулеметный патрон»). Для чего была использована формула (2), полученная из эмпирической формулы бронепробивания (скорости (V_пр) в секунду, необходимой и достаточной для пробивания брони снарядом в целом виде) или предела сквозного пробития (V_псп) Жакоб де Мара (Якоба-де-Мара), учитывающей диаметр снаряда (сердечника) [3, 4]:

(1)

где d – калибр снаряда (сердечника);

b – толщина брони;

G – вес снаряда (вес сердечника);

 – угол встречи снаряда с броней, считая от нормали (угол между нормалью к поверхности брони и вектором скорости пули);

К₁ – коэффициент, зависящий от качества брони и бронепробивных свойств.

(2)

где K – коэффициент, характеризующий уровень прочности брони (K=1600…1800 – для брони низкой твердости; K=1800…2000 – для брони средней твердости; K = 2000…2200 – для брони высокой твердости). В расчете принято значение коэффициента K в интервале 2000…2200.

d_c – диаметр сердечника:

(3)

где d_с.отнс – относительный диаметр сердечника (d_с.отнс=0,75…0,85);

d – диаметр пули;

b – толщина брони (b = 5 мм);

m_c – масса сердечника:

(4)

где m_с.отн - относительная масса сердечника (m_с.отн=0,35…0,6);

m – масса пули.

В качестве примера приведем расчет параметров, рекомендуемых для проектирования комплекта дополнительной защиты, 5,45-мм автоматного патрона с пулей повышенной пробиваемости, патрон 7Н10, и с пулей 5,45 мм маркировки 7Н6. Полученные данные сведем в таблицу 1

Таблица 1. Расчет параметров

Для определения дальности полета пули (S), необходимо уточнить, что в Приложениях руководства «Наставления по стрелковому делу…» приведены значения скорости пули на соответствующем расстоянии. Так, скорость полета пули 7Н10 при сквозном пробитии комплекта дополнительной броневой защиты из АК-74 составляет 581 м/с, что соответствует расстоянию 349 м. Из [3] следует, что на расстоянии 300 м окончательная скорость пули для автомата Калашникова составляет 626 м/с, а на расстоянии 400 м – 543 м/с. Откуда следует, что на расстоянии 349 м пробитие маловероятно. Или скорость полета пули из АК-74 (маркировка 7H6) на расстоянии 200 м составляет 709 м/с, а на расстоянии
300 м – 623 м/с. Поэтому уже на расстоянии 300 м пробитие маловероятно.

Значит, при нахождении значения S необходима интерполяция:

(5)

Тогда, дальность полета пули для патрона 5,45 мм маркировки 7H10 составит:

а, для пули 5,45 мм маркировки 7Н6:

Результаты расчетов приведены в таблице 2.

Таблица 2. Значения предельных скоростей и дальности полета пули на предмет прочности дополнительного комплекта броневой защиты.

Калибр, мм	Маркировка пули	Скорость пули при сквозном пробитии, Vc, м/с	Дальность полета пули при сквозном пробитии, S, м	Скорость относительно расстояния, V(S)max	Скорость относительно расстояния V(S)min
5,45	7H10	581	355	626(300)	543(400)
5,45	7H6	652	266	709(200)	623(300)
5,45	7H24	539	406	543(400)	467(500)
7,62	57-H-231	511	498	571(400)	510(500)
7,62	57-H-323C	458	569	495(500)	441(600)
7,62	57-H-231	419	645	441(600)	392(700)
12,7	(пулеметный патрон)	306	1773	314(1700)	303(1800)

Моделирование процесса пробивания кузова пулями различного калибра является важным аспектом при разработке тактико-технических характеристик военных автомобилей и специальной техники. В данной работе была предложена использовать мобильную дополнительную броневую защиту грузового автомобиля, которая способна снизить вероятность поражения личного состава и военного имущества при их перевозке. Для подтверждения возможности применения данной защиты необходимо было определить степень поражения кузова грузового автомобиля. В этом помог программный комплекс ANSYS, который позволяет создавать комплексные модели поведения объектов.

Полученная информация будет использоваться для усовершенствования бронированных структур и конструкций, а также для повышения безопасности бронетехники в реальных боевых условиях.

Таким образом, моделирование процесса пробивания кузова пулями различного калибра с использованием программного комплекса ANSYS является важным инструментом для разработки эффективной бронезащиты и повышения безопасности военной техники.

Список литературы

1. Алексеев М., Чистяков Е.Н., Комплексная защита бронетанковой техники – современные тенденции // Оборонная промышленность. 2016. № 2–3. С. 41–45.
2. Митюков, Н. В. Методики определения бронепробиваемости [Текст] / Н. В. Митюков // . – 2008. – № 1. – С. 37-41.
3. Наставления по стрелковому делу. Основы стрельбы из стрелкового оружия 7,62-мм модернизированный автомат Калашникова (АКМ и АКМС), 7,62-мм ручной пулемет Калашникова (РПК и РПКС), 7,62-мм пулемет Калашникова (ПК, ПКС, ПКБ и ПКТ), 9-мм пистолет Макарова (ПМ), ручные гранаты. Министерство обороны СССР. Москва. Военное издательство, 1985. – 621 с.
4. Основы проектирования патронов к стрелковому оружию: Учебник / Г.А. Данилин, В.П. Огородников, А.Б. Заволокин; Балт. гос. техн. ун-т. СПб., 2005. – 374 с.
5. Стрельцов Р.В., Анализ перспективных образцов вооружения, военной и специальной техники, робототехнических комплексов, представленных на Международной выставке «ЭКСПОТЕХНОСТРАЖ» / Альманах Пермского военного института войск национальной гвардии. Серия: вооружение и военная техника. – Пермь, ПВИ ВНГ, 2022. – № 2(6). С. 109-119.
6. Информационно-аналитический обзор «Анализ образцов вооружения, военной и специальной техники, поставляемых иностранными государствами Украине в рамках военной помощи» / Федеральная служба войск национальной гвардии Российской Федерации // Главный центр научных исследований Федеральной службы войск национальной гвардии Российской Федерации, Москва, 2023.