Определение параметров проникания пенетраторов в грунтово-скальные преграды по различным эмпирическим зависимостям
Авторы: Федоров С.В., Велданов В.А., Дюков А.В., Гущина Т.А.
Опубликовано в выпуске: #4(124)/2022
DOI: 10.18698/2308-6033-2022-4-2167
Раздел: Механика | Рубрика: Механика деформируемого твердого тела
В ближайшей перспективе для исследования поверхностного слоя различных космических тел (планет, астероидов, комет) рассматривается применение высокоскоростных пенетраторов. Глубина проникания пенетраторов при выборе их конструктивных параметров может быть спрогнозирована на основании эмпирических зависимостей, являющихся результатом обработки экспериментальных данных по прониканию недеформируемых ударников в различные геоматериалы. Проведен сравнительный анализ таких зависимостей, полученных и используемых как российскими, так и зарубежными исследователями. Для исследовательского модуля-пенетратора выполнены оценки глубины его проникания в геоматериалы с контрастными прочностными свойствами и испытываемой им при этом перегрузки при начальных скоростях взаимодействия в диапазоне 100…1000 м/с. Получено, что при скорости 1000 м/с глубина проникания исследовательского модуля-пенетратора может составлять от нескольких метров в случае скальной породы средней твердости до нескольких десятков метров в случае рыхлого грунта. В соответствии с некоторыми из проанализированных эмпирических зависимостей зафиксировано проявление масштабного эффекта при проникании, заключающегося в том, что отношение глубин проникания геометрически подобных ударников с неизменным отношением их массы к кубу диаметра превышает коэффициент геометрического подобия.
Литература
[1] Велданов В.А., Смирнов В.Е., Хаврошкин О.Б. Лунный пенетратор: снижение перегрузок, управление прониканием. Астрономический вестник, 1999, т. 33, № 5, с. 490–494.
[2] Сурков Ю.А. На пути к освоению Луны. Земля и Вселенная, 2003, № 4, с. 18–28.
[3] Галеев А.Г., Гусев Е.В., Родченко В.В., Садретдинова Э.Р. Выбор параметров пенетратора, входящего в лунный грунт с нулевой скоростью. Электронный журнал «Труды МАИ», 2013, № 64, с. 1–23. http://trudymai.ru/published.php?ID=36455
[4] Каминский М.В., Копытов Г.Ф., Киселев Ю.Г., Кочнев Ю.В., Могилев В.А., Фатеев Ю.А. Критическая скорость при внедрении ударников с конической носовой формой в грунтовые преграды. Сб. материалов III Науч. конф. Волжского регионального центра РАРАН «Современные методы проектирования и отработки ракетно-артиллерийского вооружения». Т. 2. Саров, РФЯЦ-ВНИИЭФ, 2004, с. 642–647.
[5] Велданов В.А., Марков В.А., Пусев В.И., Ручко А.М., Сотский М.Ю., Сотский Ю.М., Федоров С.В. Исследование динамических механических свойств алюминиевых сплавов методом акселерометрии. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Машиностроение, 2010, № 2, с. 37−46.
[6] Forrestal M.J., Frew D.J., Hickerson J.P., Rohwer T.A. Penetration of Concrete Targets with Deceleration-Time Measurements. International Journal of Impact Engineering, 2003, vol. 28, pp. 479–497.
[7] Sotskiy M.Yu., Veldanov V.A., Selivanov V.V. Non-Stationary Process of Acceleration of the Measuring Probe in the Laboratory Ballistic Module. Acta Astronautica, 2019, vol. 163, pp. 79–83.
[8] Fedorov S.V., Veldanov V.A., Sotskiy M.Yu., Fedorova N.A. Jet Thrust Penetrators for Sounding the Surface Layer of Space Bodies. Acta Astronautica, 2021, vol. 180, pp. 189–195.
[9] Tate A. A Theory for the Deceleration of Long Rods after Impact. Journal of the Mechanics and Physics of Solids, 1967, vol. 15, no. 6, pp. 387–399.
[10] Федоров С.В., Бабкин А.В., Велданов В.А., Гладков Н.А., Ладов С.В. О высокоскоростном проникании стержней из пористого материала. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Естественные науки, 2016, № 5, с. 18–32.
[11] Федоров С.В., Велданов В.А. Применение сегментированных ударников для формирования каверны в грунтово-скальных преградах. Известия Российской академии ракетных и артиллерийских наук, 2012, № 1 (71), c. 43−50.
[12] Walters W.P., Zukas J.A. Fundamentals of Shaped Charges. New York, Wiley, 1989, 398 p.
[13] Федоров С.В., Бабкин А.В., Ладов С.В. Особенности инерционного удлинения высокоградиентного проводящего стержня в продольном низкочастотном магнитном поле. Инженерно-физический журнал, 2001, т. 74, № 2, с. 79–86.
[14] Ben-Dor G., Dubinsky A., Elperin T. Optimization of penetration into geological and concrete shields by impactor with jet thruster. Journal of Mechanics of Materials and Structures, 2008, vol. 3, no. 4, pp. 707–727.
[15] Федоров С.В., Федорова Н.А., Велданов В.А. Использование импульса реактивной тяги для увеличения глубины проникания исследовательских модулей в малопрочные грунтовые преграды. Известия Российской академии ракетных и артиллерийских наук, 2014, № 4 (84), с. 53–63.
[16] Сагомонян А.Я. Проникание. Москва, Изд-во Моск. ун-та, 1974, 300 с.
[17] Ben-Dor G., Dubinsky A., Elperin T. Applied High-Speed Plate Penetration Dynamics. Springer, Netherlands, 2006, 357 p.
[18] Li Q.M., Chen X.W. Dimensionless Formulae for Penetration Depth of Concrete Target Impacted by a Non-Deformable Projectile. International Journal of Impact Engineering, 2003, vol. 28, no. 1, pp. 93–116.
[19] Баженов В.Г., Брагов А.М., Котов В.Л., Кочетков А.В. Исследование удара и проникания тел вращения в мягкий грунт. Прикладная математика и механика, 2003, т. 67, № 4, с. 686–697.
[20] Savvateev A.F., Budin A.V., Kolikov V.A., Rutberg Ph.G. High-Speed Penetration into Sand. International Journal of Impact Engineering, 2001, vol. 26, pp. 675–681.
[21] Jinzhu L., Zhongjie L., Hongsong Zh., Fenglei H. Perforation Experiments of Concrete Targets with Residual Velocity Measurements. International Journal of Impact Engineering, 2013, vol. 57, pp. 1–6.
[22] Балаганский И.А., Мержиевский Л.А. Действие средств поражения и боеприпасов. Новосибирск, Изд-во НГТУ, 2012, 408 с.
[23] Ben-Dor G., Dubinsky A., Elperin T. Engineering models of high speed penetration into geological shields. Central European Journal of Engineering, 2014, vol. 4, no. 1, pp. 1–19.
[24] Ben-Dor G., Dubinsky A., Elperin T. Engineering approach to penetration modeling. Engineering Fracture Mechanics, 2008, vol. 75, no. 14, pp. 4279–4282.
[25] Kar A.K. Residual velocity for projectiles. Nuclear Engineering and Design, 1979, vol. 53, no. 1, pp. 87–95.