Проникающая сила

1-й этаж; 2. целевой материал; 3. Ньютоновская глубина проникновения; 4. длина снаряда (L); 5. скорость (V)

Удар или удар является способность объекта воздействующего путешествовать на определенное расстояние в повороте назначения до остановки. Если у объекта есть собственный привод, например B. Ракетная тяга, это означает путь к точке, в которой движущая сила и тормозной эффект среды находятся в равновесии. Эту способность обычно называют проникающей способностью или проникающей способностью , даже если это не вопрос сил и характеристик в смысле физических величин.

Проникновение брони на снаряде или его кинетической энергии является центральным предметом исследования в военной технике .

Проникновение по Ньютону

Ожидаемую глубину проникновения в газы и жидкости можно оценить по Ньютону , пренебрегая некоторыми из многочисленных параметров, которые эффективны на практике. Единственными рассматриваемыми параметрами являются плотность среды, а также плотность и длина ударного элемента. Также предполагается, что ударник не меняет формы и что среда представляет собой бесструктурную жидкость . Форма ударника и другие аэро- и гидродинамические эффекты при перемещении среды не учитываются.

В этих условиях ударный элемент проникает в среду на столько, сколько его собственная длина, насколько его плотность относительно больше, чем у среды. На этом пути он перемещает массу, которая соответствует его собственной и полностью передает свой импульс среде:

Глубина проникновения ${\ displaystyle L = l \ cdot {\ frac {\ rho _ {i}} {\ rho _ {m}}}}$

С участием

${\ displaystyle l}$ Длина ударника

${\ displaystyle \ rho _ {я}}$ Плотный ударник

${\ displaystyle \ rho _ {m}}$ Плотная среда

В этих условиях скорость удара не имеет значения. Импульс ударного элемента расходуется за счет перемещения массы, значение которой, согласно закону сохранения количества движения, находится в фиксированном соотношении к массе ударного элемента, то есть является переменной, не зависящей от скорости. Чтобы проиллюстрировать это, можно привести бильярдные шары, в которых полная передача импульса в случае лобового удара также происходит независимо от скорости. В твердых телах ударный элемент останавливается после полной передачи импульса. В жидкостях он движется под действием внешних сил, таких как гравитация.

Когда он ударяется о твердое тело, оценка основана на предположении, что ударный элемент преодолевает предел прочности материала без потерь из-за давления при ударе, так что здесь также делается упрощенное предположение о смещении в соответствии с законами гидродинамики .

Воздействие на практике

Бронебойная пуля APFSDS с большим отношением длины к диаметру и воспламеняющейся вспышкой

U-образный якорь боеприпаса GAU-8 / A Avenger длиной около 10 см, нанесенный на дюймовой шкале линейки

В вооруженных силах важна проникающая способность при борьбе с пуленепробиваемыми целями ( твердыми целями ). Проникающая способность часто указывается в RHA (английский язык: прокатанная гомогенная броня = свернутая гомогенная броня). Снаряды для борьбы с такими целями проектируются с учетом соотношений, определяющих бронепробиваемость. Так как сила проникновения зависит непосредственно от плотности и соотношения длины и диаметра, балансировки снарядов , например, содержит сердечник , выполненный из плотных, твердого материала, которое как можно дольше, или существует специальный стреловидный, суб-калибр APFSDS снарядов с поддоном . В качестве материалов используются u. а. Используются карбид вольфрама или обедненный уран ( урановые боеприпасы ), которые имеют высокую плотность и низкую деформируемость. Чтобы преодолеть предел прочности брони , они стреляют с максимально возможной начальной скоростью . В дополнение к чисто ньютоновскому импульсному анализу, пробивная способность брони также может быть оценена с помощью формулы брони .

Для использования в пехотном оружии существуют боеприпасы с улучшенной бронепробиваемостью. Проникающая способность повышается, прежде всего, за счет использования твердых материалов для снаряда, которые лишь слегка деформируются при поражении бронированной цели или защитного жилета . Пули могут быть сплошными латунными или, как в случае с пулями в патроне 5,45 × 39 , содержать сердечник из закаленной стали.

Эффект проникновения в мягкую среду цели ( мягкие цели ) зависит от множества баллистических факторов цели . Сплошная металлическая оболочка и сплошные пули могут перевернуться после проникновения в целевую среду из -за прецессии пули, которая достигает максимума сразу после выстрела, а затем уменьшается, и может сломаться при определенных обстоятельствах, что трудно предсказуемо влияет на глубину проникновения. Из-за уменьшения прецессии с увеличением дистанции выстрела и, как следствие, уменьшения тенденции к опрокидыванию, эффект проникновения может первоначально увеличиваться с уменьшением скорости удара. Движение деформационных пуль может оставаться стабильным даже на высокой скорости из-за образования грибов после пробития цели. Благодаря большому сечению деформированной пули кинетическая энергия быстро передается целевой среде, что снижает эффект пробития. Во время охоты обычно стремятся к высокому выходу энергии в цель .

Пробивной эффект бронебойного оружия с кумулятивным зарядом зависит также от плотности и формы проникающей металлической балки. При взрыве заряда металлическая вставка формуется в холодном состоянии в металлическую балку, которая должна иметь максимально возможную длину и плотность. Из-за высокой скорости струи до более 10 км / с твердость материала не имеет значения, поскольку при этой скорости удара превышается предел потока каждого материала. Таким образом, решающим фактором является плотность, поэтому u. а. В качестве металлической вставки используются медь и тантал .

Правило Ньютона также определяет размер метеоритов, чтобы их не замедлили до скорости 150–300 км / ч (в зависимости от формы), прежде чем они достигнут поверхности Земли. Плотность воздуха, усредненная по высоте, на которой начинается тормозящее действие атмосферы (примерно 70 км), составляет около 1,75 · 10 ^-4 г / см3. Каменный метеорит с соотношением длины к диаметру 1: 1 и типичной плотностью 3,4 г / см3 должен иметь размер не менее 3,6 метра, чтобы поверхность земли перемещалась со скоростью, превышающей указанную выше. Скорость, так как соотношение плотности немного ниже 1:20 000. Железные метеориты с типичной плотностью 7,8 г / см³ больше не замедляются до скорости свободного падения с размера около 1,5 м.

Специальные снаряды, такие как Bunker Buster, могут использоваться для уничтожения систем с сильным бункером. Согласно описанной здесь аппроксимационной формуле для массивного уранового тела (плотность около 19 г / см³) длиной 1 м можно спрогнозировать глубину проникновения в камень более 6 м (плотность чуть более 3 г / см³).

литература

Приближенное решение Ньютона для проникающей способности пуль рассматривается во многих стандартных учебниках физики, например, в Gerthsen Physik .

Индивидуальные доказательства

1. ↑ Айснекер, Финце, Хокке, Скробанек: Каммер-Динер, 120 лет 8x57, козырек, международный оружейный журнал, выпуск 12/2008, стр. 6-18.
2. ↑ Дитер Мешеде (ред.): Gerthsen Physik , 22-е издание, Springer Verlag, ISBN 3-540-02622-3 ) или 25-е издание (2015 г.), стр.