Комплексные экспериментально-теоретические исследования высокоскоростного входа в воду и движения в ней группы суперкавитирующих ударников при совместном пушечном старте

КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Номер проекта 19-19-00233

НазваниеКомплексные экспериментально-теоретические исследования высокоскоростного входа в воду и движения в ней группы суперкавитирующих ударников при совместном пушечном старте

Руководитель Ищенко Александр Николаевич, Доктор физико-математических наук

Организация финансирования, регион федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Томский государственный университет" , Томская обл

Конкурс №35 - Конкурс 2019 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований отдельными научными группами»

Область знания, основной код классификатора 09 - Инженерные науки; 09-105 - Газо- и гидродинамика технических и природных систем

Ключевые слова суперкавитирующий ударник, вода, пушечный старт, групповое метание, высокоскоростное взаимодействие, ударно-волновые явления, устойчивое движение

Код ГРНТИ30.17.00

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
Заявленный проект направлен на решение актуальной проблемы, а именно: на создание научных основ проектирования высокоскоростных комплексов кинетического действия, функционирующих в водной среде, на основе перспективных ствольных систем и суперкавитирующих ударников. Актуальность решения данной проблемы обусловлена необходимостью в фундаментальных исследованиях сложных процессов, сопровождающих высокоскоростное взаимодействие группы суперкавитирующих ударников кинетического действия с водой и подводными преградами, и выявления определяющих факторов, необходимость учета которых требует оптимальное проектирование новых систем подводного кинетического оружия для ближних рубежей обороны, в том числе повышения вероятности быстрого и эффективного воздействия на подводные цели за счет применения группового метания поражающих элементов. Конкретно будут проведены исследования высокоскоростного входа в воду и движения в ней группы суперкавитирующих ударников при совместном пушечном старте с начальной скоростью порядка 1500 м/с, обеспечения их устойчивого движения на различных глубинах и дистанциях и эффективного воздействия на подводные цели. В результате выполнения проекта будут получены новые фундаментальные знания о влиянии основополагающих факторов высокоскоростных ударных явлений на функционирование группы суперкавитирующих ударников в водной среде. Для достижения этого потребуется: - Модернизация лабораторного гидробаллистического стенда для обеспечения необходимых условий исследования высокоскоростного входа в воду и движения группы суперкавитирующих ударников на водной трассе длиной до 12 м. - Разработка и усовершенствование устройств пушечного типа с для обеспечения группового старта кинетических ударников в диапазоне дульных скоростей порядка 1500 м/с. Для прогнозирования условий повышения кинетической энергии метаемых тел при групповом старте потребуется разработка и усовершенствование математических моделей процессов в высокоскоростных баллистических устройствах, функционирующих на новых физических принципах. - Разработка и усовершенствование методик экспериментального исследования высокоскоростного взаимодействия суперкавитирующих ударников кинетического действия с водой и подводными преградами при групповом пушечном старте в диапазоне скоростей порядка 1500 м/с. Основой экспериментальной базы для выполнения проекта является лабораторный гидробаллистический стенд, оснащенный комплексом метательных установок, закрытой водной трассой и современной измерительной аппаратурой. - Разработка и усовершенствование математических моделей и программных комплексов расчета высокоскоростного взаимодействия группы тел с водной средой и подводными преградами. Математическая модель, описывающая процессы деформирования и разрушения композиционных материалов при динамическом взаимодействии высокоскоростных ударников с водой и подводными преградами в широком диапазоне скоростей, разрабатывается в единой методологической постановке механики сплошной среды с учетом разрушения материалов: для твердого деформируемого тела – упругопластическая модель, для водной среды – гидродинамическая модель. - Разработка численной методики расчета движения суперкавитирующих ударников с учетом внешних воздействий при групповом метании и других траекторных факторов на различных глубинах и дистанциях. Численная методика расчета будет основываться на решении кинематических уравнений движения суперкавитирующих ударников в водной среде. Решить весь комплекс задач только теоретическими или экспериментальными методами не представляется возможным. В связи с этим требуется выработка комплексного экспериментально-теоретического подхода для решения обозначенной проблемы. А это в свою очередь, требует разработки как новых подходов к математическому моделированию процессов взаимодействия, так и к поиску новых технических решений в обеспечении решения встающих перед исследователями задач. Творческий коллектив, заявляющий проект, входит в состав Томского государственного университета и представляет собой кооперацию физиков-механиков, занимающихся комплексными исследованиями в области гидродинамики, механики деформируемого твердого тела, материаловедения, внутренней и конечной баллистики. Члены авторского коллектива (Афанасьева С.А., Буркин В.В., Ищенко А.Н.) за разработку «Гидробаллистический комплекс для исследования возможностей подводного кинетического оружия» в 2015 г. удостоены Премии имени С.И. Мосина в области разработок военной техники, технологий и оборудования, имеющих двойное применение. Данный гидробаллистический комплекс, оснащенный высокоскоростными метательными установками, современной регистрирующей и измерительной аппаратурой, комплексом математических моделей, методик и программ расчета для ЭВМ, будет использован при выполнении проекта для изучения высокоскоростного движения в воде группы суперкавитирующих снарядов и их взаимодействия с подводными преградами на основе новых методов управления параметрами выстрела, суперкавитацией и бронебаллистикой. К имеющемуся научно-техническому заделу также относится ранее разработанные методики исследования и результаты: 1 Заложены научные основы проектирования новых артиллерийских метательных зарядов с использованием высокоэнергетических топлив, а также ствольных систем с нетрадиционными схемами заряжания, позволяющих существенно (до 2 раз) повысить кинетическую энергию подводного снаряда. 2 Реализованы дозвуковые и сверхзвуковые режимы движения суперкавитирующих ударников в воде. Достигнута скорость снаряда 1590 м/с, что является рекордным уровнем для исследований движения тел в воде. 3 Разработаны математическая модель и численная методика расчета входа в воду, движения в ней высокоскоростных ударников и взаимодействия их с подводными преградами с учетом деформации и разрушения в рамках единого методологического подхода механики сплошной среды. 4 С использованием разработанной экспериментально-теоретической методики проведены оценки возможностей пробития подводных преград из стали и дюралюминиевых сплавов, в том числе разнесенных, суперкавитирующими ударниками. Авторский коллектив во главе с руководителем проекта имеет большой опыт выполнения НИР по смежной тематике. За последние 5 лет во главе с руководителем проекта коллектив выполнил 18 НИР по смежной с заявленным проектом тематике на общую сумму 539350 тыс.руб, из них в качестве головного исполнителя 3 НИР на сумму 374500 тыс. руб. Экспериментально-теоретические исследования иллюстрируют возможность поражения типовых подводных целей разрабатываемыми суперкавитирующими ударниками. Синергический подход решения заявленной в проекте проблемы обеспечит получение значимых фундаментальных знаний и новых результатов на высоком научно-техническом уровне, соответствующем мировому уровню, а по некоторым позициям – и превышающем мировой уровень.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Публикации

1. Ищенко А.Н., Афанасьева С.А., Буркин В.В., Дьячковский А.С., Чупашев А.В. Studying the Mutual Influence of a Set of Strikers during Simultaneous High-Velocity Entry into Water Technical Physics Letters, No. 10, Vol. 45, pp. 1059–1062. (год публикации - 2019)
10.1134/S1063785019100225

2. Ищенко А. Н., Афанасьева С. А., Бондарчук С. С., Буркин В. В., Дьячковский А. С., Хабибуллин М. В., Чупашев А. В. Моделирование движения суперкавитирующих ударников при групповом пушечном старте Инженерно-физический журнал / Journal of Engineering Physics and Thermophysics, Vol. 93, No. 3 (год публикации - 2020)

3. Ищенко А.Н., Буркин В.В., Касимов В.З., Афанасьева С.А., Дьячковский А.С., Рогаев К.С. Разработка математической модели внутрибаллистических процессов для пушечного старта группы суперкавитирующих ударников Инженерно-физический журнал / Journal of Engineering Physics and Thermophysics, Vol. 93, No 6 (год публикации - 2020)

4. Ищенко А.Н., Буркин В.В., Дьячковский А. С., Саммель А. Ю., Чупашев А. В. Experimental research of cavity geometry behind high-speed bodies in water EPJ Web of Conferences, 221, 01044 (2019) EPPS 2019 (год публикации - 2019)
10.1051/epjconf/201922101044

5. Дьячковский А. С., Буркин В. В., Ищенко А. Н., Чупашев А. В. Гидробаллистический стенд с возможностью измерения параметров группы тел, движущихся в водной среде Проектирование систем вооружения и измерительных комплексов Сборник трудов 16 Всероссийской научно-технической конференции, г. Нижний Тагил (год публикации - 2020)

6. Афанасьева С.А., Бондарчук С.С., Буркин В.В., Дьячковский А.С., Ищенко А.Н., Хабибуллин М.В., Чупашев А.В. Особенности движения в водной среде суперкавитирующих ударников при групповом пушечном старте VI Минский международный коллоквиум по физике ударных волн, горения детонации. Сборник докладов, стр. 5-9 (год публикации - 2019)

7. Буркин В.В., Дьячковский А.С., Ищенко А.Н., Рогаев К.С., Чупашев А.В. Экспериментальные исследования геометрии кавитационной полости создаваемой быстродвижущимся ударником в воде Современные методы проектирования и отработки ракетно-артиллерийского вооружения: XI научная конференция Волжского регионального центра РАРАН. Сборник докладов, г. Саров (год публикации - 2020)

8. Архипов В.А., Коноваленко А.И., Перфильева К.Г., Рогаев К.С. Снаряд для стрельбы в водной среде Современные методы проектирования и отработки ракетно-артиллерийского вооружения: XI научная конференция Волжского регионального центра РАРАН. Сборник докладов, г. Саров (год публикации - 2020)

Публикации

1. Буркин В.В., Дьячковский А.С., Ищенко А.Н., Касимов В.З., Рогаев К.С., Саммель А.Ю., Саморокова Н.М., Сидоров А.Д., Степанов Е.Ю. Анализ условий заряжания для пушечного старта группы суперкавитирующих ударников Инженерно-физический журнал / Journal of Engineering Physics and Thermophysics, Vol. 94, No. 5 (год публикации - 2021)

2. Афанасьева С.А., Бондарчук И.С., Буркин В.В., Дьячковский А.С., Ищенко А.Н., Рогаев К.С., Саммель А.Ю., Сидоров А.Д., Степанов Е.Ю., Чупашев А.В. Экспериментально-теоретические исследования особенностей высокоскоростного движения в воде суперкавитирующих ударников, изготовленных из разных материалов Инженерно-физический журнал / Journal of Engineering Physics and Thermophysics, Vol. 94, No. 6 (год публикации - 2021)

3. Афанасьева С.А., Буркин В.В., Дьячковский А.С., Ищенко А.Н., Рогаев К.С., Саммель А.Ю., Сидоров А.Д., Чупашев А.В. The research of the dynamics and the form of supercavities during separate and simultaneous motion of strikers under hydroballistic track conditions Journal of Physics: Conference Series, Vol. 1666 (год публикации - 2020)
10.1088/1742-6596/1666/1/012004

4. Ищенко А.Н., Буркин В.В., Дьячковский А.С., Майстренко И.В., Рогаев К.С., Саммель А.Ю., Чупашев А.В. Одиночное и совместное движение суперкавитирующих ударников в сверхзвуковом режиме в воде Письма в Журнал технической физики/Technical Physics Letters, том 46, вып. 23 (год публикации - 2020)
10.21883/PJTF.2020.23.50343.18484

5. Буркин В.В., Дьячковский А.С., Ищенко А.Н., Скибина Н.П., Фарапонов В.В., Чупашев А.В. Разработка условий для входа в воду и обеспечения параллельного движения в ней двух ударников Инженерно-физический журнал / Journal of Engineering Physics and Thermophysics, Vol. 95, No. 1 (год публикации - 2021)

6. Ищенко А.Н., Буркин В.В., Афанасьева С.А., Дьячковский А.С., Сидоров А. Д., Чупашев А.В. Движение ударников различных конструкций в воде в условиях суперкавитации Труды Всероссийской конференции «Прикладные технологии гидроакустики и гидрофизики» (год публикации - 2020)

7. Ищенко А.Н., Афанасьева С.А., Буркин В.В., Дьячковкий А.С., Степанов Е.Ю., Чупашев А.В. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ФОРМЫ ГОЛОВНЫХ ЧАСТЕЙ БЛИЗКОРАСПОЛОЖЕННЫХ СУПЕРКАВЕРН тезисы докладов IX Международная конференция посвященная 120-летию со дня рождения академика Михаила Алексеевича Лаврентьева, с. 3 (год публикации - 2020)

8. Ищенко А.Н., Буркин В.В., Касимов В.З., Дьячковский А.С., Рогаев К.С., Саморокова Н.М., Сидоров А.Д., Степанов Е.Ю. ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ КОНСТРУКЦИИ ВЕДУЩИХ УСТРОЙСТВ НА ВНУТРИБАЛЛИСТИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ПРИ ПУШЕЧНОМ СТАРТЕ ГРУППЫ УДАРНИКОВ тезисы докладов IX Международная конференция посвященная 120-летию со дня рождения академика Михаила Алексеевича Лаврентьева (2020 г.), с. 169 (год публикации - 2020)

9. Ищенко А.Н., Буркин В.В., Дьячковский А.С., Чупашев А.В. Researching acceleration and deceleration processes of supercavitating strikers under the conditions of hydroballistic track Journal of Physics: Conference Series (год публикации - 2021)

Публикации

1. Ищенко А.Н., Буркин В.В., Дьячковский А.С., Чупашев А.В. ИССЛЕДОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ ДВИЖЕНИЯ ИНЕРТНЫХ КОНИЧЕСКИХ МОДЕЛЕЙ В ВОДЕ Вестник Томского государственного университета. Математика и механика/Vestnik Tomskogo Gosudarstvennogo Universiteta, Matematika i Mekhanika, №71 (год публикации - 2021)
10.17223/19988621/71/7

2. Ищенко А.Н., Буркин В.В., Дьячковский А.С., Чупашев А.В., Саммель А.Ю., Рогаев К.С., Сидоров А.Д. Анализ суперкаверн, формируемых при высокоскоростном движении в воде группой ударников Письма в ЖТФ / Technical Physics Letters, том 48, вып. 1 (год публикации - 2022)

3. Ищенко А.Н., Буркин В.В., Дьячковский А.С., Саммель А.Ю., Чупашев А.В. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПРЕДЕЛЬНЫХ СКОРОСТЕЙ СУПЕРКАВИТИРУЮЩЕГО ДВИЖЕНИЯ В ВОДЕ УДАРНИКОВ ИЗ РАЗНЫХ МАТЕРИАЛОВ Инженерно-физический журнал / Journal of Engineering Physics and Thermophysics (год публикации - 2022)

4. Ищенко А.Н., Буркин В.В., Дьячковский А.С., Рогаев К.С., Бондарчук И.С., Саммель А.Ю., Сидоров А.Д., Степанов Е.Ю., Чупашев А.В., Касимов В.З., Корольков Л.В. Comprehensive experimental and theoretical study of high-speed entry into water and movement of supercavitating indentors at gunfire start Behavior of Materials under Impact, Explosion, high Pressures and Dynamic Strain Rates. Advanced Structured Materials - Springer. (год публикации - 2022)

5. Ищенко А.Н., Буркин В.В., Дьячковский А.С., Рогаев К.С., Саммель А.Ю., Сидоров А.Д., Степанов Е.Ю., Чупашев А.В. ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ СУПЕРКАВИТИРУЮЩИХ УДАРНИКОВ С ПОДВОДНЫМИ ПРЕГРАДАМИ Инженерно-физический журнал / Journal of Engineering Physics and Thermophysics (год публикации - 2022)

6. Чупашев А.В., Саммель А.Ю., Буркин В.В. РАСЧЕТ ПЕРСПЕКТИВНОЙ ДАЛЬНОСТИ ДВИЖЕНИЯ КОНИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ В ВОДЕ Перспективы развития фундаментальных наук : сборник трудов XVIII Международной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых (Томск, 27–30 апреля 2021 г.)., Том 1., с. 385-387 (год публикации - 2021)