ROK WYD. LXXI

앫 ZESZYT 7-8/2012

3 7

Mgr in˝. Kamil Sybilski – Wydzia∏ Mechaniczny, Wojskowa

Akademia Techniczna, ul. Gen. S. Kaliskiego 2, 00-908 War-
szawa, e-mail:[e-mail]; dr in˝. Robert Pano-
wicz – Wydzia∏ Mechaniczny, Wojskowa Akademia Tech-
niczna, ul. Gen. S. Kaliskiego 2, 00-908 Warszawa, e-mail:
[e-mail]; mgr in˝. Damian Ko∏odziejczyk
– Wydzia∏ Mechaniczny, Wojskowa Akademia Technicz-
na, ul. Gen. S. Kaliskiego 2, 00-908 Warszawa, e-mail:
[e-mail]; prof. dr hab. in˝. Tadeusz
Niezgoda – Wydzia∏ Mechaniczny, Wojskowa Akademia
Techniczna, ul. Gen. S. Kaliskiego 2, 00-908 Warszawa,
e-mail [e-mail]; dr hab. in˝. Wies∏aw Barnat
– Wydzia∏ Mechaniczny, Wojskowa Akademia Technicz-
na, ul. Gen. S. Kaliskiego 2, 00-908 Warszawa, e-mail:
[e-mail].

Analiza uderzenia pocisku w pancerz pr´towy
w aspekcie dzia∏ania cz´Êci g∏owicowej zapalnika

Analysis of missile impact onto the rod armour
in the aspect of fuse head part working

KAMIL SYBILSKI
ROBERT PANOWICZ
DAMIAN KO¸ODZIEJCZYK
TADEUSZ NIEZGODA
WIES¸AW BARNAT

Streszczenie: W artykule przedstawiono budow´ pocisku z g∏owicà kumulacyjnà oraz wykorzystanego w nim zapalnika
WP-7. Opisano etapy budowania modelu numerycznego zapalnika oraz badania doÊwiadczalne i numeryczne majàce na celu
kalibracj´ uzyskanego modelu. W dalszej cz´Êci przedstawiono wyniki analiz numerycznych uderzenia pe∏nego pocisku
z zaimplementowanym modelem zapalnika w wybrany typ pancerza pr´towego oraz podsumowanie.

S∏owa kluczowe: RPG, zapalnik, MES

Abstract: The paper presents a construction of a missile with a cumulative head and WP-7 fuse. The stages of preparing
a FEM model of the fuse, as well as experimental and numerical tests carried out to calibrate the obtained model were
described. In the further part, the results of numerical analysis of impact of the full model of the missile with an implemented
fuse model into a chosen type of a rod armour and the summary were presented.

Keywords: RPG, fuse, FEM

Obserwacje toczonych obecnie konfliktów zbroj-

nych na Êwiecie pokaza∏y, ˝e najwi´ksze zagro˝enie
niosà ze sobà dwa Êrodki ogniowe. Pierwszym z nich
sà improwizowane ∏adunki wybuchowe (ang. im-
provised explosive devices – IED), których g∏ównà si∏à
niszczàcà jest fala ciÊnienia powstajàca na skutek
detonacji materia∏u wybuchowego. Dodatkowà si∏à
niszczàcà tego rodzaju broni jest energia kinetyczna
ró˝nego rodzaju od∏amków (Êrub, gwoêdzi itp.)
umieszczanych przez konstruktorów wewnàtrz ∏a-
dunku lub bezpoÊrednio na nim. Drugim niebez-
piecznym Êrodkiem ogniowym sà pociski z g∏owicà
kumulacyjnà. Ich si∏´ niszczàcà stanowi strumieƒ
kumulacyjny utworzony na skutek detonacji materia∏u
wybuchowego pobudzonego przez zapalnik podczas
kontaktu z celem. Strumieƒ ten wyst´puje w postaci
cienkiej metalowej nici o gruboÊci kilku milimetrów
i temperaturze oko∏o 800°C, poruszajàcej si´ z pr´d-
koÊcià kilku kilometrów na sekund´. Takie w∏asnoÊci

strumienia pozwalajà na przebicie do 900 mm stali
pancernej RHA [1]. Du˝e zdolnoÊci penetracyjne oraz
niski koszt produkcji, prostota obs∏ugi, ma∏a masa
i wymiary sprawiajà, ˝e pociski z g∏owicami kumu-
lacyjnymi sà bardzo cz´sto wykorzystywane przez
wojska, oddzia∏y partyzanckie i terrorystyczne. Pociski
tego typu sà produkowane w ró˝nych wariantach
w 9 krajach, a wykorzystywane w ponad 40. Poczàt-
kowo by∏y u˝ywane g∏ównie do przebijania pancerzy
czo∏gów, dziÊ s∏u˝à równie˝ do niszczenia ró˝nego
rodzaju wojskowych pojazdów opancerzonych, nisko
lecàcych statków powietrznych oraz wielu obiektów
nieopancerzonych o znaczeniu strategicznym. Takimi
obiektami sà m.in. budynki u˝ytecznoÊci publicznej
oraz specjalnego znaczenia, umocnione pozycje sta-
cjonowania wojsk itp.

Z uwagi na bardzo wysokà przebijalnoÊç pocisków

z g∏owicami kumulacyjnymi bardzo trudno jest
opracowaç skutecznà metod´ obrony przed tego typu
Êrodkiem ogniowym. Obecnie do obrony przed nimi
stosuje si´ cztery typy pancerzy: pancerze reaktywne,
pancerze aktywne, grube pancerze stalowe lub kom-
pozytowe oraz pancerze pr´towe. Ostatni typ cechuje
si´ relatywnie niskà masà oraz prostà konstrukcjà,
dlatego te˝ bardzo cz´sto jest montowany na po-
jazdach, od których wymaga si´ wysokiej mobil-
noÊci. Cechà szczególnà tych pancerzy w odró˝nieniu
od pozosta∏ych typów jest fakt, ˝e nie s∏u˝à one do
zatrzymania pocisku, a jedynie do neutralizowania
jego kluczowych elementów przed zadzia∏aniem za-
palnika.

Prawid∏owe zadzia∏anie pancerza pr´towego skut-

kuje zwarciem uk∏adu elektrycznego pocisku lub

ROK WYD. LXXI

앫 ZESZYT 7-8/2012

3 8

uszkodzeniem jego kluczowych elementów. W obu
przypadkach zapalnik musi przejÊç pomi´dzy elemen-
tami pancerza, a si∏a bezw∏adnoÊci dzia∏ajàca na
pocisk nie mo˝e byç zbyt du˝a, gdy˝ jego silne opóê-
nienie mog∏oby doprowadziç do zadzia∏ania zapal-
nika. Zapalnik WP-7, który jest cz´Êcià pocisku typu
PG-7G, wykorzystuje do pobudzenia materia∏u wy-
buchowego piezoelement umieszczony w cz´Êci g∏o-
wicowej zapalnika. WielkoÊç powstajàcego ∏adunku,
a tym samym napi´cia w obwodzie zapalnika, jest
proporcjonalna do wielkoÊci skrócenia piezoele-
mentu. Przekroczenie wartoÊci granicznej napi´cia
(∏adunku) spowoduje pobudzenie materia∏u wybu-
chowego, a tym samym tworzenie strumienia kumu-
lacyjnego.

W literaturze brak jest artyku∏ów omawiajàcych

problemy dotyczàce zapalnika WP-7. Jedynie w pracy
[2] badano element piezoelektryczny. Brak jest danych
literaturowych dotyczàcych wyników badaƒ g∏owi-
cowej cz´Êci zapalnika. W niniejszej pracy zostanie
podj´ta próba okreÊlenia przy zastosowaniu analiz
numerycznych, czy uderzenie g∏owicy pocisku typu
PG-7G w ró˝nego rodzaju pancerze pr´towe spo-
woduje powstanie w zapalniku napi´cia wi´kszego
od granicznego. A tym samym, czy w rozpatrywanych
przypadkach pancerz mo˝e uszkodziç pocisk przed
zadzia∏aniem zapalnika.

Budowa zapalnika typu WP-7

Zapalnik typu WP-7 jest wykorzystywany w pocisku

z g∏owicà kumulacyjnà typu PG-7G (rys. 1). Sk∏ada si´
z dwóch cz´Êci: dennej i g∏owicowej. Denna cz´Êç
znajduje si´ w tylnej cz´Êci g∏owicowej zapalnika, za
materia∏em wybuchowym. Jej zadaniem jest m.in.
pobudzenie materia∏u wybuchowego po otrzymaniu
impulsu elektrycznego od g∏owicowej cz´Êci zapal-
nika.

G∏owicowa cz´Êç zapalnika znajduje si´ w naj-

dalej wysuni´tym w kierunku celu punkcie pocisku.
Sk∏ada si´ z przepony, nakr´tki, styku górnego, pie-
zoelementu, kad∏uba, styku dolnego, izolatora i styku
(rys. 2). Piezoelement jest najwa˝niejszym elementem
g∏owicowej cz´Êci zapalnika. Wykonany jest z tyta-
nianu baru, który cechuje si´ wytwarzaniem napi´cia

elektrycznego podczas Êciskania. Przy uderzeniu
w przeszkod´ lub w trakcie bardzo du˝ego opóênienia
pocisku piezoelement jest Êciskany przez styk dolny
i górny, generujàc napi´cie elektryczne przekazywane
do wewn´trznego i zewn´trznego obwodu elekt-
rycznego pocisku. Przekazanie ∏adunku do uk∏adu
wewn´trznego zachodzi za poÊrednictwem styku.
Natomiast do uk∏adu zewn´trznego przez nakr´tk´
i kad∏ub. Oba obwody w zapalniku sà od siebie od-
separowane przez izolator wykonany z tworzywa
sztucznego.

Aby nastàpi∏o odpowiednie pobudzenie materia∏u

wybuchowego (tak aby by∏ on zdolny do utworzenia
strumienia kumulacyjnego), zgromadzony ∏adunek
w piezoelemencie powinien zapewniç napi´cie rz´du
3 kV. Poni˝ej tej wartoÊci, ale powy˝ej 2 kV przyjmuje
si´, ˝e prawdopodobieƒstwo odpowiedniego pobu-
dzenia materia∏u wybuchowego jest stosunkowo
niewielkie, poni˝ej 2 kV równe zeru.

Kalibracja modelu zapalnika

Celem opisanych w dalszej cz´Êci artyku∏u badaƒ

by∏o okreÊlenie za pomocà analiz numerycznych, czy
opóênienie pocisku podczas uderzenia w elementy
pancerza mo˝e doprowadziç do pobudzenia materia-
∏u wybuchowego. Aby mo˝liwe by∏o zrealizowanie
tego typu symulacji, potrzebny by∏ dok∏adny model
numeryczny zapalnika oraz pocisku. Model ten musia∏
byç poddany kalibracji, aby mo˝liwe by∏o okreÊlenie
warunków towarzyszàcych wytworzeniu napi´cia
rz´du 3 kV przez rzeczywisty zapalnik.

Do przeprowadzenia badaƒ eksperymentalnych

na rzeczywistym zapalniku wykorzystano stanowisko
przedstawione na rys. 3. Sk∏ada si´ ono z prowadnicy,
po której przesuwa si´ zestaw krà˝ków o za∏o˝onej
masie, szcz´k zaciskowych przytrzymujàcych przez
specjalne mocowanie zapalnik oraz oscyloskopu.
W trakcie badaƒ krà˝ki by∏y unoszone na pewnà
wysokoÊç i upuszczane. Przebieg napi´cia wyst´pu-
jàcego w trakcie uderzenia na obudowie zapalnika
rejestrowany by∏ za pomocà oscyloskopu.

Na rys. 4 przedstawiono typowy przebieg wartoÊci

napi´cia na obudowie w trakcie uderzenia w zapalnik
krà˝ków o masie 2 kg upuszczonych z 463 mm.
Widzimy na nim liniowy wzrost wartoÊci napi´cia od

Rys. 1. Przekrój g∏owicy PG-7G:

1 – silnik rakietowy, 2 – dysze

silnika rakietowego,

3 – denna cz´Êç zapalnika, 4 – materia∏

wybuchowy – kostka dolna,

5 – przewodnik, 6 – wk∏adka

kumulacyjna,

7 – sto˝ek przewodzàcy, 8 – izolator, 9 – g∏o-

wicowa cz´Êç zapalnika,

10 – korpus g∏owicy, 11 – element

ustalajàcy,

12 – krà˝ek, 13 – przes∏ona, 14 – materia∏ wy-

buchowy – kostka górna,

15 – izolator, 16 – pierÊcieƒ izolacyjny,

17 – czepiec balistyczny, 18 – element mocujàcy górnà cz´Êç
zapalnika

Rys. 2. Przekrój g∏owicowej cz´Êci zapalnika WP-7:

1 – prze-

pona,

2 – nakr´tka, 3 – styk górny, 4 – piezoelement, 5 – kad∏ub,

6 – styk dolny, 7 – izolator, 8 – styk

ROK WYD. LXXI

앫 ZESZYT 7-8/2012

3 9

Rys. 3. Schemat stanowiska badawczego

Rys. 4. Przebieg napi´cia na zapalniku dla uderzenia masà 2 kg
z wysokoÊci 463 mm (9,1 J)

Rys. 5. Skrócenie elementu piezoelektrycznego na kierunku osiowym

0 do 3400 V, nast´pnie spadek do 2200 V, wzrost do
2400 V i ponownie liniowy spadek. W pierwszej fazie
uderzenia odkszta∏cana jest zaokràglona cz´Êç alu-
miniowej przepony, która ze wzgl´du na swà gruboÊç
i kszta∏t stanowi jedynie minimalny opór i przenosi
nacisk na nakr´tk´. W dalszej cz´Êci przeszkoda
naciska na Êcianki przepony, których wytrzyma∏oÊç
jest znacznie wi´ksza w stosunku do zaokràglonej
powierzchni. Powoduje to zmniejszenie szybkoÊci
Êciskania piezoelementu, a tym samym
spadek wartoÊci napi´cia na obudowie
zapalnika.

Proces budowy modelu numeryczne-

go zapalnika przebiega∏ wieloetapowo.
W pierwszym etapie przeci´to rzeczywisty
zapalnik i wykonano fotografi´ jego prze-
kroju. Fotografia ta zosta∏a nast´pnie
wczytana do programu Autodesk Inventor
i odpowiednio przeskalowana, tak by jej
wielkoÊç odzwierciedla∏a rzeczywiste wy-
miary zapalnika. W kolejnym etapie
pracy obrysowano ka˝dà z cz´Êci i wy-
konano na tej podstawie bry∏y poszcze-
gólnych elementów. Wykorzystujàc bry∏y
opisujàce poszczególne elementy, zbu-
dowano pe∏ny model g∏owicowej cz´Êci
zapalnika. Nast´pnie za pomocà programu
Hypermesh zbudowano siatk´ elementów

skoƒczonych. W procesie dyskretyzacji starano si´
w pe∏ni odwzorowaç geometri´ zapalnika oraz jego
strukturalny podzia∏. W ostatnim etapie zdefiniowa-
no kontakty pomi´dzy poszczególnymi cz´Êciami
oraz przypisano im odpowiednie w∏asnoÊci materia-
∏owe.

Zbudowany w ten sposób model numeryczny wy-

korzystano do odwzorowania przeprowadzonego
badania eksperymentalnego. Zdefiniowano identycz-
ny jak w eksperymencie sposób zamocowania obu-
dowy oraz wprowadzono elementy sztywne o pr´d-
koÊci i masie takiej samej jak masa krà˝ków w chwili
zetkni´cia z przeponà. W wyniku przeprowadzonej
symulacji otrzymano taki sam przebieg odkszta∏cania
zapalnika.

W trakcie analiz numerycznych mierzono wartoÊç

skrócenia piezoelementu (rys. 5). Zauwa˝ono, ˝e ge-
nerowaniu napi´cia o wartoÊci przekraczajàcej 3 kV
odpowiada zmniejszenie wysokoÊci piezoelementu
(ÊciÊni´cie go) o ok. 0,027 mm. Przyj´to t´ wartoÊç
jako punkt odniesienia do dalszych analiz, tzn. je˝eli
z analizy uderzenia pe∏nego pocisku w przeszkod´
wynika∏oby, ˝e skrócenie piezoelementu by∏oby
wi´ksze ni˝ 0,027 mm, oznacza∏oby to uzyskanie
napi´cia wi´kszego ni˝ 3 kV, a wi´c powstanie stru-
mienia kumulacyjnego.

Warunki poczàtkowo-brzegowe analiz

pe∏nego pocisku

W analizach pe∏nego pocisku wykorzystano model

opracowany wczeÊniej przez autorów [3]. Model ten
zawiera∏ uproszczony zapalnik, który zosta∏ zastàpio-
ny pe∏nym modelem.

Rozpatrzono cztery ró˝ne przypadki. W pierwszym

przypadku pocisk uderza∏ w pr´ty o przekroju kwad-
ratowym o d∏ugoÊci boku 10 mm. W drugim przy-
padku analizowano ten sam rodzaj pr´tów, ale d∏u-
goÊç boku wynosi∏a 14 mm. W pozosta∏ych wa-
riantach analizowano pr´ty o przekroju ko∏owym
o Êrednicy 10 mm i 15 mm.

We wszystkich analizach pr´ty mia∏y d∏ugoÊç 1 m,

a odleg∏oÊç pomi´dzy nimi wynosi∏a 68 mm. Dla
ka˝dego z rodzajów pr´tów wykonano szeÊç analiz,
które ró˝ni∏y si´ odleg∏oÊcià osi pocisku od osi prze-
chodzàcej dok∏adnie pomi´dzy pr´tami. Dok∏adny
kierunek zmiany tej odleg∏oÊci przedstawiono na

ROK WYD. LXXI

앫 ZESZYT 7-8/2012

4 0

rys. 6. WartoÊç przesuni´cia wynosi∏a: 0 mm (ude-
rzenie dok∏adnie pomi´dzy pr´tami), 5 mm, 10 mm,
15 mm, 20 mm oraz 23 mm (zapalnik przesuwa∏ si´
stycznie do pr´ta).

W trakcie wszystkich analiz koƒcom pr´tów odeb-

rano wszystkie stopnie swobody, a pociskowi nadano
pr´dkoÊç poczàtkowà odpowiadajàcà maksymal-
nej pr´dkoÊci rzeczywistego pocisku – 300 m/s. Przy-
j´to, ˝e pocisk uderza dok∏adnie w po∏owie d∏ugoÊci
pr´tów. Wszystkie obliczenia wykonano w systemie
LS-Dyna [4].

Wyniki analiz

Wynikiem przeprowadzonych analiz sà przebiegi

skrócenia piezoelementu w funkcji czasu. Na rys. 7
widzimy skrócenie piezoelementu podczas uderzenia

w pr´ty o przekroju kwadratowym
o d∏ugoÊci boku równej 10 mm.
G∏ówne dwie cechy ró˝niàce od
siebie poszczególne przebiegi, to:
ró˝na wartoÊç maksymalna oraz
ró˝ny czas jej wystàpienia. Chwila,
w której wystàpi∏o maksymalne
opóênienie pocisku, a tym samym
najwi´ksze skrócenie piezoele-
mentu, zale˝na by∏a od wartoÊci
odsuni´cia. Wynika to z kszta∏tu

g∏owicy pocisku, która jest w postaci sto˝ka. Im
bardziej przybli˝ony pocisk do pr´tów, tym szybciej
styka∏y si´ oba elementy i rozpoczyna∏o si´ spo-
walnianie pocisku.

WartoÊç maksymalnego skrócenia by∏a uzale˝niona

od przebiegu zniszczenia pocisku oraz deformacji
pr´tów. W trakcie interakcji obu tych elementów

Rys. 6. Warunki poczàtkowo-brzegowe analizy z udzia∏em ca∏ego pocisku

Rys. 7. Skrócenie piezoelementu podczas uderzenia w pr´ty o przekroju kwadra-
towym (

a = 10 mm)

przekrój pr´ta ulega∏ obróceniu.
Zjawisko to wyst´powa∏o tym sil-
niej, im bli˝ej pocisku znajdowa∏ si´
pr´t. Skutkowa∏o to w przypadku
zerowego odsuni´cia uderzaniem
czepca balistycznego w ostrà kra-
w´dê przekroju oraz w g∏adkà po-
wierzchni´ bocznà kwadratu przy
maksymalnym odsuni´ciu. Na prze-
biegach uwidacznia si´ to tym, ˝e
po przekroczeniu wartoÊci odsu-
ni´cia 15 mm maksymalne skróce-
nie piezoelementu maleje.

Analogiczne zjawiska zachodzà

podczas uderzenia pocisku w pr´ty
o przekroju kwadratowym o d∏u-
goÊci boku równej 14 mm. Prze-
biegi dla tego przypadku przedsta-
wione sà na rys. 8.

Zjawisko obracania na skutek

dzia∏ania si∏ tarcia przekroju pop-
rzecznego pr´tów zachodzi rów-
nie˝ w przypadku uderzenia pocis-
ku w pr´ty o przekroju ko∏owym.
Nie ma to jednak ˝adnego odzwier-
ciedlenia w wartoÊciach maksy-
malnego skrócenia piezoelementu,
gdy˝ pocisk zawsze uderza w takà
samà powierzchni´. Ma natomiast
znaczenie wartoÊç odsuni´cia.
W przypadku pr´tów okràg∏ych im
wi´ksza jest jego wartoÊç, tym
wi´ksza wartoÊç skrócenia i wczeÊ-
niej ono wyst´puje. Przebiegi dla
pr´tów o Êrednicy 10 mm i 15 mm
przedstawiono odpowiednio na
rys. 9 i 10.

Rys. 8. Skrócenie piezoelementu podczas
uderzenia w pr´ty o przekroju kwadrato-
wym (

a = 14 mm)

ROK WYD. LXXI

앫 ZESZYT 7-8/2012

4 1

Rys. 9. Skrócenie piezoelementu podczas uderzenia w pr´ty o przekroju ko∏owym (

d = 10 mm)

Rys. 10. Skrócenie piezoelementu podczas uderzenia w pr´ty o przekroju ko∏owym (

d = 15 mm)

Podsumowanie

W pracy przedstawiono badania eksperymentalne

i numeryczne zapalnika WP-7 oraz analizy numerycz-
ne uderzenia pocisku z g∏owicà kumulacyjnà typu
PG-7G z pe∏nym zapalnikiem w ró˝ne typy pancerzy
pr´towych. Na podstawie za∏àczonych wyników
mo˝na zauwa˝yç, ˝e najwi´ksze skrócenie piezoele-
mentu wystàpi∏o w przypadku uderzenia pocisku
w pr´ty o przekroju ko∏owym. Nie przekroczy∏a jed-
nak ta wartoÊç 0,027 mm, a wi´c wartoÊci, przy której
wyst´puje generowanie napi´cia elektrycznego prze-
kraczajàcego 3 kV. Oznacza to, ˝e w przypadku ana-
lizowanych pancerzy ich kluczowe elementy mogà
zostaç zniszczone lub mo˝e dojÊç do zwarcia uk∏adu
elektrycznego pocisku przed prawid∏owym zadzia-
∏aniem zapalnika.

Przeprowadzone analizy stanowià bardzo cennà

informacj´ dla konstruktorów pancerzy pr´towych.

Zaprezentowany sposób analizy zadzia∏ania zapal-
nika mo˝e z powodzeniem byç przez nich wyko-
rzystany do oceny innych typów pancerzy, o innej
geometrii i innych materia∏ach.

LITERATURA

1

. WiÊniewski A.: Pancerze: budowa, projektowanie i badanie.

WNT, Warszawa 2001.

2.

WiÊniewski A., Kowalewski J.: Piezoelectric generators in
fuses of shaped charge projectiles. Biuletyn naukowy,
No. 94, 2005.

3.

Niezgoda T., Panowicz R., Sybilski K.: Model MES pocisku
PG-7G: wst´pna analiza numeryczna uk∏adu oddzia∏ywania
pocisku z przeszkodà. Mechanik nr 7, 2010.

4.

Hallaquist J. O.: LS-Dyna. Theoretical manual, Livemore
Software Technology Corporation. California 2005.

5. Military Parade, Russia, Moscow 2001.
6.

Jach K. i inni: Modelowanie w∏asnoÊci dynamicznych cia∏
metodà punktów swobodnych. PWN, Warszawa 2001.