Analiza uderzenia pocisku w pancerz pr´towy
w aspekcie dzia"ania cz´Ä˜ci 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"owicÄ… kumulacyjnÄ… oraz wykorzystanego w nim zapalnika
WP-7. Opisano etapy budowania modelu numerycznego zapalnika oraz badania doĘwiadczalne i numeryczne mające na celu
kalibracj´ uzyskanego modelu. W dalszej cz´Ä˜ci 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- strumienia pozwalają na przebicie do 900 mm stali
nych na Ęwiecie pokaza"y, Å»e najwi´ksze zagroÅ»enie pancernej RHA [1]. DuÅ»e zdolnoĘci penetracyjne oraz
niosą ze sobą dwa Ęrodki ogniowe. Pierwszym z nich niski koszt produkcji, prostota obs"ugi, ma"a masa
są improwizowane "adunki wybuchowe (ang. im- i wymiary sprawiają, Że pociski z g"owicami kumu-
provised explosive devices  IED), których g"ównÄ… si"Ä… lacyjnymi sÄ… bardzo cz´sto wykorzystywane przez
niszczącą jest fala ciĘnienia powstająca na skutek wojska, oddzia"y partyzanckie i terrorystyczne. Pociski
detonacji materia"u wybuchowego. Dodatkową si"ą tego typu są produkowane w róŻnych wariantach
niszczÄ…cÄ… tego rodzaju broni jest energia kinetyczna w 9 krajach, a wykorzystywane w ponad 40. PoczÄ…t-
róŻnego rodzaju od"amków (Ęrub, gwoędzi itp.) kowo by"y uŻywane g"ównie do przebijania pancerzy
umieszczanych przez konstruktorów wewnątrz "a- czo"gów, dziĘ s"uŻą równieŻ do niszczenia róŻnego
dunku lub bezpoĘrednio na nim. Drugim niebez- rodzaju wojskowych pojazdów opancerzonych, nisko
piecznym Ęrodkiem ogniowym są pociski z g"owicą lecących statków powietrznych oraz wielu obiektów
kumulacyjnÄ…. Ich si"´ niszczÄ…cÄ… stanowi strumieÅ‚
nieopancerzonych o znaczeniu strategicznym. Takimi
kumulacyjny utworzony na skutek detonacji materia"u obiektami są m.in. budynki uŻytecznoĘci publicznej
wybuchowego pobudzonego przez zapalnik podczas oraz specjalnego znaczenia, umocnione pozycje sta-
kontaktu z celem. Strumieł
ten wyst´puje w postaci cjonowania wojsk itp.
cienkiej metalowej nici o gruboĘci kilku milimetrów
Z uwagi na bardzo wysokÄ… przebijalnoĘç pocisków
i temperaturze oko"o 800°C, poruszajÄ…cej si´ z pr´d-
z g"owicami kumulacyjnymi bardzo trudno jest
koĘciÄ… kilku kilometrów na sekund´. Takie w"asnoĘci
opracowaç skutecznÄ… metod´ obrony przed tego typu
Ęrodkiem ogniowym. Obecnie do obrony przed nimi
Mgr inÅ». Kamil Sybilski  Wydzia" Mechaniczny, Wojskowa
stosuje si´ cztery typy pancerzy: pancerze reaktywne,
Akademia Techniczna, ul. Gen. S. Kaliskiego 2, 00-908 War-
pancerze aktywne, grube pancerze stalowe lub kom-
szawa, e-mail:[e-mail]; dr inÅ». Robert Pano-
pozytowe oraz pancerze pr´towe. Ostatni typ cechuje
wicz  Wydzia" Mechaniczny, Wojskowa Akademia Tech-
si´ relatywnie niskÄ… masÄ… oraz prostÄ… konstrukcjÄ…,
niczna, ul. Gen. S. Kaliskiego 2, 00-908 Warszawa, e-mail:
[e-mail]; mgr inÅ». Damian Ko"odziejczyk dlatego teÅ» bardzo cz´sto jest montowany na po-
 Wydzia" Mechaniczny, Wojskowa Akademia Technicz- jazdach, od których wymaga si´ wysokiej mobil-
na, ul. Gen. S. Kaliskiego 2, 00-908 Warszawa, e-mail:
noĘci. Cechą szczególną tych pancerzy w odróŻnieniu
[e-mail]; prof. dr hab. inÅ». Tadeusz
od pozosta"ych typów jest fakt, Że nie s"uŻą one do
Niezgoda  Wydzia" Mechaniczny, Wojskowa Akademia
zatrzymania pocisku, a jedynie do neutralizowania
Techniczna, ul. Gen. S. Kaliskiego 2, 00-908 Warszawa,
jego kluczowych elementów przed zadzia"aniem za-
e-mail [e-mail]; dr hab. inÅ». Wies"aw Barnat
palnika.
 Wydzia" Mechaniczny, Wojskowa Akademia Technicz-
na, ul. Gen. S. Kaliskiego 2, 00-908 Warszawa, e-mail: Prawid"owe zadzia"anie pancerza pr´towego skut-
[e-mail]. kuje zwarciem uk"adu elektrycznego pocisku lub
ROK WYD. LXXI ZESZYT 7-8/2012 37
uszkodzeniem jego kluczowych elementów. W obu G"owicowa cz´Ä˜ç zapalnika znajduje si´ w naj-
przypadkach zapalnik musi przejĘç pomi´dzy elemen- dalej wysuni´tym w kierunku celu punkcie pocisku.
tami pancerza, a si"a bezw"adnoĘci dzia"ajÄ…ca na Sk"ada si´ z przepony, nakr´tki, styku górnego, pie-
pocisk nie moÅ»e byç zbyt duÅ»a, gdyÅ» jego silne opóę- zoelementu, kad"uba, styku dolnego, izolatora i styku
nienie mog"oby doprowadziç do zadzia"ania zapal- (rys. 2). Piezoelement jest najwaÅ»niejszym elementem
nika. Zapalnik WP-7, który jest cz´Ä˜ciÄ… pocisku typu g"owicowej cz´Ä˜ci zapalnika. Wykonany jest z tyta-
PG-7G, wykorzystuje do pobudzenia materia"u wy- nianu baru, który cechuje si´ wytwarzaniem napi´cia
buchowego piezoelement umieszczony w cz´Ä˜ci g"o-
wicowej zapalnika. WielkoĘç powstajÄ…cego "adunku,
a tym samym napi´cia w obwodzie zapalnika, jest
proporcjonalna do wielkoĘci skrócenia piezoele-
mentu. Przekroczenie wartoĘci granicznej napi´cia
("adunku) spowoduje pobudzenie materia"u wybu-
chowego, a tym samym tworzenie strumienia kumu-
lacyjnego.
W literaturze brak jest artyku"ów omawiających
problemy dotyczÄ…ce zapalnika WP-7. Jedynie w pracy
Rys. 2. Przekrój g"owicowej cz´Ä˜ci zapalnika WP-7: 1  prze-
[2] badano element piezoelektryczny. Brak jest danych
pona, 2  nakr´tka, 3  styk górny, 4  piezoelement, 5  kad"ub,
literaturowych dotyczących wyników badał
g"owi-
6  styk dolny, 7  izolator, 8  styk
cowej cz´Ä˜ci zapalnika. W niniejszej pracy zostanie
podj´ta próba okreĘlenia przy zastosowaniu analiz
elektrycznego podczas Ęciskania. Przy uderzeniu
numerycznych, czy uderzenie g"owicy pocisku typu
w przeszkod´ lub w trakcie bardzo duÅ»ego opóęnienia
PG-7G w róŻnego rodzaju pancerze pr´towe spo-
pocisku piezoelement jest Ęciskany przez styk dolny
woduje powstanie w zapalniku napi´cia wi´kszego
i górny, generujÄ…c napi´cie elektryczne przekazywane
od granicznego. A tym samym, czy w rozpatrywanych
do wewn´trznego i zewn´trznego obwodu elekt-
przypadkach pancerz moÅ»e uszkodziç pocisk przed
rycznego pocisku. Przekazanie "adunku do uk"adu
zadzia"aniem zapalnika.
wewn´trznego zachodzi za poĘrednictwem styku.
Natomiast do uk"adu zewn´trznego przez nakr´tk´
Budowa zapalnika typu WP-7
i kad"ub. Oba obwody w zapalniku sÄ… od siebie od-
Zapalnik typu WP-7 jest wykorzystywany w pocisku separowane przez izolator wykonany z tworzywa
z g"owicÄ… kumulacyjnÄ… typu PG-7G (rys. 1). Sk"ada si´ sztucznego.
z dwóch cz´Ä˜ci: dennej i g"owicowej. Denna cz´Ä˜ç Aby nastÄ…pi"o odpowiednie pobudzenie materia"u
znajduje si´ w tylnej cz´Ä˜ci g"owicowej zapalnika, za wybuchowego (tak aby by" on zdolny do utworzenia
materia"em wybuchowym. Jej zadaniem jest m.in. strumienia kumulacyjnego), zgromadzony "adunek
pobudzenie materia"u wybuchowego po otrzymaniu w piezoelemencie powinien zapewniç napi´cie rz´du
impulsu elektrycznego od g"owicowej cz´Ä˜ci zapal- 3 kV. PoniÅ»ej tej wartoĘci, ale powyÅ»ej 2 kV przyjmuje
nika. si´, Å»e prawdopodobieÅ‚
stwo odpowiedniego pobu-
dzenia materia"u wybuchowego jest stosunkowo
niewielkie, poniŻej 2 kV równe zeru.
Kalibracja modelu zapalnika
Celem opisanych w dalszej cz´Ä˜ci artyku"u badaÅ‚

by"o okreĘlenie za pomocą analiz numerycznych, czy
opóęnienie pocisku podczas uderzenia w elementy
pancerza moÅ»e doprowadziç do pobudzenia materia-
"u wybuchowego. Aby moŻliwe by"o zrealizowanie
tego typu symulacji, potrzebny by" dok"adny model
numeryczny zapalnika oraz pocisku. Model ten musia"
byç poddany kalibracji, aby moÅ»liwe by"o okreĘlenie
warunków towarzyszÄ…cych wytworzeniu napi´cia
rz´du 3 kV przez rzeczywisty zapalnik.
Do przeprowadzenia badał
eksperymentalnych
na rzeczywistym zapalniku wykorzystano stanowisko
przedstawione na rys. 3. Sk"ada si´ ono z prowadnicy,
po której przesuwa si´ zestaw krÄ…Å»ków o za"oÅ»onej
masie, szcz´k zaciskowych przytrzymujÄ…cych przez
specjalne mocowanie zapalnik oraz oscyloskopu.
W trakcie badał
krąŻki by"y unoszone na pewną
Rys. 1. Przekrój g"owicy PG-7G: 1  silnik rakietowy, 2  dysze
silnika rakietowego, 3  denna cz´Ä˜ç zapalnika, 4  materia" wysokoĘç i upuszczane. Przebieg napi´cia wyst´pu-
wybuchowy  kostka dolna, 5  przewodnik, 6  wk"adka
jÄ…cego w trakcie uderzenia na obudowie zapalnika
kumulacyjna, 7  stoŻek przewodzący, 8  izolator, 9  g"o-
rejestrowany by" za pomocÄ… oscyloskopu.
wicowa cz´Ä˜ç zapalnika, 10  korpus g"owicy, 11  element
Na rys. 4 przedstawiono typowy przebieg wartoĘci
ustalający, 12  krąŻek, 13  przes"ona, 14  materia" wy-
napi´cia na obudowie w trakcie uderzenia w zapalnik
buchowy  kostka górna, 15  izolator, 16  pierĘcieł
izolacyjny,
krąŻków o masie 2 kg upuszczonych z 463 mm.
17  czepiec balistyczny, 18  element mocujÄ…cy górnÄ… cz´Ä˜ç
zapalnika Widzimy na nim liniowy wzrost wartoĘci napi´cia od
38 ROK WYD. LXXI ZESZYT 7-8/2012
skoł
czonych. 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´Ä˜ciami
oraz przypisano im odpowiednie w"asnoĘci 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-
koĘci i masie takiej samej jak masa krąŻków w chwili
zetkni´cia z przeponÄ…. W wyniku przeprowadzonej
symulacji otrzymano taki sam przebieg odkszta"cania
zapalnika.
W trakcie analiz numerycznych mierzono wartoĘç
skrócenia piezoelementu (rys. 5). ZauwaŻono, Że ge-
nerowaniu napi´cia o wartoĘci przekraczajÄ…cej 3 kV
odpowiada zmniejszenie wysokoĘci piezoelementu
Rys. 3. Schemat stanowiska badawczego
(ĘciĘni´cie go) o ok. 0,027 mm. Przyj´to t´ wartoĘç
jako punkt odniesienia do dalszych analiz, tzn. jeŻeli
z analizy uderzenia pe"nego pocisku w przeszkod´
wynika"oby, Że skrócenie piezoelementu by"oby
wi´ksze niÅ» 0,027 mm, oznacza"oby to uzyskanie
napi´cia wi´kszego niÅ» 3 kV, a wi´c powstanie stru-
mienia kumulacyjnego.
Warunki poczÄ…tkowo-brzegowe analiz
pe"nego pocisku
W analizach pe"nego pocisku wykorzystano model
opracowany wczeĘniej przez autorów [3]. Model ten
zawiera" uproszczony zapalnik, który zosta" zastąpio-
ny pe"nym modelem.
Rozpatrzono cztery róŻne przypadki. W pierwszym
przypadku pocisk uderza" w pr´ty o przekroju kwad-
Rys. 4. Przebieg napi´cia na zapalniku dla uderzenia masÄ… 2 kg
ratowym o d"ugoĘci boku 10 mm. W drugim przy-
z wysokoĘci 463 mm (9,1 J)
padku analizowano ten sam rodzaj pr´tów, ale d"u-
goĘç boku wynosi"a 14 mm. W pozosta"ych wa-
0 do 3400 V, nast´pnie spadek do 2200 V, wzrost do
riantach analizowano pr´ty o przekroju ko"owym
2400 V i ponownie liniowy spadek. W pierwszej fazie
o Ęrednicy 10 mm i 15 mm.
uderzenia odkszta"cana jest zaokrÄ…glona cz´Ä˜ç alu-
miniowej przepony, która ze wzgl´du na swÄ… gruboĘç We wszystkich analizach pr´ty mia"y d"ugoĘç 1 m,
i kszta"t stanowi jedynie minimalny opór i przenosi a odleg"oĘç pomi´dzy nimi wynosi"a 68 mm. Dla
nacisk na nakr´tk´. W dalszej cz´Ä˜ci przeszkoda kaÅ»dego z rodzajów pr´tów wykonano szeĘç analiz,
naciska na Ęcianki przepony, których wytrzyma"oĘç które róŻni"y si´ odleg"oĘciÄ… osi pocisku od osi prze-
jest znacznie wi´ksza w stosunku do zaokrÄ…glonej chodzÄ…cej dok"adnie pomi´dzy pr´tami. Dok"adny
powierzchni. Powoduje to zmniejszenie szybkoĘci kierunek zmiany tej odleg"oĘci przedstawiono na
Ęciskania piezoelementu, a tym samym
spadek wartoĘci 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
wielkoĘç odzwierciedla"a rzeczywiste wy-
miary zapalnika. W kolejnym etapie
pracy obrysowano kaÅ»dÄ… z cz´Ä˜ci i wy-
konano na tej podstawie bry"y poszcze-
gólnych elementów. Wykorzystując bry"y
opisujące poszczególne elementy, zbu-
dowano pe"ny model g"owicowej cz´Ä˜ci
zapalnika. Nast´pnie za pomocÄ… programu
Hypermesh zbudowano siatk´ elementów Rys. 5. Skrócenie elementu piezoelektrycznego na kierunku osiowym
ROK WYD. LXXI ZESZYT 7-8/2012 39
rys. 6. WartoĘç przesuni´cia wynosi"a: 0 mm (ude-
Wyniki analiz
rzenie dok"adnie pomi´dzy pr´tami), 5 mm, 10 mm,
Wynikiem przeprowadzonych analiz sÄ… przebiegi
15 mm, 20 mm oraz 23 mm (zapalnik przesuwa" si´
skrócenia piezoelementu w funkcji czasu. Na rys. 7
stycznie do pr´ta).
widzimy skrócenie piezoelementu podczas uderzenia
w pr´ty o przekroju kwadratowym
o d"ugoĘci boku równej 10 mm.
G"ówne dwie cechy róŻniące od
siebie poszczególne przebiegi, to:
róŻna wartoĘç maksymalna oraz
róŻny czas jej wystąpienia. Chwila,
w której wystąpi"o maksymalne
opóęnienie pocisku, a tym samym
najwi´ksze skrócenie piezoele-
mentu, zaleŻna by"a od wartoĘci
Rys. 6. Warunki poczÄ…tkowo-brzegowe analizy z udzia"em ca"ego pocisku
odsuni´cia. Wynika to z kszta"tu
W trakcie wszystkich analiz koł
com pr´tów odeb- g"owicy pocisku, która jest w postaci stoÅ»ka. Im
rano wszystkie stopnie swobody, a pociskowi nadano
bardziej przybliÅ»ony pocisk do pr´tów, tym szybciej
pr´dkoĘç poczÄ…tkowÄ… odpowiadajÄ…cÄ… maksymal- styka"y si´ oba elementy i rozpoczyna"o si´ spo-
nej pr´dkoĘci rzeczywistego pocisku  300 m/s. Przy- walnianie pocisku.
j´to, Å»e pocisk uderza dok"adnie w po"owie d"ugoĘci
WartoĘç maksymalnego skrócenia by"a uzaleÅ»niona
pr´tów. Wszystkie obliczenia wykonano w systemie
od przebiegu zniszczenia pocisku oraz deformacji
LS-Dyna [4].
pr´tów. W trakcie interakcji obu tych elementów
przekrój pr´ta ulega" obróceniu.
Zjawisko to wyst´powa"o tym sil-
niej, im bliÅ»ej pocisku znajdowa" si´
pr´t. Skutkowa"o to w przypadku
zerowego odsuni´cia uderzaniem
czepca balistycznego w ostrÄ… kra-
w´dÄ™ przekroju oraz w g"adkÄ… po-
wierzchni´ bocznÄ… kwadratu przy
maksymalnym odsuni´ciu. Na prze-
biegach uwidacznia si´ to tym, Å»e
po przekroczeniu wartoĘci odsu-
ni´cia 15 mm maksymalne skróce-
nie piezoelementu maleje.
Analogiczne zjawiska zachodzÄ…
podczas uderzenia pocisku w pr´ty
o przekroju kwadratowym o d"u-
goĘci boku równej 14 mm. Prze-
biegi dla tego przypadku przedsta-
wione sÄ… na rys. 8.
Zjawisko obracania na skutek
dzia"ania si" tarcia przekroju pop-
Rys. 7. Skrócenie piezoelementu podczas uderzenia w pr´ty o przekroju kwadra-
rzecznego pr´tów zachodzi rów-
towym (a = 10 mm)
nieÅ» w przypadku uderzenia pocis-
ku w pr´ty o przekroju ko"owym.
Nie ma to jednak Żadnego odzwier-
ciedlenia w wartoĘciach maksy-
malnego skrócenia piezoelementu,
gdyÅ» pocisk zawsze uderza w takÄ…
samÄ… powierzchni´. Ma natomiast
znaczenie wartoĘç odsuni´cia.
W przypadku pr´tów okrÄ…g"ych im
wi´ksza jest jego wartoĘç, tym
wi´ksza wartoĘç skrócenia i wczeĘ-
niej ono wyst´puje. Przebiegi dla
pr´tów o Ęrednicy 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)
40 ROK WYD. LXXI ZESZYT 7-8/2012
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)
Zaprezentowany sposób analizy zadzia"ania zapal-
Podsumowanie
nika moÅ»e z powodzeniem byç przez nich wyko-
W pracy przedstawiono badania eksperymentalne
rzystany do oceny innych typów pancerzy, o innej
i numeryczne zapalnika WP-7 oraz analizy numerycz-
geometrii i innych materia"ach.
ne uderzenia pocisku z g"owicÄ… kumulacyjnÄ… typu
PG-7G z pe"nym zapalnikiem w róŻne typy pancerzy
LITERATURA
pr´towych. Na podstawie za"Ä…czonych wyników
moÅ»na zauwaÅ»yç, Å»e najwi´ksze skrócenie piezoele- 1. WiĘniewski A.: Pancerze: budowa, projektowanie i badanie.
WNT, Warszawa 2001.
mentu wystÄ…pi"o w przypadku uderzenia pocisku
2. WiĘniewski A., Kowalewski J.: Piezoelectric generators in
w pr´ty o przekroju ko"owym. Nie przekroczy"a jed-
fuses of shaped charge projectiles. Biuletyn naukowy,
nak ta wartoĘç 0,027 mm, a wi´c wartoĘci, przy której
No. 94, 2005.
wyst´puje generowanie napi´cia elektrycznego prze-
3. Niezgoda T., Panowicz R., Sybilski K.: Model MES pocisku
kraczającego 3 kV. Oznacza to, Że w przypadku ana-
PG-7G: wst´pna analiza numeryczna uk"adu oddzia"ywania
lizowanych pancerzy ich kluczowe elementy mogÄ…
pocisku z przeszkodÄ…. Mechanik nr 7, 2010.
zostaç zniszczone lub moÅ»e dojĘç do zwarcia uk"adu
4. Hallaquist J. O.: LS-Dyna. Theoretical manual, Livemore
elektrycznego pocisku przed prawid"owym zadzia-
Software Technology Corporation. California 2005.
"aniem zapalnika.
5. Military Parade, Russia, Moscow 2001.
Przeprowadzone analizy stanowiÄ… bardzo cennÄ…
6. Jach K. i inni: Modelowanie w"asnoĘci dynamicznych cia"
informacj´ dla konstruktorów pancerzy pr´towych. metodÄ… punktów swobodnych. PWN, Warszawa 2001.
ROK WYD. LXXI ZESZYT 7-8/2012 41