Лиття оболонкових корпусів з контрольованою геометрією фрагментації

В. С. Дорошенко

doi:10.15407/mom2026.01.046

Автор(и)

В. С. Дорошенко Фізико-технологічний інститут металів та сплавів НАН України, Київ, Україна https://orcid.org/0000-0002-0070-5663

DOI:

https://doi.org/10.15407/mom2026.01.046

Ключові слова:

: лиття за моделями, що газифікуються, оболонковий корпус, контрольована фрагментація, залізовуглецеві сплави, концентратори напружень, термомеханічне руйнування, легковажна конструкція, автономні транспортні системи

Анотація

Обґрунтовано і розроблено спосіб виливання оболонкових корпусів технічного призначення з прогнозованим характером руйнування. Актуальність дослідження зумовлена потребою створення легковагих металоконструкцій, здатних до контрольованої фрагментації на елементи заданої маси при інтенсивному високоенергетичному впливі, що є критичним для систем одноразового циклу застосування. Оскільки традиційне механічне виконання канавок на внутрішніх порожнинах тонкостінних корпусів є економічно неефективним та технологічно складним, воно практично не застосовується у серійному виробництві. Наукова новизна дослідження полягає у математичному обґрунтуванні геометричного критерію фрагментації, який встановлює аналітичний зв’язок між густиною металу, товщиною стінки та площею ділянки, обмеженою розподільними канавками. Запропонований критерій дозволяє на етапі проектування модельної оснастки забезпечити формування фрагментів в оптимальному діапазоні мас від 2 до 5 грамів, що відповідає вимогам функціональної ефективності за рахунок реалізації фізичного ефекту «газового клину». В роботі описано технологічний процес реалізації способу з використанням лиття за моделями, що газифікуються. Доведено, що застосування полімерних моделей дозволяє прецизійно переносити складну геометрію концентраторів напружень із прес-форми безпосередньо у виливок, забезпечуючи високу якість поверхні та точність розмірів. Практична апробація способу на прикладі виготовлення циліндричних корпусів із сірого чавуну підтвердила можливість виготовлення рифленої внутрішньої поверхні виливка. Розглянута можливість інтеграції таких виробів із сучасними автономними транспортними системами та розроблено спосіб автоматичного розвантаження на основі полімерних кріплень, що руйнуються термічним способом за електричним сигналом. Комплексний підхід, що поєднує точне лиття корпусів та інноваційні методи доставки, дозволяє знизити металоємність виробництва та підвищити ефективність автономних транспортних систем.

Посилання

Adams, J. C., Smith, T. S., & Bickley, J. B. (1992). Controlled fragmentation warhead (U.S. Patent No. 5,157,225A). U.S. Patent and Trademark Office.

OC Oerlikon, Corp AG Pfaeffikon. (1968). Fragmentation envelope for high explosive shell (French Patent No. FR1541334A). Institut National de la Propriété Industrielle.

Ferron, J. (1993). Explosive device with programmable fragmentation (French Patent No. FR2685077A1). Institut National de la Propriété Industrielle.

Nabokov, Yu. A., Kosikhin, A. I., Nikolaev, S. E., Chizhevskiy, O. T., Tverdokhlebov, A. B., & Zavora, I. V. (2023). Korpus oskolochnogo boepripasa [Fragmentation ammunition body] (Russian Patent No. RU2789488C2). Federal Service for Intellectual Property

Shynskyi, O. Yo., Ostapenko, O. H., Cherednychenko, S. P., Kaliuzhnyi, P. B., & Shynskyi, V. O. (2019). Sposib vyhotovlennya lytoho korpusu boyeprypasiv [Method of manufacturing a cast ammunition body] (Ukrainian Patent No. 133074). State Register of Patents of Ukraine

Balaganskiy, I. A., & Merzhievskiy, L. A. (2012). Deystvie sredstv porazheniya i boepripasov [Action of weapons and ammunition]. Novosibirsk State Technical University

Leonidov, F. (1999). Podgotovit granaty [Prepare grenades]. Oruzhie, (8), 60-65

Pashchenko, V. I., & Sydorenko, Yu. M. (2013). O vozmozhnosti ispolzovaniya kinematicheskikh parametrov oskolochnogo polya ruchnoy granaty F-1 dlya provedeniya sudebnoy vzryvotekhnicheskoy ekspertizy [On the possibility of using the kinematic parameters of the fragmentation field of the F-1 hand grenade for forensic explosives expertise]. Krіmіnalіstichnij vіsnik, 19(1), 155-169

Mott, N. F. (1947). Fragmentation of shell cases. Proceedings of the Royal Society of London. Series A. Mathematical and Physical Sciences, 189(1018), 300-308.

https://doi.org/10.1098/rspa.1947.0042

McNeill, S. K. (2018). Determining fragment and debris hazards. Photonsquared Engineering. https://photonsquared.com/engineering/fragment-and-debris-hazards/

Selivanov, V. V. (Ed.). (2016). Boepripasy: uchebnik [Ammunition: textbook] (Vols. 1-2). Bauman Moscow State Technical University

Melnichuk, A. I., Goryachev, N. V., & Yurkov, N. K. (2020). Sposoby i sredstva protivodeystviya bespilotnym letatelnym apparatam [Methods and means of countering unmanned aerial vehicles]. Nadezhnost i kachestvo slozhnykh sistem, (4), 131-138.

https://doi.org/10.21685/2307-4205-2020-4-14

Doroshenko, V. S., & Shynskyi, V. O. (2020). Sposib lyttya korpusiv boyeprypasiv z vysokomitsnoho chavunu u lyvarnykh formakh s sypkoho pisku [Method of casting ammunition bodies from high-strength cast iron in casting molds with loose sand] (Ukrainian Patent No. 139559). State Register of Patents of Ukraine

Doroshenko, V. S., & Shynskyi, V. O. (2018). Sposib vyhotovlennya vylyvkiv z beynitnoho abo ausferytnoho chavunu z kulyastym hrafytom [Method of manufacturing castings from bainitic or ausferritic cast iron with nodular graphite] (Ukrainian Patent No. 123731). State Register of Patents of Ukraine

Girshovich, N. G. (1978). Spravochnik po chugunnomu lityu [Handbook of iron casting]. Mashinostroenie

Shylina, O. P., & Shapovalova, O. V. (2010). Materialoznavstvo: laboratornyi praktykum [Materials science: laboratory workshop]. Vinnytsia National Technical University

Doroshenko, V. S., & Yanchenko, O. B. (2025). Sposib vylyvannya korpusiv boyeprypasiv z zalizovuhletsevykh splaviv z vykorystannyam polimernykh modeley [Method of casting ammunition bodies from iron-carbon alloys using polymer models] (Ukrainian Patent Application No. u202503305). State Intellectual Property Service of Ukraine

Doroshenko, V. S., & Yanchenko, O. B. (2025). Sposib dostavky vantazhu do заданоho mistsya [Method of cargo delivery to a given location] (Ukrainian Patent No. 160595 U). State Register of Patents of Ukraine

Yanchenko, O. B., & Doroshenko, V. S. (2025). Rozrobka sproshchenoho obladnannya dlya rozvantazhennya transportnykh zasobiv [Development of simplified equipment for unloading vehicles]. In Proceedings of the LIV scientific and technical conference of VNTU units (pp. 2954-2956). Vinnytsia National Technical University