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発射体の衝撃深度とは、発射体が停止するまでに標的に突き刺さる距離です。物理学者のアイザック・ニュートン卿が、高速で飛行する発射体の衝撃深度を大まかに推定するために、この概念を最初に考案しました。
衝突深度のニュートン近似
ニュートンの高速発射体の衝突深さの近似値は、運動量のみに基づいています。衝突体の運動エネルギーがどこに行くのか、また発射体が停止した後に運動量がどうなるのかについて は何も述べられていません。
基本的な考え方は単純です。インパクターは所定の運動量を持ちます。インパクターを停止するには、この運動量を別の質量に伝達する必要があります。インパクターの速度が非常に速いため、ターゲット材料内の凝集力は無視できるため、運動量はインパクターの真正面にある材料 (質量) にのみ伝達され、インパクターの速度で押されます。インパクターがこの速度で自身の質量に等しい質量を押した場合、その運動量全体が前方の質量に伝達され、インパクターは停止します。円筒形のインパクターの場合、停止するまでに、インパクターは自身の長さとターゲット材料に対する相対密度の積に等しい深さまで侵入します。
このアプローチは、ターゲットまたは衝突物質内の音速未満の狭い範囲の速度に対してのみ有効です。
衝突速度がターゲットまたは衝突体の材料内の音速よりも速い場合、衝突ショックにより材料が破壊され、速度が速いとガスのように振る舞い、ターゲットと衝突体の材料が急速に放出され、クレーターが形成されます。クレーターの深さは、衝突体とターゲットの材料特性と衝突速度によって異なります。通常、衝突速度が大きいほど、クレーターの深さも深くなります。
アプリケーション
- 発射体: フルメタルの発射体は、ウラン (19.1 g/cm 3 ) や鉛 (11.3 g/cm 3 ) などの非常に高密度の材料で作られている必要があります。ニュートンの近似によると、ウランで作られたフルメタルの発射体は、その長さの約 2.5 倍の鋼鉄装甲を貫通します。
- 成形炸薬、バズーカ: 成形炸薬 (対戦車砲) が鋼板を貫通するには、爆発によって長い重金属ジェットが発生することが不可欠です (対戦車砲用の成形炸薬では、爆発によって円錐形の金属ライニングから高速の金属ジェットが発生します)。このジェットは、ニュートン近似の衝突装置と見なすことができます。
- 隕石: 気圧からわかるように、大気の物質は約 10 m の水に相当します。氷の密度は水とほぼ同じなので、15 km/s 程度の速度で宇宙から飛んできた氷の塊が高速で地表に到達するには、長さが 10 m 必要です。より小さな氷の塊は終端速度まで減速されます。ただし、より大きな氷の塊も、非常に低い角度で飛んでくるため、大気圏をかなり突き抜ける必要があるため、減速される可能性があります。長さ 1.3 m の鉄隕石は大気圏を突き抜けますが、より小さな隕石は空気によって減速され、終端速度で地面に落下します。
- 衝撃装置、バンカーバスター: 固体衝撃装置は、地下深くのバンカーを貫通するために核弾頭の代わりに使用できます。ニュートンの近似によると、高速で長さ 1 メートルのウラン弾 (密度 19 g/cm 3 ) は、停止するまでに6 メートルの岩 (密度 3 g/cm 3 )を突き抜けます。
参照
さらに読む
- Young, CW (1967)。「地中貫通弾の深さを予測するための経験式の開発(レポート)」。第 SC-DR-67-60 巻。アルバカーキ、NM: サンディア国立研究所。
- Young, CW (1997)。貫入方程式(PDF) (レポート)。Vol. SAND94-2726。アルバカーキ、NM: Sandia National Laboratories。
これは、天然の土壌材料とコンクリートへの貫入を予測するための Young/Sandia 貫入方程式と関連分析技術の最新版を文書化した独立したレポートです。貫入方程式の概要については、付録 A と B を参照してください。
- Alekseevskii, VP (1966). 「高速でターゲットにロッドが貫通」.燃焼、爆発、衝撃波 (Fizika Goreniya i Vzryva) . 2 (2): 99–106. doi :10.1007/BF00749237. ISSN 0010-5082. S2CID 97258659.
- Tate, A. (1967 年 11 月 1 日). 「衝突後の長い棒の減速の理論」(PDF) . Journal of the Mechanics and Physics of Solids . 15 (6): 387–399. Bibcode :1967JMPSo..15..387T. doi :10.1016/0022-5096(67)90010-5. 2012 年 3 月 26 日時点のオリジナル(PDF)からアーカイブ。2011 年6 月 23 日閲覧。
- Bernard, Robert S. (1978)。「地中探査機の深さと動きの予測 (レポート)」。第 ADA056701 巻。ミシシッピ州ビックスバーグ: 陸軍工兵水路実験ステーション ビックスバーグ。2012 年 10 月 8 日のオリジナル(PDF)からアーカイブ。
- Walters, William P.; Segletes, Steven B. (1991). 「長棒貫入方程式の正確な解」.国際衝撃工学ジャーナル. 11 (2): 225–231. doi :10.1016/0734-743X(91)90008-4.
- Segletes, Steven B.; Walters, William P. (2002)。Alekseevskii-Tate の長ロッド貫通方程式の効率的な解(PDF) (レポート)。Vol. ARL-TR-2855。アバディーン、MD: 陸軍研究所アバディーン試験場 MD。
- Segletes, Steven B.; Walters, William P. (2003). 「長棒貫入/侵食方程式の厳密解への拡張」(PDF) . International Journal of Impact Engineering . 28 (4): 363–376. doi :10.1016/S0734-743X(02)00071-4 . 2011 年6 月 23 日閲覧。
外部リンク
- 地球衝撃影響プログラム
- 速度と直径による宇宙デブリの侵入深度