The ballistic range has long been employed in a variety of engineering fields such as high-velocity impact engineering, projectile aerodynamics, creation of new materials, etc, since it can create an extremely high-pressure state in very short time. Of many different types of ballistic ranges developed to date, two-stage light gas gun is being employed most extensively. In the present study, a theoretical work has been made to develop a new type of ballistic range which can easily simulate a flying projectile. The present ballistic range consists of high-pressure tube, piston, pump tube, shock tube and launch tube. The effect of adding a shock tube in between the pump tube and launch tube is investigated. This improvement is identified as the reduction in pressures in the high pressure tube and pump tube while maintaining the projectile velocity. Equations of motions of piston and projectile are solved using Runge-Kutta methods. Dependence of projectile velocity on various design factors such as high pressure tube pressure, piston mass, projectile mass, area ratio of pump tube to launch tube and type of driver gas in the pump tube are also analyzed. Effect of various gas combinations is also investigated. Calculations show that projectile velocities of the order 8 km/sec could be achieved with the present ballistic range.
Containment structures not only are leak-tight barriers, but also may be subjected to impacts caused by tornado-generated projectiles, aircraft crashes or the fragments of missile warhead. This paper presents the results of an experimental study of the impact resistance of steel fiber-reinforced concrete against 45 g projectiles at velocity around 2500 m/s. An explosively formed projectile (EFP) was designed to generate an equivalent missile fragment. The formation and velocity of EFP are measured by flash x-ray. A switch made of double-layered thin copper sheets controlled the exposure time of each flash x-ray. The influence of the fiber volume fraction on the crater diameter of concrete slab and the residual velocity of the projectile were studied. The residual velocity of the projectile decreased as the fiber volume fractions increased. In this work, the residual velocity of the projectile was to 44% that of plain concrete when the fiber volume fraction exceeded 1.5%. Based on the present finding, steel fiber reinforced concrete with the fiber volume fraction exceeding 1.5% appear to be more efficient in protection against high velocity fragment impact.
The effects of projectile impact system on the transient spray characteristic which is supersonic liquid tip velocity were studied by experimentally. Supersonic liquid jets were generated by impact of a high speed projectile driven by a Two-stage light gas gun. A high speed camera and schlieren optical system were used to capture the spray structures of the supersonic liquid jets. In a case of nozzle assembly Type-A, expansion gases accelerate a projectile which has a mass of 6 grams from 250 m/s at the exit of the launch tube. Accelerated projectile collides with the liquid storage part, then supersonic liquid jets are injected with instantaneous spray tip velocity from 617.78 m/s to 982.54 m/s with various nozzle L/d. However, In a case of nozzle assembly Type-B which has a heavier projectile (60 grams) and lower impact velocity (182 m/s), an impact pressure was decreased. Thus the liquid jet injected at 210 m/s of the maximum velocity did not penetrate a shock wave and fast break-up was occurred. Pulsed injection of liquid column generated second shock wave and multiple shock wave.
This study investigated the shape deformation of ball projectile(5.56mn) under the low energy impact by the use of the drop weight impact tester. ball projectile(5.56mm) consisted of the copper face with a lead core. The impact conditions were changed with the variations of the mass and the drop height of the impact tup. Shape deformation of ball projectile(5.56mm) after low velocity impact was measured using a video microscope and CCD camera. The test result showed that impact energy by changing of drop height of the impact tup affected shape deformation of ball projectile(5.56mm). So, it is important to study the relativity between shape deformation of ball projectile(5.56mm) and ballistic protection of plate(such as hybrid composite laminates) under the high velocity impact.
In this study, flexural strength by fiber reinforced for steel fiber and reinforced polyamide fiber concrete, and concrete fracture properties by improvement of flexural toughness and high-velocity projectile impact were evaluated. As a result, it was confirmed that flexural strength are improved by distribution of stress and suppress of cracks, and the back desquamation of concrete by high-velocity projectile impact is suppressed. In addition, It was observed that the spalling of rear is caused when tension stress is caused as shock wave by high-velocity projectile impact was transferred to the rear and tension stress is suppressed by fiber reinforcement.
Kim, Young A.;Woo, Kyeongsik;Cho, Hyunjun;Kim, In-Gul;Kim, Jong-Heon
International Journal of Aeronautical and Space Sciences
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제16권2호
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pp.190-205
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2015
In this paper, the impact damage behavior of USN-150B carbon/epoxy composite laminates subjected to high velocity impact was studied experimentally and numerically. Square composite laminates stacked with $[45/0/-45/90]_{ns}$ quasi-symmetric and $[0/90]_{ns}$ cross-ply stacking sequences and a conical shape projectile with steel core, copper skin and lead filler were considered. First high-velocity impact tests were conducted under various test conditions. Three tests were repeated under the same impact condition. Projectile velocity before and after penetration were measured by infrared ray sensors and magnetic sensors. High-speed camera shots and C-Scan images were also taken to measure the projectile velocities and to obtain the information on the damage shapes of the projectile and the laminate specimens. Next, the numerical simulation was performed using explicit finite element code LS-DYNA. Both the projectile and the composite laminate were modeled using three-dimensional solid elements. Residual velocity history of the impact projectile and the failure shape and extents of the laminates were predicted and systematically examined. The results of this study can provide the understanding on the penetration process of laminated composites during ballistic impact, as well as the damage amount and modes. These were thought to be utilized to predict the decrease of mechanical properties and also to help mitigate impact damage of composite structures.
In this paper, we have proposed a prediction method for sabot-trajectory of projectile using high speed camera data analysis. Through analyzing trajectory of sabot with high speed camera data, we can extract its real velocity and acceleration including effects of friction force, pressure of flume, etc. Using these data, we suggest a prediction method for sabot-trajectory of projectile having variable acceleration, especially for minimum and maximum acceleration, by using interpolation method for velocity and acceleration data of sabot. Also we perform the projectile launching tests to achieve the trajectory of sabot in case of minimum and maximum thrust. Simulation results show that they are similar to real tests data, for example velocity, acceleration and the trajectory of sabot.
In this paper, the behavior of woven E-glass fabric composite laminate was experimentally investigated under quasi-static indentation and high velocity impact by flat-ended, hemispherical, conical (cone angle of $37^{\circ}$ and $90^{\circ}$) and ogival (CRH of 1.5 and 2.5) cylindrical perforators. Moreover, the results are compared in order to explore the possibility of extending quasi-static indentation test results to high velocity impact test results in different characteristics such as perforation mechanisms, performance of perforators, energy absorption, friction force, etc. The effects of perforator nose shape, nose length and nose-shank connection shapes were investigated. The results showed that the quasi-static indentation test has a great ability to predict the high velocity impact behavior of the composite laminates especially in several characteristics such as perforation mechanisms, perforator performance. In both experiments, the highest performance occurs for 2.5 CRH projectile and the lowest is related to blunt projectiles. The results show that sharp perforators indicate lower values of dynamic enhancement factor and the flat-ended perforator represents the maximum dynamic enhancement factor among other perforators. Moreover, damage propagation far more occurred in high velocity impact tests then quasi-static tests. The highest damage area is mostly observed in ballistic limit of each projectile which projectile deviation strongly increases this area.
High velocity impact of projectile generate local failure such as penetration, scabbing, perforation on concrete. It has been reported that local failure is affected by such as nose shape, mass of projectile. In this study, comparing and weighing the impact failure properties of concrete by high velocity impact test that using spherical nose and flat nose type projectile. As a result, It was considered that scabbing of Flat nose projectile reduced more than spherical nose projectile by dispersion of impact force.
이 연구는 고속비상체의 충돌 및 에멀젼 폭약에 의한 폭발조건에서 섬유보강 콘크리트의 내충격 성능을 실험적으로 평가하는 것으로 목적으로 하였으며, 고속 충격시험은 비상체의 충돌속도는 약 350 m/s이며, 폭발실험은 시험체 표면에 폭약을 접촉시킨 상태에서 실시하였다. 그 결과, PVA, PE 및 강섬유의 혼입에 의한 섬유보강 콘크리트 시험체의 휨인장성능 증가는 고속충격 및 접촉폭발에 의한 배면파괴를 억제시켰다. 콘크리트의 내충격 성능에 있어서 배면파괴 억제는 압축강도에 비하여 휨인장성능의 영향을 크게 받는 것으로 나타났다. 또한, 고속충돌 및 접촉폭발에 의해 발생하는 콘크리트 시험체의 파괴패턴은 매우 유사한 것을 알 수 있었으며, 고속비상체에 의한 충돌실험을 통해 접촉폭발상황에 대한 시험체의 파괴패턴의 유추가 가능할 것으로 판단된다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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