Результат интеллектуальной деятельности: Способ защиты от воздушной ударной волны автомобиля

Изобретение относится к автотранспорту, может быть использовано в грузовых автомобилях с бронированной грузовой платформой.

Для перевозки разрядных грузов, как правило, используют автомобили с бронированной грузовой платформой под тентом кузова [см. Машина транспортная НГ9Т1-01. Техническое описание и инструкция по эксплуатации. - ФГУП «Конструкторское бюро автотранспортного оборудования», 1990 г., 14 л.] (далее - автомобиль). Основным поражающим фактором таких автомобилей при взрыве обычных боеприпасов (авиабомб, боевых частей ракет) являются ударные волны, распространяющиеся в окружающей боеприпас среде, а также высокоскоростные фрагменты, образующиеся при разрушении оболочки заряда ВВ боеприпаса. Опасность разлета осколков можно свести к минимуму с помощью экранов, улавливающих осколки. В качестве такого экрана, улавливающего осколки, летящие по направлению к перевозимому на автомобиле грузу, может служить бронирование грузовой платформы. Поэтому ее основным поражающим фактором является воздушная ударная волна, воздействие которой на грузовую платформу автомобиля наносит последней повреждения различной степени тяжести. В составе автоколонны, транспортирующей разрядный груз, имеются технические средства и личный состав, способный устранять слабые повреждения автомобилей, и в том числе их грузовые платформы. Поэтому можно считать критическим значением стойкости бронированной грузовой платформы к воздушной ударной волне (по аналогии стойкости колесного бронетранспортера) математическое ожидание избыточного давления во фронте волны . Ударная волна такой интенсивностью может нанести бронированной грузовой платформе средние разрушения.

Поскольку районы рассредоточения автоколонны с разрядным грузом расположены преимущественно далеко от линии возможного соприкосновения конфликтующих сторон, то наиболее вероятным сценарием применения обычного оружия против автомобилей автоколонны является их обстрел крылатыми ракетами типа Томахок (далее КР) без захода носителей КР в зоны действия территориальной и объектовой ПВО. Масса ВВ боевой части КР 120 кг, главные вероятные отклонения КР в продольном На приведенном расстоянии избыточное давление во фронте воздушной ударной волны при контактном взрыве боевой части КР «Томахок», рассчитанное по зависимости [см. Покровский Г.И. Взрыв. 4-е изд. Перераб. и доп. М., Недра, 1980, 190 с.]

где , r - расстояние, м; m - масса ВВ, кг,

составит 1,5 кГ/см². Такой интенсивности воздушной ударной волны соответствует расстояние 14 м. Однако кабина автомобиля не имеет бронирование. Средние разрушения кабины военного грузовика типа НГ-9Т1 как имеют место при . Такая интенсивность воздушной ударной волны, воздействующей на кабину автомобиля имеет место при контактном взрыве указанного боеприпаса на удалении от кабины порядка 21 м. Поэтому радиус поражения автомобиля в целом следует считать по его «слабому звену» - кабине автомобиля. Моторный отсек автомобиля также не имеет бронирование. Однако когда защищена от ударной волны кабина, то и находящийся под ней моторный отсек также будет защищен. Кроме того, эксперименты свидетельствуют, что двигатель получившего сильные повреждения автомобиля остается в пригодном состоянии, и после взрыва эти автомобили могут двигаться своим ходом [см. Действие ядерного взрыва (Перевод с английского), военное издательство Министерства обороны СССР, М, 1963].

Для того, чтобы автомобиль был равностойким к воздействию воздушной ударной волны, его кабина должна иметь дополнительную физическую защиту. Но ее физическая защита в виде бронирования может привести к отрицательным последствиям. Масса снаряженного автомобиля НГ9-Т1 с бронированной грузовой платформой превышает 11 тонн. Это не позволяет применять бронирование его кабины, длиной 1890 мм, высотой 2850 мм и шириной 2820 мм, тяжелыми стальными экранами. В противном случае автомобили с грузом не могли бы передвигаться по дорогам низких категорий.

Защитить от воздушной ударной волны указанные автомобили можно было,, поместив их в быстровозводимые полевые укрепления [см. Патент РФ №2568251 «Монолит», МПК: B63G 13/00]. Достоинством указанного способа является возможность создания земляной обсыпки в кратчайшие сроки с использованием местных строительных материалов. Но недостатком данного способа защиты является невозможность в кратчайшие сроки возвести такое укрытие для каждого автомобиля автоколоны.. Возведение же одного большого быстровозводимого полевого укрепления для нескольких автомобилей при указанной выше точности КР «Томахок» и габаритах автомобилей не обеспечит снижение вероятности поражения тесно размещенных автомобилей при попадании КР «Томахок» в укрытии сверху.

Решением, частично устраняющим недостатки, присущих защите автомобилей быстровозводимым полевым укреплением, может являться техническое решение, включающее размещение вокруг кабины автомобиля преград из газожидкостной среды. В данном решении в качестве преграды используют водонепроницаемую оболочку, заполненную пустотелыми сферами и/или кусками пенопласта с водой [см. Патент РФ №2030708 «Способ гашения воздушной ударной волны», F42D 5/045 (средства поглощения или демпфирования взрывных волн)]. В основе данного технического решения лежит принцип ослабления ударных волн путем создания на пути распространения ударной волны релаксационной среды [см. Защита пассажирских авиалайнеров от взрывных нагрузок: Б.Е. Гельфанд, М.В. Сильников, А.И. Михайлин, М.В. Чернышов (НПО Специальных материалов), «Технические средства противодействия террористическим и криминальным взрывам»: Труды шестой международной научно-практической конференции, октябрь 2010 г. СПб Университет ГПС МЧС России]. Способ создания релаксационной среды для ослабления ударной волны реализован в локализаторах взрыва семейства «Фонтан». Практика использования локализаторов «Фонтан» показала, что они снижают до минимума разрушения и человеческие жертвы, эффективно подавляют фугасное, осколочное, термическое и термобарическое действие взрыва, многократно снижают амплитуду давления на фронте ударной волны, размывают и выполаживают фронт ударной волны, предотвращают возгорания, термические и термобарические поражения, уменьшают осколочный поток.

Однако условия и ограничения, при которых работает локализатор взрыва «Фонтан», не соответствуют условиям воздействия воздушной ударной волны на рассматриваемые автомобили. В локализаторе взрыва «Фонтан» источник ударной волны - ВВ размещен практически внутри диспергента, который, в свою очередь, размещен в готовом виде в герметичном контейнере. Масса же ВВ не превышает нескольких кг. В случае защиты автомобиля от воздушной ударной волны ее источник размещен на некотором расстоянии от автомобиля в свободном воздухе, а масса ВВ превышает 100 кг.

Техническим решением, позволяющим ослабить интенсивность ударной волны, воздействующей на рассматриваемый автомобиль, могло быть решение [см. Авторское свидетельство СССР №- 1268741, 1986. «Способ локализации взрыва газов при тушении подземных пожаров», кл. E21F 5/00]. Оно позволяет повысить эффективность локализации ударной волны за счет обеспечения условий ее самогашения. Для этого при угрожающем повышении концентрации газов до взрывоопасного предела в тупиковой горной выработке возводят пенную пробку из гелеобразной пены с переменной кратностью по длине пенной пробки. Кратность пены изменяют плавно от большей величины кратности пены со стороны очага пожара к ее меньшей величине или дискретными чередующимися полосами пены большей и меньшей кратности. Между кровлей выработки и верхней поверхностью пенной пробки формируют воздушный зазор. Через него осуществляют отвод пожарных газов из изолированной части выработки. Распространяющаяся по пенной пробке с чередующимися по ее длине участками различной кратности ударная волна генерирует серию встречных ударных волн, в промежутках между которыми находится волна разрежения. Встречная ударная волна тормозит увлекаемый поток воздуха и снижает его скорость. Распространяющаяся следом волна разрежения снижает давление в этом потоке воздуха. Недостаток такого решения применительно к защите автомобиля состоит в том, что подход ударной волны к автомобилю происходит в свободном воздухе с любого направления. Следовательно, невозможно в свободном воздухе вокруг автомобиля возвести и удержать указанную выше пенную пробку.

Техническим решением, позволяющим ослабить интенсивность воздушной ударной волны, могло быть решение [см. Патент РФ №2030708 «Способ гашения воздушных ударных волн при взрывных работах», МПК: F42D 5/045]. В данном решении частично устранен недостаток, связанный с невозможностью возведения и удержания у автомобиля пенной пробки с переменной кратностью по ее длине.

Для этого газожидкостную среду получают размещением в водонепроницаемой оболочке пустотелых сфер или кусков закрытопористого пенопласта с последующим заполнением водой пространства, свободного от загрузки твердых тел, размещенных с плотной упаковкой. После выполнения указанных операций оболочку герметизируют (завязывая край полимерной оболочки в чуб). По закону упаковки шаров одинакового размера объем свободного пространства между шарами для заполнения его водой составляет 50% и плотность газожидкостной среды - 0,5 т/м³. При размещении в свободном пространстве между шарами пустотелых сфер меньшего размера (при соотношении диаметров шаров 1/8 и менее) содержание воздуха будет увеличено до 75% и плотность газожидкостной среды снижается до 0,25 т/м³. Применением кусков из закрытопористого пенопласта содержание воздуха в преграде для прохождения ударной волны может быть повышено за счет более плотной упаковки кусков произвольной формы. Диапазон регулирования плотности газожидкостной преграды может быть увеличен применением смесей из пустотелых полимерных сфер и кусков пенопласта. Однако недостатком данного решения для рассматриваемого автомобиля является необходимость включать дополнительно в состав автоколонны автомобили для перевозки указанных сфер, кусков пенопласта и воды, а также относительно большие временные затраты на выполнение ограниченным количеством личного состава операций по их размещению в водопроницаемые оболочки. Кроме того, возобновление движения автомобиля требует большого времени, затрачиваемого на разборку газожидкостной среды.

Наиболее близким техническим решением, позволяющим ослабить воздействие обычных боеприпасов на кабину и моторный отсек автомобиля, принимается решение [см. Селиванов В.В., Кобылкин И.Ф., Новиков С.А. Взрывные технологии: Учебник для втузов / Под общей ред. В.В.Селиванова - М: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2008 - 648 с.: ил. (л. 550)].

В данном решении используют для ослабления действия ударной волны обычную пожарную пену, получаемую с помощью воздушных стволов или пеногенераторов. С целью препятствия растеканию пены сооружают специальный каркас, обтянутый полиэтиленовой пленкой. Учитывают параметр, характеризующий воздушно-механическую пену - ее стойкость, т.е. способность сохраняться в течение определенного времени. Значение стойкости зависит от вида пенообразователя, его концентрации в растворе и от структуры пены.

Для осуществления пенной защиты при выполнении взрывных работ в Центральном НИИ пожарной охраны по заказу РФЯЦ-ВНИИЭФ разработана мобильная пенообразующая установка, состоящая из высокопроходимой автоцистерны и гидротурбинного пеногенератора со следующими характеристиками: производительность по пене 2200 л/с, максимальное расстояние от установки до места подачи пены 320 м, высота массива устойчивой пены 3 м, стойкость массива пены ~ 1 час.

Достоинством данного технического решения является существенное ослабление интенсивности воздушной ударной волны сравнительно небольшим по толщине слоем пены и большая стойкость пены, позволяющая сохранять защитные свойства пены в течение отрезка времени, когда наиболее вероятно применение средств поражения по специальной тактической группе. Однако, если в решении-прототипе источник воздушной ударной волны размещен внутри пенного слоя, то автомобиль необходимо защищать при подходе ударной волны, образовавшейся в свободном воздухе. Кроме того, сооружение специального каркаса, обтянутого полиэтиленовой пленкой, требует включение дополнительно в состав автоколонны автомобиля для перевозки деталей каркаса, а также относительно большие временные затраты на выполнение ограниченным количеством личного состава операций по его сооружению над каждым автомобилем с разрядным грузом.

Целью заявленного изобретения является устранение отмеченных недостатков, а именно, ослабление воздействующей на кабину автомобиля воздушной ударной волны, обеспечив стойкость кабины в пенном массиве, равной стойкости бронированной грузовой платформы автомобиля.

Технический результат достигается выполнением дополнительных новых операций при возведении маскировочного укрытия для автомобиля с бронированной грузовой платформой под тентом кузова, включающего установку на автомобиль маскировочного укрытия, заключающихся в том, что в маскировочном укрытии автомобиля используют полотно из мелкоячеистой сети с частым расположением маскировочных элементов, зазор между кабиной автомобиля и маскировочной сетью, а также зазор между кабиной и тентом кузова заполняют воздушно-механической пеной с высокой стойкостью массива пены, причем заполнять пеной зазоры начинают преимущественно после получения информации об угрозе применения по автомобилю огневых средств поражения, а в качестве пеногенератора используют пожарную автоцистерну.

Идея предложенного технического решения заключается в использовании для ослабления воздушной ударной волны воздушно-механическую пену, получаемую с помощью известных пеногенераторов [см. А.А. Всякий, Д.Ф. Балта. «Конструктивные особенности высоконапорного пеногенератора»: ISSN 0130-1268- Научный вестник НИИГД «Респиратор», - 2015. - Вып. 52]. В качестве препятствия растеканию пены используют внутреннюю полость маскировочного укрытия, возведенного над автомобилем.

Покажем существенность отличительных признаков.

Заполнение зазора между кабиной автомобиля и маскировочной сетью, а также зазора между кабиной и тентом кузова воздушно-механической пеной с высокой стойкостью массива пены является новым решением. Оно препятствует растеканию пены без использования дополнительных устройств для удерживания пены.

Использование в качестве пеногенератора для заполнения указанных зазоров пеной пожарной автоцистерны является новым решением. Этим обеспечивается подача пены в указанные зазоры имеющейся в составе автоколонны пожарной автоцистерны без привлечения дополнительных технических средств.

Ослабление пеной воздушной ударной волны, источником которой является взрыв обычного боеприпаса, является новым решением. Оно обеспечивает стойкость кабины, равной стойкости бронированной грузовой платформы. В зависимости от плотности пены, снижение давления ударной волны, распространяющейся в пене, , по отношению к давлению ударной волны, распространяющейся в воздухе, , может быть представлено в виде линейного соотношения [см. Гельфанд Б.Е., Сильников М.В. Фугасные эффекты взрывов. СПб.: Полигон, 2002.]:

справедливого при и

где R - приведенного расстояние, , ,

r - расстояние до источника воздушной ударной волны, м,

m - масса ВВ кг.

Исходя из приведенного соотношения, можно заключить, что слой пены толщиной 0,8 R может ослабить интенсивность воздушной ударной волны до 16 раз. Применительно к случаю взрыва ВВ массой 120 кг такая толщина слоя пены составляет порядка 3,9 м. Но тогда при взрыве указанного выше ВВ на безопасном для бронированной грузовой платформы на расстоянии 14 м интенсивность ударной волны, подошедшей к внешней границе слоя пены, окружающего кабину автомобиля, составит 3,35 кГ/см². Следовательно, для того, чтобы интенсивность ударной волны, прошедшей сквозь слой пены соответствовала стойкости кабины автомобиля 0,72 кГ/см², ее следует ослабить не более, чем в 4,7 раза. Этого можно достичь, создав вокруг кабины слой пены плотностью всего 4,9 кг/м³. При этом суммарный объем слоя пены при его высоте соответствующей высоте автомобиля, равной 3 м, составит ~ 230 м³. Для создания такого слоя пены потребуется ~ 700 кг воды с пенообразователем. Тогда одна пожарная автоцистерна АЦ-5-40 может обеспечить создание пенной защиты 7 автомобилей. Таким решением обеспечивается сокращение времени возведения пенной защиты. Кроме того, пена практически не препятствует началу движения автомобиля после удаления маскировочного укрытия.

Начало заполнения пеной зазоров между кабиной и маскировочной сетью преимущественно после получения информации об угрозе применения по автомобилю огневых средств поражения является новым решением. Оно позволяет с учетом времени возведения пенной защиты и стойкости массива пены возвести и удержать пенную защиту до возможного подхода воздушной ударной волны к защищаемому автомобилю. Например, если пуски КР «Томахок» произведены на удалении от района рассредоточения автоколонны 1000 км, то при скорости КР 0,8М в указанном районе их можно ожидать примерно через час. Этого запаса времени с учетом времени запаздывания получения информации о пуске КР достаточно для создания пенной защиты автомобиля.

На чертеже представлена схема способа защиты автомобиля от воздушной ударной волны, которая включает:

1 - кабина автомобиля типа НГ9-Т1, 2 - моторный отсек, 3 - тент кузова,

4 - маскировочная сеть, 5 - форсунка (распылитель) пеногенератора,

6 - массив воздушно-механической пены

Защиту автомобиля от воздушной ударной волны осуществляют следующим образом. В районе рассредоточения автоколонны во время возведения маскировочного укрытия автомобиля маскировочной сетью 4 дополнительно формируют зазор размером 3,9 м между кабиной автомобиля 1 и маскировочной сетью 4, а также зазор между кабиной 1 и тентом 4. Принимают информацию о пуске противником средств воздушного нападения. Исходя из полученной информации, принимают решение о заполнении указанных зазоров пеной. Вводят форсунку (распылитель) 5 пеногенератора в образовавшиеся зазор между кабиной и маскировочной сетью и заполняют его пеной. В случае необходимости незамедлительно начать движение автомобиля разбирают маскировочное укрытие, убирают пену со смотрового стекла кабины 1 автомобиля и выезжают из массива пены. Остатки пены на автомобиле сдуваются встречным потоком воздуха при движении автомобиля.

Таким образом, на основе анализа схемы предложенного технического решения можно заключить, что предложенный способ защиты автомобиля от воздушной ударной волны обладает преимуществами, отвечающими поставленной цели, а именно, ослабление интенсивности воздействующей на кабину автомобиля воздушной ударной волны, обеспечив стойкость кабины в пенном массиве, равной стойкости бронированной грузовой платформы.