Результат интеллектуальной деятельности: ПАКЕТ КОМПОЗИТНОЙ БРОНИ НА ОСНОВЕ КЕРАМИКИ (ПКБК)

Изобретение относится к средствам бронезащиты и может быть использовано автономно, а также в составе бронежилетов или других технических средств для защиты человека или транспортного средства от поражения пулей или иным движущимся предметом, обладающим большой кинетической энергией.

Известна (GB, патент 2258389) конструкция пулезащитной бронепанели на основе броневых керамических плиток различного состава, укрепленных с использованием полимерных связующих на слоистых основаниях из стекло- или органокомпозитов.

Основными недостатками этих бронепанелей являются низкая живучесть (число попаданий без пробития в единицу площади), не превышающая, как правило, 1 попадания на 1 дм², и недостаточная устойчивость к механическим воздействиям - ударам твердыми предметами или падению на твердый грунт. К тому же наиболее высокие результаты получены на дорогих типах керамики, например плитки из карбида бора, изготовленной методом горячего прессования.

Известна также (WO, заявка 9510751) конструкция пулезащитной панели для бронежилета, содержащая керамическую плитку, принимающую основную часть кинетической энергии пули и размещенную в промежуточном слое панели и находящуюся там в состоянии всестороннего сжатия на величину 6-18% от разрушающего напряжения материала керамики при растяжении. Промежуточный слой выполнен на основе усадочной ткани и связующего, способных давать усадку при отверждении, или из упруго деформированного отвержденного эластомерного вещества, напряжение сжатия в котором создают на этапе сборки путем прессования. Напряжение всестороннего сжатия, под которым находится керамическая плитка в промежуточном слое, создает дополнительный потенциальный энергетический барьер, препятствующий разрушению керамики под действием растягивающих сил при ударе пули. Кроме того, заложенное на этапе изготовления напряжение всестороннего сжатия керамической плитки препятствует увеличению расстояния между краями образующихся трещин в местах, удаленных непосредственно от точки попадания пули, а также возникновению зазоров между керамической плиткой, промежуточным слоем и основанием в результате деформации последнего и многократного прохождения ударной волны по всем слоям панели. Тем самым повышается живучесть бронежилета, способного выдерживать до двух попаданий пули на 1 дм² поверхности.

Однако современные тактико-технические требования к индивидуальным средствам бронезащиты формулируют более высокие показатели живучести при воздействии высокоэнергетических бронебойных пуль и пуль повышенной пробиваемости винтовочных патронов калибром 7,62 и выше. Одновременно повышаются требования к уровню защиты человека от контузионной травмы при непробитии защитной композиции и снижению массы средства индивидуальной бронезащиты.

Техническая задача, решаемая посредством разработанного устройства, состоит в создании нового типа композитной броневой панели.

Технический результат, получаемый при реализации разработанной керамической броневой панели, состоит в повышении защитных характеристик бронепакета при одновременном упрощении технологии изготовления и обеспечения возможности ремонта.

Для достижения указанного технического результата предложено использовать пакет композитной брони на основе керамики (ПКБК). Указанный пакет содержит последовательно расположенные металлическую подложку, слой бронпекерамики и наружную облицовку, причем между подложкой и слоем бронекерамики дополнительно размещена пластина из конструкционного материала, облицовка выполнена из прочного композита, слой бронекерамики скреплен с наружной облицовкой и дополнительной пластиной с использованием полимерного клея, при этом облицовка, бронекерамика и дополнительная пластина соединены с подложкой механически. В большинстве вариантов реализации слой бронекерамики представляет собой сплошную пластину или набор примыкающих друг к другу бронекерамических элементов. В случае использования набора бронекерамических элементов они предпочтительно соединены между собой в слое с использованием полимерного клея. В случае использования набора бронекерамических элементов прямоугольной формы соседние параллельные ряды плиток могут быть смещены в слое относительно друг друга. В некоторых вариантах реализации механическое крепление дополнительной пластины к подложке осуществлено посредством пластичного полимерного связующего. В некоторых вариантах реализации подложка выполнена из броневой стали или из магниевых, алюминиевых или титановых сплавов, а также в виде многослойного пакета баллистической ткани. Выбор материала подложки зависит от условий и назначения использования пакета.

Как отмечено выше, пакет композитной брони состоит из металлической подложки, слоя бронекерамики (сплошная пластина или набор примыкающих друг к другу бронекерамических элементов) и наружной облицовки, при этом между подложкой и слоем бронекерамики дополнительно размещена пластина из конструкционного материала. Подложка может быть выполнена из высокопрочной качественной легированной стали, а облицовка представляет собой пластину из конструкционного материала того же типа, что и дополнительная пластина.

Слой бронекерамики скреплен с наружной облицовкой и дополнительной пластиной с использованием полимерного клея. Отдельные элементы, составляющие слой бронекерамики, между собой в слое также скрепляют посредством полимерного клея. Полученный пакет соединяют с подложкой механически.

В случае использования керамических плиток прямоугольной формы соседние параллельные ряды плиток предпочтительно смещают в слое относительно друг друга во избежание образования стыков четырех соседних плиток.

Данная композиция позволяет повысить стойкость бронепреграды к воздействию средств поражения и снизить заброневое (запреградное) воздействие.

Применение известной конструкции дополнительно обеспечивает снижение веса единицы площади поверхности бронезащиты по сравнению с листовой броневой сталью при идентичных классах защиты и повышение конструкционной прочности. Соответственно, разработанное техническое решение позволяет повысить класс защиты бронепреграды без увеличения массы в случае замены листовой броневой стали пакетом композитной брони.

Как отмечено ранее, бронезащитная преграда представляет собой многослойную композиционную структуру.

Слой бронекерамических элементов принимает на себя удар высокоскоростного поражающего элемента. Задача этого слоя бронепанели сводится к поглощению максимального количества энергии пули или осколков взрывных устройств, разрушению пули и распределению оставшейся кинетической энергии по максимальной площади подложки, находящейся под ней.

Бронекерамика отличается высокими показателями плотности, ударной вязкости, трещинностойкости, модуля упругости при изгибе.

При попадании пули или осколка в один из керамических элементов происходит его разрушение, которое сопровождается ударной и звуковой волнами. Слои пластичного полимерного клеевого связующего, которые выполняют функцию смазки, как между самими керамическими элементами, так и между керамическим слоем и пластинами из конструкционного материала, позволяют устранить распространение трещинообразования на соседние к поврежденному бронекерамическому элементу.

В случае использования керамических плиток прямоугольной формы смещением соседних параллельных рядов керамических плиток в слое относительно друг друга предотвращается образование наиболее уязвимых мест - стыков четырех соседних плиток. Уход от подобных стыков позволяет повысить конструкционную прочность бронепреграды и получить многослойную бронепреграду с одинаковой противопульной стойкостью по всей поверхности.

Материал наружной облицовки и дополнительной пластины обладает высокой прочностью, биологической и влагостойкостью, имеет незначительный вес, не токсичен и имеет высокую температуру воспламенения, является материалом с заданными свойствами.

Облицовка, представляющая собой пластину из конструкционного материала с вышеописанными свойствами, исключает возможный разлет осколков керамики, пули и взрывных устройств, тем самым устраняя обратный выброс частиц разрушенной плитки или пули (осколка), и гасит их кинетическую энергию, исключая повреждение находящихся рядом объектов.

Использование дополнительной пластины, устанавливаемой между слоем бронекерамики и подложкой, позволяет более эффективно затормаживать разрушенную пулю, осколки взрывных устройств и разрушенной керамики за счет расслоения пластины при ударе.

Также дополнительная пластина служит для возможности предварительного изготовления пакета из керамики, облицовки и собственно дополнительной пластины с последующей установкой полученного пакета на подложку.

Подложка служит основанием для всего бронепакета. Ее функциями являются полное поглощение кинетической энергии осколков пули, взрывных устройств и керамики, задержка этих осколков внутри бронепреграды и обеспечение прочности всей конструкции.

При изготовлении пакета предпочтительно по периметру подложки механическим способом устанавливают бронерамку, ограничивающую площадь бронепакета и позволяющую минимизировать краевой эффект.

Пакет композитной брони на основе керамики разработанной конструкции обеспечивает защиту объекта от бронебойных пуль Б3-32 калибра 7,62 мм, летящих со скоростью до 840 м/с, что соответствует 6а классу защиты по ГОСТ Р 50963-96.

Поверхностная плотность многослойной бронепреграды составляет порядка 81…82 кг/м². Запреградное воздействие - не более 20 мм.

За счет подбора материалов, их рационального конструктивного оформления и размещения получена комбинированная броневая преграда, обладающая повышенной стойкостью к воздействию средств поражения по сравнению с монолитной (цельной) преградой равного веса.

Высокие защитные характеристики достигаются максимальным сочетанием выгодных свойств керамики и усиливающих пластин из конструкционного материала: энергия пули и осколков взрывных устройств гасится за счет высокой удельной сопротивляемости удару керамики и работы армирующих волокон пластин из конструкционного материала на растяжение и скольжение.

Достоинствами данной конструкции являются целостность пакета, его компактность, надежность, удобство монтажа и демонтажа при необходимости замены поврежденной бронекерамики, простота изготовления.

Изготовление бронепреград на основе описанного пакета является высоко технологичным, так как позволяет сначала изготавливать несущую часть бронепакета (подложка с установленной на ней по периметру бронерамкой), а затем монтировать на нее механическим способом предварительно изготовленные пакеты из керамики, облицовки и дополнительной пластины.

Пакет композитной брони на основе керамики разработанной конструкции позволяет повысить защитные характеристики бронепакета при одновременном упрощении технологии изготовления и обеспечения возможности ремонта.