Результат интеллектуальной деятельности: МНОГОСЛОЙНАЯ БРОНЕПРЕГРАДА

Изобретение относится к конструкции многослойной бронепреграды, защищающей от воздействия бронебойно-зажигательных пуль стрелкового оружия и высокоэнергетических осколков поля боя, для использования, например, в средствах индивидуальной защиты, защиты приборов, транспортных и стационарных устройств и может использоваться в различных областях промышленности и техники - в атомной, машиностроении, в банковском деле и др.

Известна броневая защитная преграда от поражения стрелковым оружием (патент РФ №2060439; МПК F41H 5/04; опубл. 20.05.1996 г.), содержащая подложку, выполненную из стекла с неповрежденной поверхностью с прочностью σ≥1800 МПа, промежуточный слой, выполненный из материала с прочностью σ≥50 МПа, и покровный слой из высокотвердого материала.

Недостатками такой брони является следующее:

1. Изобретение решает задачу защиты не выше 5а класса по ГОСТ Р 50744-95, ГОСТ Р 50963-96.

2. Использование в качестве промежуточного слоя пластического материала с прочностью σ≥50 МПа ухудшает работу керамического покровного слоя (работающего на разрушение пули) так как слой, следующий за керамическим элементом, может быть пластичным, но должен иметь прочность σ≥250 МПа.

3. Применение в качестве подложки хрупкого материала (стекла с неповрежденной поверхностью с прочностью σ≥1800 МПа) хотя и уменьшает поверхностную плотность броневой защиты, но значительно увеличивает стоимость подложки и трудоемкость изготовления всей бронезащитной преграды.

Известна комбинированная броневая защита (патент ЕПВ №1701130 A1; МПК F41H 5/04; опубл. 13.09.2006 г.), предназначенная для защиты от бронебойных пуль и осколков поля боя.

Комбинированная броневая конструкция имеет многослойную структуру, составленную из взаимносоединенных защитных слоев различных материалов. Конструкция состоит из внешнего металлического поддона с плоской базовой поверхностью и огибающим бортиком. В поддоне размещена многослойная структура, состоящая из взаимносоединенных защитных слоев различных материалов.

Недостатками такой брони являются следующие:

1. Она решает задачу защиты от воздействия пуль и осколков только для плоских поверхностей.

2. Комбинированная броневая защита получается в результате сложной и трудоемкой сборки.

Наиболее близким аналогом является многослойная бронепреграда (патент РФ №2393416 C1; МПК F41H 5/04; опубл. 27.06.2010 г.), предназначенная для защиты от бронебойных пуль стрелкового оружия.

Бронепреграда представляет собой трехслойную конструкцию, содержащую подложку, слой примыкающих друг к другу керамических пластин и наружную облицовку. Керамические пластины выполнены размером от 45×45 до 100×100 мм из реакционно-связанного карбида кремния плотностью 2,9-3,1 г/см³, микротвердостью 26-29 ГПа, имеют механически обработанную поверхность на толщину 0,05-1,5 мм и насечки на поверхности в виде сетки. Керамические пластины скреплены с наружной облицовкой, подложкой и между собой в слое, в местах примыкания их торцов друг к другу, с помощью герметика. Пластины смещены в слое относительно друг друга на половину их габаритного размера. Подложка выполнена из алюминиевого сплава, или титана, или органокомпозита на основе высокомодульной органической ткани или их комбинации. Облицовка выполнена из двух слоев высокомодульной органической ткани, пропитанной клеем на эпоксидном связующем. Толщина слоя герметика между керамическими пластинами не превышает 0,4 мм.

Недостатками такой бронепреграды являются следующие:

1. Данное техническое решение позволяет изготовить бронезащиту, обеспечивающую защиту от пуль 6а класса по ГОСТ Ρ 50744-95, ГОСТ Ρ 50963-96, при этом бронезащита имеет удовлетворительную поверхностную плотность, но большую толщину, что неприемлемо при использовании ее в малогабаритных конструкциях.

2. Данное техническое решение не позволяет защититься от пуль калибра более 7,62 мм и высокоэнергетических осколков.

Задачей предлагаемого изобретения является разработка надежной защиты объекта от воздействия бронебойно-зажигательных пуль стрелкового оружия и высокоэнергетических осколков поля боя минимальной толщины.

Техническим результатом предлагаемого решения является повышение защитных свойств бронезащитной преграды за счет введения более энергоемкой подложки, которая может быть многослойной в зависимости от энергии воздействия.

Технический результат достигается тем, что в многослойной броне-преграде, содержащей подложку, керамический слой и наружную облицовку, толщина керамического слоя составляет 0,4-0,8 от общей толщины многослойной бронепреграды, толщина подложки составляет 0,4-1,2 толщины керамического слоя, при этом подложка состоит из тыльного слоя и по крайне мере одного дополнительного слоя, тыльный слой выполнен из стали с пределом прочности при растяжении σ_в=0,4×10⁹-2,5×10⁹ Па, наружная облицовка выполнена из материала с прочностью σ≥50 МПа, толщиной 0,2-2,5 мм. При кинетической энергии пули≤3,5 кДж количество слоев подложки - два, при кинетической энергии пули>3,5 кДж подложка содержит более 2-х слоев. Плотность материала, из которых выполнены дополнительные слои подложки, меньше, чем плотность материала тыльного слоя подложки.

Использование, в отличие от известных аналогов, более энергоемкого металлического материала с пределом прочности при растяжении от 0,4·10⁹ до 2,5·10⁹ Па позволяет уменьшить толщину подложки на 20-50%.

Подложка может быть выполнена из алюминиевого сплава, или титана, или органокомпозита на основе высокомодульной органической ткани или их композиций. Керамический слой может быть выполнены из любой бронекерамики, например: SiC, B₄C, Al₂O₃, K₄C, SiC+B₄C.

Введение дополнительных слоев из материала с плотностью меньшей, чем тыльный слой подложки, позволяет уменьшить общий вес многослойной брони.

Стойкость к воздействию бронебойно-зажигательных пуль стрелкового оружия и высокоэнергетических осколков поля боя и, как следствие, повышение надежности заявляемой защитной преграды достигается за счет того, что при проникании поражающего элемента в «заневоленный» с помощью облицовки керамический слой происходит эффективное воздействие на поражающий элемент (осколок, пулю) за счет запасенной энергии, реализуемой в сходящемся к оси пробоины движении частиц керамического слоя. Запасание энергии «заневоленным» керамическим слоем происходит за счет энергии проникающего поражающего элемента. Благодаря высоким характеристикам упругости и прочности сопротивления при сжатии керамические материалы способны кратковременно запасать значительную часть энергии при проникании поражающего элемента. Помимо энергетической составляющей происходит перераспределение энергии на большую площадь за счет образующего конуса разрушения в керамическом слое. Образующиеся вторичные осколки улавливаются подложкой. Экспериментально установлено, что выполнение подложки меньшей толщины, чем 0,4 от толщины керамического слоя, не обеспечивает улавливание вторичных осколков и поглощение остаточной энергии удара, а выполнение подложки большей толщины, чем 1,2 от толщины керамического слоя, приводит к увеличению толщины и массы защитной преграды. Выполнение тыльного слоя подложки из материала с пределом прочности при растяжении 0,4·10⁹-2,5·10⁹ Па позволяет практически без пластических деформаций улавливать осколки разрушенного сердечника и керамического слоя и поглощать остаточную энергию удара. Подложка может выполняться многослойной, что позволяет более эффективно варьировать жесткостью и нерегулярностью поведения подложки и более эффективно затормаживать разрушенную пулю и вторичные осколки (от разрушенной керамики) за счет расслоения при ударе и последующей деформации каждого отдельного слоя с полной реализацией их прочностных свойств.

При сварном и клеевом соединении элементов конструкции заневоливание керамического слоя происходит при приложении сборочного давления к облицовке; при болтовом соединении - сборочным давлением при затяжке крепежных элементов конструкции.

Таким образом, бронезащитная преграда, состоящая из «заневоленного» керамического слоя и многослойной подложки с металлическим слоем (предел прочности при растяжении 0,4·10⁹-2,5·10⁹ Па) приводят к гарантированному разрушению сердечника бронебойно-зажигательной пули и высокоэнергетических осколков поля боя и исключению пробития подложки. Данное техническое решение позволяет разрабатывать бронезащитную преграду, стойкую к любому типу и калибру пуль и осколков поля боя.

На фиг.1 представлен обобщенный эскиз бронезащитной преграды с клеевым соединением слоев, на фиг.2 - обобщенный эскиз бронезащитной преграды с бесклеевым соединением слоев, где 1 - керамический слой, 2 - подложка, 3 - облицовка.

Бронезащитная преграда работает следующим образом.

При попадании поражающего элемента в «заневоленный» керамический слой происходит образование в нем конуса разрушения и распределения энергии удара на большую площадь, а также активное воздействие частиц керамического слоя на поражающий элемент. Большая твердость лицевого слоя дробит поражающий элемент на осколки, а достаточно жесткий тыльный слой улавливает осколки разрушенного поражающего элемента и керамического слоя, при этом поглощает остаточную энергию удара.

В качестве примеров конкретного промышленного выполнения бронезащитной преграды предложены следующие:

1. Для защиты от бронебойно-зажигательной пули калибра 12,7 мм керамический слой 1 выполнен из карбида бора толщиной 10 мм. Подложка 2 выполнена многослойной: слой, прилегающий к керамике, - из алюминиевого сплава толщиной 3 мм, тыльный слой - из стали 26ГСМ толщиной 6 мм с пределом прочности при растяжении σ_в=1,5×10⁹ Па. Облицовка 3 для фиксации керамического слоя 1 выполнена из стали 12Х18Н10Т толщиной 1 мм. Поверхностная плотность брони составляет 83,3 кг/м².

2. Для защиты от пули Б-32 калибра 7,62 мм керамический слой 1 выполнен из карбида бора толщиной 7 мм. Подложка 2 выполнена многослойной: слой, прилегающий к керамике, - из высокомодульной органической ткани типа СВМ, пропитанной клеем на эпоксидном связующем толщиной 2 мм, тыльный слой - из стали 20ХНЗА толщиной 2 мм с пределом прочности при растяжении σ_в=0,9×10⁹ Па. Облицовка 3 для фиксации керамического слоя выполнена из двух слоев высокомодульной органической ткани типа СВМ, пропитанной клеем на эпоксидном связующем. Поверхностная плотность брони составляет 36 кг/м².

3. Для защиты от пули Б-32 калибра 12,7 мм керамический слой 1 выполнен из карбида кремния толщиной 12 мм. Подложка 2 выполнена многослойной: слой, прилегающий к керамике, - из высокомодульной органической ткани типа СВМ, пропитанной клеем на эпоксидном связующем толщиной 0,5 мм, следующий за ним слой - из алюминиевого сплава толщиной 2 мм, тыльный слой - из стали 12Х18Н10Т толщиной 6 мм с пределом прочности при растяжении σ_в=0,64×10⁹ Па. Поверхностная плотность брони составляет 87 кг/м².

Заявляемая конструкция позволяет решить поставленную задачу по разработке надежной многослойной бронезащитной преграды от воздействия бронебойно-зажигательных пуль стрелкового оружия, высокоэнергетических осколков поля боя и получить новый технический результат.

Проведенные испытания на моделях подтвердили технический результат.