Результат интеллектуальной деятельности: БРОНЕЗАЩИТНАЯ ПРЕГРАДА

Изобретение относится к области оружия и боеприпасов, в частности к броневым конструкциям, которые могут быть применены в индивидуальных и транспортных средствах защиты от воздействия пуль стрелкового оружия и высокоэнергетических осколков поля боя, а также может использоваться в различных областях промышленности и техники - в атомной, машиностроении, банковском деле и др.

Известна многослойная бронепреграда (патент РФ №2393416; 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 реакционносвязанного 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 является следующее:

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 защитить объекты от пуль калибра более 7,62 мм и высокоэнергетических осколков поля боя.

Известна многослойная бронепреграда (патент РФ №2180426; МПК F41H 5/04; опубл. 10.03.2002 г.), содержащая подложку из алюминиевого сплава, слой керамических пластин из оксида алюминия, примыкающих одна к другой, и наружную облицовку, склеенные между собой. Керамические пластины скреплены с наружной облицовкой, подложкой и между собой в слое в местах примыкания их торцов один к другому с помощью клея, а наружная облицовка выполнена из двух слоев ткани, например стеклоткани. Толщина керамических пластин составляет 0,8-1,2 толщины подложки, при этом подложка выполнена из алюминиевого сплава с пределом прочности не менее 340 МПа.

Недостатком этой многослойной бронепреграды является следующее:

1. Невысокая стойкость к бронебойным пулям крупнокалиберного стрелкового оружия.

2. Большая трудоемкость и длительность ремонта в случае разрушения.

Наиболее близким аналогом является бронезащитный элемент (патент РФ №2072083; МПК F41H 1/02, F41H 5/04; опубл. 20.01.1997 г.), предназначенный для защиты от воздействия пуль стрелкового оружия.

Бронезащитный элемент представляет собой конструкцию, содержащую керамический слой на подложке, по краям керамического слоя установлены шарниры, а жесткость подложки меняется от центра краям, наименьшая - в центре, наибольшая - в зоне шарниров. Подложка может выполняться как однослойной, так и многослойной. Керамический слой и подложка могут быть заключены в вязкую на удар оболочку. Бронезащитный элемент может быть установлен на мягкую демпфирующую прокладку. Такой бронезащитный элемент не пробивается при поражении бронебойно-зажигательной пулей Б-32 калибра 7,62 мм со скоростью до 750 м/с (5а класс защиты ГОСТ Ρ 50963-96).

Недостатками такого бронезащитного элемента является следующее:

1. Сложность изготовления и ремонта, обусловленные, в том числе, наличием шарниров.

2. Невысокая стойкость к бронебойным пулям крупнокалиберного стрелкового оружия и высокоэнергетическим осколкам поля боя.

Задачей изобретения является разработка надежной защиты объекта от воздействия мм пуль до калибра 12,7 и высокоэнергетических осколков поля боя, с поверхностной плотностью не более 90 кг/м² и толщиной не более 23 мм.

Техническим результатом предлагаемого решения является повышение защитных свойств бронезащитной преграды за счет поджатая подложки к бронеэлементу под усилием, что позволяет более эффективно разрушать сердечник пули при пробитии керамического слоя с дополнительным эффектом ее разворота и заклинивания.

Технический результат достигается тем, что в бронезащитной преграде, содержащей керамический элемент и подложку, заключенные в облицовку, керамический элемент имеет остаточные напряжения, материал подложки выбирается из условия непревышения предела прочности при растяжении материала при приложении усилия поджатия с учетом кривизны керамического элемента или подложки. Подложка может быть выполнена однослойной из стали с пределом прочности при растяжении σ_в=0,4×10⁹-2,5×10⁹ Па. Также подложка может быть выполнена многослойной, при этом тыльный слой подложки выполнен из стали с пределом прочности при растяжении σ_в=0,4×10⁹-2,5×10⁹ Па, а остальные слои выполнены из материала, плотность которого меньше, чем плотность материала тыльного слоя подложки. При кинетической энергии пули ≤3,5 кДж количество слоев подложки - два, при кинетической энергии пули ≥3,5 кДж - подложка содержит более 2-х слоев. Облицовка выполнена из материала с прочностью σ≥50 МПа, толщиной 0,2-2,5 мм. Керамический элемент заневоливается облицовкой. Керамический слой и подложка склеены между собой под усилием, приложенным к подложке со стороны примыкания ее к керамическому элементу. Подложка установлена на мягкую демпфирующую подкладку.

Подложка бронезащитной преграды выполнена однослойной или комбинированной в зависимости от требуемого уровня защиты из высокопрочного металлического материала или композита и может быть изготовлена из алюминиевого сплава или титана, или стали, или органокомпозита на основе высокомодульной органической ткани или их композиций. Керамический слой может быть выполнен из любой бронекерамики, например: SiC, В₄С, Al₂O₃, K₄C, SiC+B₄C.

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 воздействии пули или осколка на заневоленный с помощью облицовки керамический слой происходит эффективное воздействие на поражающий элемент 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. Одновременно с этим происходит разрушение клеевого соединения между подложкой и керамическим элементом, в результате чего предварительно поджатая к керамическому элементу подложка стремится вернуться к своему исходному состоянию, вовлекая в движение разрушенный керамический элемент, за счет дополнительных усилий со стороны керамики пуля или осколок заклиниваются, что может привести к отклонению от траектории движения поражающих элементов и способствует более эффективному их разрушению и торможению. Кроме того, за счет бокового ограничения керамического элемента облицовкой и соседними бронезащитными элементами уменьшается (исключается) разгрузка (краевые эффекты) в керамическом слое. Образующиеся вторичные осколки улавливаются подложкой. Окончательно демпфирование удара и снижение «гидроудара», например, на тело человека, осуществляются мягкой подкладкой.

На рисунках представлены примеры исполнения бронезащитной преграды. На фиг. 1 - изображена бронезащитная преграда с керамическим слоем определенного радиуса, на фиг. 2 - изображена изображена бронезащитная преграда с керамическим слоем прямого профиля до сборки, на фиг. 3 - изображена бронезащитная преграда с керамическим слоем прямого профиля после сборки; где 1 - керамический слой, 2 - подложка, 3 - облицовка, 4 - демпфирующая подкладка.

В качестве примеров конкретного исполнения бронезащитной преграды предложены следующие:

1. Для защиты от бронебойно-зажигательной пули калибра 12,7 мм фронтальный керамический слой 1 выполнен из карбида бора толщиной 9 мм, радиусом 220 мм. Подложка 2 имеет прямой профиль, выполнена из стали 12Х18Н10Т толщиной 7 мм с пределом прочности при растяжении σ_в=0,64×10⁹ Па. Склеивание происходит посредством приложения усилия со стороны подложки 1, которая имеет прямой профиль, и поджатия ее к керамическому слою 1, при этом подложка принимает форму керамического слоя (фиг. 1). В результате этого в керамическом слое 1 возникают остаточные напряжения. Облицовка 3 для фиксации фронтального керамического слоя 1 выполнена из стали 12Х18Н10Т толщиной 1 мм. Поверхностная плотность брони составляет 84,9 кг/м².

2. Для защиты от пули Б-32 калибра 7,62 мм фронтальный керамический слой 1 выполнен из карбида бора толщиной 7 мм, радиусом 220 мм. Подложка 2 имеет прямой профиль, выполнена многослойной: слой, прилегающий к керамике - из алюминиевого сплава толщиной 2 мм, тыльный слой - из стали 12Х18Н10Т толщиной 2 мм с пределом прочности при растяжении σ_в=0,64×10⁹ Па. Склеивание происходит посредством приложения усилия со стороны подложки 1, которая имеет прямой профиль, и поджатия ее к керамическому слою 1, при этом подложка принимает форму керамического слоя (фиг. 1). В результате этого в керамическом слое 1 возникают остаточные напряжения. Облицовка 3 для фиксации фронтального керамического слоя 1 выполнена из стали 12Х18Н10Т толщиной 1 мм. Поверхностная плотность брони составляет - 40,9 кг/м².

3. Для защиты от пули Б-32 калибра 12,7 мм фронтальный керамический слой 1 выполнен из карбида кремния толщиной 11 мм, имеет прямой профиль (фиг. 2). Подложка 2 имеет радиус 200 мм, выполнена многослойной: слой, прилегающий к керамике - из алюминиевого сплава толщиной 3 мм, тыльный слой - из стали 12Х18Н10Т толщиной 3 мм с пределом прочности при растяжении σ_в=0,64×10⁹ Па. Склеивание происходит посредством приложения усилия со стороны подложки 1, имеющей радиус 200 мм, и поджатия ее к керамическому слою 1, при этом подложка принимает форму керамического слоя (фиг. 3). В результате этого в керамическом слое 1 возникают остаточные напряжения. Облицовка 3 для фиксации фронтального керамического слоя 1 выполнена из стали 12Х18Н10Т толщиной 1 мм. Поверхностная плотность брони составляет - 67,5 кг/м².

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

Проведенные испытания на моделях подтвердили заявляемый технический результат.