СИЛОВОЙ ЭЛЕМЕНТ ДЛЯ ИНДИВИДУАЛЬНОГО СРЕДСТВА ЗАЩИТЫ Российский патент 1998 года по МПК F41H1/02 

Изобретение относится к защитным устройствам, в частности к средствам индивидуальной бронезащиты от огнестрельного, холодного оружия, и других механических поражающих средств (осколочных, режущих) и может быть использовано в бронежилетах.

Известна броневая защита от пуль, содержащая плиту для остановки пуль, перед которой с некоторым зазором расположена дополнительная плита из керамического материала [1].

Отличительной особенностью заявленной конструкции является то, что керамическая плита имеет большое количество равномерно расположенных ячеек, глухие отверстия которых ориентированы перпендикулярно задней поверхности плиты, а также то, что керамическая плита служит для дистабилизации и захвата пуль, чтобы содействовать их разрушению на броневой плите для остановки пуль.

Недостатками конструкции являются сложность изготовления высокопрочных керамических изделий; принципиальная "одноразовость" работы защитной керамики; громоздкость конструкций, ее большой вес и габариты; не предназначена для средства индивидуальной защиты (броневая защита от пуль).

Известно устройство бронежилета, содержащего нагрудник из алюминиевой подкладки и керамической накладки [2].

Отличительной особенностью заявленной конструкции является то, что бронежилет снабжен отражающим элементом, выполненным с одной стороны в виде выпуклой полусферы, а с другой стороны - в виде конуса, причем отражающий элемент расположен в ячейках в виде выгнутой полусферы, имеющих шахматный порядок и расположенных на наружной поверхности керамической накладки, а между ячейками и отражающим элементом размещен фиксирующий материал.

Радиус вогнутой полусферы накладки больше радиуса выпуклой полусферы отражающего элемента.

Отражающий элемент выполняется из твердого материала, например керамики, с углом при вершине не менее 90^o, а толщина фиксирующего материала составляет несколько десятых мм.

Существенным недостатком заявленной конструкции является низкая надежность защиты, связанная с низкой механической прочностью защиты пеноалюминиевой основы.

В случае попадания пули между отражающими элементами пуля пробивает конструкцию практически не встречая сопротивления.

Близким техническим решением по своему назначению и применению является пулезащитный материал для бронежилетов, предназначенный для защиты от пистолетных и револьверных пуль, представляющего собой многослойный лист из полиэтилена с включенным в материал сотовидным слоем из полиамидных волокон, пропитанных фенольной смолой [3].

Существенным недостатком решения является то, что упомянутый пулезащитный материал не предназначен для защиты от пуль, выпущенных из автоматического оружия, а также российских пистолетов типа "МАКАРОВ" и "СТЕЧКИН", пули которых имеют твердую оболочку в отличие от мягких пуль, применяемых в западном полицейском оружии за счет недостаточной жесткости и прочности матрицы (многослойный лист из полиэтилена с включенным в материал сотовидным слоем из полиамидных волокон, пропитанных фенольной смолой).

Ряд последующих недостатков характеризуют: неэкономичность производства; технологическую сложность раскроя материала; сложность конструкции предполагает большое число операций при ее изготовлении; полиамидное волокно не обеспечивает большого числа рикошетов в пулезащитном материале; низкая надежность защиты; использование в конструкции фенольных смол делает производство неэкономичным.

Предлагаемое решение лишено вышеизложенных недостатков и позволяет обеспечить эффективность и надежность защиты от баллистических и колющих проникновений тел и предметов путем повышения механической прочности матрицы и изменений геометрии сотовой матрицы с использованием наполнителя сот; упростить конструкцию и повысить технологичность изготовления; обеспечить простоту и экономичность производства.

Наиболее близким техническим решением является [4], где известен силовой элемент для индивидуального средства защиты, содержащий матрицу, имеющую сотовидную геометрию.

Данный силовой элемент имеет ряд существенных недостатков.

1. Полигональная структура имеет углы, которые являются концентраторами напряжений и уменьшают надежность конструкции.

2. Сотовая структура выполнена из термопластичного материала, а не из металла, что резко снижает ее прочность.

3. Сквозные отверстия в сотовой конструкции закрыты оболочкой с обеих сторон, что усложняет технологию изготовления.

4. Наполнители ячеек служат для защиты от проникновения игл, а не для создания гидравлического упора, возникающего при ударе пули.

Поставленная техническая задача достигается тем, что в силовом элементе для индивидуального средства защиты, содержащем матрицу, имеющую сотовидную геометрию, матрица выполнена из вязкоупругого сплава, несквозные отверстия которой заполнены наполнителем, гидродинамически эквивалентным несжимаемой жидкости, при этом размер отверстий выбран в соответствии с диапазоном калибров общевойскового стрелкового оружия, а глубина отверстий выбрана в пределах 50-80% толщины силового элемента;
- отверстия матрицы заполнены наполнителем в виде металлических или неметаллических капсул, включая пластиковые и керамические;
- в качестве наполнителя в отверстиях матрицы используется вода и различные растворы на водной основе, а также масла или другие технические жидкости;
- в качестве наполнителя используются пластики;
- в качестве наполнителя используются легкие сплавы, в том числе алюминий и его сплавы;
- в качестве наполнителя используются керамические таблетки;
- в качестве наполнителя используются пластики с присадками керамики.

На фиг. 1 изображен общий вид силового элемента; на фиг. 2 - сечение по А-А фиг. 1.

Силовой элемент состоит из сотовой матрицы 1 с отверстиями 2 и наполнителя отверстий 3.

Выполнение матрицы из вязкоупругого материала ( матрицы с высокой ударной вязкостью) представлено в предлагаемой таблице.

Высокая ударная вязкость матрицы обеспечивает малость длины пробега пули в материале матрицы. Математические расчеты показали, что для материала с механическими характеристиками, близкими к приведенным в таблице, глубина проникновения пули, выпущенной из автомата АК-47 или более поздней модификации Калашникова калибра 7,62 мм, не превышает более одного сантиметра при дистанции стрельбы порядка десяти метров.

Следует отметить, что указанная цифра носит характер оценки верхнего предела глубины проникновения пули в металле.

Реальная толщина брони штурмовиков "ИЛ" времен второй мировой войны составляла 2 мм и выдерживала выстрел из пистолета системы "ТТ" с расстояния порядка 10 м.

Рассмотрим задачу взаимодействия пули с патентуемой конструкцией, полагая поперечные размеры матрицы порядка 8 мм и глубине отверстий порядка 6 мм при любой форме донышка отверстий и конусности.

Если пуля попадает в сплошной материал, т.е. в стык между отверстиями (сщтами), то восьмимиллиметровый путь в сплошном металле вполне достаточен для остановки пули.

Если пуля попадает в край отверстия, то она рикошетирует и гасит свою энергию, двигаясь поперек матрицы, что также с гарантией гасит ее энергию. При попадании пули строго по центру отверстия пуля начинает работать как поршень и согласно закону Паскаля передает давление на стенки матрицы изотропно. При этом энергия пули полностью уходит на разрушение поперечных стенок сотовой конструкции. Оставшиеся 2 мм сплошного металла донышка матрицы являются страховочным слоем и гарантируют полную остановку предварительно заторможенной гидравлическим тормозом пули.

Идеальным наполнителем является обычная вода, являющаяся практически несжимаемой жидкостью. На практике вместо воды приходится использовать пластиковые наполнители, уступающие воде в гидродинамических характеристиках, но более удобные и приемлемые с точки зрения эксплуатации изделия. Один из возможных вариантов решения проблемы наполнителя - это заполнение отверстий пластиковыми капсулами, специальными жидкостями, включая различные водные растворы, смеси, сплавы, спеки.

Выполнение наполнителя в виде капсул, запрессованных в матрицу, позволяет использовать наиболее эффективно с точки зрения гидродинамики жидкости, как вода, раствор натрий хлор, глицерин и технические масла.

Их преимущество: дешевизна, удобство в эксплуатации, изготовлении и физиологичность.

При минимальной глубине отверстий прочность конструкции максимальна, но при этом увеличивается вес. При увеличении глубины отверстий снижается механическая прочность конструкции при ее облегчении.

Верхний и нижний пределы обусловлены с одной стороны носимостью конструкции, т. е. тем предельным весом бронежилета, при котором человек сохраняет боеспособность, а с другой стороны обеспечить механическую прочность.

Верхний предел глубины выбранного отверстия определяется необходимостью иметь запас прочности конструкции. Для обеспечения механической жесткости толщина стенок перегородок должна быть того же порядка, что и толщина донышка глухого отверстия.

Конструкция работает в качестве защиты от пуль только будучи обращенной лицевой стороной матрицы в сторону направления выстрела.

Предлагаемая конструкция силового элемента может найти широкое применение как средство индивидуальной защиты, так и для бронирования гражданской и военной техники.

В настоящее время ведутся испытания силовых элементов для выбора оптимального набора технологических параметров.

Использование: изобретение относится к защитным устройствам, в частности к средствам индивидуальной бронезащиты от огнестрельного, холодного оружия и других механических поражающих средств (осколочных, режущих). Сущность: в силовом элементе для индивидуального средства защиты, содержащем матрицу, имеющую сотовидную геометрию, матрица выполнена из вязкоупругого сплава. Несквозные отверстия матрицы заполнены наполнителем, гидродинамически эквивалентным несжимаемой жидкости. Размер отверстий выбран в соответствии с диапазоном калибров общевойскового стрелкового оружия, а глубина отверстий выбрана в пределах 50 - 80% толщины силового элемента. Отверстия матрицы силового элемента заполнены наполнителем в виде металлических или неметаллических капсул, включая пластиковые и керамические. 6 з.п.ф-лы, 1 табл., 2 ил.

1. Силовой элемент для индивидуального средства защиты, содержащий матрицу, имеющую сотовидную геометрию, отличающийся тем, что в нем матрица выполнена из вязкоупругого сплава, ее несквозные отверстия заполнены наполнителем, гидродинамически эквивалентным несжимаемой жидкости, при этом размер отверстий выбран в соответствии с диапазоном калибров общевойскового стрелкового оружия, а глубина отверстий выбрана в пределах 50 - 80% толщины силового элемента. 2. Элемент по п.1, отличающийся тем, что отверстия матрицы заполнены наполнителем в виде металлических или неметаллических капсул, включая пластиковые и керамические. 3. Элемент по любому из пп.1 и 2, отличающийся тем, что в качестве наполнителя в отверстиях матрицы используется вода и различные растворы на водной основе, а также масла или другие технические жидкости. 4. Элемент по любому из пп.1 и 2, отличающийся тем, что в качестве наполнителя используются пластики. 5. Элемент по любому из пп.1 и 2, отличающийся тем, что в качестве наполнителя используются легкие сплавы, в том числе алюминий и его сплавы. 6. Элемент по любому из пп.1 и 2, отличающийся тем, что в качестве наполнителя используются керамические таблетки. 7. Элемент по любому из пп.1 и 2, отличающийся тем, что в качестве наполнителя используются пластики с присадками керамики.