БРОНЕВАЯ КОМПОЗИЦИЯ Российский патент 1998 года по МПК F41H1/02 F41H5/04 

Изобретение относится к области оружия, боеприпасов, в частности к броневым конструкциям, которые могут быть применены в индивидуальных и транспортных средствах защиты от воздействия пуль стрелкового оружия.

Известна пуленепробиваемая панель (патент России N 2046271 с приоритетом от 12.05.92, F 41 H 1/02, опубл. БИ N 29 от 20.10.95), содержащая пластины с поверхностью отклонения пуль.

Пластины выполнены изогнутыми по всей длине и установлены на струнах, закрепленных в стенках корпуса. Между пластинами на струнах размещены демпферы. В торцах каждой пластины выполнены прорези для установки ее на струнах. Кроме того, центральная пластина панели выполнена из двух пластин, скрепленных между собой и направленных изогнутыми поверхностями в разные стороны. Остальные пластины каждой из половин панели размещены параллельно каждой из сторон центральной пластины. Такая конструкция позволяет отклонять пулю от первоначального направления за счет проворота отдельных пластин панели в момент ее соприкосновения с криволинейной поверхностью пластин. Наличие струн создает неустойчивость (быстрый проворот пластин) в момент воздействия пули, что в конечном счете, неизбежно приводит к рикошету пули.

Недостатки такой конструкции:
1. При провороте отдельных пластин происходит рикошет пули, что не исключает проникание рикошетируемой пули под соседнюю пластину панели (так называемый "эффект подныривания"). В этом случае возможно пробитие пуленепробиваемой панели.

2. Наличие струн создает определенные неудобства в эксплуатации панели - необходим тщательный осмотр панели с целью исключения обрыва струн при случайных воздействиях (механических ударах различными предметами, вибрациях, падениях и т.д.). Для этой цели в панели должны быть предусмотрены эксплуатационные лючки и т.п., что приводит к значительному усложнению конструкции панели.

Известна также поэлементная броня (патент России N 2045736 с приоритетом от 27.01.93, F 41 H 5/04, опубл. БИ N 28 от 10.10.95), содержащая подвижные броневые элементы.

Нижняя часть каждого броневого элемента образована выпуклой сферической поверхностью, которая связана с неподвижной броневой плитой разрушаемым соединительным элементом. В неподвижной броневой плите выполнены сферические углубления для установки нижней части подвижных броневых элементов. Верхняя часть подвижных броневых элементов образована сферической поверхностью, сопряженной со сферической поверхностью нижней части. В каждом подвижном броневом элементе выполнены полости, заполненные быстросгорающим и самовоспламеняющимся составом. На поверхность верхней части подвижных броневых элементов выходят тангенциальные каналы, сообщающиеся с полостями, содержащими указанный состав. Изменение направления движения пули или снаряда обеспечивается при попадании их в один из подвижных броневых элементов. При этом за счет асимметричной формы подвижного броневого элемента со смещенным центром масс происходит дестабилизация проникающей энергии пули или снаряда. Дополнительная дестабилизация пули или снаряда возникает при истечении продуктов разложения быстросгорающего самовоспламеняющегося состава и кумулятивной струи через каналы и отверстия в броневом элементе.

Недостатки поэлементной брони:
1. Сложность и нетехнологичность конструкции. Изготовление отдельных составных частей брони требует специального оборудования и приспособлений.

2. Неудобство эксплуатации, заключающееся в постоянном контроле за состоянием разрушаемого соединительного элемента брони. В случае нарушения его целостности возможна потеря подвижных элементов брони и, как следствие, при обстреле - пробитие самой брони.

3. Возможно самопроизвольное возгорание быстросгорающего самовоспламеняющегося состава подвижных элементов брони. Это может стать дополнительным источником опасности для защищаемого объекта.

За прототип выбран бронежилет (патент России N 2015489 от 12.02.92 г., F 41 H 1/00, опубл. БИ N 12 от 30.06.94), содержащий лицевой слой из твердого материала (керамическая накладка). Наружная поверхность керамической накладки выполнена ячеистой. Ячейки расположены в шахматном порядке. Форма ячеек - вогнутая полусфера. В ячейках зафиксированы отражающие элементы, которые выполнены с одной стороны в виде выпуклой полусферы, а с другой - в виде конуса. Между ячейками и отражающими элементами размещен фиксирующий материал (эпоксидная смола и т.п.). Радиус вогнутой полусферы накладки выполнен больше радиуса выпуклой полусферы отражающих элементов. Угол при вершине конуса составляет не менее 90^o. Отражающий элемент имеет диаметр 5 - 9 мм и выполняется из твердого материала, например, керамики. Толщина фиксирующего материала - несколько десятых миллиметра. При контакте пули с лицевым слоем во время удара происходит нарушение фиксирующего материала и отражающий элемент смещается. При этом пуля изменяет траекторию полета, опрокидывается или рикошетит, в зависимости от угла встречи с лицевым слоем. Поражающее воздействие пули резко снижается.

К недостаткам такой конструкции относятся:
1. В эксплуатации возможно повреждение фиксирующего материала и потеря отражающих элементов, что может привести к заметному снижению степени защиты не только при лобовом, но и при боковом ударе пули в случае попадания ее в ячейку полусферической формы, уже не содержащую отражающего элемента.

2. Конструкция сложна в изготовлении, требует выполнения разнородных технологических операций на специальном оборудовании.

Основной задачей броневой композиции является уменьшение массы и толщины с увеличением защитных свойств при поражении бронебойно-зажигательными 7,62-мм пулями массой 7,9 - 10,4 г со скоростью до 800 м/с.

Сущность предложенной броневой композиции, содержащей с лицевой стороны накладку твердостью HRC_э 35 с отражающим элементом, заключается в том, что отражающий элемент выполнен в виде слоя из полимерного материала с плотностью 2000 - 2500 кг/м³. В теле слоя из полимерного материала размещается слой жидкости с плотностью 900 - 1100 кг/м³ и с интервалом температур от минус 60 до плюс 250^oC. Толщина жидкого h₁ и высота полимерного h₂ слоев выбираются из соотношения h₁/h₂ • d = 2 - 4. Величина d выбирается как 0,5 - 0,9 от толщины накладки, не пробивающейся пулей для выбранных углов ее встречи с броневой композицией, а толщина h₁ выбирается как 0,03 - 0,06 от величины d.

Высокая стойкость броневой композиции достигается за счет изменения траектории полета пули, приводящего к ее рикошету при углах встречи с броневой композицией, начиная с 45 - 50^o и более (отсчет угла ведется от продольной оси пули к нормали к поверхности броневой композиции). Такие углы встречи более чем в два раза превышают углы, при которых возможно возникновение рикошета пули в известных технических решениях. Рикошет достигается за счет следующего. Пуля при встрече с броневой композицией протыкает полимерный слой и захватывает слой жидкости, примерно так, как это происходит в прокатном стане при прокатке листа в клинообразном зазоре. В месте контакта пули с жидкостью возникает давление, создающее усилие, которое пытается уравновесить внешнюю нагрузку. Поскольку пуля в процессе своего движения вращается, это приводит к дополнительному увлечению жидкости пулей в движение. Пуля при этом как бы всплывает на жидкости, приобретая неустойчивый, близкий к опрокидыванию, характер движения. Это движение усугубляется и тем, что при ударе пули по жидкости возникает эффект гидроудара, распространяющегося по поверхности слоя из полимера. В результате этого слой из полимера в месте удара сжимается и в момент разгрузки обильно натекает на наружные поверхности пули, вызывая дополнительные ее возмущения и увеличивая опрокидывающий момент. В таких условиях даже при незначительных отклонениях продольной оси пули от нормали к поверхности броневой композиции происходит рикошет пули. Защитные свойства броневой композиции возрастают.

Новый технический результат броневой композиции выражается в уменьшении ее толщины и массы, а также в увеличении защитных свойств при обстреле 7,62-мм бронебойно-зажигательными пулями массой 7,9 - 10,4 г со скоростью до 800 м/с, и не достигается ни в одном из известных авторам источников.

На фиг. 1 изображен общий вид броневой композиции, а на фиг. 2 и 3 показано взаимодействие пули с броневой композицией, где: 1 - накладка, 2 - слой из полимерного материала; 3 - слой жидкости; 4 - пуля; h₁ - толщина слоя жидкости; h₂ - высота слоя из полимера; d - толщина накладки, не пробивающейся пулей для выбранных углов встречи с броневой композицией; α - угол встречи пули с броневой композицией.

Броневая композиция имеет следующую конструкцию (фиг. 1).

Накладка 1 выполнена из твердого материала - керамики из карбида бора (кремния и т. п. ), или закаленной стали, или другого твердого материала с твердостью не менее HRC_э 35. Слой из полимерного материала 2 имеет плотность 2000 - 2500 кг/м³. В теле слоя из полимерного материала 2 высотой h₂ размещен слой жидкости 3 толщиной h₁. Жидкость слоя 3 имеет плотность 900 - 1100 кг/м³ и интервал рабочих температур от минус 60 до плюс 250^oC. Толщина d накладки 1 выбрана как 0,5 - 0,9 от толщины накладки, не пробивающейся пулей для выбранных углов встречи с броневой композицией. Толщина слоя h₁ жидкости 3 составляет 0,03 - 0,06 от величины d. Толщина h₁ жидкого слоя 3, высота h₂ полимерного слоя 2 и величина d связаны соотношением h₁/h₂ • d = 2 - 4.

Действие броневой композиции заключается в следующем (фиг. 2, 3). Пуля 4 подходит к слою из полимера 2 броневой композиции с углом встречи α , вращаясь вокруг собственной продольной оси. Это вращение, придающее устойчивость пуле при полете в воздухе, при встрече с твердой накладкой, покрытой слоем из полимерного материала 2, улучшает условия для возникновения рикошета пули 4. Это связано с тем, что пуля 4, протыкая слой из полимера 2, окунается в достаточно сжатую жидкую среду слоя 3, вовлекая ее за собой. Вокруг поверхностей пули образуется устойчивая жидкая рубашка и в определенный момент усилия удара со стороны пули уравновешиваются силой противодействия со стороны жидкости 3. Это равновесие вскоре нарушается за счет разгрузки сжатой жидкости 3 и слоя из полимера 2. Точки приложения этих усилий не совпадают, что приводит к возникновению опрокидывающего момента в пуле 4. Пуля при этом начинает резко менять направление полета, встречаясь с накладкой 1 уже с довольно большим углом встречи. Окончательно рикошет пули 4 происходит за счет того, что при встрече пули 4 с накладкой 1 хвостовая ее часть скользит через жидкую прослойку по полимерному материалу слоя 2, а носовая часть - через ту же прослойку по материалу накладки 1. Опять возникает неравномерность нагружения пули со стороны слоев броневой композиции, устойчивость пули окончательно теряется, наступает неизбежный рикошет пули. Накладка 1 получает поверхностные повреждения, гораздо меньшие, чем аналогичная накладка без полимерного 2 и жидкого 3 слоев. Толщины слоев броневой композиции тесно связаны между собой. Так, толщина h₁ жидкого слоя 2 должна составлять 0,03 - 0,06 от толщины d, которая выбирается как 0,5 - 0,9 от толщины накладки, не пробивающейся пулей для выбранных углов встречи с броневой композицией.

Уменьшение этой толщины менее указанной величины приводит к тому, что вокруг пули не образуется жидкая рубашка, не происходит эффективное вовлечение жидкости за пулей и, как следствие, условия для рикошета пули ухудшаются. Значительное увеличение этой толщины (более 0,03 - 0,06) может даже не то, что приводить к рикошету пули, а, наоборот, к ее стабилизации в толстой среде жидкого слоя 3. При этом защитные свойства броневой композиции снижаются. При уменьшении величины соотношения h₁/h₂ • d менее 2 - 4 происходит увеличение высоты h₂ полимерного слоя 2, а это приводит к определенной стабилизации и устойчивости пули при проникании через толстые слои из мягкого материала, каким и является материал полимерного слоя 2. Наоборот, увеличение этого соотношения приводит к уменьшению высоты h₂ полимерного слоя 2. При этом ухудшаются условия для уравновешивания пули в жидкой среде и для перераспределения усилий по поверхности пули, являющихся предпосылками к ее опрокидыванию и рикошету.

Увеличение плотности полимерного материала более 2000 - 2500 кг/м³ приводит к значительному увеличению массы броневой композиции без увеличения ее защитных свойств.

Широкий интервал рабочих температур жидкого слоя 3 (от минус 60 до плюс 250^oC) способствует стабильности работы броневой композиции вне зависимости от усилий окружающей среды и нагрева пули при внедрении в слои броневой композиции, при этом свойства жидкого слоя не изменяются. Плотность жидкого слоя управляет, в частности, эффектом перераспределения усилий на пуле при гидравлическом ударе в среде жидкого слоя 3. Защитные свойства броневой композиции возрастают. Броневая композиция не пробивается при поражении бронебойно-зажигательными 7,62-мм пулями Б32 массой 7,9 - 10,4 г со скоростью до 800 м/с. При этом толщина броневой композиции уменьшается в 1,2 - 2,0 раза по сравнению с известными броневыми композициями, но без полимерного 2 и жидкого 3 слоев.

В качестве подтверждения промышленной применимости рассмотрен пример конкретного выполнения броневой композиции:
накладка 1 выполнена из броневой стали толщиной 6 мм;
слой 2 выполнен из полимера высотой (h₂) 0,8 мм, плотностью 2100 кг/м;
слой 3 выполнен из силиконовой жидкости толщиной (h₁) 0,36 мм, плотностью 1000 кг/м и интервалом рабочих температур от -60 до +250^oC.

При этом толщина h₁ жидкого слоя 3 составляет 0,06 от величины d, равной 6 мм, а соотношение h₁/h₂•d (0,36/0,8 • 6) равно 2,7, суммарная толщина броневой композиции составляет 6,8 мм, что в 1,5 раза меньше, чем аналогичные по защитным свойствам броневые композиции. Масса такой броневой композиции более чем на 20% меньше по сравнению с известными.

Заявляемая броневая композиция прошла испытания на поражение пулями, получены положительные результаты.

Конструкция броневой композиции позволяет решить поставленные задачи и получить новый технический результат в виде уменьшения массы и толщины, а также в увеличении защитных свойств при обстреле бронебойно-зажигательными 7,62-мм пулями Б32 массой 7,9 - 10,4 г со скоростью до 800 м/с.

Изобретение относится к броневым конструкциям, которые могут быть применены в индивидуальных и транспортных средствах защиты от воздействия пуль стрелкового оружия. Сущность изобретения заключается в том, что броневая композиция содержит с лицевой стороны накладку твердостью не менее HRCэ 35 с отражающим элементом. Отражающий элемент выполнен из слоя полимерного материала с плотностью 2000 - 2500 кг/м³, заключающего в себе слой жидкости с плотностью 900 - 1100 кг/м³ и интервалом рабочих температур от минус 60 до плюс 250^oC. Толщина h₁ жидкого и высота h₂ полимерного слоев выбраны из соотношения h₁/h₂ • d = 2 - 4. Величина d составляет 0,5 - 0,9 от толщины накладки, не пробивающейся пулей для выбранных углов встречи с броневой композицией. Толщина h₁ жидкого слоя составляет 0,03 - 0,06 от величины d. Технический результат - уменьшение массы и толщины, а также увеличение защитных свойств при обстреле бронебойно-зажигательными пулями. 3 ил.

Броневая композиция, содержащая с лицевой стороны накладку с отражающим элементом, отличающаяся тем, что накладка выполнена из материала с твердостью не менее HRC_э 35, а отражающий элемент выполнен из слоя полимерного материала с плотностью 2000 - 2500 кг/м³, заключающего в себе слой жидкости с плотностью 900 - 1100 кг/м³ и интервалом рабочих температур от минус 60 до плюс 250^oC, при этом толщина жидкого и высота полимерного слоев выбраны из соотношения h₁/h₂ • d = 2 - 4, где h₁ - толщина жидкого слоя, h₂ - высота слоя из полимерного материала, причем величина d составляет 0,5 - 0,9 от толщины накладки, непробивающейся пулей для выбранных углов встречи с броневой композицией, а толщина жидкого слоя составляет 0,03 - 0,06 от величины d.