СПОСОБ ПОВЫШЕНИЯ ЗАЩИТНЫХ СВОЙСТВ ЗАЩИТНОГО ИЗДЕЛИЯ Российский патент 1998 года по МПК F16L57/00 

Изобретение относится к области средств защиты и может быть использовано для защиты от поражающих элементов различных объектов, например деталей плоской или выпуклой формы, изделий трубной или подобной трубной формы, а также помещений, в которых присутствуют люди и хранятся пожаро- и взрывоопасные вещества (перекачиваемые по трубопроводам), и подвергающихся опасности террористических актов.

Известен способ повышения защитных свойств защитного изделия, при котором в процессе изготовления защитному изделию придают способность противодействия деформирующим действиям поражающего элемента, например за счет использования прочного материала (брони) и его термообработки [1].

Недостатком этого способа является ограниченность получаемой способности противодействия прочностными свойствами материала.

Известен также способ повышения защитных свойств, при котором в процессе изготовления защитному изделию придают способность противодействия деформирующим действиям поражающего элемента, как за счет прочностных свойств материала, так и за счет придания изделию оптимальной пространственной конфигурации (кривизны) [2].

Недостатком этого способа также является ограниченность получаемой способности противодействия, в частности при углах наклона траектории, превышающих критический (максимальный) для рикошетирования.

Технической задачей изобретения является придание защитному изделию дополнительной способности (кроме, например, указанных, присущих известным способам) противодействия деформирующим действиям поражающего элемента таким образом, чтобы в изделии предварительно формировались условия, препятствующие сохранению траектории и ориентации поражающего элемента после начала его контакта с защитным изделием. Технический результат при этом может выражаться как получение эффекта рикошетирования поражающего элемента после начала его контакта с поверхностью изделия при внешних углах наклона траектории к поверхности изделия, больших критического (максимального) угла рикошетирования. В случае внедрения поражающего элемента через поверхность в материал изделия, достигается уменьшение угла наклона к поверхности последнего, т.е. получение при движении внутри изделия углов наклона к поверхности меньших, чем первоначальные внешние углы.

Сущность изобретения заключается в том, что в способе повышения защитных свойств защитного изделия, при котором в процессе изготовления защитному изделию придают способность противодействия деформирующим действиям поражающего элемента, в качестве дополнительной способности противодействия, изделию придают способность дестабилизировать движение поражающего элемента, например траекторию, ориентацию (угловое положение), и кинематические характеристики за счет создания в изделии искусственной анизотропности путем приложения в процессе изготовления изменяющихся по величине дискретно или плавно вдоль изделия неразрушающих воздействий с формированием при этом чередующихся объемных элементов (условных), различающихся между собой по меньшей мере величиной внутренних остаточных (стабилизированных) напряжений (деформаций) и распределенных преимущественно с наклоном вдоль защитного изделия с возможностью встречного и бокового противодействия как минимум головной части поражающего элемента. Искусственную анизотропность создают в процессе изготовления путем приложения воздействий полностью или частично имитирующих эксплуатационные или заданные по величине, а также по направлению, и, в частности, силовых воздействий, например механических, гидродинамических, газодинамических, магнитных, или несиловых воздействий, например электрических, термических, химических, акустических, рентгеновских, радиационных. Защитное изделие устанавливают подвижно, например с возможностью перестановки, продольного перемещения, поворота и замены. Искусственную анизотропность в изделии создают, в частном случае исполнения, путем соединения пакета пластин с различными, например, чередующимися механическими свойствами, полученными за счет приложения указанных воздействий при индивидуальном изготовлении пластин. Объемные элементы формируют сплошными или прерывистыми, а их границы - прямо или криволинейными, причем остаточные напряжения компенсируют действие поражающего элемента.

На фиг. 1, 2, 3 изображены схематично разрезы вдоль поверхности защитного изделия с различной конфигурацией объемных элементов; на фиг. 4, 5 - схемы взаимодействия защитного изделия с поражающим элементом.

На фиг. 1 - 5 (схемах) обозначены: 1, 2, 3, 4, - объемные элементы; 5 - поверхность защитного изделия; 6 - поражающий элемент; 7 - защищаемый объект; 8 - элемент (например, эксцентрик) перестановки, перемещения и поворота. Соседние элементы 1 - 4 изображены с противоположной штриховкой.

Способ реализуется следующим образом.

Заготовку изделия из металла или сплава подвергают в процессе изготовления изменяющимся по величине дискретно или непрерывно вдоль поверхности 5 изделия неразрушающим воздействиям. Воздействия могут полностью или частично имитировать эксплуатационные или заданные (с противоположным знаком). В частности, могут использоваться силовые воздействия, например механические, гидродинамические, газодинамические, магнитные, или несиловые воздействия, например электрические, термические, химические, акустические, рентгеновские, радиационные. Этот перечень не является исчерпывающим. Остаточные напряжения могут быть сформированы практически любыми воздействиями. В качестве силовых механических воздействий могут быть использованы воздействия, получаемые при реализации технологических процессов, описанных в авт.св. N 935248, N 1541284, N 1765206, в патенте N 2048539, опубл. заявке N 9410450. Поскольку притязания заявителя не распространяются на способы получения напряжений, эти способы в рамках данной заявки не описываются. Существенным является не способ приложения воздействий, а факт получения и сохранения остаточных напряжений после прекращения этого воздействия. В каждом случае вид и величина прикладываемых воздействий выбираются исходя из обеспечения остаточных напряжений, однако в границах неразрушающих деформаций, а также исходя из наиболее вероятной (ожидаемой) траектории поражающего элемента и его размеров, которые должны быть одного порядка с размерами элементов 1 - 4. Воздействия прикладывают, например, локально, с помощью многоступенчатого деформатора, дискретно вдоль поверхности 5 защитного изделия таким образом, что напряжения создаются на глубину, по меньшей мере одного порядка с размером поражающего элемента вдоль его траектории, а распределение этих напряжений анизотропно, т.е. имеет место формирование объемных элементов, различающихся величиной остаточных напряжений, присутствующих после снятия воздействий. Объемные элементы могут иметь либо четкие границы (как пластины), либо условные (несколько размытые) границы прямо или криволинейной формы.

После снятия воздействий наклон объемных элементов к поверхности 5 изделия практически соответствует наклону приложенных воздействий. Остаточные (стабилизированные) напряжения могут сопровождаться небольшими остаточными деформациями или не сопровождаться остаточными деформациями. В любом случае операции по снятию (полному) остаточных напряжений не проводятся и защитное изделие получается анизотропным, состоящим из условных объемных элементов, различающихся между собой по меньшей мере величиной стабилизированных (например, закалкой) внутренних остаточных напряжений (деформаций).

Наиболее простым и технологичным является получение защитного изделия с искусственной анизотропностью путем механического соединения пакета пластин с различными, например, чередующимися механическими свойствами, получаемыми путем приложения вышеуказанных воздействий при индивидуальном изготовлении пластин. Индивидуальное изготовление пластин позволяет выполнить каждую из них с заданными свойствами, обеспечить точность воспроизведения и однородность (или заданную неоднородность) остаточных напряжений, размеры, наклон, конфигурацию каждой пластины как объемного элемента 1 - 4, а также осуществлять выборочный контроль на образцах. В этом случае возможно серийное изготовление определенной номенклатуры пластин для получения из них защитных изделий с разным распределением остаточных напряжений, с разным наклоном и порядком чередования пластин, в зависимости от вида защищаемого объекта, и ожидаемого поражающего элемента.

Технической результат, получаемый в результате использования изобретения заключается в следующем.

Пример 1. Поражающий элемент, например пуля, попадает под случайным углом на поверхность 5 защитного изделия. При этом она испытывает встречное противодействие поверхностного слоя и оказывает деформирующее действие на два соседних элемента из 1 - 4 (в любом случае - четкие у них границы или "размытые", "условные"). Каждый из них подвергается деформирующему действию со стороны пули, сопровождающемуся возникновением в нем обратных напряжений. Поскольку соседние элементы 1 - 4 уже имеют разные по величине остаточные напряжения, результирующее противодействие со стороны каждого из них, приложенное, например, к головной части пули, отличается от соседнего. Таким образом, пуля 6 в момент попадания на поверхность 5 оказывается под двумя различными по меньшей мере по величине воздействиями со стороны элементов 1-4, что приводит к дестабилизации ее движения, т.е. изменению ориентации, траектории, скорости, ускорения и возникновению отклоняющего момента. Положение (ориентация) пули 6 изменяется, как показано на фиг. 4, что эквивалентно уменьшению угла наклона траектории пули к поверхности 5 изделия. Угол α изменяется от α₁ до α₂ в направлении уменьшенных углов, оптимальных для рикошетирования. В результате обеспечивается рикошетирование в расширенном диапазоне углов α₁ , т.е. в случаях увеличенных сверх критического (максимального) углов α₁ наклона траектории пули к поверхности 5. Взаимодействие с двумя объемными элементами из 1 - 4, находящимися в неодинаковом предварительно напряженном состоянии, изменяют ориентацию - угол наклона траектории в направлении его уменьшения для получения углов α₂ в диапазоне углов, обеспечивающих рикошетирование и тем самым повышение защитных свойств изделия по сравнению с известными, не обладающими анизотропностью, без увеличения массы изделия и его толщины.

Пример 2. Если пуля обладает достаточной энергией для проникновения через поверхность 5 и внедрения в материал защитного изделия, она также испытывает противодействие со стороны двух соседних элементов 1 - 4, подвергающихся деформирующему действию. Поскольку соседние элементы 1 - 4 имеют разные по величине остаточные напряжения, результирующее противодействие со стороны защитного изделия, приложенное к пуле с каждой из сторон, отличается от соседнего. Таким образом, пуля 6 в процессе выделения оказывается под двумя различными по меньшей мере по величине воздействиями со стороны элементов 1 - 4, что приводит к дестабилизации ее движения уже внутри материала защитного изделия. Это сопровождается изменением ориентации, искривлением траектории (по которой перемещается ее центр тяжести), изменением скорости, ускорения, воздействием отклоняющего момента. Положение пули изменяется, как показано на фиг. 5, т.е. уменьшается ее наклон от α₁ до α₂ к поверхности 5 изделия. При этом идет интенсивное рассеивание энергии в материале изделия (нагрев, деформация). Результирующая деформация направлена под острым углом α₂ к поверхности 5 и к приблизительно эквидистантной ей поверхности защищаемого объекта 7, например тела человека или трубопровода, а составляющая деформации, направленная нормально к поверхности последнего, оказывается минимально возможной, т.е. поражающее действие воспринимается в основном элементами 1 - 4. Следует отметить, что описанное внедрение пули при уменьшенных углах наклона к поверхности 5, также направлено на создание условий для рикошетирования, которое может произойти даже при некотором внедрении пули через поверхность 5. Путем перемещения, перестановки, поворота или замены защитного изделия можно оптимизировать процесс противодействия поражающему элементу 6 за счет ориентации объемных элементов 1 - 4 по вероятному направлению траектории поражающего элемента.

В результате, изделие, изготовленное с использованием настоящего способа, до возникновения эксплуатационного воздействия (например, удар пули) будет в нагруженном (напряженном) состоянии из-за наличия стабилизированных внутренних напряжений, а при эксплуатационном или заданном воздействии - наоборот, полностью или частично разгруженным, что дополнительно повышает уровень защиты и долговечность изделия.

Использование изобретения позволит повысить защитные свойства защитных экранов, касок, бронежилетов, а также подобных им изделий для защиты трубопроводов.

Использование: для повышения защитных свойств защитных экранов, касок, бронежилетов. В качестве дополнительной способности противодействия деформирующим действиям поражающего элемента, например пули, защитному изделию придают способность дестабилизации движения пули, например ее ориентации, траектории и кинематических характеристик за счет создания в изделии искусственной анизотропности путем приложения неразрушающих воздействий с формированием при этом чередующихся объемных элементов, различающихся между собой по меньшей мере величиной внутренних остаточных напряжений (деформаций) и распределенных, преимущественно с наклоном вдоль поверхности защитного изделия с возможностью противодействия как минимум головной части поражающего элемента. 4 з.п.ф-лы, 5 ил.

1. Способ повышения защитных свойств, при котором защитному изделию в процессе изготовления придают способность противодействия деформирующим действиям поражающего элемента, отличающийся тем, что в качестве дополнительной способности противодействия придают способность дестабилизации движения поражающего элемента, например траектории, ориентации и кинематических характеристик, за счет создания в изделии искусственной анизотропности путем приложения в процессе изготовления изменяющихся по величине дискретно или непрерывно вдоль изделия неразрушающих воздействий с формированием при этом чередующихся объемных элементов, различающихся между собой по меньшей мере величиной внутренних остаточных напряжений (деформаций) и распределенных преимущественно с наклоном вдоль поверхности защитного изделия с возможностью встречного и бокового противодействия как минимум головной части поражающего элемента. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что искусственную анизотропность создают в процессе изготовления путем приложения воздействий, полностью или частично имитирующих эксплуатационные или заданные по величине, а также по направлению, в частности силовых воздействий, например механических, гидродинамических, газодинамических, магнитных, или несиловых воздействий, например электрических, термических, химических акустических, рентгеновских, радиационных. 3. Способ по п. 1 или 2, отличающийся тем, что искусственную анизотропность создают путем соединения пакета пластин с различными, например чередующимися механическими свойствами, полученными путем приложения указанных воздействий при индивидуальном изготовлении пластин. 4. Способ по любому из пп. 1 - 3, отличающийся тем, что объемные элементы формируют сплошными или прерывистыми, а их границы прямо- или криволинейными, причем остаточные напряжения компенсируют действие поражающего элемента. 5. Способ по любому из пп. 1 - 4, отличающийся тем, что защитное изделие устанавливают подвижно, например, с возможностью перестановки, продольного перемещения, поворота и замены.