ТКАНЕВАЯ БРОНЕПАНЕЛЬ, ТКАНЕВЫЙ БРОНЕМОДУЛЬ И БРОНЕЗАЩИТНАЯ ТКАНЬ Российский патент 2000 года по МПК F41H1/02 F41H5/04 D03D1/00 D03D15/00 

Изобретение относится к бронезащитным устройствам и к ткани специального, броневого назначения, более конкретно, к средствам легкой бронезащиты людей, животных, машин, сооружений, участков местности от поражающих средств типа пуль, осколков, а также холодного оружия с использованием броневых тканевых структур, и может использоваться при изготовлении бронезащитной одежды, в том числе бронежилетов.

Известны баллистически стойкие предметы одежды, предназначенные для защиты человека от поражения пулями, дробью, осколками, холодным оружием (см. патент США N 5479659, кл. 2/2.5, опубл. 02.01.1996). Известный предмет одежды содержит нагрудную и спинную части, соединяемые вместе для закрепления на теле человека; каждая из частей содержит по меньшей мере две панели, сопряженные между собой и перекрывающие друг друга. Между двумя сопряженными панелями размещена центральная панель, предназначенная для прикрытия тела человека в области грудины и соответственно в области позвоночника. Причем каждая панель включает в себя по меньшей мере два слоя защитного тканного материала. Указанные панели прошиваются множеством стежков высокопрочной арамидной нити кевлар. Тканный материал состоит из нитей, имеющих заданное число арамидных волокон кевлар, и может иметь одинаковое или неодинаковое число нитей по длине и по ширине тканного материала. Параметры тканного материала обеспечивают поглощение и рассеивание энергии пуль в его плоскости в боковом направлении, препятствуя глубокому проникновению пули.

Недостатком известной конструкции тканевой защитной панели является то, что слоистая плоскостная конструкция панели содержит в себе тканевые слои, расположенные своими плоскостями только фронтально и только под одинаковыми углами к направлениям ударов поражающих тел. Нити, особенно первых фронтальных слоев, оказываются расположенными в самом невыгодном поперечном положении относительно направлений ударов поражающих тел. Поэтому первые фронтальные тканевые слои в известных защитных панелях пробиваются без существенной затраты энергии поражающего тела вследствие поперечного разрушения нитей.

Ввиду такой невыгодной ориентации высокопрочных нитей во фронтальных слоях тканевых защитных панелей они оказываются неэффективными и весьма материалоемкими, требуя использования множества слоев ткани при обеспечении даже низких классов защиты против пуль со скоростями не более 330 м/с.

Уровень эффективности бронепанелей оценивается в понятиях критической скорости, т.е. критического значения скорости удара поражающего тела по бронепанели. При скоростях ударов более высоких, чем критическая скорость, свойственная данной конструкции бронепанели, эта бронепанель оценивается по тем или иным признакам как не выдерживающая этих ударов, т.е. не пригодная для броневой защиты от поражения такими ударами. В частности, эффективность тканевых бронепанелей определяется по заданным нормам таких параметров, как количество пробитых или непробитых слоев ткани, тыльные внешние линейные размеры запреградного прогиба тканевых слоев. В известных тканевых бронепанелях чем ниже критическая скорость, свойственная конкретной конструкции, тем большее число тканевых слоев в ней пробивается и тем обширнее запреградный прогиб тканей, тем большее число слоев ткани должно быть применено; следовательно, тем большей станет поверхностная плотность и масса бронепанели при одном и том же классе бронезащиты.

К недостаткам известных тканевых бронепанелей следует отнести свойственные им низкие критические скорости, порядка 330 м/с, при общепринятых нормах по допустимой массе (поверхностной плотности) и запреградного прогиба.

Известно модульное устройство для броневой защиты, представляющее собой слоистую структуру на базе эластомера и волокон органического вещества и содержащее по меньшей мере один гибкий модуль, состоящий из множества составных слоев, каждый из которых имеет промежуточный слой из текстильных волокон, например арамидных, на обе стороны которого нанесена тонкая пленка эластомера; составные слои скреплены между собой вулканизацией, и их число определяется требуемой степенью гибкости модуля (см. EP 0221794, кл. F 41 H 5/04, 1987). Данное известное решение направлено в основном на обеспечение требуемой гибкости и адаптации к форме защищаемых объектов различной конфигурации и не рассматривает вопросы создания полностью тканевых бронемодулей и их оптимизации с точки зрения повышения их бронезащитных свойств.

Известны защитные ткани для баллистической защиты из высокопрочных нитей, оптимизированные для повышения формоустойчивости, стойкости к динамическому воздействию и разрушению (см. патенты РФ 2041986, D 03 D 15/00, 1992 и 2126856, D 03 D 15/00, 1997 и патент США 5479659, кл. 2/2.5, 1996). В частности, в качестве ближайшего аналога изобретения может быть принята защитная ткань по патенту РФ 2126856, выполненная из высокопрочной арамидной нити, равной линейной плотности по основе и утку, с одинаковой продольной конфигурацией и равным количеством нитей на единицу ширины в обоих направлениях. Однако указанный выше результат достигается в известных тканях в ограниченной степени ввиду того, что выбор текстильных параметров структуры баллистически стойкой ткани осуществляется без учета конструкции и условий функционирования тканевых бронепанелей. Отсутствие увязки свойств ткани со структурой и свойствами нитей и с конструкцией тканевой бронепанели не позволяет достичь требуемой эффективности в противодействии высокоимпульсным ударам поражающих тел по фронтальным поверхностям бронепанелей, т.е. в наиболее неблагоприятных направлениях, поперек нитей.

Задачей изобретения является создание тканевой бронепанели, тканевого бронемодуля и бронезащитной ткани, обеспечивающих повышение бронезащитных и эксплуатационных параметров легких броневых тканевых устройств, в частности повышение бронезащитных свойств бронепанелей, снижение их материалоемкости и улучшение габаритно-эргономических характеристик. Более конкретно, изобретение обеспечивает защиту от поражения пулями со скоростями удара до 470 м/с и осколками со скоростями до 700 м/с, понижение поверхностной плотности до 6 кг/м² бронепанелей при сохранении достаточной их гибкости.

Указанный результат достигается тем, что в тканевой бронепанели, выполненной в виде многослойной структуры, образованной фрагментами бронезащитной ткани и имеющей фронтальную и тыльную поверхности, в соответствии с изобретением упомянутая многослойная структура включает в себя расположенные последовательно от фронтальной поверхности к тыльной поверхности бронепанели фронтальную многослойную тканевую структуру, по меньшей мере один тканевый бронемодуль и тыльную многослойную тканевую структуру, при этом фронтальная многослойная тканевая структура выполнена из скрепленных между собой тканевых фрагментов, одни края которых образуют фронтальную поверхность бронепанели, а другие края непосредственно контактируют с первым тканевым слоем упомянутого бронемодуля; упомянутый по меньшей мере один тканевый бронемодуль выполнен из тканевых фрагментов с незакрепленными резаными краями, подвернутыми таким образом, что в бронемодуле, в плоскостях, параллельных фронтальной поверхности бронепанели, имеется нерегулярная сетчатая структура незакрепленных резаных краев тканевых фрагментов бронезащитной ткани; тыльная многослойная тканевая структура, непосредственно контактирующая с последним тканевым слоем упомянутого бронемодуля, выполнена из цельнокроенных по плоскостному контуру бронепанели тканевых фрагментов с незакрепленными резаными краями и с подвернутыми резаными краями; причем степень закрепленности нитей основы и утка в тканевых фрагментах, определяемая текстильной структурой бронезащитной ткани и многослойными тканевыми структурами бронепанели, увеличивается начиная от фронтальной поверхности к тыльной поверхности тканевой бронепанели.

При этом фронтальная многослойная тканевая структура предпочтительно состоит из ленточных фрагментов бронезащитной ткани шириной от 1 до 2 наибольших продольных размеров вероятных поражающих тел огнестрельных средств, причем упомянутые ленточные фрагменты уложены параллельно один другому под углом к фронтальной поверхности бронепанели в пределах от 3^o до 90^o, при этом ленточные фрагменты бронезащитной ткани могут быть скреплены параллельно один другому высокопрочными прошивными нитями с усилиями, обеспечивающими количество нитей основы и утка на единицу линейного размера фронтальной поверхности бронепанели на 10-20% меньшее количества нитей основы и утка на единицу линейного размера по основе и утку бронезащитной ткани ленточных фрагментов.

Кроме того, цельнокроенные по плоскостному контуру бронепанели фрагменты бронезащитной ткани, образующие тыльную многослойную тканевую структуру, предпочтительно скреплены по толщине высокопрочными прошивными нитями, обеспечивающими толщину тыльной многослойной тканевой структуры на 10-15% больше суммарной толщины набора цельнокроенных фрагментов бронезащитной ткани, образующего тыльную многослойную тканевую структуру.

Каждый из тканевых бронемодулей предпочтительно образован четырьмя частичными фрагментами бронезащитной ткани с незакрепленными резаными краями, складываемыми внахлест и подгибаемыми по контуру бронепанели на 180^o, для образования по толщине бронемодуля нерегулярной сетчатой структуры незакрепленных резаных краев фрагментов бронезащитной ткани, при этом незакрепленные резаные края, образующие краевые зоны в упомянутой нерегулярной сетчатой структуре, удалены один от другого в направлениях по нитям основы и утка бронезащитной ткани на расстояния, обеспечивающие при фронтальном ударе поражающего тела его попадание в область краевых зон и возникновение, вследствие несимметричной закрепленности концов нитей основы и утка, неуравновешенных реактивных сил трения скольжения, приводящих к изменению вектора скорости движения поражающего тела в тканевых бронемодулях, причем соотношение минимального числа слоев бронезащитной ткани и минимального числа краевых зон в любой точке фронтальной проекции бронемодуля составляет 4:1.

Также предпочтительно, что линейные размеры упомянутой бронепанели по длине и ширине соответствуют линейным размерам защищаемых объектов, причем тканевые бронемодули, расположенные в пределах плоскостного контура бронепанели, состыкованы между собой, при этом тканевая бронепанель может содержать на различных участках в пределах плоскостного контура бронепанели между фронтальной и тыльной ее сторонами одинаковое или локально увеличенное количество тканевых бронемодулей соответственно локальным функционально важным частям защищаемого объекта.

При этом упомянутая многослойная структура тканевой бронепанели предпочтительно имеет гибкость, обеспечивающую возможность ее использования для укрытия защищаемых объектов любой конфигурации, причем упомянутая бронепанель может быть помещена в тканевый чехол, закрывающий одну или обе - фронтальную и тыльную стороны бронепанели, края которой в тканевом чехле могут быть прострочены зигзагообразным швом. При этом предпочтительно на внешних сторонах фронтальной и/или тыльной многослойной структуры или на тканевом чехле с фронтальной и/или тыльной стороны бронепанели нанесена маркировка, обозначающая соответственно фронтальную и тыльную стороны бронепанели и виды поражающих средств, от которых гарантирована защита.

Указанный технический результат достигается также тем, что тканевый бронемодуль, предназначенный для использования в многослойной структуре тканевой бронепанели, в соответствии с изобретением содержит тканевые фрагменты бронезащитной ткани с незакрепленными резаными краями, подвернутыми для образования нерегулярной сетчатой структуры резаных краев и краевых зон упомянутых тканевых фрагментов.

При этом тканевый бронемодуль предпочтительно выполнен из четырех фрагментов бронезащитной ткани с незакрепленными резаными краями, складываемыми внахлест и подгибаемыми по контуру бронемодуля на 180^o, причем соотношение минимального числа слоев бронезащитной ткани и минимального числа краевых зон в любой точке фронтальной проекции бронемодуля составляет 4:1, а степени закрепленности нитей основы и утка бронезащитной ткани у незакрепленого резаного края и у подворота края тканевых фрагментов выбраны существенно различными для обеспечения возникновения неуравновешенных боковых реактивных сил при ударном воздействии на бронемодуль поражающего тела.

Кроме того, указанный технический результат достигается тем, что бронезащитная ткань, предназначенная для использования при изготовлении тканевых бронепанелей многослойной структуры, выполненная из высокопрочных арамидных нитей с одинаковыми продольной конфигурацией, линейной плотностью и количеством нитей на единицу линейных размеров ткани по основе и утку, в соответствии с изобретением имеет предварительно заданную, в зависимости от местоположения тканевого фрагмента в многослойной структуре тканевой бронепанели, закрепленность нитей в тканевой структуре, одинаковую по основе и утку, обеспечиваемую соответствующими значениями текстильных параметров, выбираемых из группы, включающей вид и раппорт переплетения, величину линейной плотности и коэффициент крутки нитей, кратность усиления и количество нитей на единицу линейных размеров ткани, протяженность перекрытия нитей основы и утка, а также любую комбинацию указанных текстильных параметров.

При этом нити основы и утка бронезащитной ткани предпочтительно состоят из одинакового количества высокопрочных микроволокон семейства русар круглого поперечного сечения одинакового диаметра, не превышающего 10 мкм, причем нити основы и утка представляют собой слабокрученые нити с коэффициентом крутки менее 2, линейная плотность которых одинакова и не превышает 14,3 текс, а кратность усиления находится в пределах от 1 до 10. При этом нити основы и утка имеют минимально возможные напряжения, определяемые технологией изготовления, одинаковые на любом участке ткани.

Кроме того, бронезащитная ткань предпочтительно выполнена равноразгружающейся, что выражается в обеспечении одинаковой реакции в направлениях по основе и утку по отношению к фронтальному удару поражающего тела в виде пуль со скоростью до 470 м/с и в виде осколков со скоростью до 700 м/с, и обладает стабильными характеристиками, определяемыми при испытаниях с указанными скоростями удара, такими как одинаковое количество пробиваемых тканевых слоев, повторяемость среднестатистических величин расстояний между нитями и продернутости нитей основы и утка в структуре первых трех непробитых тканевых слоев.

Таким образом, достижение технического результата в изобретении обеспечивается при комплексном подходе к решению поставленной задачи, с учетом конструкции в целом тканевой бронепанели как функционально автономной бронепреграды и всех ее конструкционных составляющих: структуры бронепанели, структуры бронемодулей, входящих в состав бронепанели, и структуры бронезащитной ткани.

Изобретение основывается на комплексном подходе к разработке тканевой бронепанели, бронемодуля, а также бронезащитной ткани, используемой при изготовлении бронепанели и бронемодуля. Значительное повышение критической скорости для тканевой бронепанели базируется на варьировании степени закрепленности высокопрочных арамидных волокон в структурах нитей, бронезащитных тканей, в многослойных тканевых структурах, в том числе образующих бронемодули, и в конечных пределах структуры бронепанелей. Согласно изобретению степени закрепленности волокон и нитей как элементарных деталей конструкции в структуре ткани и многослойных тканевых структурах бронепанели варьируются в широких пределах: от степеней закрепленности, приближающихся к одному теоретическому пределу, обуславливаемому абсолютно жесткими закреплениями концов нитей, до степеней закрепленности, приближающихся к другому теоретическому пределу, обуславливаемому абсолютно свободным положением нитей и их концов, проявляющих лишь инерционные силы реакции.

В реальных случаях, приближающихся к первому предельному состоянию закрепленности волокон и нитей, проявляется минимальная вероятность следования волокон и нитей в их контактах с поражающим телом за его продвижением в структурах тканей и многослойных тканевых структурах бронепанели. В этих случаях, вследствие предельно коротких продолжительностей контактов и соответственно предельно высоких скоростей нагружения волокон и нитей, создаются самые неблагоприятные условия их нагружения и разрушения. Ткани и многослойные тканевые структуры, способные выдерживать лишь пониженные скорости удара, характеризуются низкими критическими скоростями. В случаях ударов в условиях, приближающихся ко второму предельному состоянию закрепленности волокон и нитей, наоборот, проявляется повышенная вероятность контактного следования волокон и нитей за продвигающимся поражающим телом, продолжительность контакта увеличивается, скорость нагружения уменьшается, и вероятность разрушения волокон и нитей, следовательно, пробития слоев тканей, многослойных тканевых структур и бронепанели уменьшается. Ткани и многослойные тканевые структуры, реализующие такие уменьшенные степени закрепления волокон и нитей, характеризуются повышенными критическими скоростями. Новые подходы в реализации принципа варьирования степени закрепленности волокон и нитей в структурах ткани и бронепанели проявились в создании новых решений, касающихся бронезащитных высокопрочных тканей и многослойных бронезащитных конструкций из них. Эти решения количественно характеризуют состояние поверхности микроволокон, что определяет оптимальные силы трения внутри и вне комплексных нитей в структурах ткани и бронепанели, а также значения текстильных параметров нитей и тканей тканевых бронезащитных конструкций.

В соответствии с изобретением степень закрепленности нитей в структуре ткани и бронепанели увеличивается по мере удаления слоев ткани по толщине бронепанели от фронтальной стороны бронепанели к тыльной ее стороне постепенно от одного слоя ткани к другому или скачкообразно от одной многослойной тканевой структуры к другой и от одного бронемодуля к другому. Степени закрепленности обоих концов нитей основы и утка, обуславливаемые главным образом конструкцией бронемодулей, преимущественно различные, что создает неуравновешенность реактивных сил, развиваемых нитями, и эффект разворота поражающих тел в тканевых слоях бронепанели.

Прежде чем рассматривать предпочтительные варианты осуществления изобретения целесообразно ввести определения, используемые в настоящем описании для характеристики признаков изобретения.

Интенсивное развитие индивидуальных средств локальной броневой защиты, прежде всего человека, требует создания технических тканей, специализированных для бронезащиты от пуль и осколков с повышенными скоростями удара. В связи с этим стала необходимой целенаправленная разработка бронезащитной ткани как специальной категории технической ткани. Поскольку в предшествующем уровне техники до сих пор не существовало специального определения понятия "бронезащитная ткань", то наряду с разработкой собственно бронезащитной ткани оказалось необходимым впервые сформулировать само понятие "бронезащитная ткань", охарактеризованное признаками, включенными в пункты формулы изобретения, относящиеся к данному объекту.

Изобретение поясняется на примерах его осуществления, иллюстрируемых чертежами, на которых представлено следующее:
Фиг. 1 - условное пространственное изображение тканевой бронепанели, выполненной согласно изобретению;
Фиг. 2 - условное пространственное изображение плоской прямоугольной тканевой развертки, предназначенной для изготовления одного тканевого бронемодуля;
Фиг. 3 - условное изображение на фронтальной проекции нерегулярной сетчатой структуры незакрепленных резаных краев и краевых зон бронезащитной ткани для части тканевой бронепанели, образованной тканевыми бронемодулями;
Фиг. 4, 5, 6 - условное изображение образцов текстильных структур бронезащитной ткани в сравнении со структурой ткани, известной из предшествующего уровня техники.

На фиг. 1 представлено условное пространственное изображение тканевой бронепанели 1 и поражающего тела 2 при любых углах встречи 3 с фронтальной поверхностью 4. Условно представлены также фронтальная проекция 5 бронепанели 1 и вертикальный срез 1/4 части бронепанели. Бронепанель 1 характеризуется линейными размерами: длиной 6, шириной 7 и толщиной 8, а также плоскостными контурами 9, 10, 11, соответствующими фронтальной поверхности, серединной части по толщине бронепанели и тыльной ее поверхности. Типовые соотношения линейных размеров могут быть следующими: отношение длины 6 к ширине 7 - 1 и более, отношение длины 6 или ширины 7 к толщине 8 - не менее 50. Бронепанель 1 может иметь чехол 12, закрывающий полностью или частично поверхность бронепанели.

Бронепанель 1 по толщине состоит из ряда тканевых фрагментов 13, 14, 15. Тканевые фрагменты 13, расположенные в бронепанели 1 по толщине 8 первыми со стороны вероятных ударов поражающего тела 2, образуют фронтальную поверхность 4, выходя одними своими краями непосредственно наружу бронепанели на ее фронтальную сторону, при этом основная часть тканевых фрагментов 13 и вторые их края располагаются под фронтальной поверхностью 4 бронепанели 1. Тканевые фрагменты 13 образуют фронтальную многослойную структуру 16 с расположенными один за другим в общем параллельно один другому и под углом к фронтальной поверхности слоями 17 бронезащитной ткани, скрепленными прошивными нитями 18 с требуемым усилием.

Из тканевых фрагментов 14, расположенных за фронтальной многослойной структурой 16, сформированы тканевые бронемодули 19, находящиеся в середине по толщине 8 бронепанели 1. Каждый тканевый бронемодуль 19 сформирован подворотом незакрепленных резаных краев 20 тканевых фрагментов 14 таким образом, что в толщине бронемодуля 19 и соответственно в толщине 8 бронепанели 1 в пределах ее серединного плоскостного контура 10 образуется прямоугольная нерегулярная сетка резаных краев 20 тканевых фрагментов 14. Во фронтальной проекции 5 бронепанели 1 содержащиеся в ней бронемодули 19 совместно образуют сетку резаных краев 20 тканевых фрагментов 14 таким образом, что на любом участке 24 фронтальной проекции 5 обязательно находится участок сетки резаных краев 20, обеспечивающий возникновение в бронепанели 1, более конкретно в основных и уточных нитях бронезащитной ткани тканевых фрагментов 14, неуравновешенных боковых сил реакции, действующих на поражающее тело 2 и способствующих его развороту вокруг собственного центра масс, что приводит к изменению вектора его скорости.

Из тканевых фрагментов 15 с резаными незакрепленными краями 21 и с подвернутыми краями 22, расположенными последними по толщине 8 бронепанели 1, образована тыльная многослойная тканевая структура 23, тканевые слои 15 которой образуют тыльную поверхность 11 бронепанели 1.

На фиг. 2 представлена плоская прямоугольная тканевая развертка 25, предназначенная для изготовления тканевого бронемодуля. Развертка 25 состоит из прямоугольных тканевых фрагментов 14, вырезанных из бронезащитной ткани одного типа по линиям резов, ориентированным по направлениям нитей основы и утка. Тканевые фрагменты 14 в пределах развертки 25 при сборке внахлест перекрываются с величиной перекрытия 26 и 27 по длине и ширине развертки соответственно. Все резаные края 20 фрагментов 14 не закреплены и представляют собой ровные ряды резаных концов нитей основы и утка. Сборка фрагментов 14 внахлест в пределах плоскостного контура развертки 25 образует прямоугольную нерегулярную сетку незакрепленных резаных краев 20, которая делит всю плоскость развертки 25 на зоны 28, 29, 30 с количеством слоев бронезащитной ткани по толщине развертки 25, равным соответственно 1, 2, 4. Сетка незакрепленных резаных краев 20 и зоны 28, 29, 30 с различным количеством слоев обуславливают при свертке бронемодуля образование в нем нерегулярной сетчатой структуры краевых зон с неодинаковой закрепленностью концов ткани в плоскостях тканевых слоев.

На фиг. 3 представлено условное изображение на фронтальной проекции 5 нерегулярной сетчатой структуры незакрепленных резаных краев 20, произвольного участка 24 тканевой бронепанели 1 по толщине 8, образованной тканевыми бронемодулями 19. Подвернутые при изготовлении тканевых бронемодулей 19 незакрепленные резаные края тканевой развертки (такие как 31, 32), объединенные при укладке бронемодулей 19 в составе бронепанели 1, формируют в пределах плоскостного контура 10 бронепанели и в ее толщине 8 сетчатую структуру с краевыми зонами неодинаковой закрепленности концов тканеобразующих нитей и с участками 33, 34, 35, 36 (показаны на фиг. 3 как заштрихованные различным образом) с неодинаковым количеством слоев бронезащитной ткани в толщине 8 бронепанели 1 (в данном случае количество слоев составляет 16, 18, 20, 24). Сетчатая структура содержит совмещенные незакрепленные края, например 31, 32, фрагментов бронезащитной ткани с количеством совмещенных краев по толщине 8 бронепанели 1, соответственно равным 4 и 7.

На фиг. 4 представлено условное изображение образцов текстильных структур для равноразгружающейся бронезащитной ткани в сравнении с образцом текстильной структуры ткани обычного полотняного переплетения, известной из уровня техники, не обеспечивающей одинакового восприятия энергии удара по нитям 37 основы и нитям 38 утка. В разрезе по линии I-I (фиг. 4б) и в разрезе по линии II-II (фиг. 4в) видно, что нити 37 основы и нити 38 утка на участках 39, 40 бронезащитной ткани имеют одинаковый продольный профиль. Это обеспечивает одинаковое восприятие нитями 37 основы и нитями 38 утка энергии поражающего тела 2 при фронтальном ударе в тканевую бронепанель 1, т.е. делает бронезащитную ткань равноразгружающейся по нитям основы и утка. В отличие от нитей равноразгружающейся бронезащитной ткани нити 37, 38 основы и утка обычного полотняного переплетения (фиг. 4г, д), представленные на участках 41, 42 соответственно, имеют неодинаковый продольный профиль. Разрезы I-I и II-II для участков 43 (фиг. 4е), 44 (фиг.4ж) иллюстрируют изменение продольного профиля нитей 37, 38 основы и утка в результате их усиления в 2 раза. При усилении нитей, например в 2 раза и более, создаются одинаковые продольные профили нитей основы и утка и, следовательно, создаются предпосылки для одинакового восприятия этими нитями энергии удара поражающего тела и равноразгружающегося поведения бронезащитной ткани в тканевой бронепанели. При этом увеличиваются протяженности взаимного перекрытия нитей основы и утка, что уменьшает степень закрепленности их в структуре ткани и может быть использовано при конструировании бронезащитной ткани и бронезащитных многослойных тканевых структур.

На фиг. 4д, в, ж показаны углы охвата α₁, α₂, α₃ нити 37 основы нитью 38 утка при полотняном переплетении, в том числе α₁ - для известной ткани, α₂ , α₃ - для бронезащитной ткани согласно изобретению в случае соответственно одинарных (фиг. 4б, 4в) и усиленных в два раза (фиг. 4е, 4ж) нитей основы и утка. Видно, что величина углов охвата на участках профильных разрезов 42, 40, 44 существенно уменьшается с очевидным уменьшением площадей взаимного контакта нитей и закрепленности их в реальных структурах тканей, варьируемых по кратности одинакового усиления нитей основы и утка.

На фиг. 5 изображена текстильная структура бронезащитной равноразгружающейся под ударом поражающего тела ткани одного из основных структурных видов переплетения. На примере нитей 37 основы и нитей 38 утка, показанных на разрезе III-III, видно, что конструкцией ткани и ткачеством обеспечены одинаковые продольные профили нитей 37, 38, чем обусловлено свойство бронезащитной ткани воспринимать удар в равной мере нитями основы и утка.

На фиг. 6а изображена текстильная структура бронезащитной равноразгружающейся ткани еще одного из основных видов переплетения. Фиг. 6б иллюстрирует разрез IV-IV участка ткани по нити 37 основы. Нити 37 основы и нити 38 утка имеют одинаковый продольный профиль.

Текстильные структуры бронезащитных тканей, соответствующие изобретению, в частности, показанные на фиг. 4, 5, 6, образуют семейство бронезащитной ткани, варьируемое по степени закрепленности нитей, одинаковой для нитей основы и утка. Выбором текстильных переплетений, как представлено, например, на фиг. 4, 5, 6, и кратности усиления нитей основы и утка, как представлено на фиг. 4б, 4в, 4е, 4ж, создаются варианты бронезащитной ткани, различающиеся величиной площади взаимного контакта в местах перегибов нитей основы и утка при их переплетении, числом перегибов нитей при огибании одной нити другой нитью, увеличением протяженности взаимного перекрытия нитей основы и утка в каждом виде переплетений, что обуславливает обширный набор вариантов бронезащитной ткани с различной степенью закрепленности нитей, одинаковой для нитей основы и утка в тканевых структурах.

При соударении бронепанели 1 и поражающего тела 2 (например, пули или осколка) ударный контакт локализуется в первый момент между передней частью поражающего тела 2 и фронтальной поверхностью 4, образуемой краями ленточных тканевых фрагментов 13 фронтальной многослойной тканевой структуры 16. Поскольку тканевые фрагменты 13 расположены и скреплены прошивными нитями 18 под определенным углом (γ) в пределах от 3^o до 90^o к фронтальной поверхности 4, то нити основы 37 и утка 38 оказываются расположенными более благоприятно относительно направления удара поражающего тела 2 вследствие возникновения и роста за счет поперечных составляющих продольных составляющих сил реакции в нитях тканевых фрагментов 13. Вследствие этого нити оказываются в состоянии выдерживать без сплошных разрушений сверхвысокопрочных микроволокон русар, нитей и ткани удар поражающего тела 2 с существенно более высокими скоростями, чем при использовании известных баллистически стойких тканей, вплоть до 470 м/с в случаях удара пуль и до 700 м/с - в случаях осколков. Неразорвавшиеся сверхвысокопрочные микроволокна русар слабокрученых нитей основы 37 и утка 38 наслаиваются на передней части поражающего тела 2, обезвреживая их острые части и увеличивая площадь удара, в результате чего повышается равномерность разгрузки энергии удара по нитям основы 37 и утка 38 и ткани в целом. Кроме того, ленточная форма тканевых фрагментов 13 и определенный угол (γ) в пределах от 3^o до 90^o их наклона к фронтальной поверхности 4 или, точнее, сумма углов 3 и γ, обуславливают возникновение боковых несимметричных сил реакции, действующих на внедряющееся в бронепанель 1 поражающее тело 2 и вызывающих изменение вектора скорости его движения.

Фронтальная многослойная тканевая структура 16, первой воспринимая удар поражающих тел, даже при повышенных скоростях удара пуль до 470 м/с и осколков до 700 м/с, способна увеличить контактную площадь удара, предотвратить разрыв высокопрочных микроволокон русар в равной мере в нитях основы и утка при контактном движении вместе с поражающим телом и трансформировать энергию поражающего тела 2 в энергию боковых движений нитей основы и утка в структуре бронезащитной ткани.

Конструкция тканевого бронемодуля 19, благодаря содержащейся в нем нерегулярной сетчатой структуре незакрепленных резаных краев 20 тканевых фрагментов 14, обеспечивает гарантированное попадание поражающих тел в зоны 33, 34, 35 и 36 с краевым эффектом, вызывающим и увеличивающим разворот поражающего тела вокруг собственного центра масс. В результате энергия поражающего тела трансформируется в энергию движения неразрушающихся нитей основы и утка 37, 38, и соответственно снижается скорость удара. Для усиления данного эффекта в конструкции тканевых бронемодулей 19, в них использованы фрагменты 14 бронезащитной ткани с увеличенной степенью закрепленности нитей основы и утка, по сравнению с закрепленностью нитей во фронтальной многослойной тканевой структуре 16. При применении для броневой защиты против поражающих тел с высокой скоростью, порядка 470 м/с и выше, более одного бронемодуля 19, в них используются варианты бронезащитной ткани с возрастанием степени закрепленности нитей в текстильной структуре. При этом первый после фронтальной многослойной тканевой структуры 16 бронемодуль 19 должен содержать тканевые фрагменты 14 с повышенной величиной протяженности взаимного перекрытия нитей и, следовательно, с пониженной степенью их закрепленности в текстильной структуре (например такой, как на фиг. 6), а последний бронемодуль 19 должен содержать тканевые фрагменты 14 с пониженной величиной протяженности взаимного перекрытия нитей и, следовательно, с повышенной степенью их закрепленности в текстильной структуре (например, такой, как на фиг. 5). Необходимые варианты бронезащитной ткани, различающиеся степенью одинаковой закрепленности нитей основы и утка, могут быть обеспечены, например, выбором вида и рапорта текстильного переплетения, изменением кратности одинакового усиления нитей основы и утка в пределах от 1 до 10.

Кроме значительной трансформации в толщине 8 бронепанели 1 энергии поражающего тела 2 в энергию движения нитей 37, 38, важнейшей функцией тканевых бронемодулей 19 является сокращение на уровне серединного плоскостного контура 10 по толщине бронепанели 1 пути движения поражающего тела 2 и контактирующих с ним наслоившихся без разрушения микроволокон русар, образующих в направлении тыльной поверхности локальный воронкообразный прогиб в многослойных тканевых структурах 16, 19, 23.

Тыльная многослойная тканевая структура 23, включающая в себя цельнокроенные по плоскостному контуру 11 бронепанели 1 тканевые фрагменты 15 с незакрепленными 21 и/или закрепленными 22 подворотом резаными краями бронезащитной ткани, оказывает наиболее жесткое сопротивление проникающему по толщине 8 бронепанели 1 поражающему телу 2. Такое ужесточенное сопротивление характеризуется прекращением увеличения в сторону тыльной поверхности 11 бронепанели 1 прогиба фрагментов 14, 15 бронемодулей 19 и тыльной многослойной тканевой структуры 23. Это обеспечивается использованием бронезащитной ткани с наибольшей степенью закрепленности нитей 37, 38 в текстильной структуре (например, такой, как 39, 40 (фиг.4)), а также применением тканевых фрагментов, цельнокроенных по тыльному плоскостному контуру 11, и закреплением резаных краев подворотом их по контуру 11. Прекращение развития локального прогиба многослойных тканевых структур 19, 23 в сторону тыльной поверхности 11 бронепанели 1, т.е. полная остановка поражающего тела 2 в толщине 8 бронепанели 1, достигается не только предельно жестким, с минимальной податливостью, сопротивлением фрагментов 15 бронезащитной ткани, но и изменением направления движения поражающего тела в боковые стороны в толщине 8 бронепанели 1 вдоль тканевых фрагментов 14 бронемодулей 19.

Изобретение относится к бронезащитным устройствам и к ткани, преимущественно для изготовления бронезащитной одежды, в том числе бронежилетов. Технический результат заключается в повышении бронезащитных и эксплуатационных параметров легких броневых тканевых устройств, снижении их материалоемкости и улучшении габаритно-эргономических характеристик. Тканевая бронепанель содержит расположенные последовательно от фронтальной поверхности к тыльной поверхности бронепанели фронтальную многослойную тканевую структуру, по меньшей мере один тканевый бронемодуль и тыльную многослойную тканевую структуру, при этом степень закрепленности нитей основы и утка в тканевых фрагментах увеличивается от фронтальной поверхности к тыльной поверхности тканевой бронепанели. Тканевый бронемодуль выполнен из тканевых фрагментов с незакрепленными резаными краями, подвернутыми таким образом, что, образуется нерегулярная сетчатая структура незакрепленных резаных краев тканевых фрагментов. Тыльная многослойная тканевая структура выполнена из цельнокроенных по плоскостному контуру бронепанели тканевых фрагментов. 3 с. и 20 з. п. ф-лы, 6 ил.

1. Тканевая бронепанель, выполненная в виде многослойной структуры, образованной фрагментами бронезащитной ткани и имеющей фронтальную и тыльную поверхности, отличающаяся тем, что многослойная структура включает в себя расположенные последовательно от фронтальной поверхности к тыльной поверхности бронепанели фронтальную многослойную тканевую структуру, по меньшей мере один тканевый бронемодуль и тыльную многослойную тканевую структуру, образованные фрагментами бронезащитной ткани, при этом фронтальная многослойная тканевая структура выполнена из скрепленных между собой тканевых фрагментов, одни края которых образуют фронтальную поверхность бронепанели, а другие края контактируют с первым тканевым слоем упомянутого бронемодуля, причем степень закрепленности нитей основы и утка в тканевых фрагментах, определяемая текстильной структурой бронезащитной ткани и структурой бронепанели, начиная от фронтальной поверхности к тыльной поверхности тканевой бронепанели. 2. Тканевая бронепанель по п.1, отличающаяся тем, что фронтальная многослойная тканевая структура состоит из ленточных фрагментов бронезащитной ткани шириной от 1 до 2 наибольших продольных размеров вероятных поражающих тел огнестрельных средств, причем ленточные фрагменты уложены параллельно один другому под углом к фронтальной поверхности бронепанели в пределах от 3 до 90^o. 3. Тканевая бронепанель по п.2, отличающаяся тем, что ленточные фрагменты бронезащитной ткани скреплены параллельно один другому высокопрочными прошивными нитями с усилиями, обеспечивающими количество нитей основы и утка на единицу линейного размера фронтальной поверхности бронепанели на 10 - 20% меньшее количества нитей основы и утка на единицу линейного размера по основе и утку бронезащитной ткани ленточных фрагментов. 4. Тканевая бронепанель по п.1, отличающаяся тем, что тыльная многослойная тканевая структура, непосредственно контактирующая с последним тканевым слоем бронемодуля, выполнена из цельнокроенных по плоскостному контуру бронепанели тканевых фрагментов с незакрепленными резаными краями и с подвернутыми резаными краями. 5. Тканевая бронепанель по п.4, отличающаяся тем, что цельнокроенные по плоскостному контуру бронепанели фрагменты бронезащитной ткани, образующие тыльную многослойную тканевую структуру, скреплены по толщине высокопрочными прошивными нитями, обеспечивающими толщину тыльной многослойной тканевой структуры на 10 - 15% больше суммарной толщины набора цельнокроенных фрагментов бронезащитной ткани, образующего тыльную многослойную тканевую структуру. 6. Тканевая бронепанель по п.1, отличающаяся тем, что каждый из тканевых бронемодулей образован четырьмя частичными фрагментами бронезащитной ткани с незакрепленными резаными краями, складываемыми внахлест и подгибаемыми по контуру бронепанели на 180^o, для образования по толщине бронемодуля нерегулярной сетчатой структуры незакрепленных резаных краев фрагментов бронезащитной ткани. 7. Тканевая бронепанель по п.6, отличающаяся тем, что незакрепленные резаные края, образующие краевые зоны в нерегулярной сетчатой структуре, удалены один от другого в направлениях по нитям основы и утка бронезащитной ткани на расстояния, обеспечивающие при фронтальном ударе поражающего тела его попадание в область краевых зон и возникновение, вследствие несимметричной закрепленности концов нитей основы и утка, неуравновешенных реактивных сил трения скольжения, приводящих к изменению вектора скорости движения поражающего тела в тканевых бронемодулях. 8. Тканевая бронепанель по п.7, отличающаяся тем, что соотношение минимального числа слоев бронезащитной ткани и минимального числа краевых зон в любой точке фронтальной проекции бронемодуля составляет 4 : 1. 9. Тканевая бронепанель по любому из пп.1 - 8, отличающаяся тем, что линейные размеры бронепанели по длине и ширине соответствуют линейным размерам защищаемых объектов, при этом тканевые бронемодули, расположенные в пределах плоскостного контура бронепанели, состыкованы между собой. 10. Тканевая бронепанель по любому из пп.1 - 9, отличающаяся тем, что содержит на различных участках в пределах плоскостного контура бронепанели между фронтальной и тыльной ее сторонами одинаковое или локально увеличенное количество тканевых бронемодулей соответственно локальным функционально важным частям защищаемого объекта. 11. Тканевая бронепанель по любому из пп.1 - 10, отличающаяся тем, что упомянутая многослойная структура выполнена с гибкостью, обеспечивающей возможность ее использования для укрытия защищаемых объектов любой конфигурации. 12. Тканевая бронепанель по любому из пп.1 - 11, отличающаяся тем, что она помещена в тканевый чехол закрывающий одну или обе - фронтальную и тыльную стороны бронепанели. 13. Тканевая бронепанель по п.12, отличающаяся тем, что края бронепанели в тканевом чехле прострочены зигзагообразным швом. 14. Тканевая бронепанель по любому из пп.1 - 13, отличающаяся тем, что на внешних сторонах фронтальной и/или тыльной многослойной структуры или на тканевом чехле с фронтальной и/или тыльной стороны бронепанели нанесена маркировка, обозначающая соответственно фронтальную и тыльную стороны бронепанели и виды поражающих средств, от которых гарантирована защита. 15. Тканевый бронемодуль, предназначенный для использования в многослойной структуре тканевой бронепанели, отличающийся тем, что он содержит фрагменты бронезащитной ткани с незакрепленными резаными краями, подвернутыми для образования нерегулярной сетчатой структуры резаных краев и краевых полос зон упомянутых тканевых фрагментов. 16. Тканевый бронемодуль по п.15, отличающийся тем, что он выполнен из четырех фрагментов бронезащитной ткани с незакрепленными резаными краями, складываемыми внахлест и подгибаемыми по контуру бронемодуля на 180^o. 17. Тканевый бронемодуль по п.16, отличающийся тем, что соотношение минимального числа слоев бронезащитной ткани и минимального числа краевых зон в любой точке фронтальной проекции бронемодуля составляет 4 : 1. 18. Тканевый бронемодуль по любому из пп.15 - 17, отличающийся тем, что степени закрепленности нитей основы и утка бронезащитной ткани у незакрепленного резаного края и подвергнутого края тканевых фрагментов выбраны существенно различными для обеспечения возникновения неуравновешенных боковых реактивных сил при ударном воздействии на бронемодуль поражающего тела. 19. Бронезащитная ткань, предназначенная для использования при изготовлении тканевых бронепанелей многослойной структуры, выполненная из высокопрочных арамидных нитей с одинаковыми продольной конфигурацией, линейной плотностью и количеством нитей на единицу линейных размеров ткани по основе и утку, отличающаяся тем, что она имеет предварительно заданную, в зависимости от местоположения тканевого фрагмента в многослойной структуре тканевой бронепанели, закрепленность нитей в тканевой структуре, одинаковую по основе и утку, обеспечиваемую соответствующими значениями текстильных параметров, выбираемых из группы, включающей вид и раппорт переплетения, величину линейной плотности и коэффициент крутки нитей, кратность усиления и количество нитей на единицу линейных размеров ткани, протяженность перекрытия нитей основы и утка, а также любую комбинацию указанных текстильных параметров. 20. Бронезащитная ткань по п.19, отличающаяся тем, что нити основы и утка состоят из одинакового количества высокопрочных микроволокон семейства русар круглого поперечного сечения одинакового диаметра, не превышающего 10 мкм. 21. Бронезащитная ткань по п.19 или 20, отличающаяся тем, что нити основы и утка представляют собой слабокрученые нити с коэффициентом крутки менее 2, причем линейная плотность нитей основы и утка одинакова и не превышает 14,3 текс, а кратность усиления нитей находится в пределах от 1 до 10. 22. Бронезащитная ткань по любому из пп.19 - 21, отличающаяся тем, что нити основы и утка имеют минимально возможные напряжения, определяемые технологией изготовления, одинаковые на любом участке ткани. 23. Бронезащитная ткань по любому из пп.19 - 22, отличающаяся тем, что выполнена равноразгружающейся, обеспечивает одинаковую реакцию в направлениях по основе и утку по отношению к фронтальному удару поражающего тела в виде пуль со скоростью в пределах 470 м/с и в виде осколков со скоростью до 700 м/с, и обладает стабильными характеристиками, определяемыми при испытаниях в многослойных тканевых структурах с указанными скоростями удара, такими как одинаковое количество пробиваемых тканевых слоев, повторяемость среднестатистических величин расстояний между нитями и продернутости нитей основы и утка в структуре как пробитых, так и непробитых тканевых слоев.