КОМПОЗИТНАЯ БРОНЯ Российский патент 2008 года по МПК F41H5/04 

Изобретение относится к средствам защиты техники от бронебойных пуль и снарядов, в частности к используемым для этих целей композитным броням.

В течение многих лет для защиты человека и техники использовали металлическую броню из специальных броневых сталей. Эта броня была эффективна для защиты от пуль и снарядов с «мягким» сердечником, выполненным из свинца, медных сплавов или не легированных неупрочненных сталей. Однако после создания и внедрения бронебойных пуль и снарядов с сердечником из упрочненных сталей или специальных твердых материалов эта броня стала неэффективной; например, для защиты от бронебойной пули Б32 по 6а классу ГОСТ Р 50744-95 необходимо иметь слой стали толщиной более 13,5 мм, что соответствует массе более 100 кг/кв. м брони. Это обстоятельство стало причиной разработки новых типов конструкции брони, в частности композитной брони.

Известны различные виды композитной брони, например слоистая броня по патенту США №6497966 [1], состоящая из наружного слоя, выполненного из керамики или сплава с твердостью выше 27HRC, промежуточного слоя из алюминиевого или другого сплава с твердостью менее 27HRC и тыльного слоя из полимерного композиционного материала, причем все три слоя скреплены между собой полимерным намоточным композиционным материалом. Недостатки этого технического решения - большой вес, низкая эксплуатационная надежность и малая живучесть конструкции. Низкая эксплуатационная надежность обусловлена тем, что при падении, ударах или вибрации происходит отслоение керамического слоя от остальных и резкое снижение баллистической стойкости. Аналогичное явление происходит при попадании пули, что обусловливает снижение баллистической стойкости при последующих попаданиях (низкая живучесть).

Наиболее близкой к предложенному изобретению по назначению и совокупности существенных признаков является композитная броня, известная из патента США №5972819 [2]. Эта броня содержит дробяще-отклоняющий и задерживающий слои. Дробящее-отклоняющий слой состоит из отдельных корундовых элементов, выполненных в виде цилиндров с выпуклыми торцами и соединенных в единую панель связующим на основе полимеров. Оси этих элементов расположены по нормали к наружной поверхности брони. Задерживающий слой выполнен из конструкционного материала на основе арамидных (Kevlar) или полиэтиленовых волокон (Dyneema) и полимерной матрицы. Броня обеспечивает эффективное поглощение и рассеивание энергии пули.

Это техническое решение принято заявителем в качестве наиболее близкого аналога заявленного изобретения. Недостатком его является то, что все положительные свойства такой брони реализуются лишь при использовании в качестве задерживающего слоя очень дорогих волокнистых материалов (Dyneema, Kevlar). Последнее обусловливается тем, что для эффективного поглощения и рассеивания энергии пули необходимо, чтобы после ее попадания в корундовый элемент этот элемент имел возможность хотя бы небольшого осевого перемещения. При этом корундовый элемент разворачивается и приводит в движение соседние элементы. Чем больше соседних элементов приведены в движение, тем меньше остаточная энергия пули и, следовательно, выше баллистическая прочность брони. Именно использование материалов типа Dyneema, Kevlar с низким модулем упругости при поперечном сжатии в качестве задерживающего слоя обеспечивает указанный эффект, но эти материалы очень дорогие.

Задачей изобретения является создание композитной брони, сохраняющей положительные качества наиболее близкого аналога с одновременным снижением ее стоимости.

Эта задача решается тем, что в композитной броне, имеющей общие с наиболее близким аналогом существенные признаки: «наличие дробяще-отклоняющего слоя, состоящего из отдельных корундовых элементов, выполненных в виде цилиндров с одним или двумя выпуклыми торцами, соединенных в единую панель связующим на основе полимеров и расположенных своими осями по нормали к наружной поверхности брони, а также наличие задерживающего слоя», дополнительно использованы следующие отличительные от этого аналога существенные признаки: «задерживающий слой выполнен из алюминиевого сплава или стали, дробяще-отклоняющий и задерживающий слои размещены с зазором более 1 мм или между дробяще-отклоняющим и задерживающим слоями размещен слой материала с модулем упругости при сжатии менее 40 ГПа».

Использование в данном типе конструкций более дешевых конструкционных материалов в качестве задерживающего слоя, например алюминиевых сплавов или сталей, при плотном прилегании друг к другу обоих слоев само по себе неэффективно, так как они имеют высокий модуль упругости при поперечном сжатии, и при их использовании перемещение корундового элемента ограничено, в результате чего рассеяние энергии пули невелико, а сам корундовый элемент действует на задерживающий слой брони с большой силой, как пробойник, и вместе с пулей пробивает броню. Наличие зазора между вышеуказанными слоями устраняет этот дефект, так как дает возможность корундовому элементу развернуться вбок до его контакта с задерживающим слоем, в результате чего он эффективнее приводит в движение (расталкивает) смежные элементы, что, в свою очередь, обеспечивает лучшее рассеяние энергии пули, что было подтверждено соответствующими испытаниями.

Использование дешевых материалов для задерживающего слоя позволяет решить поставленную задачу только при наличии зазора между этим и дробяще-отклоняющим слоем. Таким образом, только совокупность перечисленных существенных признаков позволяет решить задачу изобретения - создание композитной брони, сохраняющей положительные качества наиболее близкого аналога с одновременным снижением ее стоимости.

В частном случае изобретения дополнительно к вышеизложенной совокупности существенных признаков используются следующие отличительные от наиболее близкого аналога признаки: «зазор между дробяще-отклоняющим и задерживающим слоями может образовываться распорками и/или крепежными элементами» и «задерживающий слой может выполняться из броневой стали». Это позволяет расширить диапазон вариантов использования предложенного изобретения.

Заявленное техническое решение композиционной брони является новым, так как вышеизложенная совокупность существенных признаков этого решения, в том числе и в частных случаях, не известна из уровня техники. Оно имеет изобретательский уровень, так как для специалиста явным образом не следует из уровня техники, а также промышленно применимо, так как может использоваться в промышленности для защиты различной техники от пуль и снарядов.

Изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 представлено схематичное изображение композитной брони, состоящей из дробяще-отклоняющего и задерживающего слоев с зазором между ними (пример 1). На фиг.2 представлен общий вид композитной брони с зазором между ними, заполненным материалом с низким модулем упругости при сжатии (пример 2). На фиг.З представлен пример использования композитной брони для защиты бронеавтомобиля.

В примере 1 (фиг.1) броня имеет дробяще-отклоняющий слой 1, через зазор 2 соединенный с задерживающим слоем 3. Способ соединения указанных слоев не имеет принципиального значения, поэтому для упрощения на фиг.1 не показан. Дробяще-отклоняющий слой 1 образован набором отдельных корундовых элементов 4, связанных между собой полиуретановым полимером 5, при этом торцы 6 этих элементов имеют выпуклую форму, а оси этих элементов расположены по нормали к наружной поверхности брони, которая может быть не только плоской, но и выпуклой. Конструкция в целом крепится к корпусу защищаемого изделия любыми известными способами, например болтами (см. фиг.3). Для защиты от винтовочных бронебойных пуль Б32 предпочтительнее использовать корундовые элементы с размерами 13 мм в диаметре и 11 мм высотой, задерживающий слой из алюминиевого сплава АМг4 с толщиной листа 8 мм при величине зазора 30 мм. Эту же задачу можно решить, используя броневую сталь, например, марки Ц85, толщиной 4 мм в качестве задерживающего слоя.

В примере 2 броня имеет дробяще-отклоняющий слой 1, зазор 2, заполненный полиуретановым полимером, и задерживающий слой 3. В этом случае для защиты от винтовочных бронебойных пуль Б32 предпочтительнее использовать корундовые элементы с размерами 13 мм в диаметре и 11 мм высотой, задерживающий слой из алюминиевого сплава АМг4 с толщиной листа 8 мм при величине зазора, а следовательно, полиуретанового слоя - 3 мм. Все три указанных слоя соединены между собой клеем на основе полиуретана, но могут дополнительно скрепляться любыми известными средствами, например болтами.

Осуществление заявленного изобретения, показанное в приведенных примерах, позволяет решить основную задачу изобретения - создание композитной брони, сохраняющей положительные качества наиболее близкого аналога с одновременным снижением ее стоимости. Наличие зазора между дробяще-отклоняющим и задерживающим слоями обеспечивает при попадании пули в корундовый элемент брони возможность осевого перемещения этого элемента и его разворота, вызывающего движение соседних элементов, за счет чего происходит поглощение и рассеивание энергии пули и повышение защитных свойств брони.

В примере 3 в качестве задерживающего слоя используется материал корпуса 7 защищаемого изделия (бронетранспортера). В качестве элементов, удерживающих зазор (распорок), использованы шайбы 8, а в качестве элементов, соединяющих слои композитной брони между собой, а также крепящих броню на защищаемом изделии, использованы болтовые соединения 9.

В этом случае обеспечивается усиление защитных свойств уже существующей на защищаемом изделии брони при относительно малых затратах. При этом дробяще-отклоняющий слой как компонент композитной брони может быть съемным. Это позволяет более эффективно использовать защищаемое изделие в зависимости от обстановки, что особенно важно для подвижных изделий.

В представленных примерах у корундовых элементов 4 оба торца выполнены выпуклыми, но для решения задачи изобретения достаточно использовать корундовые элементы с одним выпуклым торцем, обращенным к наружной стороне брони.

Заявленное изобретение промышленно применимо, так как может использоваться в промышленности для защиты техники от пуль и снарядов.

Источники информации

1. Патент США №6497966, МКИ В32В 15/08, F41Н 5/02, Н Кл. 428/626, публ. 2002 г.

2. Патент США №5972819, МКИ С04В 35/10, Н Кл. 501/127, публ. 1999 г. (наиболее близкий аналог).

Изобретение относится к средствам защиты техники от бронебойных пуль. Предложена композитная броня, содержащая дробяще-отклоняющий слой и задерживающий слой. Дробяще-отклоняющий слой состоит из отдельных корундовых элементов, выполненных в виде цилиндров с одним или двумя выпуклыми торцами, соединенных в единую панель связующим на основе полимеров и расположенных своими осями по нормали к наружной поверхности брони. Задерживающий слой выполнен из алюминиевого сплава или стали. Дробяще-отклоняющий и задерживающий слои размещены с зазором более 1 мм или между дробяще-отклоняющим и задерживающим слоями размещен слой материала с модулем упругости при сжатии менее 40 ГПа. Изобретение направлено на повышение эффективности брони. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Композитная броня, содержащая дробяще-отклоняющий слой, состоящий из отдельных корундовых элементов, выполненных в виде цилиндров с одним или двумя выпуклыми торцами, соединенных в единую панель связующим на основе полимеров и расположенных своими осями по нормали к наружной поверхности брони, и задерживающий слой, отличающаяся тем, что задерживающий слой выполнен из алюминиевого сплава или стали, дробяще-отклоняющий и задерживающий слои размещены с зазором более 1 мм или между дробяще-отклоняющим и задерживающим слоями размещен слой материала с модулем упругости при сжатии менее 40 ГПа.2. Композитная броня по п.1, отличающаяся тем, что зазор образован распорками и/или крепежными элементами.3. Композитная броня по п.1, отличающаяся тем, что задерживающий слой выполнен из броневой стали.