БРОНЕЗАЩИТА Российский патент 2015 года по МПК F41H5/04 

Изобретение относится к области вооружений и военной техники, в частности к броневым конструкциям, которые могут быть применены в индивидуальных и транспортных средствах для защиты от воздействия пуль стрелкового оружия и высокоэнергетических осколков поля боя, а также в атомной и других отраслях промышленности для применения в качестве средств пассивной защиты изделий.

Известна бронезащита (патент РФ 2204107; МПК F41H 5/04; опубл. 10.05.2003 г.), предназначенная для защиты от пуль со стальным сердечником объектов различного назначения.

Бронезащита от пуль со стальным сердечником включает защитные экраны, выполненные из металлических сеток с величиной ячеек от половины до одного калибра пули. При этом сетки выполнены из проволоки с твердостью не менее твердости сердечника пули.

Недостатками такой бронезащиты является следующее:

- большая толщина бронезащиты;

- данное техническое решение не позволяет защитить объекты от пуль калибра более 7,62 мм и высокоэнергетических осколков поля боя.

Известен броневой элемент для защитного жилета (патент РФ №2331038; МПК F41H 5/04, F41H 1/02; опубл. 10.08.2008 г.), предназначенный для защиты человека от поражения пулями с высокой кинетической энергией.

Броневой элемент имеет три варианта исполнения. Броневой элемент для защитного жилета по варианту 1 содержит броневую плиту, на лицевой стороне которой выполнены полусферические углубления в шахматном порядке, и броневую подложку. Полусферические углубления выполнены с радиусом кривизны не менее половины калибра пули, но не более расстояния от начала наконечника пули до ее центра тяжести, а броневая подложка выполнена с углублением со стороны броневой плиты. Броневой элемент для защитного жилета по варианту 2 содержит броневую плиту, броневую подложку и демпфирующе-амортизационный элемент, размещенный с тыльной стороны броневой плиты. Броневая подложка выполнена с углублением со стороны демпфирующе-амортизационного элемента. Броневой элемент для защитного жилета по варианту 3 содержит броневую подложку и сформированные в блок броневые плиты и демпфирующе-амортизационные элементы, размещенные с лицевой и тыльной стороны броневых плит. Броневая подложка выполнена с углублением со стороны демпфирующе-амортизационного элемента.

Недостатками такого броневого элемента являются следующее:

- данное техническое решение не позволяет защитить объекты от пуль со скоростями свыше 500 м/с и высокоэнергетических осколков поля боя;

- высокая сложность изготовления броневого элемента;

- большая толщина характеристики.

Наиболее близким аналогом является многослойная бронепреграда (патент РФ №2180426; МПК F41H 5/04; опубл. 10.03.2002 г.), защищающая от воздействия бронебойных пуль для использования в качестве бронепанелей танков, вертолетов и других транспортных средств.

Многослойная бронепреграда содержит подложку из алюминиевого сплава, слой примыкающих друг к другу керамических пластин из оксида алюминия и наружную облицовку. Толщина керамических пластин составляет 0,8-1,2 толщины подложки, при этом подложка выполнена из алюминиевого сплава с пределом прочности не менее 340 МПа, с удлинением на разрыв не менее 15%, а керамические пластины выполнены из оксида алюминия с плотностью 3300-3900 кг/м³. Керамические пластины скреплены с наружной облицовкой, подложкой и между собой в слое в местах примыкания их торцов друг к другу с помощью клея с плотностью 100-200 кг/м³, толщина клеевого слоя между керамическими пластинами не превышает 0,5 мм, а между этими пластинами и подложкой не превышает 0,7 мм. Наружная облицовка выполнена из двух слоев ткани, например, стеклоткани.

Недостатками такой бронепреграды являются следующее:

- невысокая стойкость к бронебойным пулям крупнокалиберного стрелкового оружия вследствие применения подложки с низким пределом прочности и керамических пластин, обладающих не самыми высокими физико-механическими характеристиками;

- достаточно высокая удельная масса вследствие применения керамических пластин из оксида алюминия с плотностью 3300-3900 г/см³.

Задачей изобретения является разработка надежной защиты объекта от воздействия пуль до калибра 12,7 мм и высокоэнергетических осколков поля боя с поверхностной плотностью не более 90 кг/м² и толщиной не более 22 мм.

Техническим результатом предлагаемого решения является уменьшение поверхностной плотности бронезащиты с сохранением защитных свойств за счет введения в конструкцию бронезащиты подложки из металлического материала с ребрами жесткости, что позволяет сохранить жесткость подложки и обеспечить минимальный вес конструкции бронезащиты.

Технический результат достигается тем, что бронезащита содержит подложку, керамический элемент и наружную облицовку, склеенные между собой. Подложка выполнена из стали с пределом прочности при растяжении σ_в=0,64-2,0 ГПа и имеет ребра жесткости, выполненные на стороне, прилегающей к керамическому элементу, высотой не более половины толщины подложки, ширина ребер жесткости и выборок не более половины калибра пули. Толщина керамического элемента составляет 1,3-1,8 толщины подложки. Между керамическим элементом и подложкой может быть установлен дополнительный слой подложки, при этом толщина подложки с ребрами жесткости составляет 0,3-0,7 суммарной толщины обеих подложек. Наружная облицовка выполнена из материала с прочностью σ≥50 МПа толщиной 0,2-2,5 мм. Керамический элемент состоит из примыкающих друг к другу пластин, склеенных между собой.

Керамические пластины могут быть выполнены из бронекерамики SiC, В₄С. Подложка может быть выполнена однослойной или многослойной. При многослойном исполнении, в зависимости от требуемого уровня защиты, толщина подложки с ребрами жесткости составляет 0,3-0,7 суммарной толщины обеих подложек. Ребра жесткости на подложке образованы путем выборки металла. Толщина подложки в зоне выборок должна быть достаточной для остановки вторичных осколков, образующихся при разрушении поражающего элемента, в слоях бронепреграды и недопущению их проникновения за пределы бронепреграды. Экспериментально установлено, что глубина выборки величиной не более половины толщины подложки обеспечивает остановку вторичных осколков поражающего элемента в слое облегченной подложки. Увеличение этого размера более половины толщины подложки не обеспечивает удержания вторичных осколков. Для сохранения необходимой жесткости подложки ширина ребер жесткости должна быть в пределах 0,4-0,6 от калибра пули, а для обеспечения минимальных весовых характеристик она должна быть как можно меньше. Для поражающих элементов с кинетической энергией до 20 кДж усредненная ширина ребер жесткости составляет половину калибра поражающего элемента. Ширина выборок должна быть не более половины калибра поражающего элемента для того, чтобы сформированный поражающий элемент по габариту не проходил в образованную выборкой ячейку. Подложка с ребрами жесткости устанавливается с тыльной стороны бронезащиты и соединяется с керамическими пластинами (либо с дополнительным слоем подложки) поверхностью с ребрами жесткости. Керамические пластины могут заневоливаться наружной облицовкой.

Стойкость к воздействию бронебойно-зажигательных пуль стрелкового оружия и высокоэнергетических осколков поля боя и, как следствие, повышение надежности заявляемой защитной преграды достигается за счет того, что при воздействии пули или осколка на заневоленную с помощью облицовки керамическую пластину происходит эффективное воздействие на поражающий элемент за счет запасенной энергии, реализуемой в сходящемся к оси пробоины движении частиц керамической пластины. Запасание энергии «заневоленной» керамической пластиной происходит за счет энергии проникающего поражающего элемента. Благодаря высоким характеристикам упругости и прочности при сжатии керамические материалы способны кратковременно запасать значительную часть энергии при проникании поражающего элемента. Помимо энергетической составляющей происходит перераспределение энергии на большую площадь за счет образующего конуса разрушения в керамической пластине. Кроме того, за счет бокового ограничения керамической пластины облицовкой и соседними бронезащитными элементами, уменьшается (либо исключается) разгрузка (краевые эффекты) в керамическом слое. Образующиеся вторичные осколки улавливаются подложкой, при этом наличие подложки с пределом прочности при растяжении от 0,64 до 2,0 ГПа позволяет более эффективно взаимодействовать с поражающим элементом, снижая проникающее действие, уменьшая величину прогиба подложки и величину запреградного действия. Толщина керамических пластин из бронекерамики SiC, В₄С, обладающих высокими физико-механическими характеристиками, составляет от 1,3 до 1,8 толщины подложки, что позволяет останавливать крупнокалиберные пули стрелкового оружия и высокоэнергетические осколки поля боя. Образующиеся при выполнении ребер жесткости выборки в материале облегченной подложки позволяют уменьшить массу бронезащиты в тех же габаритах конструкции, при этом жесткостные характеристики подложек сохраняются на должном уровне.

На фиг. 1 изображена бронезащита с облегченной подложкой, где 1 - керамическая пластина, 2 - подложка с ребрами жесткости, 3 - дополнительный слой подложки, 4 - облицовка, 5 - ребро жесткости, А - высота ребер жесткости, Б - ширина ребер жесткости, В - ширина выборки.

В качестве примеров конкретного исполнения бронезащиты с облегченной подложкой предложены следующие.

1. Для защиты от бронебойно-зажигательной пули калибра 12,7 мм керамический элемент 1 выполнен из карбида бора толщиной 15 мм. Облегченная подложка (подложка с ребрами жесткости) 2 выполнена из стали 26ГСМ толщиной 6 мм. Облицовка 4 для фиксации керамического элемента 1 выполнена из стали 12Х18Н10Т толщиной 1 мм. Поверхностная плотность брони составляет 80,4 кг/м².

2. Для защиты от пули Б-32 калибра 7,62 мм фронтальный керамический слой 1 выполнен из карбида бора толщиной 7 мм. Подложка 3 выполнена из АМг6 толщиной 2 мм, облегченная подложка 2- из стали 12Х18Н10Т толщиной 4 мм. Облицовка 4 для фиксации керамического слоя 1 выполнена из стали 12Х18Н10Т толщиной 1 мм. Поверхностная плотность брони составляет 64,3 кг/м².

Заявляемая конструкция позволяет решить поставленную задачу по разработке надежной бронезащиты от воздействия бронебойно-зажигательных пуль стрелкового оружия, высокоэнергетических осколков поля боя и получить новый технический результат, заключающийся в уменьшении поверхностной плотности бронезащиты с сохранением ее защитных характеристик.

Проведенные испытания на моделях подтвердили заявляемый технический результат.

Изобретение относится к области вооружения и военной техники, в частности к броневым конструкциям, которые могут быть применены в индивидуальных и транспортных средствах для защиты от воздействия пуль стрелкового оружия и высокоэнергетических осколков поля боя, а также в атомной и других отраслях промышленности для применения в качестве средств пассивной защиты изделий. Подложка бронезащиты выполнена из стали с пределом прочности при растяжении σ_в=0,64-2,0 ГПа и имеет ребра жесткости, выполненные на стороне, прилегающей к керамическому элементу. Толщина керамического элемента составляет 1,3-1,8 толщины подложки. Достигается уменьшение поверхностной плотности бронезащиты с сохранением защитных свойств. 3 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Бронезащита, содержащая подложку, керамический элемент и наружную облицовку, склеенные между собой, отличающаяся тем, что подложка изготовлена из стали с пределом прочности при растяжении σ_в=0,64-2,0 ГПа и имеет ребра жесткости, выполненные на стороне, прилегающей к керамическому элементу, высотой не более половины толщины подложки, ширина ребер жесткости и выборок составляет не более половины калибра пули, а толщина керамического элемента 1,3-1,8 толщины подложки.

2. Бронезащита по п.1, отличающаяся тем, что между керамическим слоем и подложкой установлен дополнительный слой подложки, при этом толщина подложки с ребрами жесткости составляет 0,3-0,7 суммарной толщины обеих подложек.

3. Бронезащита по п.1, отличающаяся тем, что наружная облицовка выполнена из материала с прочностью σ≥50 МПа толщиной 0,2-2,5 мм.

4. Бронезащита по п.1, отличающаяся тем, что керамический элемент состоит из примыкающих друг к другу пластин, склеенных между собой.