БРОНЕЗАЩИТА Российский патент 2018 года по МПК F41H5/04 

Изобретение относится к средствам зашиты от бронебойных пуль и снарядов, в частности, к используемым для этих целей композитным броням, и может быть использовано для защиты людей, транспортных средств, воздушных и морских судов и т.д.

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.

Это обстоятельство стало причиной разработки новых типов конструкции брони, в частности, композитной брони.

Для оценки новизны заявленного решения рассмотрим ряд известных технических средств аналогичного назначения, характеризуемых совокупностью сходных с заявленным устройством признаков.

Известны различные виды композитной брони, например слоистая броня, по патенту США №6497966, 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. Недостатками этого технического решения являются большой вес, низкая эксплуатационная надежность и малая живучесть конструкции.

Известна композитная броня по патенту США №5972819, которая содержит дробяще-отклоняющий и задерживающий слои. Дробяще-отклоняющий слой состоит из отдельных корундовых элементов, выполненных в виде цилиндров с полыми торцами и соединенных в единую панель.

Оси этих элементов расположены по нормали к наружной поверхности брони. Удерживающий слой выполнен из конструкционного материала на основе (Kevlar) или полиэтиленовых волокон (Dyneema) и полимерной матрицы, обеспечивает эффективное поглощение и рассеивание энергии пули. Недостатком этого технического решения его является то, что все положительные свойства брони реализуются лишь при использовании в качестве задерживающего слоя дорогих волокнистых материалов (Dyneema, Kevlar).

Известна композитная броня по патенту РФ №2329455, 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.

Недостатками данного технического решения, принятого нами в качестве прототипа, является большой вес и малая живучесть композитной брони.

Задача изобретения состоит в создании нового типа бронезащиты на основе более высокотехнологичных материалов и инновационных методов, позволяющих без увеличения массы и габаритов бронезащиты повышать ее защитную функцию.

Сущность заявленного технического решения выражается в следующей совокупности существенных признаков, достаточной для достижения указанного выше обеспечиваемого изобретением технического результата.

Согласно изобретению бронезащита в виде совокупности бронеплиток, каждая из которых включает металлическую, полимерную или композитную подложку и прикрепленный к ней слой керамического материала с пустотами, заполненными полимером, помещенные в оболочку из полимерного или композитного материала, характеризуется тем, что керамический материал выполнен с топологией трижды периодической поверхности минимальной энергии.

Кроме того, заявленное техническое решение характеризуется наличием ряда дополнительных факультативных признаков, а именно:

- керамический материал может быть выполнен с топологиями нескольких различных между собой трижды периодических поверхностей минимальной энергии.

Технический результат, получаемый при реализации заявленных существенных признаков, состоит в повышении защитных характеристик бронезащиты. Повышение баллистической стойкости бронезащиты обеспечивается за счет использования взамен широко известных бронеплиток относительно простых форм (плоские и радиусные плитки, цилиндры) керамического материала с топологией трижды периодических поверхностей минимальной энергии (ТППМЭ).

Трижды периодические поверхности с минимальной энергией являются минимальными поверхностями, поскольку основаны на принципе создания наименьшей площади с данной замкнутой кривой в виде границы (пример - мыльная пленка, покрывающая проволочную петлю). Минимальные поверхности являются поверхностями с нулевой средней кривизной. Все эти поверхности являются метрически идентичными, непрерывная деформация представляет собой изгибание поверхности. Таким образом, энергия нагружения распределяется в такой системе наиболее оптимальным путем.

Такой подход обеспечивает увеличение диссипации энергии нагружения (пуля, кумулятивный снаряд и т.д.) по сравнению с традиционными конструкциями. Конструкция элементов должна обеспечивать отклонение от траектории, дробление, вращение (для осколков). Геометрия таких элементов основывается на топологии ТППМЭ. Пустоты в структуре будут заполнены материалом с существенно отличающимся упругим импедансом, например, полимером или композитом. Такая структура представляет собой композит из двух взаимопроникающих фаз, выполненных из материалов с существенно отличающимся упругим импедансом.

Сущность заявляемого технического решения поясняется чертежом, на котором на фиг. 1 представлен вариант керамического слоя с топологией ТППМЭ, а именно, алмаз Шварца, на фиг. 2 - вариант керамического слоя с топологией ТППМЭ, а именно, примитив Шварца, пустоты в котором заполнены полимером, на фиг. 3 - поперечный разрез по заявленной бронезащите.

Бронезащита включает совокупность бронеплиток, каждая из которых содержит подложку 1, изготовленную из стали, цветных сплавов, полимерного или композиционного материала, и играющую роль задерживающего слоя. Бронеплитка 2, выполненная с топологией ТППМЭ, крепится к подложке 1 слоем клея 3. Пустоты в плитке заполнены материалом 4 с существенно отличающимся упругим импедансом, например полимером или композитом. Полимерный или композиционный материал 5, которым обернута сборка, предотвращает разлет осколков.

Бронеплитки 2 полимерным или иным клеем 3 крепится к подложке 1, изготовленной из стали, цветных сплавов, полимерного или композитного материала. Такая бронеплитка выполняет роль дробяще-отклоняющего слоя. Подложка 1 играет роль задерживающего слоя.

При контакте проникающего тела (пули, снаряда) с бронеплиткой происходит его деформация и разрушение, а также изменение траектории движения. При этом форма поверхности на основе топологии ТППМЭ обеспечивает более эффективное изменение траектории движения тела и его осколков (отклонение), а также более эффективную диссипацию энергии нагружения.

Максимальная диссипация энергии нагружения обусловлена ТППМЭ топологией керамической матрицы, которая приводит к максимальному увеличению доли тангенциальной составляющей силы нагружения (пуля, кумулятивный снаряд и т.д.) относительно нормальной составляющей. Заполнение пустот в матрице материалом с существенно отличающимся упругим механическим импедансом приводит к увеличению трещиностойкости композита.

Заявленная бронезащита может быть реализована с использованием известных материалов и технологий и обеспечивает защиту объекта в широком диапазоне скоростей нагружения от 0,5-1 км/с до 8-10 км/с.

Изобретение относится к средствам защиты от бронебойных пуль и снарядов, в частности к используемым для этих целей композитным броням. Бронезащита в виде совокупности бронеплиток, каждая из которых включает металлическую, полимерную или композитную подложку и скрепленный с ней слой керамического материала с пустотами, заполненными полимером, помещенные в оболочку из полимерного или композитного материала. Слой керамического материала с пустотами выполнен с топологией трижды периодической поверхности минимальной энергии. Слой керамического материала с пустотами может быть выполнен с топологией нескольких различных между собой трижды периодических поверхностей минимальной энергии. Достигается повышение защиты без увеличения массы и габаритов. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Бронезащита в виде совокупности бронеплиток, каждая из которых включает металлическую, полимерную или композитную подложку и скрепленный с ней слой керамического материала с пустотами, заполненными полимером, помещенные в оболочку из полимерного или композитного материала, отличающаяся тем, что керамический материал с пустотами выполнен с топологией трижды периодической поверхности минимальной энергии.

2. Бронезащита по п. 1, отличающаяся тем, что керамический материал с пустотами выполнен с топологией нескольких различных между собой трижды периодических поверхностей минимальной энергии.