Композиционная броневая преграда Российский патент 2019 года по МПК F41H5/04 

Изобретение относится к области броневых конструкций и может быть использовано при изготовлении защитных сооружений или бронированных транспортных средств.

Известна композиционная броневая преграда, содержащая диссипативный элемент, выполненный из податливого материала и расположенный за корпусным элементом (RU 2628415 С2, опубл., 17.11.2015).

Недостатками известной преграды являются низкая степень защиты объекта.

Известна композиционная броневая преграда, содержащая броневой элемент, выполненный из твердого материала, связанный с корпусным элементом посредством диссипативного элемента, выполненного из податливого материала (US 2018010891 А1, опуб., 11.01.2018).

Недостатками известной преграды являются неравномерная нагрузка на броневой элемент (меняющаяся с удалением от точек крепления пружин), приводящая к снижению надежности защиты, увеличению необходимой толщины преграды из-за неиспользования пружин для защиты.

Техническим результатом является повышение надежности защиты при минимальных габаритах преграды.

Поставленная задача достигается тем, что в композиционной броневой преграде, содержащей, по меньшей мере, один броневой элемент, выполненный из твердого материала, связанный с корпусным элементом посредством диссипативного элемента, выполненного из податливого материала, согласно изобретению, диссипативный элемент выполнен в виде волокнистого материала, скрепленного, по меньшей мере, с частью поверхности броневого элемента при помощи связующего средства, при этом диссипативный элемент закреплен с корпусным элементом посредством поверхности волокнистого материала, выступающей за пределы периметра скрепленного с ним броневого элемента после, по крайней мере, на части указанного периметра броневого элемента.

Поставленная задача достигается также тем, что броневой элемент может быть расположен за сплошной поверхностью корпусного элемента со стороны защищаемого объема.

Поставленная задача достигается также тем, что волокнистый материал может быть скреплен с одной и/или с противоположной поверхностями броневого элемента.

Поставленная задача достигается также тем, что волокнистый материал может быть соединен с корпусным элементом при помощи клеящего состава.

Поставленная задача достигается также тем, что волокнистый материал может быть соединен с корпусным элементом при помощи крепежных элементов.

Поставленная задача достигается также тем, что диссипативный элемент может быть выполнен в виде герметичного тканевого конверта из волокнистого материала, внутри которого расположен броневой элемент.

Поставленная задача достигается также тем, что диссипативный элемент может быть дискретным.

Поставленная задача достигается также тем, что броневой элемент может быть выполнен составным в виде рядом расположенных в одном слое частей, при этом части броневого элемента могут быть собраны в виде или по принципу построения мозаики или ткацкого переплетения.

Поставленная задача достигается также тем, что броневой элемент может быть выполнен составным в виде частей, расположенных, по меньшей мере, в два слоя один за другим, при этом могут использовать различные материалы при формировании слоев броневого элемента.

Поставленная задача достигается также тем, что броневой элемент может быть выполнен с перфорацией.

Поставленная задача достигается также тем, что диссипативный элемент может быть выполнен многослойным с чередованием волокнистых материалов и связующего.

Изобретение поясняется при помощи чертежей.

На фиг. 1 показана описываемая композиционная броневая преграда с несколькими вариантами выполнения броневого элемента;

На фиг. 2 - то же, разрез А-А на фиг. 1;

На фиг. 3 показан поперечный разрез преграды с корпусом;

На фиг. 4 показан пример исполнения комбинированной композиционной броневой преграды с различными видами твердого и мягкого материалов;

На фиг. 5 показаны варианты исполнения огибания мягкими материалами твердые материалы преграды в зависимости от условий монтажа: вариант №1 - твердый материал находится по центру мягкого материала; вариант №2 - мягкие материалы располагаются относительно одной из поверхностной твердого материала.

Описываемая преграда содержит, по меньшей мере, один броневой элемент 1, выполненный из твердого материала, связанный с корпусным элементом 2 посредством диссипативного элемента 3, выполненного из податливого волокнистого материала, скрепленного, по меньшей мере, с частью поверхности броневого элемента 1, например, одной своей стороной, при помощи связующего средства. Волокнистый материал диссипативного элемента 3 может быть скреплен с обеими противоположными поверхностями броневого элемента 1. При этом диссипативный элемент закреплен с корпусным элементом посредством поверхности волокнистого материала, выступающей за пределы периметра скрепленного с ним броневого элемента 1, по крайней мере, на части указанного периметра броневого элемента 1.

При этом диссипативный элемент 3 может быть выполнен многослойным с чередованием волокнистых материалов и связующего.

На фиг. 1 показаны варианты выполнения броневого элемента. Так, позицией 1 показан вариант броневого элемента в виде цельного куска (листа), позицией 4 - в виде перекрестного расположения продольно-поперечных полос (ткацкого переплетения) без перфорации с зазором; 5 - в виде перфорированного листа; 6 - в виде перфорированной квадратной мозаики с перфорацией без зазора.

Предпочтительное расположение броневого элемента 1 - за сплошной поверхностью корпусного элемента 2 со стороны защищаемого объема.

Волокнистый материал диссипативного элемента 3 может быть соединен с корпусным элементом при помощи клеящего состава или крепежных элементов 7 (фиг. 1).

Диссипативный элемент 3 может быть выполнен в виде герметичного тканевого конверта из волокнистого материала, внутри которого расположен броневой элемент 1 (фиг. 2, 5).

Броневой элемент 1 может быть также выполнен составным в виде частей, расположенных, по меньшей мере, в два слоя один за другим, при этом могут использовать различные материалы при формировании слоев броневого элемента. Как показано на фиг. 4 броневой элемент составлен из слоев материалов с различной твердостью. При этом, каждый слой броневой преграды может быть выполнен различной формы, как показано на фиг 1. Например, позицией 8 показан бронематериал высокой твердости; позицией 9 - бронематериал средней твердости; позицией 10 - бронематериал низкой твердости; позицией 3 - материал диссипативного элемента. На фиг. 4 показано также, что слои твердого материала броневого элемента 1 чередуются со слоями диссипативного элемента 3.

Между корпусным элементом 2 и описываемой композиционной преградой может быть установлен дистанцирующий элемент 11.

Описываемая композиционная преграда увеличивает баллистические характеристики броневой преграды за счет диссипации энергии ударной волны в гетерогенной среде на основе твердого (броневого элемента 1) и мягкого (диссипативного элемента 3) материалов. При этом, при изготовлении изделия диссипативный элемент 3 имеет больший размер по периметру, чем броневой элемент 1, который необходим для дополнительного нарушения движения ударной волны. В процессе проникновения индентора в область твердого материала, происходит увеличение времени распространения ударной волны в разнородной структуре неравного размера, за счет чего индентор теряет большую энергию, чем при преодолении однородной структуры или разнородной структуры равного размера. Увеличенный периметр мягкого диссипативного элемента 3 заведомо не содержит в себе твердый элемент.

Композиционная броневая преграда крепится к корпусу изделия (корпусному элементу 2) исключительно в местах расположения мягкого материала диссипативного элемента 3, что обеспечивает дополнительное рассеивание ударной нагрузки за счет амортизации колебаний твердой преграды. В случае особенности конструкции конечного изделия, допускается применять крепление через мягкий и твердый материал, но количество таких мест креплений должно быть сведено к минимуму.

Описываемое изобретение используется следующим образом.

Композиционная броневая преграда представляет собой, по существу, сложную разнородную структуру, содержащую, по меньшей мере, три составляющих, объединяющих их в одно неделимое целое.

Первая составляющая - это основной бронезащищающий материал броневого элемента 1, представляющий собой твердую броневую преграду (керамика, сталь, алюминий, титан и их сплавы), обеспечивающий разрушение и торможение поражающего индентора.

Вторая составляющая - это дополнительный диссипативный элемент 3, представляющий собой мягкие материалы на основе высокомодульных и высокопрочных волокон (мультиаксиальные и нетканые полотна, а также арамидные, стекло-базальтовые, кварцевые, кремнеземные, керамические, углеродные, полиэфирные, полипропиленовые, полиэтиленовые ткани), вызывающий дополнительные нагрузки на поражающий элемент за счет увеличения времени распространения ударной волны и демпфирования твердой броневой преграды после обстрела, повышая ее живучесть.

Третья составляющая - это связующий материал, обеспечивающий неразрывное соединение твердого 1 и мягкого 3 материалов.

Композиционная броневая преграда изготавливается по следующему принципу: броневые твердые материалы 1 неразрывно соединяются с диссипативными мягкими материалами 3 посредством специального оборудования. Технология изготовления композиционной броневой преграды заключается в следующих основных технологических операциях.

В качестве броневого элемента 1 используют броню из цельного листового материала или перфорированного для снижения его веса. В качестве снижения себестоимости изделия, а также формирования объемных изделий в условиях предприятий, не располагающих возможностью применять заранее формованные твердые бронепреграды, возможно применение твердого броневого материала в виде продольно-поперечных полос 4 или по принципу построения мозаики 6, элементы которых могут быть получены из отходов производства (см. фиг. 1).

Продольно-поперечные полосы 4 могут быть уложены встык или с зазором. Помимо этого, продольно-поперечные полосы могут быть выполнены в виде перекрестного расположения. Перекрестное расположение броневых деталей имеет два преимущества: во-первых, возможно создание из броневой преграды одной толщины преграду большей толщины, необходимой для обеспечения класса защиты. Например, при закупке броневого листа толщиной 2 мм, у предприятия отсутствует необходимость приобретения листов толщиной 4, 6 и более мм, т.к. все необходимые толщины могут быть получены путем послойного перекрестного расположения одной и той же толщины. Во-вторых, перекрестное расположение броневых преград может быть имитацией разнесения, для формирования которой отсутствует необходимость применения цельных листов. В качестве дополнительных мер по снижению веса, продольно-поперечные полосы могут быть перфорированы.

При формировании броневой преграды в виде мозаики 6, элементы мозаики могут иметь квадратную, шестигранную или круглую форму. Допускается расположение элементов мозаики с зазором и с применением дополнительной перфорации.

В качестве дополнительного снижения себестоимости изделия, диссипативный материал может быть выполнен дискретным, представляя собой соединенные части мягкого материала (склеиванием или сшиванием), в качестве которых могут использоваться отходы.

При прочих равных условиях, использование только одного вида броневого материала в качестве самостоятельной преграды не рационально при обеспечении защиты от поражения бронебойно-зажигательных и крупнокалиберных пуль. Рекомендуется применять различные виды твердых и мягких преград, комбинированные друг с другом посредством чередования относительно точки обстрела. Выбор максимального чередования разноплотных и разнородных структур материалов обусловлен принципом повышенной диссипации энергии ударных нагрузок в гетерогенной среде по сравнению с гомогенной средой.

Концепция защиты описываемого изобретения имеет следующую структуру:

• 1 слой преграды - разрушающий. В качестве разрушающего элемента используется высокотвердый материал броневого элемента 1, способствующий расколу термоупрочненного стального сердечника. Твердый материал соединяется с мягким материалом диссипативного элемента 3, обладающим специальными свойствами (к примеру, теплоизоляционными, радиозащитными, радиопоглощающими). В данном случае группа мягких материалов, помимо диссипативного составляющего, выполняет роль слоя, способного нарушить рисунок распознавания объекта в различных диапазонах электромагнитных длин волн, повысить теплозащиту объекта и защитить от радиационных воздействий.

• 2 слой преграды - останавливающий. После прохождения разрушающего слоя, сердечник способен разрушиться на 2 и более части, однако еще обладать высокой энергией поражения. Для его торможения используется броневой материал средней твердости, соединенный с мягким материалом с повышенной степенью разрывного удлинения. В данном случае группа волокнистых материалов способствует торможению движущихся инденторов, максимально долго увеличивая процесс распространения ударной волны вдоль нитей за счет большого показателя разрывного удлинения.

• 3 слой преграды - противоосколочный. После прохождения останавливающего слоя, большая часть энергии сердечника (или его частей) пули рассеяна. Однако, существует вероятность того, что после прохождения 2 преград могут происходить некондиционные непробития, свидетельствующие о возможности разрушения структуры при последующих обстрелах (намечающиеся прорывы от пробки). Для исключения возможности пробития и образования осколочного потока внутри запреградного пространства защищаемого объема, используется броневой материал низкой твердости, способный растягиваться, максимально задерживая остатки поражающих элементов. Броневой материал низкой твердости соединяется с высокопрочными мягкими материалами. В данном случае группа волокнистых материалов способствует дополнительному исключению проникновения остроконечных мелких осколков в заброневое пространство.

Преимущество соединения мягких материалов с твердыми состоит в том, что это дает возможность создания структуры броневой преграды из различных металлических сплавов, состоящих в группах гальванических пар, а также создания дополнительных свойств преграды за счет применения мягких материалов с различными особенностями применения.

Пример исполнения комбинированной композиционной броневой преграды с различными видами твердого и мягкого материалов, представлены на фиг. 4. При этом, каждый слой броневой преграды может быть выполнен в соответствии с фиг. 1.

Для формирования композиционной преграды, последовательно укладываются: мягкие материалы, связующий компонент и твердые материалы.

Последовательность уложения слоев распространяется на разнесенную, перекрестно-располагающихся и комбинированную композицию из различных материалов, главный принцип которой заключается в следующем чередовании: «мягкий материал + связующее + твердый материал + связующее + мягкий материал + связующее + твердый материал + связующее + мягкий материал + связующее + твердый материал…» и так далее.

После формирования необходимого пакета последовательно уложенных материалов, в зависимости от типа оборудования происходит процесс неразрывного соединения материалов.

На фиг 5 показаны варианты исполнения огибания мягкими материалами элемента 3 твердые материалы преграды элемента 1 в зависимости от условий монтажа: вариант №1 - твердый материал находится по центру мягкого материала; вариант №2 - мягкие материалы располагаются относительно одной из поверхностной твердого материала.

Любая дополнительная доработка готовой панели может быть осуществлена с помощью широкого спектра инструмента и оборудования.

После проведения мероприятий по доработке готовой панели, композиционная броневая преграда готова для установки на корпус или каркас изделия.

Таким образом, использование описываемой композиционной броневой преграды позволяет повысить надежность защиты при минимальных габаритах преграды.

Изобретение относится к области броневых конструкций и может быть использовано при изготовлении защитных сооружений или бронированных транспортных средств. Сущность изобретения заключается в том, что предлагаемое устройство увеличивает баллистические характеристики преграды за счет диссипации энергии ударной волны в гетерогенной среде на основе твердого и мягкого материалов, при этом при изготовлении изделия мягкий материал имеет больший размер по периметру, чем твердый материал, который необходим для дополнительного нарушения движения ударной волны. В процессе проникновения индентора в область твердого материала, происходит увеличение времени распространения ударной волны в разнородной структуре неравного размера, за счет чего индентор теряет большую энергию, чем при преодолении однородной структуры или разнородной структуры равного размера. Увеличенный периметр мягкого материала заведомо не содержит в себе твердый элемент. Твердые материалы неразрывно соединяются с мягкими материалами за счет связующего материала на специальном оборудовании. Технический результат: повышение надежности защиты при минимальных габаритах преграды. 12 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Композиционная броневая преграда, содержащая, по меньшей мере, один броневой элемент, выполненный из твердого материала, связанный с корпусным элементом посредством диссипативного элемента, выполненного из податливого материала, отличающаяся тем, что диссипативный элемент выполнен в виде волокнистого материала, скрепленного, по меньшей мере, с частью поверхности броневого элемента при помощи связующего средства, при этом диссипативный элемент закреплен с корпусным элементом посредством поверхности волокнистого материала, выступающей за пределы периметра скрепленного с ним броневого элемента, по крайней мере, на части указанного периметра броневого элемента.

2. Композиционная броневая преграда по п. 1, отличающаяся тем, что броневой элемент расположен за сплошной поверхностью корпусного элемента со стороны защищаемого объема.

3. Композиционная броневая преграда по п. 1, отличающаяся тем, что волокнистый материал скреплен с одной и/или с противоположной поверхностями броневого элемента.

4. Композиционная броневая преграда по п. 1, отличающаяся тем, что волокнистый материал соединен с корпусным элементом при помощи клеящего состава.

5. Композиционная броневая преграда по п. 1, отличающаяся тем, что волокнистый материал соединен с корпусным элементом при помощи крепежных элементов.

6. Композиционная броневая преграда по п. 1, отличающаяся тем, что диссипативный элемент выполнен в виде герметичного тканевого конверта из волокнистого материала, внутри которого расположен броневой элемент.

7. Композиционная броневая преграда по п. 1, отличающаяся тем, что броневой элемент выполнен составным в виде рядом расположенных в одном слое частей.

8. Композиционная броневая преграда по п. 1, отличающаяся тем, что диссипативный элемент выполнен в виде дискретного полотна.

9. Композиционная броневая преграда по п. 7, отличающаяся тем, что броневой элемент выполнен составным в виде частей, собранных по принципу построения мозаики или ткацкого переплетения.

10. Композиционная броневая преграда по п. 1, отличающаяся тем, что броневой элемент выполнен составным в виде частей, расположенных, по меньшей мере, в два слоя один за другим.

11. Композиционная броневая преграда по п. 10, отличающаяся тем, что используют различные материалы при формировании слоев броневого элемента.

12. Композиционная броневая преграда по п. 1, отличающаяся тем, что броневой элемент выполнен с перфорацией.

13. Композиционная броневая преграда по п. 1, отличающаяся тем, что диссипативный элемент выполнен многослойным с чередованием волокнистых материалов и связующего.