СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ И БРОНЕЗАЩИТНЫЙ МНОГОСЛОЙНЫЙ БРОНЕЭЛЕМЕНТ Российский патент 2023 года по МПК F41H3/00 

Изобретения относятся к средствам защиты и могут быть использованы при изготовления бронеэлементов. Предлагаемый бронеэлемент может быть использован для бронезащиты техники, фортификационных сооружений и бронежилетов.

Известен способ изготовления бронезащитного многослойного материала (см. патент РФ №2630768, МПК F41H 3/00, опубл. 29.09.2017 г.), включающий формирование воздушных зазоров в многослойных материалах, состоящих из арамидной ткани, или материалов из металлических слоев. Размер зазоров и их число определяются энергией воздействующего снаряда, роанализирован и рассчитан бронежилет из бронезащитной ткани для человека.

Данный способ опирается на аналитический расчет сопротивления тканей на основе «акустического механизма торможения заряда». В процессе расчета авторы способа делают допущения, которые вносят большую погрешность при оценке стойкости бронезащиты. Помимо допущений, что скорость звука в арамидном волокне может быть равна скорости звука в дереве и пренебрежения поведением арамидных волокон при диамических воздействиях, авторы заявки не учитывают наличия большого количества марок арамидных волокон, представленных на рынке, выполненных по различным химическим технологиям. Кроме того, в расчете не учитывается наличие трения между нитями ткани во время их вытягивания при различном типе переплетения тканей, влияние на это трение различных марок волокна, а также наличие предварительной обработки ткани (отмывка, нанесение водоотталкивающего состава и т.д.). Кроме того, формирование воздушных полостей методами, описанными авторами способа не представляется возможным в виду большой подвижности ткани даже при минимальных инерционных воздействиях.

Известен способ изготовления бронепреграды из полимерных композитов и бронепреграда из полимерных композитов (см. патент РФ №2706370, МПК А42 В 3/00, F41H 1/04, опубл. 18.11.2019 г.), включающий формирование слои внутренней и наружной оболочек из арамидной ткани, пропитанной эластичным полимерным связующим. Между слоями устанавливают твердосплавные вставки из элементарных керамических ячеек, наружные, внутренние поверхности и боковые грани которых скрепляют между собой с соответствующими оболочками клеем, химически совместимым со связующим оболочек.

Известен способ повышения прочности композитной брони (см. патент РФ №2726701, МПК F41H 1/02, опубл. 15.07.2020 г.), включающий последовательно расположенную металлическую подложку и слои бронекерамики. При этом между подложкой и слоем бронекерамики дополнительно размещают спрессованный пакет из слоя ткани из арамидного волокна, или медной сетки, или чередующихся слоев из них с использованием полимерного клея в виде композиции на основе эпоксидно-новолачного блоколигомера, модифицированного поливинилбутиралем, в виде пленки.

Недостатками известных способов является: низкая технологичность способа сборки бронеплиты при котором требуется очень точное совмещение граней керамических ячеек; даже при очень точном совмещении граней ячеек, керамический слой не будет сплошным, и в месте сопряжения керамических ячеек бронезащита будет ослаблена.

Известен защитный бронеэлемент (см. полезную модель №199297, МПК F41H 5/00, опубл. 26.08.2020 г.), включающий фронтальный броневой слой и тыльный противоосколочный слой, который состоит из тканево-полимерных слоев, содержащих арамидную ткань. Фронтальный броневой слой и тыльный противоосколочный слой соединены при помощи клеевого соединения, а тканево-полимерные слои выполнены из слоев арамидной ткани типа СВМ, соединенных посредством полимерного связующего, которое имеет нетканую структуру. При использовании в качестве полимерного связующего полиэтилена образуется клеевое соединение тканевых слоев, а при использовании полипропилена образуется матрица, связывающая структурные составляющие тканевого слоя и одновременно клеевое соединение тканевых слоев.

Основным недостатком данного решения является использование полимеров для соединения или пропитки арамидной ткани. При склеивании нитей арамидная ткань теряет подвижность нитей в переплетении, которые не могут растягиваться по всей длине. При этом невозможно максимально полно использовать относительное удлинение до разрушения нити для гашения кинетической энергии пули или осколка. Это ведет к необходимости использования большего количества слоев бронеплиты и, соответственно увеличению массы и стоимости бронеплиты.

Известна композиционная броневая преграда (см. полезную модель №180862, МПК F41H 5/04, опубл. 26.06.2018 г.), включающая дробяще-отклоняющий слой, состоящий из ряда бронеполос, соединенных жестко между собой и отнесенных одна от другой по глубине на расстояние, соизмеримое с двумя длинами пуль стрелкового оружия, дробяще-отклоняющий слой жестко связан с броневым слоем, выполненным, например, из стали толщиной 4 мм, с внутренней стороны подложка защищена слоями арамидной ткани, а с лицевой стороны дробяще-отклоняющий слой (экран) защищен подложкой, выполненной из стали толщиной 2 мм, поверх которой может быть закреплена энергопоглощающая пластина, выполненная, например, из алюминиевого сплава толщиной 8 мм, на поверхности которой размещаются керамические элементы, выполненные в виде керамических шестигранных призм.

К недостаткам данного решения относятся: низкая технологичность способа сборки бронеплиты при котором требуется очень точное совмещение граней керамических ячеек; даже при очень точном совмещении граней ячеек, керамический слой не будет сплошным, и в месте сопряжения керамических ячеек бронезащита будет ослаблена.

Сущность предлагаемого способа изготовления бронезащитного многослойного бронеэлемента заключается в том, что один или более металлических листов выполнены или плоскими, или изогнутыми, или с выступающими элементами, а многослойный материал из тканей из сверхвысокомолекулярного полиэтилена или арамидных тканей формируют из не менее 10 слоев тканей атласного переплетения с поверхностной плотностью 90-250 г/м², и/или формируют, укладывают, закрепляют не менее 10 слоев тканей саржевого переплетения с поверхностной плотностью 90-250 г/м², и/или формируют, укладывают, закрепляют не менее 10 слоев ткани полотняного переплетения с поверхностной плотностью 90-400 г/м², слои ткани все или выборочно чередуют с вспомогательным средством для снижения трения, при этом все слои или выборочно прошивают нитью. Кроме того слои ткани чередуют с вспомогательным средством в виде фторопластовой пленкой.

Сущность предлагаемого бронезащитного многослойного бронеэлемента заключается в том, что бронеэлемент включает один и более металлических листов из различных сплавов толщиной не менее 0,2 мм и внутренние слои из сверхвысокомолекулярного полиэтилена и из арамидных тканей: не менее 10 слоев тканей атласного переплетения с поверхностной плотностью 90-250 г/м², и/или не менее 10 слоев тканей саржевого переплетения с поверхностной плотностью 90-250 г/м², и/или не менее 10 слоев тканей полотняного переплетения с поверхностной плотностью 90-400 г/м², между всеми слоями ткани или выборочно размещено вспомогательное средство для снижения трения, тканевые слои присоединены к металлическим листам посредством болтового соединения, при этом тканевые слои или все слои вместе, включая металлические листы, закреплены в оболочке. Металлические листы размешены между собой без зазора или с воздушным зазором, образованным посредством втулок, а металлические листы скреплены со слоями тканей без зазора или с воздушный зазором, образованным посредством втулок. Наружный металлический лист бронеэлемента выполнен или плоским, или изогнутым, или с выступающими элементами пирамидального или сферического вида с обеспечением изменения направление движения пули или поражающего элемента, а в качестве вспомогательного средства используют фторопластовую пленку.

Использование предлагаемого изобретения обеспечивает следующий технический результат:

- обеспечение надежной защиты различных видов объектов от воздействия поражающих элементов обычного и крупнокалиберного стрелкового оружия, а также осколков;

- создание броневой преграды с широким спектром защиты от пуль и осколков из доступных, широко распространенных и недорогих материалов отечественного или иностранного производства;

- значительное снижение поверхностной плотности бронезащиты за счет подбора последовательности слоев для более полного использования прочностных свойств используемых материалов;

- обеспечение высокой ремонтопригодности броневой преграды;

- повышение эксплуатационных характеристик броневой преграды в целом.

Указанный технический результат при осуществлении предлагаемого способа заключается в том, что изготовление бронезащитного многослойного бронеэлемента включает формирование бронеэлемента из многослойных материалов, состоящих из арамидных тканей или тканей из сверхвысокомолекулярного полиэтилена, атласного или саржевого, или полотняного переплетения, одного или более металлических листов, скрепленных по периметру.

Особенность заключается в том, что один или более металлический лист выполнен или плоскими, или изогнутыми, или с выступающими элементами, а многослойный материал из тканей из сверхвысокомолекулярного полиэтилена или арамидных тканей формируют из не менее 10 слоев тканей атласного переплетения с поверхностной плотностью 90-250 г/м², и/или формируют, укладывают, закрепляют не менее 10 слоев тканей саржевого переплетения с поверхностной плотностью 90-250 г/м², и/или формируют, укладывают, закрепляют не менее 10 слоев ткани полотняного переплетения с поверхностной плотностью 90-400 г/м², слои ткани все или выборочно чередуют с вспомогательным средством для снижения трения, при этом все слои или выборочно прошивают нитью. Кроме того слои ткани чередуют с вспомогательным средством в виде фторопластовой пленкой.

Бронезащитный многослойный бронеэлемент, реализующий предложенный способ, содержит ряд слоев, из арамидных тканей или тканей из сверхвысокомолекулярного полиэтилена, атласного или саржевого, или полотняного переплетения, одного или более металлических листов, скрепленных по периметру.

Особенность заключается в том, что бронеэлемент включает один и более металлических листов из различных сплавов толщиной не менее 0.2 мм и внутренние слои из сверхвысокомолекулярного полиэтилена и из арамидных тканей: не менее 10 слоев тканей атласного переплетения с поверхностной плотностью 90-250 г/м², и/или не менее 10 слоев тканей саржевого переплетения с поверхностной плотностью 90-250 г/м², и/или не менее 10 слоев тканей полотняного переплетения с поверхностной плотностью 90-400 г/м², между всеми слоями ткани или выборочно размещено вспомогательное средство для снижения трения, тканевые слои присоединены к металлическим листам посредством болтового соединения, при этом тканевые слои или все слои вместе, включая металлические листы закреплены в оболочке. Металлические листы размешены между собой без зазора или с воздушным зазором, образованным посредством втулок, а металлические листы скреплены со слоями тканей без зазора или с воздушным зазором, образованным посредством втулок. Наружный металлический лист бронеэлемента выполнен или плоским, или изогнутым, или с выступающими элементами пирамидального или сферического вида с обеспечением изменения направление движения пули или поражающего элемента, а в качестве вспомогательного средства используют фторопластовую пленку.

Конструкция бронеэлемента представлена на чертежах.

На фиг. 1 - Вариант 1.

На фиг. 2 - Вариант 2.

На фиг. 3 - Вариант 3.

На фиг. 4 - Вариант 4.

На фиг. 5 - Вариант 5.

На фиг. 6 - Вариант 6.

Предложенные варианты бронеэлементов состоят из: 1 - слои из металлических листов, 2 - слои первого типа ткани, 3 - слои второго типа ткани, 4 - нить, которой прошиты тканевые слои, 5 - оболочка, 6 - болтовое соединение, 7 - фторопластовая пленка, 8 - втулки, 9 - изогнутый металлический лист.

Сборку бронеэлементов осуществляют следующим образом.

Металлический лист толщиной не менее 0,2 мм может быть один или несколько в зависимости от поражающего средства и расстояния, на котором происходит попадание.

Например, 1 мм титанового сплава или 1,5 мм алюминиевого сплава. В определенных случаях может быть сочетание титанового и алюминиевого листов.

Основные задачи слоев из металлических листов:

- снизить кинетическую энергию пули или осколка;

- деформировать пулю, чтобы последующие слои воспринимали нагрузку на большей площади;

- создать заусенцы и края, которые запутаются в ткани.

- изменить угол взаимодействия пули с последующими слоями, придать ей вращение и завалить на бок, чтобы эффективнее запутать в ткани.

Сразу после слоев из металлических листов путем выкладки формируются тканевые слои 2, которых должно быть не менее 10 шт. (фиг. 1) атласного переплетения с поверхностной плотностью 90-250 г/м², и/или тканей саржевого переплетения с поверхностной плотностью 90-250 г/м², и/или тканей полотняного переплетения с поверхностной плотностью 90-400 г/м².

Логика формирования тканевых слоев в следующем, ткани первой группы слоев 2 (фиг. 1) должны быть более мягкими и растяжимыми, чем последующей группы слоев 3.

За счет растяжения ткани и нитей первой группы слоев 2 пуля с уже измененной формой и положением после взаимодействия с слоями из металлических листов начинает наматывать на себя большое количество нитей ткани. При пониженном трении между нитями, которое дает, например, атласное переплетение, нить получает большую вытяжку и, соответственно, может погасить больше кинетической энергии за счет своего растяжения на большой длине. При этом происходит дополнительный разворот пули вокруг оси из-за несимметричного переплетения нитей и заваливание на бок из-за разной длины нитей при растяжении.

Ткани следующей группы слоев 3 (фиг. 1), например, саржевого или полотняного переплетения обеспечивают функцию остановку уже развернутой пули. Высокое трение между нитями ограничивает раздвигание нитей пулей или осколком.

Ткани прошиваются вместе нитью 4 (фиг. 1) по периметру или квадратами, например, 300 на 300 мм и размещаются в оболочке 5 (фиг. 1).

Часть последних тканей может быть прошита каждые 10-60 мм в обоих направлениях, это обеспечивает максимальную прочность слоя при воздействии на большой площади со стороны предыдущих слоев за счет повернутой пули и повышает останавливающее действие слоев ткани.

Вместо арамидных тканей могут быть использованы ткани из сверхвысокомолекулярного полиэтилена.

Скрепление металлических листов и тканей может быть осуществлено различным образом, например, резьбовыми соединениями, как показано в варианте 1 (фиг. 1), заключением их в одну оболочку, как показано в варианте 2 (фиг. 2), склеиванием и любым другим способом, гарантирующим надежное соединение.

Описанный выше результат может быть улучшен при использовании средств для снижения трения между слоями ткани и/или нитями в переплетении ткани. В варианте 3 (фиг. 3) показано использование фторопластовой пленки 7 (фиг. 3), которая размещается между всеми слоями тканей или выборочно. Также, вместо фторопластовой пленки можно использовать иные пленки, покрытия или пропитки ткани, понижающие трение между слоями тканей и/или нитями в переплетении ткани.

Результат действия слоев из металлических листов может быть улучшен путем создания расстояния (воздушного зазора) между отдельными металлическими листами, как показано в варианте 4 бронеэлемента (фиг. 4) или путем создания расстояния (воздушного зазора) между всеми металлическими листами и тканевыми слоями, как показано в варианте 5 бронеэлемента (фиг. 5), например, посредством втулок определенной высоты. При этом, пролетая дополнительное расстояние, пуля или осколок, с уже измененным углом наклона по отношению к преграде приходит во взаимодействие со следующими слоями уже бод большим углом, что обеспечивает большую площадь взаимодействия и снижает проникающую способность пули или осколка.

Также, результат взаимодействия пули или осколка с металлическими листами можно улучшить, выполняя первый металлический лист изогнутым, или с выступающими элементами пирамидального, сферического вида или другой формы, с обеспечением изменения направление движения пули или поражающего элемента. Пример показан в варианте 6 (фиг. 6) - первый лист выполнен изогнутым, при этом изменяется угол взаимодействия с ним пули или осколка и оно происходит отчасти по касательной, что значительно снижает проникающую способность пули или осколка.

Таким образом, предложенное устройство обеспечивает надежную защиту от воздействия поражающих элементов обычного и крупнокалиберного стрелкового оружия, а также осколков, при этом достигается низкая поверхностная плотность бронеэлемента за счет способа его формирования.

Вышеизложенное описание свидетельствует о выполнении при использовании заявленной полезной модели следующей совокупности условий:

- средство, воплощающее заявленную изобретение, при его осуществлении, относится к средствам защиты и может быть использовано при изготовления бронеэлементов;

- для заявленного устройства в том виде, как оно охарактеризовано в изложенной формуле изобретения, подтверждена возможность его осуществления с помощью описанных в заявке средств и методов;

- средство, воплощающее заявленное изобретение при осуществлении, способно обеспечить достижение усматриваемого заявителем поставленных технических задач. Следовательно заявленное изобретение соответствует условию «промышленная применимость».

Изобретения относятся к средствам защиты и могут быть использованы при изготовлении бронеэлементов. Предлагаемый бронеэлемент может быть использован для бронезащиты техники, фортификационных сооружений и бронежилетов. Бронезащитный многослойный бронеэлемент формируют из многослойных материалов, состоящих из арамидных тканей и/или из сверхвысокомолекулярного полиэтилена и из металлических слоев. При этом бронеэлемент формируют из одного или более металлических слоев (1), выполненных или плоскими, или изогнутыми, или с выступающими элементами, слоев из сверхвысокомолекулярного полиэтилена и арамидных тканей: тканей атласного переплетения с поверхностной плотностью 90-250 г/м², и/или формируют, укладывают, закрепляют слои тканей саржевого переплетения с поверхностной плотностью 90-250 г/м², и/или формируют, укладывают, закрепляют слои ткани полотняного переплетения с поверхностной плотностью 90-400 г/м². Слои ткани (1), (2) все или выборочно чередуют с вспомогательным средством для снижения трения, полученные тканевые слои скрепляют вместе по периметру, при этом все слои или выборочно прошивают нитью (4). Обеспечивается надежная защита различных видов объектов от воздействия поражающих элементов обычного и крупнокалиберного стрелкового оружия, а также осколков, снижение поверхностной плотности бронезащиты за счет подбора последовательности слоев для более полного использования прочностных свойств используемых материалов, а также высокая ремонтопригодность броневой преграды. 2 н. и 5 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Способ изготовления бронезащитного многослойного бронеэлемента, включающий формирование бронеэлемента из многослойных материалов, состоящих из арамидных тканей или тканей из сверхвысокомолекулярного полиэтилена, атласного или саржевого, или полотняного переплетения, одного или более металлических листов, скрепленных по периметру, отличающийся тем, что один или более металлический лист выполнен или плоскими, или изогнутыми, или с выступающими элементами, а многослойный материал из тканей из сверхвысокомолекулярного полиэтилена или арамидных тканей формируют из не менее 10 слоев тканей атласного переплетения с поверхностной плотностью 90-250 г/м², и/или формируют, укладывают, закрепляют не менее 10 слоев тканей саржевого переплетения с поверхностной плотностью 90-250 г/м², и/или формируют, укладывают, закрепляют не менее 10 слоев ткани полотняного переплетения с поверхностной плотностью 90-400 г/м², слои ткани все или выборочно чередуют с вспомогательным средством для снижения трения, при этом все слои или выборочно прошивают нитью.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что слои ткани чередуют с вспомогательным средством в виде фторопластовой пленки.

3. Бронезащитный многослойный бронеэлемент, содержащий ряд слоев из арамидных тканей или тканей из сверхвысокомолекулярного полиэтилена - атласного или саржевого, или полотняного переплетения, одного или более металлических листов, скрепленных по периметру, отличающийся тем, что бронеэлемент включает один и более металлических листов из различных сплавов толщиной не менее 0,2 мм и внутренние слои из сверхвысокомолекулярного полиэтилена или из арамидных тканей: не менее 10 слоев тканей атласного переплетения с поверхностной плотностью 90-250 г/м², и/или не менее 10 слоев тканей саржевого переплетения с поверхностной плотностью 90-250 г/м², и/или не менее 10 слоев тканей полотняного переплетения с поверхностной плотностью 90-400 г/м², между всеми слоями ткани или выборочно размещено вспомогательное средство для снижения трения, тканевые слои присоединены к металлическим листам посредством болтового соединения, при этом тканевые слои или все слои вместе, включая металлические листы, закреплены в оболочке.

4. Бронезащитный многослойный бронеэлемент по п. 3, отличающийся тем, что металлические листы размешены между собой без зазора или с воздушным зазором, образованным посредством втулок.

5. Бронезащитный многослойный бронеэлемент по п. 3, отличающийся тем, что металлические листы скреплены со слоями тканей без зазора или с воздушным зазором, образованным посредством втулок.

6. Бронезащитный многослойный бронеэлемент по п. 3, отличающийся тем, что наружный металлический лист бронеэлемента выполнен или плоским, или изогнутым, или с выступающими элементами пирамидального или сферического вида с обеспечением изменения направления движения пули или поражающего элемента.

7. Бронезащитный многослойный бронеэлемент по п. 3, отличающийся тем, что в качестве вспомогательного средства используют фторопластовую пленку.