БРОНЕВАЯ ЗАЩИТА Российский патент 2023 года по МПК F41H5/02 F41H1/02 

Изобретение относится к средствам бронезащиты и может быть использовано автономно или в составе бронежилетов или других технических средств защиты человека от поражения пулей или иным движущимся предметом, обладающим большой кинетической энергией. Прогресс в создании высокоэффективных поражающих средств и определяемое им повышение требований к бронезащите обусловило создание многослойной комбинированной брони. Идеология комбинированной защиты заключается в сочетании нескольких слоев разнородных материалов с приоритетными свойствами, включающем фронтальный слой из особотвердых материалов и высокопрочный энергоемкий тыльный слой. В качестве материалов фронтального слоя используют керамику высшей категории твердости, при этом задача ее сводится к разрушению закаленного сердечника пули вследствие напряжений, возникающих при высокоскоростном взаимодействии сердечника с керамикой. Тыльный, удерживающий слой предназначен для погашения кинетической энергии и блокировки осколков, образующихся в результате ударного взаимодействия пули с керамикой.

Известен бронированный элемент конструкции, используемый в качестве брони (заявка Германии №4005904, МПК F41H 5/04, опубл. 29.08.1991), содержащий фасонные элементы из керамики, торцевыми поверхностями прилегающие друг к другу, зафиксированные на подложке.

Одним из основных недостатков бронированного элемента является то, что попадание подкалиберной пули в стык между элементами из керамики приводит к интенсивному разрушению их торцевых поверхностей в зоне удара. Это разрушение также усиливается за счет влияния краевых эффектов, при этом зазор в стыке между плитами увеличивается, и пуля пробивает слои бронированного элемента насквозь.

Известна броневая защита от воздействия подкалиберных пуль (см. патент РФ №2308660, МПК F41H 5/04, опубл. 20.10.2007, Бюл. №29), содержащая фасонные элементы из керамики, состыкованные торцевыми поверхностями друг с другом, торцевые поверхности фасонных элементов из керамики выполнены сложного профиля, средняя часть выполнена со скосом, угол наклона которого выбран 10-25°, скосы каждой пары выполнены с взаимно противоположными направлениями, при этом длина каждого скоса выбрана такой, что при стыковке элементов из керамики с противоположными направлениями скосов образуются лицевые и тыльные зазоры глубиной 0,2-0,4 и шириной 0,04-0,15 толщины элементов из керамики, а суммарная длина на состыкованных элементах из керамики, образующаяся на продолжении линии скоса, составляет не менее 0,7 толщины элементов из керамики.

Одним из основных недостатков броневой защиты является сниженная прочность торцевых участков (поверхностей) элементов из керамики из-за того, что попадание поражающего элемента, особенно подкалиберной пули в стык между плитами, приводит к интенсивному разрушению их торцевых поверхностей в зоне удара. Это разрушение происходит вследствие того, что торцевые поверхности фасонных элементов из керамики выполнены со скосом. Угол наклона скоса выбран 10÷25°. Скосы каждой пары элементов из керамики выполнены с взаимно противоположными направлениями, при этом снижаются прочность и защитные свойства торцевых участков (поверхностей) элементов из керамики, так как торцевые участки состоят не из монолитного керамического элемента, а из двух половинок с уменьшенной в 2 раза прочностью по сравнению с прочностью монолитной керамики. При попадании пули в такой торцевой участок пуля сначала пробивает одну половину толщины стыка, а затем и вторую половину стыка, что значительно снижает эффективность защиты из-за такого поэтапного разрушения отдельных слоев. В результате пуля пробивает состыкованные элементы из керамики со скосами и подложку насквозь.

Кроме того, стыковать элементы из керамики со скосами - достаточно трудная задача при сборке подложек для бронежилетов и бронепанелей больших размеров для военной техники, т.к. скосы с 4-х сторон бронеэлемента необходимо точно совместить со смежными бронеэлементами, также имеющих скосы. Наличие скосов обуславливает, в отличие от бронеэлементов без скосов, изготавливать несколько типоразмеров бронеэлементов со скосами, что усложняет и увеличивает стоимость производства броневой защиты.

Задачей предлагаемого решения является повышение конструкционной прочности элементов из керамики и защитных свойств броневой защиты к воздействию подкалиберных пуль стрелковых систем путем упрочнения профиля стыка торцевых поверхностей элементов из керамики за счет увеличения толщины керамики на краях керамических элементов по всему периметру и изменения траектории движения пули при ее попадании в участки стыковки керамических элементов друг с другом.

Технический результат достигается тем, что в броневой защите, содержащей фасонные элементы из керамики, зафиксированные на подложке и состыкованные торцевыми поверхностями друг с другом, каждый фасонный элемент снабжен выполненным на его торцевых поверхностях по периметру выступом со скосом, направленным внутрь поверхности элемента с углом наклона 40-50° и высотой 0,4-0,6 его толщины, при этом фасонные элементы соединены торцами друг с другом с образованием стыка из выступов со скосами во взаимно противоположных направлениях.

При попадании пули в броневую защиту в торцевую зону непосредственно в выступ с увеличенной толщиной, острие пули начинает разрушаться и распадаться на осколки, теряя свою кинетическую энергию, ее траектория полета не изменяется. В подложке имеются вмятины, сквозное пробитие отсутствует. При попадании пули в торцевую зону в скос выступа, траектория ее полета изменяется, пуля частично фрагментируется, отклоняется от первоначального направления движения, начинает разворачиваться, происходит разворот подкалиберной пули и непробитие броневой защиты. Подложка получает незначительное локальное повреждение, без сквозного пробития броневой защиты.

Конструкция броневой защиты реализована таким образом, что стыки между соседними бронеэлементами становятся более прочными и пулестойкими с точки зрения снижения разрушительной способности (фрагментации) пули при внедрении ее в защитные слои. Угол наклона скоса торцевых поверхностей элементов из керамики выбран из условия реализации изменения траектории движения пули путем ее разворота при попадании в скос.

Наиболее оптимальными с точки зрения наилучших защитных и эксплуатационных свойств броневой защиты является наличие выступов со скосами, направленными внутрь поверхностей элементов из керамики, и высотой 0,4-0,6 толщины элементов из керамики и угла наклона скосов 40-50°.

Таким образом, заявляемое техническое решение обеспечивает надежную защиту охраняемого объекта от воздействия подкалиберных пуль стрелковых систем за счет упрочненных краев бронеэлементов в виде выступов со скосами, направленными внутрь поверхностей этих керамических бронеэлементов, а при соединении смежных элементов их торцами друг с другом образуют стык из выступов со скосами во взаимно противоположных направлениях.

Предлагаемое техническое решение пояснено чертежами, где на фиг. 1 представлен вид сверху фасонного керамического элемента, на фиг. 2 представлен поперечный разрез фасонного керамического элемента с выступами со скосами, на фиг. 3 изображен общий вид броневой защиты в поперечном разрезе в момент касания подкалиберной пули верхней части выступа со скосом, на фиг. 4 показан общий вид броневой защиты в поперечном разрезе в момент разрушения подкалиберной пули после ударного воздействия на верхнюю часть выступа со скосом, на фиг. 5 представлен вид броневой защиты в поперечном разрезе в момент касания подкалиберной пули средней части скоса у выступа при воздействии на нее подкалиберной пули, на фиг. 6 - показан общий вид броневой защиты в поперечном разрезе в момент разрушения подкалиберной пули после ударного воздействия на среднюю часть скоса у выступа, на фиг. 7 представлен вид компоновки фасонных элементов из керамики с выступами со скосом. На фиг. 1-7 обозначены буквами и номерами:

1 - фасонные элементы из керамики с выступами со скосом;

2 - выступы со скосами на торцевых поверхностях фасонных элементов из керамики;

3 - угол α между торцевой поверхностью фасонного элемента из керамики и внутренней поверхностью выступа со скосом;

4 - подложка;

5 - подкалиберная пуля;

6 - осколки керамических частиц разрушенного выступа;

7 - фрагменты разрушенного острия подкалиберной пули;

Н - толщина фасонных элементов из керамики;

h - высота выступа со скосом;

Броневая защита (фиг. 1-7) содержит зафиксированные на подложке 4 фасонные элементы 1 из керамики, состыкованные торцевыми поверхностями друг с другом. Торцевые поверхности фасонных элементов 1 из керамики выполнены с выступами 2 со скосом, при этом угол наклона 3 скосов составляет 40-50°. Выступы 2 при соединении каждой пары фасонных элементов 1 из керамики торцевыми поверхностями друг с другом образуют стык из выступов со скосами во взаимно противоположных направлениях. При этом высота h каждого выступа 2 выбрана равной 0,4-0,6 от толщины Н элементов 1 из керамики.

Рассмотрим две возможные ситуации обстрела предложенной конструкции броневой защиты.

1. При попадании пули в броневую защиту проникновения ее в керамику не происходит, так как керамика обладает существенно большей твердостью по сравнению с твердостью пули. Поэтому в начальный момент происходит разрушение пули за счет генерирования в ней высоких напряжений, возникающих при торможении о керамическую преграду и возникающих при этом сложных волновых процессов, с помощью которых осуществляется частичная передача упругой энергии в подложку с последующим ее поглощением и рассеиванием. Степень разрушения пули в основном определяется временем взаимодействия до момента разрушения керамики. В случае попадания подкалиберной пули 5 в верхнюю часть выступа 2 со скосами элементов 1 из керамики происходит разрушение острия пули на отдельные фрагменты 7 и одновременно разрушение выступа 2 элементов 1 с разлетом в разные стороны осколков керамических частиц 6. При этом подложка 4 получает локальное повреждение в виде углубления, но без сквозного пробития.

2. В случае попадания подкалиберной пули 5 в среднюю часть выступа 2 со скосами элементов 1 из керамики происходит разрушение острия пули на отдельные фрагменты 7 и потеря ее устойчивости. Одновременно частично разрушается выступ 2 элементов 1 с разлетом в разные стороны осколков керамических частиц 6. При этом пуля 5 отклоняется от первоначального направления движения и начинает разворачиваться. При увеличении угла разворота от 0 до 90° площадь проекции пули увеличивается в 2,5 раза и при этом удельный ударный импульс (отношение энергии пули к площади проекции) уменьшается в такой же степени. С увеличением угла разворота пули уменьшается не только степень пробития броневой защиты, но и углубление в запреградной подложке. Обеспечение разворота пули приводит к существенному уменьшению ее пробивной способности. При этом процесс ее разрушения усиливается и часть разрушенной подкалиберной пули 5 достигает подложки 4 броневой защиты. При взаимодействии с подложкой 4 происходит ее полное торможение. При этом подложка 4 получает незначительное локальное повреждение без сквозного пробития.

Введение скосов на керамических пластинах приводит к тому, что при оптимально выбранных углах 40-50° происходит максимальная диссипация энергии в керамическом элементе, даже в случае попадания пули в место стыка, что приводит к меньшей скорости вылета керамических осколков и осколков термоупрочненного сердечника после преодоления керамической преграды, что позволяет применять подложку меньшей толщины и соответственно меньшего веса по сравнению с конструкциями без скосов.

Если угол скоса больше 50°, то повышается вероятность пробития керамического элемента, так как поглощение кинетической энергии пули в керамической пластине в месте стыка уменьшается, что приводит к меньшей диссипации энергии в керамическом элементе, к его разрушению и деформации подложки. Если угол скоса меньше 40°, то это не будет приводить к развороту пули, а будет увеличивать вероятность пробития и снижать бронестойкость броневой защиты. Максимум поглощения кинетической энергии пули в керамической пластине в месте стыка достигается при угле скоса 45°. Угол наклона скоса торцевых поверхностей элементов из керамики выбран из условия реализации разворота подкалиберной пули и непробития броневой защиты.

Бронепанель из фасонных элементов из керамики с выступами со скосами может быть выполнена как в плоском варианте (Фиг. 7), так и с закруглением радиусом 410 мм. Бронепанель снаружи можно залить полиуретаном и обтянуть технической тканью для уменьшения разлета осколков керамики при попадании пули.

Реализация предложенной конструкции броневой защиты подтверждается следующим примером исполнения.

Пример

Броневая защита содержит фасонные элементы 1 из алюмооксидной керамики толщиной Н-7 мм, состыкованные торцевыми поверхностями друг с другом. Торцевые поверхности фасонных элементов 1 из керамики выполнены с выступами 2 со скосами (фиг. 1). Высота h выступов 2 выбрана с коэффициентом 0,5 от толщины Н элементов 1 из керамики (фиг. 1) и составляет 3,5 мм. Угол α наклона скоса у выступов выбран 45°. Скосы каждой смежной пары фасонных элементов 1 из керамики при соединении торцевыми поверхностями с выступами по всему периметру направлены в противоположные стороны друг от друга (фиг. 3-6). При соединении торцевыми поверхностями элементов 1 из керамики с противоположными направлениями скосов выступов 2 в зависимости от особенности компоновки элементов 1 образуются стыки различной конфигурации и различной длины на состыкованных смежных элементах 1 из керамики. Подложка выполнена из сверхмолекулярного полиэтилена.

Бронежилет можно изготовить по 4, 5, 6 и 6А классу защиты.

Образующиеся на лицевой поверхности броневой защиты при соединении соседних смежных элементов 1 из керамики стыки становятся за счет выступов со скосами с взаимно противоположными направлениями более прочными по сравнению со стыками у прототипа. Проведенные расчеты подтвердили заявляемый технический результат: наиболее оптимальными с точки зрения повышения пулестойкости и эксплуатационных свойств броневой защиты являются высота h каждого выступа 2 с коэффициентом 0,4-0,6 от толщины Н элементов 1 из керамики и угол наклона 3 скосов 40-50°.

Таким образом, заявляемое техническое решение обеспечивает надежную защиту охраняемого объекта от воздействия подкалиберных пуль стрелковых систем за счет более прочной конфигурации (формы) торцевых поверхностей элементов из керамики и стыковки их между собой при компоновке фасонных элементов из керамики с выступами со скосом, а также повышение пулестойкости и эффективности бронезащиты.

Изобретение относится к средствам бронезащиты. Броневая защита содержит зафиксированные на подложке фасонные элементы из керамики, соединенные торцевыми поверхностями друг с другом. Каждый фасонный элемент снабжен выполненным на его торцевых поверхностях по периметру выступом со скосом, направленным внутрь поверхности элемента с углом наклона 40-50°, и высотой 0,4-0,6 его толщины. Фасонные элементы соединены торцами друг с другом с образованием стыка из выступов со скосами во взаимно противоположных направлениях. Достигается надежная защита охраняемого объекта от воздействия подкалиберных пуль. 1 з.п. ф-лы, 7 ил., 1 пр.

1. Броневая защита, содержащая зафиксированные на подложке фасонные элементы из керамики, состыкованные торцевыми поверхностями друг с другом, отличающаяся тем, что каждый фасонный элемент снабжен выполненным на его торцевых поверхностях по периметру выступом со скосом, направленным внутрь поверхности элемента с углом наклона 40-50° и высотой 0,4-0,6 его толщины.

2. Броневая защита по п. 1, отличающаяся тем, что фасонные элементы соединены торцами друг с другом с образованием стыка из выступов со скосами во взаимно противоположных направлениях.