Кинетический защитный элемент Российский патент 2024 года по МПК F41H5/18 F41H11/02 

Настоящее изобретение относится к области вооружений, в частности к бронетехнике, конкретно к устройству лобовой брони танка и направлено на повышение снарядостойкости и "живучести" танка в боевых условиях. Изобретение относится к категории F41H5/007 - реактивные броневые конструкции; динамические броневые конструкции.

Из существующего уровня техники известна разновидность защиты, описанная в патенте № 4170 от 03.08.1923г. (прототип заявляемого изобретения). Свойства защиты, описанной в патенте, дают возможность снизить массу танка, увеличить стойкость любого материала брони, создает предпосылки для увеличения вероятности рикошета. Недостатком данного технического решения является низкая скорость подвижных элементов и невозможность достижения достаточной кинетической энергии для отражения удара.

Из существующего уровня техники известна разновидность защиты, описанная в патенте № 2021102707 от 04.02.2021 г. Свойства защиты, описанной в патенте, дают возможность снизить урон от действия кумулятивной струи и существенно повышают шанс рикошета. Недостатком данного технического решения является значительное увеличение пассивной массы брони и невозможность оперативной замены элементов качения после их повреждения. Кроме того, консольный участок тела качения не может обладать достаточной прочностью для отражения кинетической энергии удара снаряда. Если же тело качения выполнить сплошным, его момент инерции не позволит изменить траекторию движения иглы подкалиберного снаряда.

Во многих других изобретениях раскрывается возможность направленного взрыва (№2010153750), вращающихся полиэлементов (№ 93003568), подвижных шаров (№99107469), шестигранных защитных элементов с подложкой из демпфирующего материала (№4941504). Каждое из изобретений имеет свои достоинства, но все их объединяет общий недостаток: значительная пассивная масса.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение является придание материалу брони кинетических защитных характеристик, снижение веса и одновременное увеличение эффективности бронезащиты.

Данная задача решается за счет того, что заявленное изобретение предусматривает вращение защитных элементов с высокой угловой скоростью.

Техническим результатом, обеспечиваемым приведенной совокупностью признаков, является увеличение способности защитных элементов противостоять ударной нагрузке за счет полученной кинетической энергии.

Сущность изобретения поясняется чертежами, на которых изображено:

На фиг.1 - возможное устройство защитного элемента;

На фиг.2 - возможная схема взаимного размещения элементов;

На фиг.3 - возможное общее взаимное размещение элементов на бронеплите.

Работает устройство следующим образом:

Защитные элементы могут располагаться на основании в виде многослойной плиты(10). В среднем слое плиты предусмотрены каналы (11), в которых циркулирует сжатый воздух. Для вращения элемента сжатым воздухом предусмотрены специальные каналы, имеющие аварийные клапаны (8). Клапаны перекрывают воздушный канал при возникновении перепада давления (в случае повреждения элемента или пробития брони). Для размещения элемента, предусмотрены гильзы (5) в форме стального или полимерного полого цилиндра, с отверстием, для установки аварийного клапана в посадочный паз среднего слоя брони. Гильза необходима для компенсации неточности исполнения глухих отверстий в плите и достижения точности изготовления посадочной поверхности пневмокапсулы (4) Элемент может быть помещен в съёмную (быстросменную) пневмокапсулу с нормированными отверстиями (7) для подачи сжатого воздуха с определенной скоростью и под необходимым углом. Пневмокапсула представляет собой стальной или полимерный полый цилиндр, внутрь которого помещается элемент. Элемент представляет собой стальной вал (9). С одной стороны, вал оканчивается усеченным шаром (напр. 45ХН2МФА) (1), необходимой массы (в зависимости от области применения), с другой стороны - шлицевыми пазами(6) для размещения приводной крыльчатки. Между усеченным шаром и шлицевой частью размещен опорный подшипник (2) (напр. 36000 K). На шлицевой части приводного вала насажена крыльчатка (12) из легкого сплава или вибро- термостойкого полимера. Конструкция крыльчатки и внутренней поверхности цилиндра аналогичны устройству нагнетателя турбореактивного двигателя (напр. RU 2534678 C1). Под действием воздушного давления элемент вращается вокруг своей оси. Максимальная частота вращения элемента ограничена давлением воздуха в системе, предельной скоростью вращения подшипника, предельными возможностями сальника (3), который исключает утечку воздуха через подшипниковый узел. Нагнетание воздуха, необходимое для вращения защитных элементов системы, происходит за счет турбо-нагнетателя, конструкция которого должна обеспечить необходимое давление в системе. Для короткого боестолкновения может быть предусмотрен ресивер или баллон со сжатым воздухом. Для исключения заклинивания защитных элементов из-за воздействия внешних факторов (грязь, влага, снег, песок, порошковые материалы), между внутренней стороной полушара и фронтальной стороной верхнего слоя бронеплиты могут быть предусмотрены продувочные воздушные каналы. Так как элементы не могут создать сплошную поверхность, в пазах между ними могут быть предусмотрены штыри заостренной формы (13), необходимые для изменения траектории удара. Между днищем пневмокапсулы и стаканом может быть использовано детонирующее вещество, что позволит отстреливать ее при попадании снаряда или при ее повреждении.

В качестве привода, вместо пневмокапсулы, возможно использование электрических двигателей постоянного тока с высоким КПД и крутящим моментом. Недостатками такой системы являются: неустойчивость к воздействию вибраций, электромагнитного импульсного оружия, необходимость использования процессорных блоков управления, каналов передачи сигнала, которые могут быть повреждены (при наличии у противника достоверных разведданных об устройстве боевой единицы).

Для наглядности, сравним эффективность статической защиты массой 5 кг и элемента такой же массы. Снаряд массой 45 кг, движущийся со скоростью 1000 м/с имеет кинетическую энергию Ке = 22500000 Дж. Предположим, что попадание снаряда происходит строго по нормали к поверхности сегмента статической защиты (и радиусу вращения кинетического элемента). Потери кинетической энергии при частично упругом ударе двух тел: T1-T2 = (1-r^2)*m1*m2*(V1-V2)^2/2*(m1+m2). Принимаем для пассивной брони V2 = 0, для элемента V2 = 44м/с (при скорости вращения 628 рад/с = 7000 об/мин):

1. Сегмент пассивной брони, массой 5 кг, поглотит 2250000 Дж (10%) кинетической энергии снаряда.

2. Элемент массой 5 кг (диаметром 140 мм) компенсирует 2056356 Дж (9,1%) полученной кинетической энергией и 2250000 Дж (10%) своей массой.

При попадании под другим вектором или углом атаки возрастает вероятность частичного или полного отражения удара, до полного рикошета.

Выводы:

Элемент в 2 раза эффективнее защищает боевую единицу, чем любая пассивная броня. В сравнении с другими типами защиты и бронематериалами (стальные, титановые, металлокерамические, композиционная керамика, структурированные элементы (соты), активные элементы, имеющие в своем составе взрывчатое вещество, подвижные элементы брони (ролики и шары)), элемент имеет преимущества по отношению к наиболее высокоэнергетическим видам оружия (автомат Калашникова, винтовки Ml6, СВД, зенитные, осколочные, противотанковые, кумулятивные, подкалиберные снаряды), что соответствует наиболее высокому уровню защиты (5-6а класс по стандартам РФ и 3-4 класс по стандарту НАТО). При попадании на поверхность элемента зажигательных смесей, они будут отброшены центробежной силой. Сферическая форма элементов осложняет обнаружение и прицеливание благодаря отражению активного сигнала (эл. магнитный импульс, лазер) в произвольном направлении. При использование воздушного потока, циркулирующего внутри брони, создаются дополнительные сложности для противника при обнаружении теплового излучения боевой единицы в жарком климате и снижается влияние температуры окружающей среды на личный состав. При использовании многослойной плиты с воздушными каналами происходит превращение удара в частично или полностью упругий. Применение элемента будет оправдано так же и при небольших массах снарядов (пуль, осколков, метеоров) движущихся с большими скоростями. Применение элемента целесообразно в конструкциях носимых бронежилетов, космических летательных аппаратов, стационарных защитных укреплений и прочих конструкций, подверженных воздействию высокоскоростных снарядов различной массы, размеров и геометрической формы.

Изобретение относится к устройству защиты брони танка. Элемент защиты представляет собой стальной вал. С одной стороны вал оканчивается усеченным шаром, с другой стороны - шлицевыми пазами для размещения приводной крыльчатки. Между усеченным шаром и шлицевой частью размещен опорный подшипник. На шлицевой части приводного вала насажена крыльчатка. Элемент защиты помещен в пневмокапсулу. Пневмокапсула представляет собой стальной или полимерный полый цилиндр с отверстиями для подачи сжатого воздуха. Нагнетание воздуха, необходимое для вращения защитных элементов системы, происходит за счет турбонагнетателя. Достигается увеличение способности защитных элементов противостоять ударной нагрузке за счет полученной кинетической энергии. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Кинетический защитный элемент, представляющий собой стальной вал, имеющий форму урезанной сферы с одной стороны и шлицевой хвостовик с другой, на который установлена приводная крыльчатка, и выполненный с возможностью вращения за счет подачи на приводную крыльчатку сжатого воздуха.

2. Кинетический защитный элемент по п.1, отличающийся тем, что элемент вращается с большой угловой скоростью.

3. Кинетический защитный элемент по п.1, отличающийся тем, что кроме пассивной защиты приобретает активную составляющую в виде кинетической энергии вращательного движения.