Устройство заграждения объектов от снарядов Российский патент 2025 года по МПК F41H5/07 F41H5/18 F41H11/02 

Известны защитные решетчатые кумулятивные экраны (далее - «козырьки»), применяемые на подвижных объектах [1, 2], а также системы защиты неподвижных объектов [3, 4].

«Козырьки» на технике - это приспособления, предназначенные для защиты от атак дронов, особенно от боеприпасов, сбрасываемых с беспилотников. Данные навесы представляют из себя конструкцию, состоящую из опоры и решётки, расположенную на удалении от брони техники, предназначенной для преждевременного срабатывая и рассеивания кумулятивной струи боеприпаса, не позволяющей кумулятивной струе достичь корпуса бронемашины и нанести ей урон.

Данные системы имеют следующие недостатки: защищают только с одного направления; для ремонта необходимо заменять большую часть полотна или всё полотно, в связи с разрушением защитного слоя; снижают грузоподъёмность и маневренность; являются крупногабаритными объектами, которые влияют на транспортируемость и маскировочные характеристики техники.

Также известна другая стационарная система защиты, опубликованная в журнале Popular Mechanics Feb. 1941 [5, 6] - центробежное бомбозащитное устройство, состоящее из стальной башни, на вершине которой размещается вращающийся узел, с размещенными на нем барабанами, с кабелями на каждом.

Данная система характеризуется постоянством положения динамической преграды, а также использованием в качестве вращающегося гибкого удлинённого элемента троса, при повреждении которого невозможно выполнить ремонт, а требуется полная его замена, для включения комплекса* защиты необходима отдельная электростанция, для привидения в активное состояние требуется значительное время, конструкция является крупногабаритным объектом, что представляет из себя потенциальную цель для удара.

Также заявленные в материале [5] защитные свойства не соответствуют действительности, поскольку расчёты, проведённые с использованием заявленных параметров, говорят о несостоятельности предложенного технического решения:

50 футов = 15,24 м

Дюжина барабанов = 12 барабанов

225 футов = 68, 58 м

2 дюйма = 5,08 см

500 футов = 152,4 м = 152400 мм

Система вращается со скоростью 50 оборотов в минуту

В материале [5] и фиг.1 указаны характерные размеры системы защиты:

152400 мм = 152,4 м

39444 мм = 39,444 м

21694 мм = 21,464 м

3944 мм = 3,944 м

Также стоит привести некоторые характерные размеры, в том числе не указанные на схеме:

Диаметр диска = 15,240 м;

Длина троса (от края диска) = 68,58 м;

Длина половины троса = 34,29 м.

При скорости вращения 50 оборотов в минуту можно вычислить линейную скорость. Для этого вычисляется:

Путь на краю троса l1 = 2ПR = 2*3,14*83,82 = 526,39 м;

Путь в середине троса l2 = 2ПR = 2*3,14*41,91 = 263,19 м;

Путь на краю диска l3 = 2ПR = 2*3,14*7,62 = 47,85 м.

Период вращения T = Время / Количество оборотов за время

Период вращения T = 60 с / 50 оборотов = 1,2 с

В таком случае линейная скорость на разных участках троса (без учета сопротивления воздуха):

Линейная скорость на краю V1 = l1/T = 526,39/1,2 = 438,66 м/с;

Линейная скорость в середине V2 = l2/T = 263,19/1,2 = 219, 33 м/с;

Линейная скорость на краю диска V3 = l3/T = 47,85/1,2 = 39,875 м/с.

Можно рассчитать время, которое проходит между появлением троса в одной и той же точке:

t = 34,444/438,44 = 0,07 с

В тексте статьи сказано, что бомба падает со скоростью 400 миль/ч - это 643,74 км/ч. Масса бомбы 1000 фунтов - это 453,59 кг

643,74 км/ч = 178,82 м/с

Примером такой бомбы служит изделие Mark 83 [7], временной промежуток эксплуатации которого совпадает с временем публикации Popular Mechanics.

Длина Mark 83 составляет 3 м, диаметр 0,357 м

Вывод по публикации из Popular Mechanics:

При скорости движения 178,82 м/с бомба проходит расстояние в 3 метра за 3/178,82 = 0,016 с. Это меньше, чем 0,07 с, таким образом бомба может «проскочить» между тросами.

Основным недостатком заявленного решения является низкая вероятность перехвата заявляемых снарядов, вызванная недостаточной скоростью вращения заданного количества тросов, с сохранением одинаковых габаритов в рабочем и неактивном положениях.

Перед заявляемым изобретением поставлена задача повысить вероятность перехвата снарядов при уменьшении габаритных размеров в неактивном положении.

Устройство заграждения объектов от снарядов, состоящее из основания, на котором располагается опора, на верхнем конце которой находится диск с приводом вращения, а к диску прикреплена преграда, состоящая из по меньшей мере одного гибкого удлинённого элемента, и системы управления оборотами диска, при этом опора состоит из нескольких звеньев, соединённых между собой и снабжённых фиксаторами угловых положений, к каждой паре звеньев опоры присоединён отдельный привод, соединенный с системой управления приводами звеньев опоры с помощью информационно-энергетических коммуникаций, которые проложены вдоль звеньев опоры.

В месте соединения основания и нижнего звена опоры может иметься поворотный горизонтальный привод и система управления им.

Один из концов каждого гибкого удлинённого элемента может быть закреплен на отдельной управляемой приёмной катушке, расположенной на диске и снабженной механизмом регулирования длины гибкого удлинённого элемента, и иметь систему управления приёмными катушками.

Гибкий удлинённый элемент может быть выполнен из звеньев, соединённых между собой.

Гибкий удлинённый элемент может быть выполнен из звеньев с поражающими элементами.

На фиг. 1 изображен эскиз с габаритами системы защиты из журнала Popular Mechanics [5]

На фиг. 2 изображён общий вид устройства в рабочем положении.

На фиг. 3 изображён крупный план основания устройства.

На фиг. 4 изображён крупный план сочленения звеньев опоры устройства.

На фиг. 5 изображён крупный план основной части конструкции устройства.

На фиг. 6 изображён крупный план гибкого удлинённого элемента преграды.

На фиг. 7 изображён общий вид устройства в транспортном положении.

Устройство состоит из следующих элементов:

1 - основание;

2 - поворотный горизонтальный привод;

3 - система управления поворотным горизонтальным приводом;

4 - звено опоры;

5 - фиксатор угловых положений;

6 - привод;

7 - система управления приводами;

8 - информационно-энергетические коммуникации;

9 - диск с приводом вращения;

10 - системы управления оборотами диска;

11 - управляемая приёмная катушка;

12 - механизмом регулирования катушки;

13 - система управления приёмными катушками;

14 - гибкий удлинённый элемент;

15 - звено гибкого удлинённого элемента;

16 - поражающий элемент.

На фиг. 2 к основанию 1 через поворотный горизонтальный механизм 2, управляемый с помощью системы управления поворотным горизонтальным механизмом 3 на фиг. 3, прикреплена нижняя часть опоры, состоящая из звеньев опоры 4. Звенья опоры 4 соединены между собой и снабжены фиксаторами угловых положений 5. К каждой паре звеньев опоры 4 присоединён привод 6 на фиг. 4, каждый из которых соединён с системой управления приводами 7 с помощью информационно-энергетические коммуникаций 8, которые проложены вдоль звеньев опоры 4. На фиг. 5 на верхнем конце верхнего звена опоры находится диск с приводом вращения 9, который управляется с помощью системы управления оборотами диска 10.

На диске с приводом вращения 9 располагаются управляемые приёмные катушки 11, которые управляются с помощью механизмов регулирования катушек 12 посредством системы управления приёмными катушками 13.

К каждой отдельной управляемой приёмной катушке 11 прикреплён один конец гибкого удлинённого элемента 14. На фиг. 6 гибкий удлинённый элемент 14 состоит из звеньев гибкого удлинённого элемента 15, соединённых между собой, или из звеньев с поражающими элементами 16.

На фиг. 7 при транспортировке системы в неактивном положении звенья опоры 4 сложены относительно основания 1, гибкие удлинённые элементы 14 смотаны на управляемые приёмные катушки 11, диск с приводом вращения 9 остановлен.

Приведение в рабочее положение начинается с получения команды на систему управления приводами 7 на раскрытие звеньев опоры 4 с помощью приводов 6, разворота конструкции поворотным горизонтальным механизмом 2 с помощью системы управления поворотным горизонтальным механизмом 3 в нужном направлении и фиксации положений звеньев опоры 4 с помощью фиксаторов угловых положений 5. Затем, по команде на систему управления оборотами диска 10, привод диска с приводом вращения 9 начинает его вращение, и при достижении необходимой скорости вращения диска с приводом вращения 9 начинается процесс активации защитной преграды, система управления приёмными катушками 13, с помощью механизмов регулирования катушек 12, начинает постепенно разматывать смотанные гибкие удлинённые элементы 14 с управляемых приёмных катушек 11 до того момента, пока под действием центробежной силы гибкие удлинённые элементы 14 не сформируют необходимый размер преграды.

В процессе работы системы можно изменять положение преграды в приоритетном направлении защиты за счёт вращения конструкции на поворотном горизонтальном механизме 2 и изменения положения звеньев опоры 4 с помощью приводов 6 и фиксаторов угловых положений 5.

В процессе работы системы можно изменять размер преграды за счёт регулирования длины гибких удлинённых элементов 14 разматывая или наматывая их на управляемые приёмные катушки 11 с помощью механизмов регулирования катушек 12 под контролем системы управления приёмными катушками 13.

Перевод системы из рабочего положения в транспортное неактивное начинается с постепенного наматывания на управляемые приёмные катушки 11 гибких удлинённых элементов 14 с помощью механизма регулирования катушек 12 посредством системы управления приёмными катушками 13. Когда все гибкие удлинённые элементы 14 намотаны на управляемые приёмные катушки 11 привод начинает тормозить диск с приводом вращения 9 до его полной остановки. После чего поворотный горизонтальный механизм 2 разворачивает конструкцию в начальное положение и приводы 6 под действием системы управления приводами 7 начинают складывать звенья опоры 4 относительно основания 1.

В неактивном положении устройство компактно и удобно для транспортировки или хранения, что делает его идеальным для быстрого развертывания в случае необходимости. Опора устройства, состоящая из нескольких звеньев опоры 4, обеспечивает быстрое и эффективное раскладывание преграды в активное положение, готовое к защите от снарядов.

Главной особенностью устройства является гибкий удлиненный элемент 14, который закреплен на управляемой приемной катушке 11, находящейся на диске с приводом вращения 9. За счет диска с приводом вращения 9 гибкий удлиненный элемент 14 вращается с высокой скоростью, создавая защитный барьер. При контакте с вращающимся гибким удлинённым элементом 14 снаряд либо разрушается, либо его детонация происходит на безопасном расстоянии, либо его траектория изменяется таким образом, что он отклоняется от изначальной точки прицеливания.

При детонации снаряда в непосредственной близости от защищаемого объекта, которая была вызвана нештатным срабатыванием от контакта с гибким удлиненным элементом 14, поражающие факторы не способны вывести защищаемый объект из строя, а могут только повредить навесное оборудование на внешней стороне брони объекта. Отклонение снаряда от изначальной траектории приводит к нештатному срабатыванию со значительным углом отклонения от изначальной траектории, что выражается в неспособности вывести объект из строя.

Такой механизм взаимодействия со снарядами позволяет значительно повысить эффективность защиты объектов, минимизируя возможный ущерб.

Кроме того, для обеспечения повышения вероятности защиты с разных направлений у устройства предусмотрена возможность изменять положение преграды в пространстве относительно защищаемого объекта за счёт вращения складывающейся опоры на поворотном горизонтальном механизме 2, регулировки положения звеньев опоры 4 с помощью приводов 6 и регулировки угла наклона оси вращения диска с приводом вращения 9. Эта функция позволяет направлять защитный барьер, создаваемый вращающимся гибким удлиненным элементом 14, для обеспечения защиты с наиболее приоритетных направлений, в зависимости от текущей тактической ситуации или предполагаемого направления атаки. Таким образом, устройство обеспечивает не только физическую защиту объекта, но и дает возможность адаптации к меняющейся обстановке, значительно увеличивая его эффективность в реальных боевых условиях.

Кроме того, для обеспечения быстрого раскручивания защитной преграды и регулировки её размеров используются управляемые приёмные катушки 11 для гибких удлинённых элементов 14. Эти управляемые приёмные катушки 11 позволяют регулировать длину гибкого удлиненного элемента 14 путем его наматывания или разматывания. Это расширяет возможности использования устройства и делает его еще более адаптируемым к разнообразным оперативным ситуациям. Разматывание гибкого удлинённого элемента 14 с управляемой приёмной катушки 11 облегчает запуск системы, поскольку разогнать смотанные гибкие удлинённые элементы 14 проще и быстрее, что является критически важным в условиях, требующих немедленного реагирования. В моменты, когда скорость развертывания играет ключевую роль для защиты от внезапных угроз, данная функциональность может значительно повысить эффективность всей системы. В условиях ограниченного пространства или при необходимости сосредоточить защитную зону в определенных направлениях, регулировка длины гибкого удлинённого элемента 14 позволяет оптимизировать зону покрытия, минимизируя тем самым риск для защищаемого объекта.

Кроме того, для повышения ремонтопригодности и модульности устройства гибкий удлинённый элемент 14 выполнен из звеньев гибкого удлинённого элемента 15, соединённых между собой. В случае повреждения, не требуется замена всего гибкого удлиненного элемента 14, достаточно заменить только поврежденные звенья гибкого удлинённого элемента 15. Это значительно снижает время и стоимость ремонта, позволяя оперативно восстановить устройство до полной работоспособности без необходимости его полной замены. Благодаря возможности замены отдельных звеньев гибкого удлинённого элемента 15, устройство легко адаптируется под различные условия и задачи, позволяя изменять длину гибкого удлиненного элемента 14, добавляя или убирая звенья гибкого удлинённого элемента 15 в зависимости от необходимой зоны защиты.

Кроме того, для повышения эффективности устройства гибкий удлиненный элемент 14 может быть частично или полностью состоять из звеньев с поражающими элементами 16. Эти звенья с поражающими элементами 16 спроектированы для нанесения дополнительного урона, увеличивая вероятность разрушения или нейтрализации снарядов при контакте.

Для обоснования возможности работы предлагаемой системы выполнены расчёты.

Приводятся размеры различных снарядов:

Снаряд Длина, мм Ширина, мм Высота, мм Длина, м Ширина, м Высота, м РГД-5 58 117 0,058 0,117 Ф-1 55 117 0,055 0,117 ВОГ-25 40 103 0,04 0,103 ВОГ-25П 40 125 0,04 0,125 ПГ 7ВМ 70 700 0,07 0,7

Зная характерные размеры снарядов, можно посчитать, какое время потребуется для прохождения снарядом расстояния, равного его размеру, с заданной скоростью:

Снаряд Размеры, м Скорость движения боеприпаса, м/с 5 10 20 40 80 160 Время прохождения снарядом расстояния, равного размеру этого снаряда, с РГД-5 0,058 0,011600 0,005800 0,002900 0,001450 0,000725 0,000363 Ф-1 0,055 0,011000 0,005500 0,002750 0,001375 0,000688 0,000344 ВОГ-25 0,04 0,008000 0,004000 0,002000 0,001000 0,000500 0,000250 ВОГ-25П 0,04 0,008000 0,004000 0,002000 0,001000 0,000500 0,000250 ПГ 7ВМ 0,07 0,014000 0,007000 0,003500 0,001750 0,000875 0,000438

Для предлагаемой системы можно рассчитать время появления гибкого удлиненного элемента 14 в одной и той же области пространства в зависимости от скорости вращения диска с приводом вращения 9 и числа гибких удлиненных элементов 14, расположенных под одинаковым углом друг от друга.

Используется формула:

t_{появления}=60 (с) / Частота вращения (об/мин) / Количество элементов

Количество гибких удлиненных элементов, шт Частота вращения, об/мин 600 800 1000 1200 1400 1600 Время появления гибкого удлиненного элемента в одной и той же области пространства, с 8 60/600/8 = 0,125 60/800/8 = 0,00937 60/1000/8 = 0,0075 60/1200/8 = 0,00625 60/1400/8 = 0,00535 60/1600/8 = 0,00468 16 60/600/16 = 0,00625 60/800/16 = 0,00468 60/1000/16 = 0,00375 60/1200/16 = 0,00312 60/1400/16 = 0,00267 60/1600/16 = 0,00234 24 60/600/24 = 0,00416 60/800/24 = 0,00312 60/1000/24 = 0,0025 60/1200/24 = 0,00208 60/1400/24 = 0,00178 60/1600/24 = 0,00156 48 60/600/48 = 0,00208 60/800/48 = 0,00156 60/1000/48 = 0,00125 60/1200/48 = 0,00104 60/1400/48 = 0,00089 60/1600/48 = 0,00078

На основании полученных результатов можно сделать вывод о потенциальной способности системы выполнять целевую функцию. Например, 48 гибких удлиненных элементов 14, вращающихся с частотой 1000 об/мин, защитят от всех вышеприведенных снарядов, движущихся со скоростью до 20 м/с.

Расчёты подтверждают возможность использования данной системы.

Предполагается, что в системе используется 16 гибких удлиненных элементов 14, каждый длинной 1500 мм, на диске с приводом вращения 9 радиусом 200 мм с суммарной массой около 5 кг, которые вращает бесколлекторный двигатель мощность 3000 Вт с частотой 1000 об/мин. Рассчитывается время, необходимое для раскрутки системы.

Выполнен перевод частоты вращения в угловую скорость:

Расчёт момента инерции при скрученных управляемых приёмных катушках 11:

где - масса диска, - радиус диска.

Расчёт момента инерции с выпущенными гибкими удлиненными элементами 14:

где - масса диска, - радиус диска с выпущенными гибкими удлиненными элементами 14.

Определение кинетической энергии вращения:

где - масса диска, - радиус диска,

при скрученных управляемых приёмных катушках 11 -

с выпущенными гибкими удлиненными элементами 14 -

Расчёт времени, необходимого для достижения заданной угловой скорости:

при скрученных управляемых приёмных катушках 11 -

с выпущенными гибкими удлиненными элементами 14 - .

Для раскручивания диска при скрученных управляемых приёмных катушках 11 необходимо до 0,183 секунд, а для раскручивания с выпущенными гибкими удлиненными элементами 14 необходимо до 13,159 секунд, что подтверждает теоретическую возможность использования данной системы.

Техническим результатом заявляемого решения является обеспечение повышения вероятности перехвата снаряда при незначительном увеличении габаритных характеристик техники.

Используемые источники

1. Гремя Огнём Усиление защиты крыши российских танков / Гремя Огнём [Электронный ресурс] // Дзен : [сайт]. - URL: https://dzen.ru/a/ZJuSiTut4xxhwOyE (дата обращения: 23.12.2023).

2. РИА Новости Для российских танков начали производить заводские "мангалы" от дронов / РИА Новости [Электронный ресурс] // РИА НОВОСТИ : [сайт]. - URL: https://ria.ru/20231011/tanki-1902027123.html (дата обращения: 23.12.2023).

3. НПО Спецматериалов СИСТЕМА ИНЖЕНЕРНОЙ ЗАЩИТЫ "ЛОЗА" / НПО Спецматериалов [Электронный ресурс] // НПО Спецматериалов : [сайт]. - URL: https://npo-sm.ru/produkciya/sredstva-zashhity-ot-vzryva/sistema-inzenernoi-zashhity-loza (дата обращения: 23.12.2023).

4. Росгвардия ФГУП "Охрана" Система инженерной защиты «Лоза» / Росгвардия ФГУП "Охрана" [Текст] // ТЕХНИЧЕСКИЕ СРЕДСТВА ДЛЯ ОХРАНЫ ОБЪЕКТОВ ТОПЛИВНО-ЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО КОМПЛЕКСА. - Москва:МИНИСТЕРСТВО ВНУТРЕННИХ ДЕЛ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ГЛАВНОЕ УПРАВЛЕНИЕ ВНЕВЕДОМСТВЕННОЙ ОХРАНЫ ФЕДЕРАЛЬНОЕ КАЗЕННОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ЦЕНТР "ОХРАНА", 2019. - С. 96.

5. Whirling Steel Cables Offer Bomb Protection for Canal // Popular Mechanics. - 1941. - №Feb. - С. 233.

6. Бомбоистребитель над Панамским каналом [Электронный ресурс] // LIVEJOURNAL [сайт]. - URL: https://engineering-ru.livejournal.com/254676.html (дата обращения: 19.01.2024).

7. Бомба Mark 83 [Электронный ресурс] // Wikipedia [сайт]. - URL: https://ru.wikipedia.org/wiki/Mark_83 (дата обращения: 01.03.2024).

Изобретение относится к защите от снарядов. Устройство заграждения объектов от снарядов состоит из основания (1), опоры, на верхнем конце которой находится диск (9) с приводом вращения. К диску прикреплена преграда, состоящая из по меньшей мере одного гибкого удлинённого элемента (14). Опора состоит из нескольких звеньев (4), соединённых между собой и снабжённых фиксаторами угловых положений (5). К каждой паре звеньев присоединён отдельный привод, соединенный с системой управления приводами звеньев опоры с помощью информационно-энергетических коммуникаций, которые проложены вдоль звеньев опоры. Достигается повышение вероятности перехвата снаряда при незначительном увеличении габаритных характеристик техники. 4 з.п. ф-лы, 7 ил.

1. Устройство заграждения объектов от снарядов, состоящее из основания, на котором располагается опора, на верхнем конце которой находится диск с приводом вращения, а к диску прикреплена преграда, состоящая из по меньшей мере одного гибкого удлинённого элемента, и системы управления оборотами диска, отличающееся тем, что опора состоит из нескольких звеньев, соединённых между собой и снабжённых фиксаторами угловых положений, к каждой паре звеньев опоры присоединён отдельный привод, соединенный с системой управления приводами звеньев опоры с помощью информационно-энергетических коммуникаций, которые проложены вдоль звеньев опоры.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что в месте соединения основания и нижнего звена опоры имеется поворотный горизонтальный привод и система управления им.

3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что один из концов каждого гибкого удлинённого элемента закреплен на отдельной управляемой приёмной катушке, расположенной на диске, снабженной механизмом регулирования длины гибкого удлинённого элемента, имеет систему управления приёмными катушками.

4. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что гибкий удлинённый элемент выполнен из звеньев, соединённых между собой.

5. Устройство по п. 4, отличающееся тем, что гибкий удлинённый элемент выполнен из звеньев с поражающими элементами.