БРОНЕПАНЕЛЬ УНИВЕРСАЛЬНАЯ ПРОТИВОПУЛЕВАЯ, ПРОТИВООСКОЛОЧНАЯ Российский патент 2025 года по МПК F41H5/04 F41H1/02 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Изобретение относится к конструкции бронепанели и может быть использовано для изготовления средств индивидуальной защиты в виде бронежилетов или в составе других технических средств защиты человека от стрелкового оружия и осколков разорвавшихся боезарядов или иных движущихся предметов, обладающих большой кинетической энергией.

В настоящем описании используются следующие термины.

Оптимизация топологии (Topology Optimization) – это математический метод, оптимизирующий расположение материалов в пределах заданного проектного пространства для заданного набора нагрузок, граничных условий и ограничений с целью максимизации производительности системы.

Выборочное лазерное плавление (Selective Laser Melting) – это одно из многих названий технологии аддитивного производства металлов, в которой для создания металлических деталей используется слой металлического порошка с источником тепла.

ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Известна бронепанель, патент России №2761959, приоритет от 22.09.2021. Изобретение относится к конструкции бронепанели и может быть использовано для изготовления средств индивидуальной защиты в виде бронежилетов или в составе других технических средств защиты человека от стрелкового оружия и осколков разорвавшихся боезарядов. Бронепанель выполнена из нескольких композитных слоев с дуговым двухплоскостным изгибом, одним из которых является слой, состоящий из шестигранных керамических плиток. Каждая шестигранная плитка выполнена с возможностью беззазорного контакта с боковыми гранями смежных плиток.

Недостатком такой бронепанели является увеличение массы готового изделия (бронежилета) для обеспечения необходимых требований по защите тела человека, а также технологическая сложность в изготовлении таких панелей.

Известен жилет защитный противоударный, патент России № 208888, приоритет от 20.05.2020. Полезная модель относится к защитным бронежилетам, предназначенным для использования в качестве средства защиты торса человека от ударов различными предметами, колющих ударов холодным оружием и кратковременной защиты от воздействия открытого пламени. Технический результат такой полезной модели достигается за счет того, что заявлен жилет защитный противоударный, содержащий грудную и спинную секции, съемный воротник, амортизационно-вентилирующую систему, средства соединения элементов бронежилета, многослойные пакеты защиты грудной и спинной секций, заключенные во влагозащитные чехлы, защитный фартук, подвешенный к грудной секции, и защитные наплечники, закрепляющиеся к конструкции бронежилета, отличающийся тем, что чехлы грудной и спинной секций, а также фартуки состоят из внешних чехлов и размещенных внутри них тканевых защитных экранов, а тканевые защитные экраны состоят из многослойных пакетов из ламината, герметично заваренных во влагозащитные чехлы, причем наружная поверхность внешних чехлов грудной секции, спинной секций и фартуков имеют многослойную конструкцию, включающую объемно сформованные противоударные элементы из вспененного полимера, которыми образуют рельефные выступы в области грудины и живота; съемный воротник состоит из воротника грудной секции и воротника спинной секции, каждый из которых состоит из тканевых чехлов с зашитыми внутри защитными экранами, а сам воротник закреплен на грудной и спинной секциях при помощи текстильных застежек.

Недостатком такого жилета является увеличение массы готового изделия (бронежилета) для обеспечения необходимых требований по защите тела человека, а также технологическая сложность в изготовлении таких панелей.

Наиболее близким аналогом является бронепанель, патент России №222311, приоритет от 23.04.2021. Бронепанель состоит из пластины высокопрочного титанового сплава с керамическим лицевым слоем и подложки из композитного материала. Подложка формуется отдельно из слоев тканых или нетканых материалов на основе арамидных тканей типа СВМ или сверхвысокомолекулярного полиэтилена (СВМПЭ), соединенных между собой методом горячего прессования, а затем приклеивается с тыльной стороны титановой пластины или формуется непосредственно на тыльной поверхности пластины, например с использованием эпоксидного связующего при помощи пресса.

Недостатками такой бронепанели являются сложный производственный процесс при изготовлении форм таких пластин в отличие от плоской, и достаточно большая толщина металлической части изделия, что делает невозможным их применение в средствах зашиты сложной формы, например, для защиты локтевых, коленных суставов, шлемов, оптико-электронного оборудования сложной формы, установленного на технические средства и т.д. Одинарный, одноступенчатый слой защиты от внешнего воздействия, является единственным в рамках цельного изделия, после пробития которого, отсутствуют дальнейшие элементы, гасящие кинетическую энергию воздействующего тела, например пули, как следствие, для увеличения бронестойкости такой пластины, требуется увеличение толщины металлической части, что существенно увеличивает массу такой защиты и делает невозможным ее повсеместное применение при требованиях к низкому весу и мобильности.

КРАТКОЕ ИЗЛОЖЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Задачей изобретения является обеспечение защиты личного состава, технических средств и укреплений от внешнего механического воздействия различных поражающих элементов.

Техническим результатом изобретения является повышение удельной прочности при минимальном весе бронепанели, снижение массы конструкции бронепанели, упрощение технологии изготовления и улучшение арсенала технических средств.

Технический результат достигается бронепанель универсальная противопулевая, противоосколочная состоит из металлического слоя отличающийся тем, что металлический слой выполнен из высокопрочного титанового сплава титана ВТ6 в виде пространственной пустотелой сетки с термической обработкой полученной формы изделия, поверх которого нанесен дополнительные слои из защитного слоя арамидной ткани и кевлара, при этом свободное пространство пустотелой сетки титанового сплава ВТ6 заполнено сверхвысокомолекулярным полиэтиленом с добавлением одностенных углеродных нанотрубок.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

На фиг. 1 схематично представлена универсальная бронепанель.

На фиг. 2 схематично представлена бронепанель в виде защитного элемента средств индивидуальной защиты.

ВАРИАНТ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Бронепанель универсальная противопулевая противоосколочная состоит из пространственной, пустотелой сетки, выполненной из высокопрочного титанового сплава по методу оптимизации топологии с использованием аддитивной технологии печати металлом (3D-печать), а именно: выборочной лазерной плавки, внутреннее, свободное пространство которой заполнено высокопрочным композитным материалом, например, сверхвысокомолекулярным полиэтиленом (СВМПЭ) с добавлением одностенных углеродных нанотрубок (ОУНТ). 4

Бронепанель состоит из металлической основы 1, например, напечатанную на 3D-принтере, полимерный композитный материал 2, заполненный методом литья под давлением, внешний защитный слой 3 из арамидной ткани присоединенный механически, например, методом склеивания поверхностей с использованием эпоксидных смол, поверх которого располагается слой из кевлара 4, присоединенный к предыдущему слою, например, методом склеивания поверхностей с использованием эпоксидных смол.

Для получения высокопрочных характеристик изделия после печати титановая основа бронепанели проходит дополнительную термическую обработку – закалку. Закалка производится исходя из требований к получению улучшенных свойств металла, в соответствии с технологическими параметрами закалки титановых сплавов. С наружной стороны бронепанель универсальная усилена защитными слоями из комбинированного клееного кевлара и арамидной ткани, присоединенного методом склейки с использованием эпоксидных смол. Размер и форма бронепанели выбирается исходя из требований к защищаемому объекту, например, для защиты личного состава от внешнего воздействия осколочных элементов, требования к толщине изделия могут быть снижены, исходя из параметров защиты частей тела, толщина панели для защиты в области ног может варьироваться 5-10 мм, в то время, как в области защиты шеи и грудной клетки производственную толщину получаемого изделия можно увеличить до 10-15 мм, или изменить модель по своему желанию, увеличив толщину или количество сопрягающихся узлов, без существенного роста массы готового изделия.

Бронепанель можно компоновать между собой в пакет из нескольких бронепанелей для достижения максимального усиления защитных свойств, используя различные комбинации слоев и толщины бронепанели, чередующихся слоями из СВМПЭ, арамидной ткани и кевлара.

Бронепанель изготавливается в несколько этапов: 3D-печать металлическим порошком сплава титана ВТ6, или его аналога Ti90Al6V4, например, на устройстве для выборочного лазерного спекания, исходя из требований к форме, размерам и многоступенчатости, выполненного в виде 3D-модели; термическая обработка полученной металлической формы изделия в соответствии с требованиями, предъявляемыми к прочностным характеристикам, например, закалка; заполнение металлической формы композитным полимерным материалом, например (СВМПЭ); нанесение верхнего защитного слоя из комбинации кевлара, арамидной ткани посредством присоединения с использованием эпоксидных смол и термического воздействия.

ПРОМЫШЛЕННОЕ ПРИМЕНЕНИЕ

Бронепанель универсальная противопулевая противоосколочная может применяться следующим образом. При внешнем воздействии различных факторов, например, осколка на бронепанель пробивается внешний слой кевлара 4, затем происходит пробитие слоя из арамидной ткани 3, которая под воздействием вектора силы, проминается, гася кинетическую энергию и перераспределяет ее на следующий основной слой 2 и 1, который после прорыва арамидной ткани 3, гасит основную кинетическую энергию осколка. Особенность конструкции основного слоя 1 и 2 такова, что осколок сталкивается попеременно, то с композитным материалом, который не расширяется за счет армированной структуры и сохраняет максимальную плотность, то с самой титановой основой, которая тормозит воздействие кинетической энергии еще более эффективно, таким образом максимально замедляя объект, что предотвращает повреждение защищаемой цели.

Преимуществами данной бронепанели являются: высокая удельная прочность по всем характеристикам при минимальном весе, низкий расход материалов при производстве, как следствие удешевление производства в сравнении с традиционными листовыми панелями различных конструкций и модификаций, отсутствие ограничений по форме, изделие может быть выполнено в любом внешнем виде, мгновенное изменение конструктива в соответствии к требованиям, как следствие гибкость производства, чего невозможно достичь с использованием традиционных производственных процессов.

Применение бронепанели универсальной не ограничивается традиционными средствами защиты и может быть использовано в любых известных образцах технических средств защиты, таких как индивидуальные средства защиты личного состава, или пассивные средства защиты для технических средств, например, при дополнительном бронировании бронетехники.

Изобретение относится к конструкции бронепанели. Бронепанель универсальная противопулевая, противоосколочная, состоит из слоя высокопрочного титанового сплава титана ВТ6 в виде пространственной пустотелой сетки с термической обработкой полученной формы изделия. Поверх нее нанесены дополнительные слои из защитного слоя арамидной ткани и кевлара. При этом свободное пространство пустотелой сетки титанового сплава ВТ6 заполнено сверхвысокомолекулярным полиэтиленом с добавлением одностенных углеродных нанотрубок. Достигается повышение удельной прочности при минимальном весе бронепанели, снижение массы конструкции бронепанели. 2 ил.

Бронепанель универсальная противопулевая, противоосколочная состоящая из металлического слоя, отличающаяся тем, что металлический слой выполнен из высокопрочного титанового сплава титана ВТ6 в виде пространственной пустотелой сетки с термической обработкой полученной формы изделия, поверх которого нанесены дополнительные слои из защитного слоя арамидной ткани и кевлара, при этом свободное пространство пустотелой сетки титанового сплава ВТ6 заполнено сверхвысокомолекулярным полиэтиленом с добавлением одностенных углеродных нанотрубок.