СЛОИСТЫЙ БРОНЕЗАЩИТНЫЙ МАТЕРИАЛ
LAMINAR ARMOUR PROTECTOR

Изобретение относится к области броневых конструкций, а именно к слоистым материалам разнесенного типа для защиты от кинетических средств поражения (пуль стрелкового оружия с термоупрочненным и твердосплавным сердечником, осколков разрывных средств поражения и др.) личного состава и техники.
Известна конструкция слоистого бронезащитного материала, используемого в производстве бронежилетов. Бронезащитный материал состоит из двухслойной пластины с наружным слоем из стали с твердостью 58-64 HRC и внутренним слоем из стали с твердостью 40-52 HRC, а также пакета баллистической ткани, причем толщина наружного слоя пластины составляет 0,6-0,8 диаметра пулевого калибра при отношении толщин наружного и внутреннего слоев 0,5-1,2 [1].
Недостаток известного способа состоит в том, что слоистый бронезащитный материал имеет высокую массу единицы площади, что увеличивает массу бронеконструкции в целом.
Ближайшим аналогом к предлагаемому изобретению является слоистый бронезащитный материал, который состоит из двух стальных закаленных листовых слоев, фронтального и тыльного, при этом фронтальный слой имеет твердость HRC 67, а тыльный имеет твердость HRC 60. Фронтальный и тыльный слои соединены между собой без зазора [2].
Недостаток известного слоистого материала состоит в том, что эффективность разрушения пулевого сердечника зависит только от механических свойств стальных слоев, что предопределяет для увеличения бронестойкости увеличение толщины стальных слоев и массы броневых конструкций.
Техническая задача, решаемая изобретением, состоит в снижении массы броневых конструкций.
Для решения технической задачи в известном слоистом бронезащитном материале против кинетических средств поражения, содержащем расположенные параллельно фронтальный слой из закаленной стали с твердостью не менее HRC 55 и тыльный слой, согласно изобретению между слоями дополнительно размещен промежуточный слой, слои размещены с зазором 2-4 мм между фронтальным и промежуточным слоями и 6-8 мм между промежуточным и тыльным слоями, причем промежуточный слой выполнен из закаленной стали с твердостью не менее HRC 50. В вариантах реализации слоистого материала слои имеют толщину 0,4-0,6 диаметра калибра средств поражения, а в зазоры помещен заполнитель, обладающий адгезией к поверхностям слоев. Кроме того, тыльный слой может быть выполнен из дюралюминия марки Амг 6М или в виде уложенной слоями арамидной ткани.
Сущность изобретения состоит в следующем. Исследования показали, что повысить эффективность разрушения пулевого сердечника и осколков можно при создании в них механического резонанса, возникающего под действием последовательных ударов о твердые, расположенные с нормируемым зазором преграды - слои закаленной стали. Наложение импульсных напряжений в пулевом сердечнике, генерируемых при его соударениях с фронтальным и промежуточным слоями броневой преграды, приводит к преобразованию его собственной кинетической энергии во внутреннюю энергию, разрушающую термоупрочненный сердечник. Благодаря этому достигается уменьшение необходимой суммарной толщины стальных слоев и энергии фрагментов разрушенного сердечника, воздействующих на улавливающий их тыльный слой брони. Этим обеспечивается снижение массы броневых конструкций при сохранении показателей их бронестойкости.
Экспериментально установлено, что при твердости фронтального слоя менее HRC 55 и промежуточного слоя менее HRC 50 снижаются бронезащитные свойства слоистого материала, что требует увеличения толщины слоев и массы броневых конструкций.
При величине зазора между фронтальным и промежуточном слоями менее 2 мм и между промежуточным и тыльным слоями менее 6 мм не достигается возбуждения резонансных колебаний внутренних разрушающих напряжений в пулевом сердечнике. Это снижает бронестойкость слоистого материала. Увеличение указанных зазоров более 4 мм и более 8 мм соответственно не ведет к повышению броневой стойкости слоистого материала, а лишь увеличивает его общую толщину, что нецелесообразно.
При толщине слоев менее 0,4 от диаметра пулевого калибра имеет место сквозное пробитие слоистого бронезащитного материала пулями с термоупрочненным сердечником. Увеличение толщины слоев более 0,6 диаметра пулевого калибра не ведет к дальнейшему повышению бронестойкости, а лишь увеличивает массу броневой конструкции, что нецелесообразно.
Выполнение тыльного слоя из легкого сплава, например дюралюминия марки Амг 6М, который улавливает осколки броневого сердечника и стальных слоев броневой преграды, имеющих низкую кинетическую энергию, позволяет дополнительно снизить массу броневой конструкции.
Выполнение тыльного слоя в виде уложенной слоями арамидной ткани, что само по себе является известным [1], смягчает удар и уменьшает вероятность травмирования запреградного объекта. Это особенно важно при использовании слоистого бронезащитного материала в конструкциях бронежилетов.
Примеры выполнения слоистого бронезащитного материала
ф
ф
п
п
т
Для создания броневой защиты от бронебойных пуль с термоупрочненным и твердосплавным сердечником калибра d=7,62 мм используют фронтальный слой в виде закаленного и низкоотпущенного листа толщиной Н=3,8 мм (Н=0,5·d) из мартенситной хромоникелевой стали с твердостью HRC 57. Промежуточный слой выполняют также из закаленного стального листа с твердостью HRC 52 и толщиной Н=3,8 мм (Н=0,5·d), выполненного из хромоникелевой закаленной и низкоотпущенной стали мартенситного класса. В качестве тыльного слоя использую лист толщиной Н=3,8 мм из дюралюминия.
фп
пт
Слои собирают с воздушными зазорами в пакет. Между фронтальным и промежуточным слоями зазор составляет Z=3 мм, а между промежуточным и тыльным слоями зазор составляет Z=7 мм. Слои соединяют в пакет с помощью крепежных винтов, размещенных по углам пакета, величина зазоров между слоями определяется толщиной шайб-прокладок.
Собранный пакет закрепляют на испытательном стенде и производят его обстрел по нормали с расстояния 50 м из снайперской винтовки Драгунова СВД пулями калибра 7,62 мм, имеющими твердосплавный сердечник.
фп
пт
В результате соударения пули с фронтальным слоем происходит его пробитие, в твердосплавном сердечнике пули при ее движении в зазоре Z между слоями возникают резонансные механические колебания сжатия-растяжения. При последующем соударении и пробитии сердечником промежуточного слоя амплитуда резонансных колебаний в зазоре возрастает, внутренние механические напряжения становятся выше предела прочности сердечника, что ведет к его фрагментированному разрушению в зазоре Z. Образовавшиеся в результате разрушения осколки улавливаются тыльным слоем, а слоистый бронезащитный материал в целом остается непробитым.
Благодаря тому, что бронезащитный материал выполнен из двух разнесенных тонких стальных слоев, установленных с зазорами, кинетическая энергия пули при последовательном соударении с ними преобразуется во внутреннюю колебательную энергию твердосплавного сердечника, которая вызывает его разрушение, а образующиеся осколки улавливаются тыльным слоем, чем обеспечивается непробитие слоистого бронезащитного материала.
Тыльный слой бронезащитного материала может быть выполнен из арамидной ткани, например, типа Кевлар, уложенной слоями.
Преобразование собственной кинетической энергии пули в колебательную энергию при двойном соударении со стальными слоями, приводящем к ее разрушению, позволяет снизить массу броневой конструкции на величину ΔР=33-36% по сравнению с массой монолиста из броневых закаленных сталей с аналогичными бронезащитными характеристиками.
Для фиксации слоев в блок в зазоры между ними может быть помещен заполнитель, обладающий адгезией к поверхностям слоев, например самовспенивающаяся система полиуретановая УРЕМИКС-208 по ТУ 2254-304-32972176-99 или подобное ей средство.
Варианты выполнения слоистого бронезащитного материала и показатели их эффективности приведены в таблице.
Из данных, приведенных в таблице, следует, что предложенный слоистый бронезащитный материал (варианты №2-4 и №6) обеспечивает снижение массы бронезащитной конструкции за счет превращения собственной кинетической энергии пули в разрушающую ее энергию резонансных колебаний. Тыльный слой из легкого сплава, например Амг6М, или уложенной слоями арамидной ткани улавливает фрагменты разрушенного пулевого сердечника, чем обеспечивается непробитие броневой конструкции в целом.
При запредельных значениях заявленных параметров (варианты №1 и №5) не обеспечивается непробитие слоистого бронезащитного материала, что требует увеличения толщины слоев и массы броневых конструкций.
Таблица
Конструктивные параметры слоистых бронезащитных материалов и показатели их эффективности
№ п/п
Фронтальный слой
Промежуточный слой
Тыльный слой
Показатели эффективности
Н<sub>ф</sub>/d
HRC
Z<sub>фп</sub>, мм
Н<sub>п</sub>/d
HRC
Z<sub>пт</sub>, мм
H<sub>т</sub>/d
Материал
Сквозное пробитие
Снижение массы ΔР, %
1
0,3
54
1
0,3
49
5
0,3
Алюминий
есть
41
2
0,4
55
2
0,4
50
6
0,4
Дюраль Амг6М
нет
36
3
0,5
57
3
0,5
52
7
0,5
Алюминий
нет
35
4
0,6
58
4
0,6
53
8
0,6
Алюминий
нет
33
5
0,7
55
5
0,7
51
9
0,7
Алюминий
есть
25
6
0,5
56
2
0,5
51
7
0,5
Арамидная ткань, уложенная слоями
нет
36
Технико-экономические преимущества предложенного изобретения состоят в том, что выполнение слоистого бронезащитного материала в виде разнесенной конструкции с заявленными параметрами позволяют реализовать эффект разрушения пулевого сердечника из твердого сплава за счет собственной кинетической энергии пули путем возбуждения и усиления в нем резонансных колебаний сжатия-растяжения, механические напряжения от которых превышают предел прочности твердого сплава. Фрагменты разрушенного сердечника удерживаются тыльным слоем из легкого сплава или уложенной слоями арамидной тканью.
В качестве базового объекта принят ближайший аналог [2]. Использование предложенного слоистого материала позволит снизить массу бронезащитной конструкции на 33-36%, что особенно важно при ее применении для бронежилетов и защиты летательных аппаратов.
Источники информации
1. Патент Российской Федерации №2172920, МПК F41H 1/02, 2001.
2. Патент Российской Федерации №2429971, МПК F41H 1/02, 2011.