БРОНЯ ДЛЯ ЗАЩИТЫ ОТ ПОРАЖЕНИЯ ОГНЕСТРЕЛЬНЫМ ОРУЖИЕМ

Область техники, к которой относится предлагаемая полезная модель
Предлагаемая полезная модель относится к композитной броне, предназначенной для защиты от поражения огнестрельным оружием (баллистической броне), в частности, к броне, содержащей слой из гранул, выполненных из высоковязкого материала, и предназначенной для защиты от поражения неуправляемыми бронебойными снарядами с возможностью использования как отдельно, так и в качестве накладной брони.
Предпосылки создания предлагаемой полезной модели
Одним из главных факторов, который приходится учитывать при проектировании баллистической брони указанного типа, является вес этой брони.
Баллистическая броня, являющаяся предметом предлагаемой полезной модели, содержит броневой слой из керамических ударновязких гранул, обладающих свойством поглощать большую часть энергии ударяющихся в них бронебойных снарядов. Эти гранулы обычно располагаются регулярно и удерживаются в матрице из термореактивного или термопластичного материала. Такая броня обычно обладает высокой способностью выдерживать множественные попадания, поскольку причиняемые этой броне повреждения локализуются на одной или небольшом количестве гранул в области попадания. Обычно такая броня содержит также фронтальный и/или тыльный слои, прикрепленные к броневому слою.
В публикации US 5.763.813 раскрывается один вариант такой брони, содержащей броневой слой из керамических гранул и тыльный слой, а также способ изготовления броневого слоя с использованием вертикальной пресс-формы. После получения в пресс-форме броневого слоя к нему прикрепляется тыльный слой.
В броневых слоях описанного выше типа на способность слоя противостоять неуправляемым поражающим средствам оказывают влияние геометрические параметры гранул. Должно быть понятно, что броневой слой лучше поглощает энергию ударного воздействия, когда конец гранул, обращенный в сторону потенциального ударного воздействия, выполнен куполообразным. Цилиндрические гранулы с таким концами раскрыты, например, в следующих публикациях: FR 2559254, ЕР 699687, DE 3940623, US 5.972.819, US 2012/0055326, US 7.513.186 и ЕР 1 522 817. У цилиндрических гранул, раскрытых в указанных публикациях, оба конца выполнены куполообразными с одним и тем же или с разными радиусами кривизны, или же выполнен куполообразным только тот конец, который обращен в сторону потенциального ударного воздействия. Последнее решение раскрывается, например, в публикации US 5.972.819 в качестве альтернативы первому решению, хотя в этой публикации подчеркивается, что решение, при котором куполобразными выполнены оба конца гранулы, представляется предпочтительным.
В публикации US 2010/0162884 этого же заявителя раскрывается композитная броневая пластина, содержащая: фронтальный слой, обращенный в направлении потенциального ударного воздействия, при этом этот фронтальный слой содержит боковые стенки, ограничивающие полость, имеющую дно, тыльный слой и главный броневой слой, который соединен с упомянутыми фронтальным слоем и тыльным слоем и расположен внутри упомянутой полости, выполненной во фронтальном слое между тыльным слоем и дном фронтального слоя, при этом главный броневой слой содержит совокупность гранул в матрице из связующего материала, гранулы выполнены из высоковязкого баллистического материала, их конец, обращенный к донной стенке полости во фронтальном слое, выполнен куполообразным, их конец, обращенный в противоположную от донной стенки полости во фронтальном слое, выполнен плоским, а корпус каждой гранулы простирается между фронтальным слоем и тыльным слоем, при этом фронтальный слой и тыльный слой связаны с главным слоем с помощью связующей матрицы.
Ввиду того, что в броне, описанной выше, тыльные концы гранул выполнены плоскими, количество связующего материала в областях упомянутой матрицы, простирающихся вдоль гранул с прилеганием к их тыльным концам, меньше, чем в областях упомянутой матрицы, простирающихся вдоль гранул с прилеганием к их фронтальным концам.
Цель предлагаемой полезной модели
Цель предлагаемой полезной модели состоит в создании композитной броневой пластины с увеличенным количеством связующего материала в областях матрицы, простирающихся вдоль гранул с прилеганием к их тыльным концам, с повышением, тем самым, сцепления гранул друг с другом в этих областях.
Краткое описание предлагаемой полезной модели
Обозначенная выше цель предлагаемой полезной модели достигается созданием композитной брони, содержащей главный броневой слой и фронтальный слой или тыльный слой, или же и тот и другой, при этом упомянутый главный слой содержит совокупность гранул, выполненных из высоковязкого материала и внедренных в матрицу из связующего материала, при этом фронтальный слой или тыльный слой, или же и тот и другой выполнены из материала, отличающегося от упомянутого связующего материала, и прикреплен(ы) к главному броневому слою с помощью упомянутого связующего материала, при этом каждая гранула имеет корпус с осью симметрии, выпуклый или куполообразный фронтальный конец, предназначенный для принятия на себя удара, и противоположный тыльный конец, имеющий центральный участок и периферийный участок, сопрягающийся с упомянутым корпусом гранулы; при этом предлагаемая броня характеризуется тем, что упомянутый периферийный участок имеет, по меньшей мере на части своего периметра, ориентацию относительно оси симметрии, отличающуюся от ориентации центрального участка, - по меньшей мере на виде в сечении гранулы по плоскости, в которой лежит упомянутая ось симметрии.
Центральный участок каждой гранулы в упомянутой совокупности гранул на виде в упомянутом сечении может выглядеть следующим образом:
- он может быть прямым и перпендикулярным оси симметрии, или же
- он может быть выпуклым с кривизной, меньшей чем кривизна фронтального конца.
Периферийный участок каждой гранулы в упомянутой совокупности гранул на виде в упомянутом сечении может выглядеть следующим образом:
- он может быть прямым и образовывать с упомянутой осью симметрии острый угол, или же
- он может быть выпуклым.
В последнем случае и фронтальный конец гранулы, и ее тыльный конец могут составлять части сферических поверхностей с одним и тем же или с разными радиусами кривизны. В частности, радиус кривизны тыльного конца гранулы может быть больше, чем радиус кривизны ее фронтального конца.
Если корпус гранулы имеет, по меньшей мере в области сопряжения с периферийным участком, максимальный размер "D" в направлении, перпендикулярном упомянутой оси (когда корпус гранулы является круговым цилиндром, этот размер представляет собой диаметр), то предпочтительным представляется такое решение, при котором протяженность "d" центрального участка в том же направлении находится в следующих пределах: 0,2D≤d≤0,9D.
Корпус каждой гранулы такой совокупности гранул и их фронтальные и тыльные концы могут оканчиваться у соответствующих краев, которые находятся на расстоянии друг от друга в области сопряжения корпуса с фронтальным и/или тыльным концом.
Фронтальный слой на дне полости может иметь форму, определенную таким образом, по существу совпадающую с формой куполообразных фронтальных концов гранул в главном броневом слое.
2
3
Гранулы могут быть выполнены из любого высоковязкого керамического материала, используемого в баллистической броне, например, из такого как глинозем, в котором содержание оксида алюминия (АlO) может находиться в пределах, например, от 96% до 99,5%. Связующая матрица может состоять из термопластичного или термореактивного материала. По меньшей мере тыльный слой может быть выполнен из волокон, и представляется предпочтительным такое решение, при котором эти волокна образуют бронеткань.
Материал фронтального слоя, связанного с куполообразными концами гранул и заворачивающегося на бока броневой пластины, может простираться на тыльный слой, связанный с тыльными концами гранул, накладываясь на него.
Краткое описание прилагаемых чертежей
Для лучшего понимания предлагаемой полезной модели и ее практической реализации далее будут описаны варианты ее осуществления, которыми, однако, не ограничивается объем притязаний, со ссылками на прилагаемые чертежи.
На фиг.1 схематично в разрезе на виде сбоку показана композитная броневая пластина согласно одному из вариантов предлагаемой полезной модели.
На фиг.2А в аксонометрии схематично показана пресс-форма для использования при изготовлении броневой пластины, изображенной на фиг.1.
На фиг.2В пресс-форма, изображенная на фиг.2А, показана в аксонометрии вместе с расположенным в ней фронтальным слоем броневой пластины.
На фиг.2С пресс-форма и расположенный в ней фронтальный слой броневой пластины, изображенной на фиг.2В, показаны на виде сверху, при этом в ней размещены гранулы.
На фиг.2D в разрезе на виде сбоку показана броневая пластина, изображенная на фиг.1, помещенная в пресс-форму, изображенную на фиг.2А - фиг.2С.
На фиг.3А, фиг.3В и фиг.3С изображены варианты гранулы, которая может быть использована в броневой пластине, изображенной на фиг.1, при этом гранулы схематично показаны в сечении по плоскости, в которой лежит ось симметрии гранулы.
На фиг.4 и фиг.5 в увеличенном масштабе показаны области сопряжения между корпусом и фронтальным и/или тыльным концом гранулы, которая может быть использована в броне согласно предлагаемой полезной модели.
Подробное описание вариантов осуществления предлагаемой полезной модели
На фиг.1 изображен один из вариантов композитной броневой пластины 10 согласно предлагаемой полезной модели. Броневая пластина 10 содержит главный броневой слой 12, к которому с одной стороны прикреплен фронтальный слой 14, образующий фронтальную поверхность 11 и боковые стенки 13 броневой пластины, а с другой стороны прикреплен тыльный слой 16, образующий тыльную поверхность 15 броневой пластины.
Упомянутый главный броневой слой 12 содержит совокупность гранул 18, выполненных из высоковязкого баллистического броневого материала, например, керамического материала, такого как глинозем, карбид кремния, нитрид кремния и карбид бора.
Каждая гранула имеет цилиндрический корпус 20, имеющий ось симметрии X, куполообразный фронтальный конец 22 и куполообразный тыльный конец 24. Примеры возможных форм гранул 18 иллюстрируются на фиг.3А, фиг.3В и фиг.3С, при этом каждая гранула [вернее, ее тыльный конец - перев.] имеет центральный участок 24' и периферийный участок 24", ориентация которого относительно упомянутой оси симметрии Х отличается от ориентации упомянутого центрального участка 24', в том смысле, что периферийный участок 24" образует с осью симметрии Х угол, отличающийся от угла, который образует с осью симметрии Х центральный участок 24' (в том случае, когда этот центральный участок 24' выполнен плоским), или от угла, который образует с осью симметрии Х касательная к центральному участку 24' в точке его пересечения с осью Х (в том случае, когда этот центральный участок 24' выполнен искривленным). В частности:
- у гранулы, проиллюстрированной на фиг.3А, центральный участок 24' тыльного конца 24 является плоским, а его периферийный участок 24" является сферическим, при этом его радиус кривизны R1 больше, чем радиус кривизны R2 фронтального конца 22,
- у гранулы, изображенной на фиг.3В, центральный участок 24' тыльного конца 24 является плоским, а его периферийный участок 24" представляет собой усеченный конус, а
- у гранулы, изображенной на фиг.3С, и центральный участок 24', и периферийный участок 24" тыльного конца 24 являются частями одной сферической поверхности с радиусом R1.
Если цилиндрический корпус гранулы имеет диаметр "D", то представляется предпочтительным такое решение, при котором протяженность "d" центрального участка 24' тыльного конца такой гранулы, которая изображена на фиг.3А или фиг.3В, находится в следующих пределах: 0,2D≤d≤0,9D.
В общем случае у каждой гранулы отношение диаметра "D" к ее общей высоте "Н" (D:Н) находиться в диапазоне от 1:1 до 4:1. Например, диаметр "D" может превышать общую высоту "Н", как показано на фиг.3С. В этом случае отношение "D:Н" может находиться в диапазоне от 1,7:1 до 3:1. Кроме того, отношение общей высоты "Н" гранулы к высоте "h" ее цилиндрического корпуса может находиться в диапазоне от 1,1:1 до 1,9:1.
В том случае, когда оба конца гранулы выполнены выпуклыми, кривизна фронтального конца может быть больше, чем кривизна тыльного конца. В частности, когда оба конца гранулы выполнены как части сферы, их радиусы R1 и R2 могут быть такими, что радиус R1 тыльного конца больше, чем радиус R2 фронтального конца, как показано на фиг.3С. В общем случае отношение R1:R2 может находиться в диапазоне от 1,1:1 до 4:1, предпочтительно - в диапазоне от 1,5:1 до 3:1, еще более предпочтительно - в диапазоне от 1,7:1 до 2,5:1.
Корпус 20 каждой гранулы имеет край 21, и ее передний и тыльный концы 22 и 24 имеют, соответственно, края 23 и 25, которые могут отстоять друг от друга в области сопряжения корпуса с фронтальным и/или тыльным концом, как это имеет место в вариантах, проиллюстрированных на фиг.4 и фиг.5. Главный броневой слой 12 дополнительно содержит связующую матрицу 26, которая охватывает гранулы и выполнена с возможностью удержания совокупности гранул на их местах. Эта матрица может быть выполнена из термопластичного или термореактивного материала.
TM
Фронтальный слой 14 обычно выполнен из бронеткани, например, на основе арамида (например, марки Kevlar) или стекловолокна. Этот слой может содержать несколько слоев бронеткани, которые могут быть выполнены из разных материалов. Фронтальный слой 14 образует фронтальную поверхность 11 броневой пластины 10 и заворачивается на бока главного броневого слоя 12. При таком решении, помимо прочего, фронтальный слой 14 обеспечивает защиту главного броневого слоя 12 от сырости и химических веществ, а также играет роль противоосколочного подбоя брони, предотвращая выход осколков, могущих возникнуть при дроблении гранул в результате воздействия на них бронебойного поражающего элемента. Кроме того, фронтальный слой 14 придает броневой пластине 10 эстетичный внешний вид.
TM
Тыльный слой 16 выполнен из бронеткани, например, на основе арамида (например, марки Kevlar), стекловолокна, полиэтилена или другого подобного материала. Этот слой может содержать несколько слоев бронеткани, которые могут быть выполнены из разных материалов. Все слои бронеткани могут быть направлены в одну сторону, однако представляется предпочтительным такое решение, при котором один слой, непосредственно примыкающий к гранулам, не является направленным в одну с ними сторону. Тыльный слой 16 предназначается для остановки бронебойных поражающих элементов и их фрагментов, а также осколков гранул, которые могут возникнуть при дроблении гранул в результате воздействия бронебойного поражающего элемента на главный броневой слой 12.
Далее со ссылками на фиг.2А, фиг.2В, фиг.2С и фиг.2D описывается способ изготовления броневой пластины 10.
Подготовка гранул 18 осуществляется путем промывания с помощью химического агента для подготовки поверхности. Затем на них наносится один или большее количество слоев первичного покрытия, например, из силана или другого связующего агента для эластомеров. Нанесение этого первичного покрытия может быть осуществлено напылением соответствующего покрывающего вещества на гранулы 18, или же погружением их в ванну из этого вещества. Распыление может осуществляться на гранулы 18, стоящие на их плоских тыльных концах, после чего для гранул 18 обеспечиваются условия для сушки. Первичное покрытие оказывается нанесенным на все поверхности за исключением тыльных концов 24. Затем при изготовлении броневой пластины гранулы 18 располагают их тыльными концами кверху, как описывается ниже, и первичное покрытие наносится на тыльные концы 24, в результате чего обеспечивается полное покрытие поверхности гранул 18. В альтернативном варианте полное покрытие поверхности гранул 18 может быть осуществлено до их расположения для изготовления броневой пластины. Первичное покрытие может наноситься вручную или с применением автоматизации.
Как можно видеть на фиг.2А, предусмотрена пресс-форма 28, которая может быть выполнена из алюминия или другого подобного материала, и ее размеры соответствуют размерам броневой пластины 10. Боковые стенки 30 этой пресс-формы выполнены с возможностью сдвига, оставаясь перпендикулярными к непосредственно прилегающим стенкам. Для этой пресс-формы может быть предусмотрена также крышка 34. Ее размеры несколько меньше размеров боковых стенок 30 изнутри пресс-формы. Как можно видеть на фиг.2В, фронтальный слой 14 расположен внутри пресс-формы 28 в целом горизонтально, и его края расположены вдоль боковых стенок 30 пресс-формы, образуя полость 32, которая имеет боковые стороны и дно, соответствующие фронтальной поверхности 11 и боковым стенкам 13 броневой пластины 10, соответственно. Как можно видеть на фиг.2С, гранулы 18 расположены внутри полости 32 в виде сот или в ином обеспечивающем преимущество порядке, образуя главный броневой слой 12, так что куполообразные фронтальные концы 22 гранул 18 обращены к дну полости 32. Боковые стенки 30 пресс-формы 28 сдвигаются до тех пор, пока гранулы 18 не окажутся плотно упакованными.
Связующий материал вводится в пресс-форму 28 для заполнения зазоров между гранулами и полностью покрывает их, в том числе их тыльные концы 24, достигая фронтальных концов гранул 18, которые на данной стадии обращены книзу. Связующая матрица 26 выполнена с возможностью связывания гранул 18 друг с другом и с прилегающими слоями.
Благодаря куполообразной форме фронтальных концов 22 гранул 18 обеспечивается такое состояние, при котором связующий материал покрывает всю поверхность гранул и всю поверхностную область фронтального слоя 14, благодаря чему обеспечивается увеличение сцепления фронтального слоя с главным броневым слоем 12.
Благодаря тому обстоятельству, что тыльные концы 24 гранул 18 имеют периферийные участки 24", как описывалось выше, обеспечивается увеличение количества связующего материала в областях 23 броневой пластины (см. фиг.1) между центральными участками 24' соседних гранул 18, благодаря чему обеспечивается улучшение сцепления гранул друг с другом в этих областях.
Тыльный слой 16 приложен к плоским тыльным концам 24 гранул 18. Благодаря плоской форме гранул 18 обеспечивается легкое и гладкое приложение тыльного слоя 16 к упорядоченному массиву гранул. При таком решении обеспечивается лучшее прикрепление тыльного слоя 16 к тыльным концам 24 гранул 18, благодаря чему улучшается удержание.
К фронтальному и тыльному слоям может подаваться связанный с ними связующий материал. В том случае, когда связующий материал является термопластичным, он может до введения в вышеописанный процесс распределяться по каждому слою в виде порошка и нагреваться до температуры, достаточной для связывания, но оставаясь в виде порошка. В том случае, когда в качестве связующего материала используется термореактивный материал, ткань может быть подвергнута предварительному пропитыванию.
Как можно видеть на фиг.2.D, края фронтального слоя 14, который, находясь в пресс-форме, покрывает бока главного броневого слоя 12, затем заворачиваются на тыльный слой 16 вблизи краев броневой пластины. Затем применяют нагрев и прикладывают давление, под действием которых происходит плавление порошка, и тем самым формируется цельная броневая пластина 10, в которой связующая матрица 26, соединяющая вместе гранулы 18 главного броневого слоя 12 и связывающая с ним фронтальный и тыльный слои. Для распределения давления гранул может быть использована крышка 34. В альтернативном варианте вся пресс-форма с гранулами может быть покрыта пластиком и помещена в автоклав (на чертежах не показан). В том случае, когда связующий материал является термореактивным и, потому, был введен в жидком виде, для обеспечения затвердевания этого связующего материала требуется приложить достаточное количество тепла. Это обычно происходит при более низкой температуре.
При нагревании пресс-форма 28 расширяется, в результате чего гранулы 18, которые до сих пор находились в контакте друг с другом, становятся несколько разделенными связующим материалом, который может быть как термопластичным, так и термореактивным, и на этой стадии находится в жидком состоянии, при этом он втягивается в пространство между гранулами 18 благодаря наличию первичного покрытия, о котором говорилось ранее. Когда связующий материал затвердевает, между ближайшими точками соседних гранул 18 образуется зазор величиной от 0,1 мм до 0,3 мм. В этом зазоре находится первичное покрытие и связующий материал. Присутствие между соседними гранулами 18 связующего материала улучшает защитные свойства брони по отношению к бронебойным поражающим элементам, благодаря тому, что этот связующий материал подавляет распространение по броне ударных волн при попадании бронебойного поражающего элемента и уменьшает воздействие раздробленных гранул на соседние гранулы.
В процессе нагревания фронтальный слой 14 сжимается, тем самым по меньшей мере частично приближаясь по форме к упорядоченной структуре из куполообразных фронтальных концов 22 гранул, как показано на фиг.1. Это увеличивает прижатие фронтального слоя 14 к гранулам 18, тем самым повышая защитные характеристики брони.
Как показано на фиг.20, с тыльной стороны на броню может быть наложен подкладочный слой 36. Этот подкладочный слой придает броне гладкий внешний вид, и выполняет в основном эстетическую функцию. Зазор 38 между подкладочным слоем 36 и тыльным слоем 16 может быть заполнен любым материалом: связующим материалом или другим наполнителем.
Броня, описанная выше, может быть использована как сама по себе, так и, что более вероятно, смонтирована на наружной стенке транспортного средства. В последнем случае стенка транспортного стенка повышает способность тыльного слоя брони поглощать энергию, тем самым способствуя уменьшению необходимой толщины брони. При установке брони на транспортном средстве с внутренней стороны стенки обычно наносится дополнительный выстилающий слой, предназначенный для препятствования проникновению во внутреннее пространство транспортного средства фрагментов и деформированных поражающих элементов. Специалистам в области техники, к которой относится предлагаемая полезная модель, должно быть понятно, что без отклонения от духа предлагаемой полезной модели и объема притязаний возможны многочисленные изменения, варианты и модификации, mutatis mutandis.