ЭНЕРГОПОГЛОЩАЮЩАЯ СТРУКТУРА ДЛЯ ЗАЩИТЫ ДНИЩА НАЗЕМНЫХ ТРАНСПОРТНЫХ СРЕДСТВ
ENERGY-ABSORBING STRUCTURE FOR GROUND VEHICLES BOTTOM PROTECTION

Изобретение относится к области транспортного машиностроения, а именно к защите наземных транспортных средств от минного подрыва.
В связи с практически десятикратным ростом требований по противоминной стойкости объектов военной и гражданской техники актуализировалась задача по обеспечению этих требований. Необходимы новые решения по защите объектов техники для обеспечения безопасности перевозимых людей и грузов. Самым простым решением этой задачи является увеличение толщины днища, т.к. «жесткость на изгиб» находится в прямой зависимости от толщины материала, но подобное решение резко увеличивает вес изделия. В другом варианте решения, которое бы обеспечивало эти требования с более низким повышением веса изделия, предлагается применять композитные или разнесенные структуры днища, но наиболее кардинальным решением рассматриваемой задачи является использование конструкции днища, в которой осуществляется механизм поглощения энергии в случае подрыва.
Пример подобного решения описан в заявке на изобретение RU 94013045 А1, 27.04.1996 «Транспортная машина для использования в зоне чрезвычайных ситуаций». В машине использована в качестве днища специальная рамная конструкция, состоящая из продольных и поперечных балок со специальной композитной набивкой межрамного пространства. Недостатком такой конструкции является низкая эффективность ее работы из-за наличия решетчатого реберного каркаса, препятствующего полной реализации энергопоглощающих свойств композитной набивки.
Также известна конструкция противопульно-противоснарядной защиты, раскрытая в патенте на полезную модель RU 116988 U1, 10.06.2012. Конструкция содержит внешний слой из высокопрочного металла или керамики, тыльный слой из стали или алюминиевого сплава и срединный энергопоглощающий слой из пены алюминиевого сплава, при деформации которого поглощается энергия воздействия. Недостатком такого решения является большой вес конструкции и сложность технологии ее изготовления из-за использования в ней пеноалюминиевого сплава.
Прототипом заявленного решения является энергопоглощающий элемент днища бронированного автомобиля с повышенной противоминной стойкостью, описанный в патенте на полезную модель RU 126448 U1, 27.03.2013. Он состоит из внутреннего и наружного слоев защиты, выполненных из броневой стали, между которыми расположена энергопоглощающая прослойка в виде плотно уложенных труб круглого сечения. Недостатком данной конструкции является низкая эффективность энергопоглощения из-за плотной укладки труб, которая будет препятствовать полному развитию деформации труб при подрыве, поскольку длина интервала контакта труб, составляющая 2R, в полтора раза меньше длины сплющивания, составляющей 2πR/2.
Техническим результатом предлагаемой энергопоглощающей структуры для защиты днища наземных транспортных средств является повышение ее эффективности энергопоглощения при подрыве.
Указанный результат достигается тем, что в известном техническом решении, содержащем внутренний и наружный слои защиты из конструкционных и/или броневых сплавов, между которыми расположена прослойка, прослойка выполнена в виде двух одинаковых рядов U- или W-образных энергопоглощающих профилей, зеркально обращенных друг к другу и сдвинутых на полшага относительно друг друга, при этом торцевые ребра энергопоглощающих профилей одного ряда опираются на торцевые ребра соседних энергопоглощающих профилей противоположного ряда.
При подрыве транспортного средства энергия ударной волны будет изначально поглощаться за счет взаимных деформаций энергопоглощающих профилей, расположенных в прослойке, в результате чего снижается воздействие минного подрыва на машину в целом.
Предлагаемое выполнение прослойки в виде двух одинаковых рядов U-или W-образных энергопоглощающих профилей позволит полностью сдеформироваться профилям, образуя в конечном итоге единую плоскость, тем самым проявляя максимальный эффект энергопоглощения.
Выполнение прослойки из двух рядов U- или W-образных энергопоглощающих профилей в конструкции днища транспортного средства для защиты от минного подрыва не известно и для специалиста явным образом не следует из уровня техники. Изобретение может применяться преимущественно в военной сфере для защиты перевозимых людей и грузов от минного подрыва.
Таким образом, заявленное решение соответствует критериям патентоспособности «новизна», «изобретательский уровень» и «промышленная применимость».
На фиг. 1 изображена конструкция заявленной энергопоглощающей структуры из W-образных энергопоглощающих профилей с представлением их поэтапной трансформации в результате подрыва.
На фиг. 2 изображена конструкция заявленной энергопоглощающей структуры из U-образных энергопоглощающих профилей с представлением их поэтапной трансформации в результате подрыва.
На фиг. 3 изображен пример закрепления энергопоглощающей структуры на днище транспортного средства.
Энергопоглощающая структура для защиты днища наземных транспортных средств (см. фиг. 1) состоит из внутреннего 1 и наружного 2 слоев защиты, между которыми расположена прослойка 3, выполненная в виде двух одинаковых рядов W-образных энергопоглощающих профилей, зеркально обращенных друг к другу и сдвинутых на полшага t относительно друг друга, при этом торцевые ребра энергопоглощающих профилей одного ряда опираются на торцевые ребра соседних энергопоглощающих профилей противоположного ряда.
Вариант выполнения прослойки 3 из U-образных энергопоглощающих профилей показан на фиг. 2.
В качестве материалов для изготовления внутреннего 1 и наружного 2 слоев защиты могут использоваться конструкционные и броневые сплавы, типа АМг6, АБТ, Сталь 3, A3 и т.д. При этом внутренним слоем защиты 1 является основное днище транспортного средства, а наружным 2 - фальшднище.
Энергопоглощающие профили в прослойке 3 предпочтительно изготавливать из легкодеформируемых сплавов, например из алюминиевых сплавов.
Конструктивные параметры предлагаемой структуры, такие как применяемые материалы, толщины, шаг t и т.д., будут зависеть от предъявляемых к машине требований по противоминной стойкости, т.е. выбираются исходя из мощности подрыва.
Принцип работы предлагаемой энергопоглощающей структуры заключается в следующем. При подрыве под днищем транспортного средства заряда взрывчатого вещества образуется ударная волна. Под ее воздействием происходит перемещение вверх наружного слоя защиты 2 относительно внутреннего слоя 1, в результате которого происходит деформация энергопоглощающих профилей в прослойке 3.
На фиг. 1 и 2 показан поэтапный процесс максимальной деформации энергопоглощающих профилей при подрыве:
а) начальное положение;
б) проскальзывание и взаимопроникновение;
в) разгибание с переводом в плоскость;
г) осаждение и смятие.
Сборка предлагаемого изобретения осуществляется следующим образом.
а
Энергопоглощающие профили через заданный шаг t неподвижно крепятся своими основаниями к соответствующим поверхностям наружного и внутреннего слоям защиты, например путем винтового соединения, сваркой, точечной сваркой или заклепками. Метод крепления будет зависеть от используемых материалов в слоях защиты. При этом профили на слоях защиты располагаются таким образом, чтобы при установке наружного слоя защиты к внутреннему, торцевые ребра энергопоглощающих профилей одного ряда опирались на торцевые ребра соседних энергопоглощающих профилей противоположного ряда (см. положение  на фиг. 1, 2).
Вариант одного из возможных примеров крепления наружного слоя защиты 2 к внутреннему 1 показан на фиг. 3. Данный вариант предполагает крепление фалынднища 2, имеющего корытообразный вид со скосами на краях, к основному днищу точечной сваркой с определенным шагом, достаточным для надежной фиксации конструкции под днищем при эксплуатации машины в обычных условия, но обеспечивающей разрыв крепления при критической нагрузке, возникающей при подрыве. При подрыве мины под днищем машины вследствие динамического воздействия произойдет отрыв крепления фальшднища в местах сварки, его края разогнутся наружу и тем самым ничто не будет препятствовать работе энергопоглощающих профилей.
Оптимальным вариантом применения предлагаемой энергопоглощающей структуры по массе и уровню противоминной стойкости является конструкция, в которой толщина наружного слоя защиты меньше толщины внутреннего слоя, известной из тактико-технических характеристик машины, в 3-5 раз, а прессованные энергопоглощающие профили имеют толщину тела профиля в пределах от 2 мм до 10 мм. Толщина прослойки 3 выбирается приблизительно 1/10 от клиренса транспортного средства.
Экспериментальные расчеты показали, что при взрыве взрывчатого вещества, массой ориентировочно 2 кг в тротиловом эквиваленте, благодаря предложенной структуре позволяет достичь энергопоглощение за счет взаимного скольжения и разгибания энергопоглощающих элементов от 40 до 50% потенциальной энергии подрыва, что будет достаточно для безопасности находящихся в машине людей и грузов.