Способ сравнительной оценки бронеэлементов на противопульную стойкость
METHOD FOR COMPARATIVE ASSESSMENT OF BULLET RESISTANCE OF ARMOUR PLATES

Предложение на изобретение относится к области испытаний на противопульную стойкость средств бронезащиты личного состава от воздействия пуль стрелкового оружия. В частности, при стрельбовых натурных испытаниях по оценке результатов высокоскоростного импульсного взаимодействия системы «ударник - бронеэлемент».
Под противопульной стойкостью понимается способность бронеодежды обеспечивать защиту от пуль патронов стрелкового оружия и охотничьих патронов стрелкового оружия (ГОСТ Р 55623-2013).
При этом под бронеэлементом понимается металлические (стальные или титановые) пластины, керамические панели.
Известен Способ испытания металлических преград - основы защитных гетерогенных структур (RU 2578900 С1). Способ включает выстреливание бойков со скоростью, большей скорости удара, определение и замер глубины ударного внедрения бойка диаметром в поверхность металла (глубина каверны). При этом скорость удара больше или меньше ожидаемой минимальной скорости сплошных пробитий. Определение предельной (минимальной) скорости сплошных пробитий, выше которой получаются сплошные пробития, а ниже - только закономерные пробития, на фоне линейной зависимости малых значений глубины каверны от скорости удара; преимущества квантованных скоростей удара; однозначных и малых двузначных квантовых чисел п для всех скоростей, на которых получены пробития или каверны увеличенной глубины. Недостатком этого способа является то, что для определения типа и характера разрушения преграды не используется в какой либо форме интегральный показатель условий нагружения в системе «ударник - преграда».
Известен Способ испытания на противопульную стойкость (ГОСТ Р 55623-2013). Недостатком этого способа является то, что определяемыми показателями являются только одна величина - количество пробитий (непробитий) образца бронеодежды при заданных в нормативной документации дальности обстрела и начальной скорости пули, что является малоинформативным при сравнительной оценке бронеэлементов.
Наиболее близким способом того же назначения к заявленному изобретению по совокупности признаков является Способ определения типа и характера разрушения конструкционных материалов при ударно-волновом нагружении (RU 2394222 С1), заключающийся в определении параметра нагрузки и параметров цели-преграды и определении типа и характера разрушения, отличающийся тем, что в качестве параметра нагрузки используют удельный механический импульс нагрузки, действующий на единицу площади цели-преграды, в качестве параметров цели-преграды используют толщину, плотность материала и скорость звука в материале, определяют тип и характер разрушения по интегральному показателю условий нагружения. Недостатком этого способа является то, что используемый интегральный показатель условий нагружения в системе «ударник - преграда» не учитывает поверхностную плотность бронеэлемента, не определяется живучесть бронеэлемента и опытная величина предела кондиционного поражения.
Сущность предлагаемого способа сравнительной оценки бронеэлементов на противопульную стойкость состоит в реализации двух этапов - первого (измерительного), где путем обстрела по нормали в бронеэлемент (угол воздействия равен нулю) пулями патронов из стрелкового оружия определяются показатели:
- количество кондиционных пробитий тестируемого бронеэлемента при заданных дальности обстрела и начальной скорости пуль;
- опытная величина предела кондиционного поражения бронеэлемента;
- живучесть бронеэлемента при многократных ударных воздействиях в единицу площади его поверхности и второго этапа (расчетного), состоящем в определении интегрального критерия качества бронеэлемента в виде средней скорости торможения пули;
- вероятностный показатель в виде вероятности безотказной работы бронеэлемента.
При этом под опытной величиной предела кондиционного поражения понимается экстремальное значение измеряемого в заданных условиях испытаний параметра, при котором на данном бронеэлементе получены только кондиционные поражения: в виде трещин, выпуклостей, вмятин, сколов, параметры которых указаны в специальных технических условиях.
Для оценки противопульной стойкости бронеэлемента в предлагаемом способе применяются следующие показатели:
np
- количество кондиционных пробитий тестируемого бронеэлемента при заданных дальности обстрела и начальной скорости пуль N;
- опытная величина предела кондиционного поражения бронеэлемента Ω (мм);
2
- живучесть бронеэлемента при многократных ударных воздействиях в единицу площади его поверхности € (шт./дм);
m
- интегральный критерий качества бронеэлемента в виде средней скорости торможения пули, V (м/с);
- показатель вероятности безотказной работы бронеэлемента р(m, N).
На первом этапе производится реализация натурных стрельб пулями стрелкового оружия по нормали в тестируемый бронеэлемент. Обстрел производится до получения группы из 10 зачетных попаданий.
Порядок проведения испытаний следующий. Манекен, предназначенный для крепления бронеэлемент, должен жестко закрепляться на неподвижном основании (стенде) с целью предотвращения его сдвига и опрокидывания при ударе пули, в противном случае, масса манекена должна составлять не менее 40 кг.
Манекен является композицией следующих двух компонентов (в направлении от лицевой поверхности):
- войлок листовой технический грубошерстный (полугрубошерстный), используемый в машиностроении толщиной 20±3 мм (по ГОСТ 6418-81);
- сухая сосновая древесина с продольным расположением волокон толщиной не менее 25 мм.
Габаритные размеры манекена и форма его лицевой поверхности (радиус кривизны) должны обеспечивать плотное прилегание бронеэлемента в точке воздействия пули.
Манекен закрепляется (устанавливается) на лабораторном стенде, имеющем неподвижное (или со стопорными приспособлениями) основание. Поворотная часть лабораторного стенда должна позволять поворот манекена в горизонтальной плоскости на угол до 360° и в вертикальной плоскости - до 90°, и надежно фиксироваться в заданном положении.
Для измерения начальной скорости пуль применяется баллистический измерительный комплекс ФЭБ-7 с фотоэлектронной базой блокирования равной 2 м. При испытаниях устанавливается следующая последовательность выполнения операций:
- закрепить образец оружия в приспособление на баллистическом станке;
- манекен с испытываемым образцом бронеэлемента жестко закрепить на лабораторном стенде и установить на дальности обстрела равной 5 м. Измерение дальности обстрела производится рулеткой от дульного среза оружия до лицевой поверхности образца с погрешностью не более ±50 мм;
- для измерения скорости пуль между дульным срезом ствола и образцом для испытаний установить блокирующее устройство так, чтобы производилось измерение скорости пуль на расстоянии не более 2 м от лицевой поверхности бронеэлемента. Измеренная таким образом скорость принимается за ударную (принципиальная схема обстрела приведена на фиг. 1, где 1 - ствол оружия, 2 - фотоэлектронная блокировка, 3 - Баллистический хронометр, 4 - пуля, 5 - манекен, 6 - образец, 7 - зона и точка воздействия);
- навести оружие в центр предполагаемой зоны воздействия, при этом корректируя с помощью поворотных механизмов лабораторного стенда, угол между линией прицеливания и перпендикуляром к зоне воздействия;
- в предполагаемую точку воздействия произвести выстрел;
- на каждом выстреле измеряется начальная (ударная) скорость пули, а результат его воздействия на бронеэлемент фиксируется.
Обстрел испытываемого образца бронеэлемента производится равномерно по всей его поверхности, размеченной на условные зоны воздействия. Для обеспечения требуемой начальной скорости пуль при испытаниях допускается применять баллистические скоростные стволы.
np
По результатам 10 выстрелов считается количество кондиционных пробитий тестируемого бронеэлемента (N) при заданной дальности обстрела и начальной скорости пуль; визуально определяется опытная величина предела кондиционного поражения бронеэлемента (Ω) и показатель живучести бронеэлемента при многократных ударных воздействиях в единицу площади его поверхности (€).
m
На втором этапе (расчетном) производится определение интегрального критерия качества бронеэлемента в виде средней скорости торможения пули (V) и показателя вероятности безотказной работы бронеэлемента (р(m, N).
Интегральный критерий качества бронеэлемента определяется как:
где  - удельный импульс пули, кг/с*м;
nn
2
р - поверхностная плотность бронеэлемента, г/дм;
Удельный импульс пули определяется как:
n
где М - масса пули, г;
n
V - скорость пули, м/с;
м
2
S - площадь миделя пули, см (определяется как ).
По завершении испытаний бронеэлемента определяется вероятность безотказной работы:
где N - количество зачетных воздействий, шт.;
m - количество воздействий с пробитием бронеэлемента, шт.
Зачетным попаданием является воздействие, при котором начальная (или ударная) скорость пули находится в заданных пределах, а центр воздействия - на установленных расстояниях от кромки бронеэлемента и от центров предшествующих попаданий. Зачетным пробитием является попадание, при котором выполнены вышеуказанные условия, при этом, значение скорости пули может быть ниже установленных пределов. Зачетным непробитием является попадание, при котором выполнены вышеуказанные условия, при этом, значение скорости пули может быть выше установленных пределов, а центр точки попадания может находиться на меньшем расстоянии от кромки бронеэлемента и от центров предшествующих воздействий.
nn
2
Авторами проведены эксперименты по определению предела кондиционных поражений различных образцов бронеэлементов, изготовленных из стали «44» при различных характеристиках средств поражения, включая величины импульса и энергии и их удельные значения из расчета на единицу площади поперечного сечения пули (таблицы 1, 2, 3). По результатам экспериментальных стрельб определены зависимости предела кондиционного поражения стального бронеэлемента от скорости пули, от кинетической энергии пули, от удельной кинетической энергии пули, от импульса пули, удельного импульса пули (фиг. 2, 3, 4, 5, 6). Проведен сравнительный анализ опытных данных по пулестойкости бронеэлементов из различных материалов при предположении критерия оценки в виде величины удельного импульса пули (таблица 4). Данный анализ был проведен для зависимости  где ρ (г/м) - поверхностная плотность бронеэлемента, как наиболее общая характеристика различных материалов и показатель качества бронеэлементов.
На фиг. 7 представлены опорные зависимости  для стали «44» при обстреле бронеэлемента различными пулями со стальными нетермоупрочненными сердечниками (кривая 1) и со стальными термоупрочненными сердечниками (ТУС) (кривая 2), независимо от их типа, построенные по 15 точкам каждая. Данные точки подтверждены 5..7 опытами в аналогичных условиях и могут считаться статистически обоснованными. Все экспериментальные данные по пулестойкости различных материалов заключены в области значений функции  характеризующий пулестойкость стали «44», с одной стороны от пуль с обычными сердечниками, с другой - от пуль с термоупрочненными сердечниками.
m
По экспериментальным данным произведено определение интегрального критерия качества бронеэлемента в виде средней скорости торможения пули (V), которая является обобщенным параметром и характеризует способность бронеэлемента с определенной поверхностной плотностью противостоять определенному удельному импульсу ударника и одновременно позволяющий давать прогнозную оценку времени взаимодействия пули с различными бронеэлементами (таблица 5).
Таким образом, проведенный анализ большого объема экспериментальных результатов позволяет выявить характерные закономерности (например, зависимости типа  и  которые могут быть учтены при исследовании различных гомогенных и композиционных бронеэлементов.
Так, зависимость типа  удобна для определения предельных дистанций непробития конкретных бронеэлементов с учетом зависимости типа  А анализ данных по зависимости типа  позволяет произвести выбор пулестойкого материала (при возможности обеспечения равной пулестойкости и при равной поверхностной плотности бронеэлементов из различных материалов, предпочтение следует отдавать более тонким бронеэлементам из-за сокращения времени полного взаимодействия пули с преградой).
Техническим результатом заявленного изобретения является реализация сравнительной оценки бронеэлементов на противопульную стойкость на основе повышения достоверности и объективности оценивания результатов высокоскоростного импульсного взаимодействия системы «ударник - бронеэлемент» за счет учета дополнительно определяемых параметров.