ОБЪЕМНО-КОМБИНИРОВАННАЯ БРОНЯ
VOLUME-COMBINED ARMOUR

Изобретение относится к области разработки средств защиты техники от бронебойных пуль.
С появлением высокоэффективных поражающих средств и повышением требований к бронезащите ресурс традиционных металлических броневых материалов оказался исчерпанным, что привело к созданию многослойной комбинированной брони.
Идеология комбинированной защиты заключается в сочетании нескольких слоев разнородных материалов с приоритетными свойствами, включающем фронтальный слой из высокотвердых материалов и вязкий энергоемкий тыльный слой.
В качестве материалов фронтального слоя используют освоенную в промышленном производстве керамику высшей категории твердости: корунд, карбиды кремния, бора и др.
В качестве тыловых материалов широкое распространение получили металлическая броня и композитные бронематериалы на основе клееных или прессованных высокомодульных арамидных (Kevlar, Twaron, Famaston) или полиэтиленовых (Dyneema) волокон.
При обстреле комбинированной брони задача керамики сводится к нарушению целостности (скалывание, дробление, частичное или полное разрушение) пули, в то время как энергоемкий тыльный слой замедляет процесс разрушения самой керамики за счет частичного погашения кинетической энергии и замедления волновых эффектов и останавливает осколки, образующиеся в результате ударного взаимодействия пули с керамикой.
Известны технические решения (патент №2180425), где комбинированная броня содержит высокопрочный лицевой слой из керамических плиток и энергоемкую подложку из металлических или композитных материалов. Броня такого типа получила широкое распространение для защиты поверхностей с простой геометрией: плоских или имеющих фиксированный радиус.
Однако, если защищаемая поверхность имеет сложный геометрический рельеф, что имеет место на практике применительно к реальным объектам защищаемой военной техники, то крупноразмерные керамические плитки не могут повторить сложный рельеф и соответственно не смогут обеспечивать акустический контакт с подложкой, что существенно снижает эффективность бронезащиты вследствие концентрации и накопления разрушающей энергии в лицевом керамическом слое без частичной передачи ее в подложку.
Поэтому для облицовки сложных геометрических поверхностей используют малоразмерные керамические элементы, как правило, в виде тел вращения, наибольшее распространение среди которых получили элементы в виде цилиндров.
Использование в этом случае малоразмерной керамики обеспечивает, наряду с вышеуказанными, также более высокий, по сравнению с плиточным вариантом, уровень живучести за счет уменьшения зоны поражения и весьма важную для практики частичную локальную ремонтопригодность.
Из известных типов многослойной брони близкими аналогами к заявляемому изобретению являются технические решения, изложенные в патентах США №5972819, №6112635, №6203908 и патенте РФ №2329455.
Общим существенным признаком аналогов является использование во фронтальном слое отдельных плотноупакованных керамических цилиндров с выпуклыми торцами, соединенных связующим в монолит. При этом оси керамических цилиндров расположены по нормали к плоскости последующих слоев.
Вместе с тем из анализа схемы упаковки керамических цилиндров следует, что пространство, образующиеся при сопряжении соседних элементов («стык»), является наиболее уязвимым с точки зрения пробития. При точном попадании в стык или вблизи него преодоление керамической преграды сводится к скалыванию кромок соседних цилиндров, при этом объем разрушаемого керамического материала, а следовательно, и затрачиваемая на это энергия невелики. В этом случае механизм сбивания пули с траектории не действует, более того, свободное от керамики стыковое пространство работает как направляющая, позволяющая остаткам пули преодолеть керамический слой брони с меньшими потерями кинетической энергии.
В итоге низкий уровень взаимодействия с керамикой позволяет полностью или частично сохранить целостность, а следовательно, и высокую пробивную способность сердечника. Вышеизложенное обусловливает нестабильность защитных характеристик рассматриваемых структур, а для того, чтобы гарантированно исключить пробитие при попадании пули в стык цилиндров, потребуется чрезмерное увеличение толщины отдельных слоев, а следовательно, и всей защитной конструкции в целом.
Вышеописанного недостатка частично лишен выбранный в качестве наиболее близкого аналога патент РФ №2476809, где объемно-комбинированная броня содержит высокотвердый слой из плотно упакованных керамических цилиндров с выпуклыми торцами, соединенных связующим в монолит, и высокопрочный энергоемкий тыльный слой, отличающаяся тем, что оси керамических элементов фронтального слоя располагаются под углом 60-85° по отношению к плоскости брони.
В изделии по прототипу площадь стыка частично перекрывается, но вероятность попадания в ослабленную зону все еще остается существенной, а ввиду того, что общая пулестойкость брони характеризуется самой слабой зоной, это приводит к необходимости в увеличении толщины керамического слоя, а значит и массы всей композиции.
Для устранения недостатков прототипа в предложенном изобретении керамические элементы выполнены в виде плотно прилегающих друг к другу осесимметричных многогранников, оси симметрии которых расположены под углом 60-89° по отношению к плоскости брони.
Плотно прилегающие малоразмерные керамические многогранники в местах соприкосновения друг с другом также образуют стыковое пространство за счет шероховатостей поверхностей, неточностей подгонки, наличия клеевого связующего, также имеющего некую толщину. По пулестойким характеристикам стыковое пространство существенно уступает монолитной керамике, отчего попадание в него крайне нежелательно, а ввиду того, что керамические элементы малоразмерные, стыковых пространств получается довольно много. Но расположив эти многогранники под углом 60-89°, стыковые пространства частично перекрываются, и попадание по нему вовлечет во взаимодействие и монолитную часть керамики. Это позволяет более равномерно распространить защитные свойства по всей площади брони.
В случае если угол наклона керамических многогранников по отношению к плоскости брони будет более 89°, положительный эффект оказывается незначительным и броня не будет существенно отличаться от аналогов.
При углах наклона менее 60° стабильность броневых характеристик обеспечивается неполным образом. Снижение бронестойкости при меньших углах наклона осей следует связать с локальным уменьшением толщины керамического слоя за счет смещения торцов соседних элементов при наклоне.
Эффективность предложенного в изобретении технического решения подтверждена результатами пулевых испытаний. Изготовленный опытный образец включал в себя:
- тыльный слой 150×200×3 мм из закаленной стали марки СПС-43 с твердостью 56-58 HRC;
- фронтальный слой из корундовых плотно прилегающих друг к другу правильных шестигранников марки АЛ1 со стороной 8 мм и высотой 8,8 мм, соединенных в монолит клеевым связующим на основе полиуретана. Угол наклона шестигранников - 75° к плоскости тыльного слоя.
Слои соединены между собой тем же связующим. Обстрел проводился бронебойнозажигательными пулями Б-32 из винтовки СВД с расстояния 10 м, испытания проводились по стандартным методикам в аттестованном центре НПО СМ г.СПб.
Из анализа состояния тыльного слоя после обстрела следует, что предложенная композиция обладает высоким потенциалом бронестойкости.
Уровень бронестойкости комбинированной брони, выполненной в соответствии с предлагаемым изобретением, превышает наиболее близкий аналог на 5-7%.
При практическом внедрении изобретения следует иметь в виду, что направление отклонения осей керамики от нормали может быть изменено для различно ориентированных поверхностей и панелей техники и выбираться с учетом приоритетного направления обстрела защищаемой поверхности. Это обстоятельство позволяет существенно расширить диапазон вариантов использования изобретения.
Заявленное техническое решение по структуре многослойной брони является новым, так как совокупность отличительных признаков изобретения, в том числе и в частных случаях, неизвестна из литературных данных и практического опыта работ в этой области.
Решение имеет изобретательский уровень, так как предложенное не следует явным образом для специалиста из анализа отечественного и зарубежного уровня техники.
Заявленное решение промышленно применимо для защиты техники от бронебойные пуль, что следует из результатов проведенных натурных испытаний образцов.