ЗАЩИТНЫЙ ЭЛЕМЕНТ БРОНИ

Полезная модель относится к броневым конструкциям и средствам индивидуальной защиты, а именно, к защитным элементам брони, и может быть использованы для защиты личного состава, вооружения и военной техники от поражающих элементов огнестрельного оружия (пуль, снарядов, осколков и т.д.).
Керамический композиционный материал (ККМ) в сравнении с другими бронематериалами (сталь, титан, полиамидные ткани) имеет неоспоримые преимущества по массе и защитным характеристикам по отношению к наиболее высокоэнергетическим видам огнестрельного оружия (автомат Калашникова, винтовки Ml6, СВД), что соответствует наиболее высокому уровню защиты (5-6а класс по стандартам РФ и 3-4 класс по стандарту НАТО). Основные физико-механические характеристики композиционной керамики (низкая плотность, высокие твердость, модуль упругости, предел прочности при изгибе, трещиностойкость) позволяют сделать вывод о перспективности применения ККМ в качестве элементов бронезащиты. В современных условиях в основном рассматриваются два пути повышения характеристик материала последней:
- оптимизация материала подложки;
- повышение прочностных характеристик керамики.
В последнее время к указанным направлениям добавилась проблема соединения керамики с подложкой. Как показывают исследования, качество клеевого соединения значительно влияет не только на стойкость защиты, но и на ее живучесть.
Известны конструкции гибкой композиционной брони (патент US №5996115, кл. F41H 1/02, 1999 г.) и герметичной композиционной брони (патент US №7866248, кл. F41H 5/04, 2011 г.), состоящие из одного или нескольких слоев керамических материалов, связанных с тканевыми или металлическими подложками.
2
3
Известна композиционная броня, предназначенная для защиты от ударного и травматического воздействия поражающих элементов огнестрельного оружия, выполненная в виде матричного блока, содержащего во фронтальном слое множество открытых ячеек заданной формы и размеров с закрепленными в них при помощи клеевого раствора керамическими штабиками, изготовленными из глинозема (AlO) или карбида кремния (SiC), причем каждая ячейка закрыта панелью, прикрепленной к стенкам ячеек матричного блока (патент US №5686689, кл. F41H 51 00, 1997 г.) Штабики предназначены для поглощения кинетической энергии воздействующего на броню баллистического снаряда при их разрушении.
Общим недостатком известных технических решений является их недостаточная эффективность защиты объекта от травматического воздействия элементов разрушенной конструкции, поскольку гашение кинетической энергии удара при воздействии поражающих элементов оружия зависит от прочности материала слоев конструкции, в том числе материала штабиков.
2
Наиболее близкой по совокупности существенных признаков к заявленной полезной модели является известный защитный элемент брони, содержащий матричный блок, выполненный в виде основания с расположенными на нем вертикальными стенками, образующими во фронтальном слое множество ячеек заданной формы и размеров, закрепленные в ячейках при помощи керамического клеевого состава штабики и пластины, расположенные между основанием каждой ячейки и соответствующим штабиком, и панели, прикрепленные к стенкам блока и закрывающие соответствующие ячейки (патент РФ №2469255, кл. F41H 1/02, 2011 г.). В зависимости от условий применения матричный блок и панели, закрывающие ячейки, выполнены из алюминиевого сплава или твердосплавной стали. Керамические штабики являются первичным энергопоглощающим элементом конструкции и выполняются из глинозема или карбида кремния, а пластины выполнены из рентгеноаморфного кремнезема в виде порошка, спрессованного из частиц, сформированных на основе упорядоченно расположенных сфер SiO.
2
Недостатком известного технического решения является выполнение ячеек из алюминиевых и твердосплавных сталей, что значительно увеличивает массу конструкции, а применение микросфер SiO из рентгеноаморфного кремнезема для изготовления пластин не обеспечивает достаточной прочности.
В основу предлагаемого технического решения положена задача повышения надежности.
Технический результат, достигаемый при осуществлении предлагаемого технического решения, заключается в повышении прочности брони.
Заявленный технический результат достигается тем, что конструкция защитного элемента брони содержит матричный блок, выполненный в виде основания с расположенными на нем вертикальными стенками, образующими во фронтальном слое множество открытых ячеек заданной формы и размеров, закрепленные в ячейках при помощи керамического клеевого состава штабики и пластины, расположенные между основанием каждой ячейки и соответствующим штабиком, и панели, прикрепленные к стенкам блока и закрывающие соответствующие ячейки. Согласно предлагаемой полезной модели матричный блок, пластины и панели выполнены из материала, представляющего собой комбинацию высокопрочных высокомодульных полиэтиленовых, арамидных и карбокремниевых волокон в соотношении мас. %:
- полиэтиленовые волокна
40%
- арамидные волокна
40%
- карбокремниевые волокна
20%
причем материал панелей и пластин упрочнен вискерами карбида кремния (SiC).
Указанные существенные признаки обеспечивают решение поставленной задачи с достижением заданного технического результата:
- выполнение матричного блока, пластин и панелей из материала, представляющего собой комбинацию высокопрочных высокомодульных полиэтиленовых, арамидных и карбокремниевых волокон в соотношении мас. %:
- полиэтиленовые волокна
40%
- арамидные волокна
40%
- карбокремниевые волокна
20%
позволяет снизить вес композиционной брони;
- упрочнение материала панелей и пластин вискерами карбида кремния при снижении веса конструкции одновременно обеспечивает необходимый уровень прочности.
Существенные признаки могут иметь развитие и продолжение, а именно: штабики выполнены из модифицированного самосвязанного карбида кремния.
Предложенное техническое решение поясняется следующим описанием со ссылкой на иллюстрации, представленные на фигурах, где:
- на фиг. 1 изображена схема конструкции композиционной брони;
- на фиг. 2 изображены электронно-микроскопические снимки вариантов упрочнения материала вискерами карбида кремния
Конструкция защитного элемента брони выполнена в виде матричного блока, содержащего основание 1, на поверхности которого размещаются пересекающиеся стенки 2, составляющие единое целое с основанием 1, и образующие во фронтальном слое множество ячеек 3 заданной формы и размеров, например в виде пчелиных сот с открытым верхом. На основании 1 каждой ячейки 3 размещены соответственно пластины 4 и штабики 5, имеющие форму ячеек 3 и плоскопараллельные переднюю и заднюю поверхности. Матричный блок формируется спеканием стенок 2 между собой и с основанием 1 в вакумной печи. Положение пластин 4 и штабиков 5 в ячейках 3 фиксируется при помощи керамического клеевого слоя (на фиг. не показан) и панелей 6, расположенных над каждым керамическим штабиком 5. Панели 6 закрывают ячейки 3 и прикрепляются к соответствующим стенкам 2 методом спекания в вакуумной печи. Ячейки 3, пластины 4 и панели 6 выполнены из материала, представляющего собой комбинацию высокопрочных высокомодульных полиэтиленовых, арамидных и карбокремниевых волокон в соотношении мас. %:
- полиэтиленовые волокна
40%
- арамидные волокна
40%
- карбокремниевые волокна
20%
а штабики 5 выполнены из модифицированного самосвязанного карбида кремния, при этом материал пластин 4 и панелей 6 упрочнен вискерами 7 карбида кремния (SiC).
Для оценки защитных свойств защитного элемента брони были проведены сравнительные баллистические испытания по стандартной методике с использованием бронебойных пуль 12,7 мм (патрон 7-БЗ-3, пуля Б-32 с сердечником из термоупрочненной стали) и 7,62 мм. (патрон 7Н13, пуля СТ-М2 с сердечником из термоупрочненной стали, патрон 7-БЗ-3, пуля Б-32 специальный сердечник), что соответствует 6а классу защиты по ГОСТ Р 50744-95 и ГОСТ Р 50963-96. В качестве мишени использовалась композиционная броня, в которой фиксировалось наличие механических повреждений. Скорость пули (от 325 до 910 м/с), удаленность (5-10 м)и угол (45°-90°) положения композиционной брони относительно траектории полета пули в процессе испытаний оставались постоянными.
Толщина пластин из высокопрочных высокомодульных полиэтиленовых, арамидных и карбокремниевых волокон составляла 2-3,5 мм. Отмечалось снижение воздействия поражающих элементов за счет повышения эффективности рассеивания кинетической энергии удара.
Сравнительный анализ данных, приведенных в таблице, позволяет сделать вывод о том, что предложенное техническое решение обеспечивает повышение на 20-30% уровня защитных свойств брони при снижение веса конструкции в 1,5-2,0 раза.