БРОНЕШЛЕМ ИЗ СЛОИСТЫХ ПОЛИМЕРНЫХ КОМПОЗИТОВ С БАЛЛИСТИЧЕСКИМ СЛОЕМ В СРЕДЕ ИЗ МИКРОСФЕР

Полезная модель относится к устройствам средств индивидуальной бронезащиты человека, в частности к устройству (общевойсковых или баллистических) бронешлемов, предназначенных для защиты головы владельца от воздействия высокоскоростных поражающих элементов боеприпасов, вторичных осколков и воздушной ударной волны взрыва.
Известен удароустойчивый шлем по патенту RU №2064648 от 27.07 1996 г. МПК F41H 1/04, который содержит внутреннюю и внешнюю полусферы, соединенные между собой на участке, предназначенном для расположения над теменной частью головы, и снабженный устройством, предназначенным для вращения внешней полусферы вокруг оси, проходящей через ее центр, относительно внутренней полусферы.
Известен шлем по патенту US №8578520 от 12.11.2013 г. МПК А42В 3/12, А42В 3/06, А42В 3/00, который содержит устройство усиления скольжения располагаемое между внутренней поверхностью поглощающего энергию удара корпусом шлема и крепежным (к голове) устройством. Устройство (механизм) усиления скольжения поддерживает возможность движения корпуса шлема в любом направлении и обеспечивает контролируемый способ поглощения энергии вращения. Поглощенная энергия вращения уменьшает величину ускорения вращения, воздействующего на мозг, и тем самым уменьшает перемещение мозга внутри черепа, снижая риск ротационной травмы.
Известен защитный шлем по патенту RU №2238507 от 20.10.2004 г. МПК F41H 1/04, А42В 3/00, который позволяет повысить жесткость и демпфирующую способность корпуса шлема, а также устойчивость к воздействию влаги. Сущность изобретения достигается за счет использования ременного подтулейного устройства с опорным кольцом, выполненным из двух ремней, обеспечивающее демпфирующую способность шлема. И дополнительного выполнения пояса, отвержденного связующего по периметру края корпуса в структуре баллистической ткани в районе торца.
Известен шлем с системой распределения энергии удара по патенту US №8955169 от 17.02.2015 г. МПК А42В 3/06, А42В 3/00, предназначенный для защиты головы человека от повторяющихся, умеренных и сильных ударов с тем, чтобы значительно снизить вероятность сотрясения или повреждения мозга как при поступательном, так и при вращательном движении. Сущность изобретения достигается за счет установки множества изолирующих демпферов между оболочкой шлема, соединенной с внешним вкладышем и внутренним вкладышем, размещенном на объекте защиты (голове) для их всенаправленного перемещения и распределения энергии удара.
Так же известен бронешлем и способ его изготовления по патенту RU №2328193, от 20.01.2008 г., МПК F41H 1/04, А42В 3/00. Бронешлем из слоистых полимерных композитов, изготовленный предлагаемым способом (по п. 1), содержащий слои наружной оболочки из, например, арамидной ткани, пропитанной полимерным связующим, слои баллистической не пропитанной ткани и, аналогичные наружным, слои внутренней оболочки, окантовку из стеклоткани, пропитанной полимерным связующим, в виде кольцевого швеллера и элементы фиксации слоев, отличающийся тем, что баллистические слои снабжены изолирующими от оболочек одним или двумя слоями, например, полиэтиленовой пленки, и выполнены из основных, раскроенных в виде ромашки, и промежуточных слоев, раскроенных в виде кольца, при этом каждый основной слой расположен по всему бронешлему с нахлестами лепестков, причем нахлесты разных слоев распределены равномерно по кругу, а промежуточные слои расположены вокруг полюса бронешлема с перекрытием зоны оснований лепестков основных слоев.
Недостатком известного устройства бронешлема из слоистых полимерных композитов является невысокая ударостойкость при кондиционном поражении [1] поражающим элементом (фрагментом) и воздушной ударной волной взрыва боеприпаса, приводящая к формированию заброневой контузионной травмы [2] объекта защиты (головы владельца).
Известный бронешлем, как наиболее близкий по технической сущности и достигаемому результату, выбран в качестве прототипа.
Технической задачей, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, является разработка бронешлема повышенной ударостойкости при кондиционном воздействии поражающего элемента и воздушной ударной волны взрыва боеприпаса.
Технический результат устройства, который может быть получен при решении технической задачи, заключается в повышении ударостойкости бронешлема при кондиционном поражении поражающим элементом и воздушной ударной волны взрыва боеприпаса приводящее к снижению тяжести (нанесения вреда здоровью) заброневой травмы за счет размещения баллистических слоев не пропитанной ткани в среде из (полых полиэтиленовых) микросфер [3], которыми заполнено пространство между наружной и внутренней оболочками бронешлема, за счет замены жесткой окантовки из стеклоткани, пропитанной полимерным связующим, в виде кольцевого швеллера на подвижную (амортизирующую) окантовку из эластомера (каучука или резины), а также за счет размещения крепежных элементов подтулейного устройства только к внутренней оболочке шлема, а крепежных элементов навесного оборудования только к внешней оболочке шлема.
Поставленная задача с достижением технического результата для устройства решается за счет того, что бронешлем из слоистых полимерных композитов содержит слои наружной оболочки из, например, арамидной ткани, пропитанной полимерным связующим, слои баллистической не пропитанной ткани и, аналогичные наружным, слои внутренней оболочки, окантовку из эластомера и элементы фиксации и крепежа, согласно полезной модели баллистические слои не пропитанной ткани размещены в среде из (например, полых полиэтиленовых) микросфер, которыми заполнено пространство между наружной и внутренней оболочками бронешлема, и выполнены из основных, раскроенных в виде ромашки, и промежуточных слоев, раскроенных в виде кольца, при этом каждый основной слой расположен по всему бронешлему с нахлестами лепестков, причем нахлесты разных слоев распределены равномерно по кругу, а промежуточные слои расположены вокруг полюса бронешлема с перекрытием зоны оснований лепестков основных слоев. При этом наружная и внутренняя оболочки соединены подвижной (амортизирующей) окантовкой из эластомера (каучука или резины), одновременно обеспечивающей герметичность пространства между оболочками, и служат для размещения крепежных элементов навесного оборудования только к наружной оболочке, а подтулейного устройства только к внутренней оболочке шлема.
Отличительными признаками устройства являются следующие:
- слои баллистической не пропитанной ткани размещены в пространстве между наружной и внутренней оболочками заполненном микросферами (например, полыми полиэтиленовыми) - признак существенный, предусматривает наличие нового элемента и новое взаимное расположение элементов, направлен на решение поставленной задачи с достижением технического результата, заключающегося в повышении ударостойкости бронешлема за счет, во-первых, перемещения (вращения) наружной и внутренней оболочек относительно друг друга и баллистических слоев не пропитанной ткани при ударе вторичным осколком или кондиционном поражении бронешлема поражающим элементом, что приводит к снижению параметров заброневого воздействия (удара заброневого выступа или бронешлема в целом [4]) непосредственно на объект защиты (голову владельца), во-вторых, снижения параметров проходящей ударной волны при движении через пространство заполненное микросферами и баллистическими слоями в соответствии с эффектом деструктивной интерференции ударной волны;
- наружная и внутренняя оболочки бронешлема соединены подвижной (амортизирующей) окантовкой из эластомера (каучука или резины), - признак существенный, предусматривает наличие нового элемента и новое взаимное расположение элементов, направлен на решение поставленной задачи с достижением технического результата, заключающегося в повышении ударостойкости бронешлема за счет обеспечения герметичности пространства между наружной и внутренней оболочек и их перемещения (вращения) относительно друг друга и баллистических слоев не пропитанной ткани при ударе вторичным осколком или кондиционном поражении бронешлема поражающим элементом;
- размещение крепежных элементов навесного оборудования только к наружной оболочке, а подтулейного устройства только к внутренней оболочке бронешлема - признак существенный, предусматривает новое взаимное расположение элементов, направлен на решение поставленной задачи с достижением технического результата, заключающегося в в повышении надежности работы бронешлема за счет обеспечения беспрепятственного перемещения (вращения) наружной и внутренней оболочек относительно друг друга и баллистических слоев не пропитанной ткани при ударе вторичным осколком или кондиционном поражении бронешлема поражающим элементом.
Указанные отличительные признаки являются существенными, поскольку каждый в отдельности и все совместно направлены на решение поставленной задачи с достижением технического результата. Использование единой совокупности существенных отличительных признаков в известных решениях не обнаружено, что характеризует соответствие технического решения критерию «новизна».
Единая совокупность новых существенных признаков с общими известными обеспечивает решение поставленной задачи с достижением технического результата и характеризует предложенное техническое решение существенными отличиями по сравнению с известным уровнем техники и аналогами. Данное техническое решение является результатом научно-исследовательской и экспериментальной работы по повышению ударостойкости бронешлема при кондиционном воздействии поражающего элемента и воздушной ударной волны взрыва боеприпаса, без использования известных проектировочных решений, рекомендаций, материалов и обладает неочевидностью, что свидетельствует о его соответствию критерию «изобретательский уровень».
Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 представлен продольный разрез бронешлема, на фиг. 2 - разрез по отверстию элементов фиксации на внутренней оболочке, на фиг. 3 - разрез по отверстию элементов фиксации на внешней оболочке.
Бронешлем 1 из слоистых полимерных композитов содержит слои наружной оболочки 2 из, например, арамидной ткани, пропитанной полимерным связующим, слои баллистической не пропитанной ткани 4 и, аналогичные наружным, слои внутренней оболочки 5, амортизирующую окантовку из эластичного материала (каучука или резины), в виде кольцевого швеллера 6, прочно соединенного ребрами с наружной и внутренней поверхностями корпуса бронешлема 1. Баллистические слои 4 отделены от оболочек 2 и 5 слоями микросфер 3, например, микросфер полимерных Expancel марки 461 DET 40 d25, и выполнены из основных, раскроенных в виде ромашки, и промежуточных слоев ткани, раскроенных в виде кольца.
Вариант конкретного исполнения бронешлема 1 заключается в том, что баллистические слои 4 могут быть не только отделены слоями микросфер 3 от наружной оболочки 2 и внутренней оболочки 5, но и содержать слои микросфер между основными, раскроенных в виде ромашки, и промежуточными слоями ткани, раскроенных в виде кольца, при этом крепежные элементы 7, 8 подтулейного устройства размещают только на внутренней оболочке 5, а навесного оборудования только на наружной оболочке 2 бронешлема.
Другой вариант исполнения предусматривает дифференцирование противоосколочных (противопульных) свойств и повышение ударостойкости бронешлема по защитной поверхности в зависимости от направления воздействия поражающих элементов и ударной волны взрыва боеприпаса путем изменения схемы укладки слоев баллистической ткани и чередования со слоями микросфер в рамках предложенного технического решения.
Работает бронешлем 1 следующим образом. При воздействии поражающего элемента боеприпаса с бронешлемом 1, например, пули стрелкового оружия или имитатора осколка, пробивается наружная оболочка 2, а в баллистических слоях 4 пуля (поражающий элемент) в подавляющем большинстве случаев (до 90%) поворачивается на 90° и, после пробития части слоев 4, останавливается [4]. Причем одновременно, в течение 1,5…2,5 мс взаимодействия, поражающий элемент, непробитые слои баллистической ткани 4, и внутренняя оболочка 5 бронешлема образуют запреградный выступ, площадь которого за счет введения в устройство слоев микросфер 3 увеличивается, а высота и энергия возможного локального удара выступа по объекту защиты значительно уменьшается [5].
Последующее (после 2,5…3,0 мс) перемещение бронешлема 1 в направлении удара поражающего элемента за счет чередования слоев не пропитанной баллистической ткани 4 и микросфер 3 заключенными между наружной 2 и внутренней 5 оболочками, соединенными амортизирующей окантовкой - кольцевым швеллером 6 из эластичного материала, и размещение крепежных элементов 7, 8 подтулейного устройства только на внутренней оболочке 5, жестко зафиксированного на объекте защиты, при отношении массы объекта защиты к массе бронешлема 5:1, приведет к движению с разными скоростями чередующихся слоев баллистической ткани 4 и микросфер 3 относительно наружной и внутренней оболочек бронешлема, что будет обеспечивать дополнительное «поглощение» энергии распределенного удара бронешлема по объекту защиты через подтулейное устройство.
При воздействии воздушной ударной волны взрыва боеприпаса на бронешлем 1 и соответственно чередующиеся слои баллистической ткани 4 и микросфер 3 в последних (слоях микросфер) будет наблюдаться эффект деструктивной интерференции. Эффект деструктивной интерференции является результатом сочетания пассивных и активных физических процессов, таких как поглощение и искажение ударной волны без заметного нагрева. Отдельные микросферы в конечном слое свободно перемещаются относительно друг друга, создавая точки контакта и передавая энергию ударной волны, и тем самым уменьшают ее параметры. Так, известен способ гашения ударной волны при подводном взрыве с применением микросфер патент RU №2392579 от 20.06.2010 г. МПК F42D 5/045.
Таким образом, использование полезной модели позволит создать конструкцию бронешлема с повышенной ударостойкостью, при кондиционном поражении поражающим элементом и воздушной ударной волной взрыва боеприпаса, что и подтверждает его использование по назначению. Осуществимость полезной модели подтверждена положительными результатами испытаний бронешлемов, изготовление которых полностью основаны на представленном описании.
Источники информации
1. ГОСТ РВ 8470-004-2011. Бронешлемы общевойсковые. Общие технические условия. М.: Стандартинформ. 2012 - 16 с.
2. ГОСТ Р 55623-2013. Бронеодежда. Методы испытаний. М.: Стандартинформ. 2014 - 10 с.
3. Техническая презентация микросфер Expancel. Компания «Akzo Nobel NV». 2012. - 16 с.
4. Композитные, текстильные и комбинированные бронематериалы. Том 2. Современные защитные структуры и средства индивидуальной бронезащиты / Харченко Е.Ф - М.: ЦНИИСМ, 2014. с. 208-228.
5. Экспериментальное исследование параметров воздействия на модель объекта защиты при непробитии бронешлема поражающим элементом боеприпаса / И.Е. Жуков, К.А. Котосов, А.В. Миляев и др. // Вопросы оборонной техники, сер. 16: Технические средства противодействия терроризму. 2019. №5-6 (131-132), с. 128-134.