КОМПОЗИТНАЯ БРОНЯ ПОВЫШЕННОЙ ЖИВУЧЕСТИ (ВАРИАНТЫ)
COMPOSITE HIGHER-SURVIVORSHIP ARMOR (VERSIONS)

Изобретение относится к средствам защиты от бронебойных пуль, в частности к используемой для этой цели композитной броне.
Известны различные виды композитной брони, например композитная броня по патенту США №5972819, МКИ С04В 35/10, Н кл. 501/127, публ. 1999 г. Эта броня содержит дробящее-отклоняющий и задерживающий слои. Дробяще-отклоняющий слой состоит из отдельных корундовых элементов, выполненных в виде цилиндров с выпуклыми торцами. Задерживающий слой выполнен на основе армидных (Kevlar) или полиэтиленовых волокон (Dyneema) и полимерной матрицы. Недостатком данной композитной брони является то, что материалы на основе армидных и полиэтиленовых волокон является слишком дорогостоящим.
Наиболее близкой к предлагаемому изобретению по назначению и совокупности существенных признаков является композитная броня, известная из патента РФ №2329455, МПК F41H 5/04, опубл. 20.07.2008 (заявка №2007102646, 24.01.2007). Эта броня содержит дробяще-отклоняющий слой, состоящий из отдельных корундовых элементов, выполненных в виде цилиндров с одним или двумя выпуклыми торцами, соединенных в единую панель связующим на основе полимеров и расположенных своими продольными осями по нормали к наружной поверхности брони, и задерживающий слой, выполненный из алюминиевого сплава или стали, причем дробяще-отклоняющий и задерживающий слои размещены с зазором более 1 мм, или между дробяще-отклоняющим и задерживающим слоями размещен материал с модулем упругости при сжатии менее 40 ГПа. Данная броня обеспечивает эффективное поглощение и рассеивание энергии пули.
Это техническое решение принято в качестве наиболее близкого аналога заявленного изобретения. Недостатком этого технического решения является то, что броня имеет недостаточно высокий уровень живучести, так как способна обеспечивать защиту от бронебойных пуль только определенного небольшого калибра. Объясняется это тем, что для защиты от бронебойных пуль большого калибра требуется увеличение размеров корундовых элементов дробяще-отклоняющего слоя брони, а именно диаметра их цилиндрической части. Однако увеличение диаметра цилиндрической части корундовых элементов приводит к увеличению размеров полости (зазора), которая имеет место быть между каждыми тремя соседними корундовыми элементами, прилегающими друг к другу своими цилиндрическими поверхностями с образованием указанной полости. Чем больше калибр пули, тем большего диаметра требуются корундовые элементы и тем больше будут размеры упомянутой полости. Через эти полости композитной брони возможно проникновение бронебойных пуль меньшего калибра, чем те пули большого калибра, на которые рассчитана броня. Причем защитные свойства брони в местах, где расположены полости, существенно снижаются и при попадании в них пуль большого калибра, снижая живучесть брони в целом. Кроме того, живучесть брони существенно снижается при использовании ее при низких температурах порядка -40, -50°С. Это связано с тем, что при низких температурах связующее корундовых элементов теряет свои свойства, ослабляя живучесть брони.
Задачей предложенного изобретения является устранение указанного недостатка, а именно повышение уровня живучести брони в плане обеспечения ее защитных свойств как при использовании броневых пуль крупного калибра, например 12.7, 14.5, так и мелкого калибра, например 5.45, и в плане расширения диапазона ее рабочих температур.
Эта задача решается тем, что в композитной броне, имеющей общие с наиболее близким аналогом существенные признаки, а именно: «дробяще-отклоняющий слой, состоящий из отдельных корундовых элементов, выполненных в виде цилиндрических частей с одним верхним или двумя верхним и нижним выпуклыми торцами, соединенных в единую панель связующим на основе полимеров и расположенных своими продольными осями по нормали к наружной поверхности брони, и задерживающий слой, выполненный из алюминиевого сплава или стали, причем дробяще-отклоняющий и задерживающий слои размещены с зазором более 1 мм, или между дробяще-отклоняющим и задерживающим слоями размещен материал с модулем упругости при сжатии менее 40 ГПа», дополнительно предложены следующие отличительные от этого аналога существенные признаки: «снабжена основным внешним и дополнительным внутренним слоями из высокопрочной ткани, которые расположены с возможностью установки между ними дробящее-отклоняющего слоя и адгезии с его связующим на основе полимеров».
В частых случаях предложенного изобретения дополнительно к вышеизложенной совокупности существенных признаков добавляются следующие отличительные от наиболее близкого аналога признаки:
- «вдоль цилиндрической части каждого корундового элемента выполнены за одно целое с ней продольные овальные наплывы, расположенные с шагом в 120° по ее окружности с возможностью частичного перекрытия полостей между каждой соседней тройкой сопряженных между собой корундовых элементов». Частичное перекрытие указанных полостей исключает проникновение пуль малого калибра и позволяет производить заливку связующего на основе полимеров;
- «каждый корундовый элемент снабжен выполненным за одно целое с ним шестигранным поясом, при этом окружность основания верхнего торца цилиндрической части корундового элемента является вписанной в поперечное сечение шестигранного пояса, а каждая грань шестигранного пояса сопряжена с соответствующей гранью шестигранных поясов соседних корундовых элементов». В этом случае указанные полости, через которые возможно проникновение пуль малого диаметра, перекрываются углами шестигранных поясов;
- «шестигранный пояс расположен вверху цилиндрической части корундовых элементов, при этом вдоль ребер шестигранных поясов выполнены закругления или срезы». Указан вариант расположения шестигранного пояса, при этом упомянутые закругления и срезы обеспечивают проход для связующего полимера при его заливке;
- «цилиндрическая часть корундовых элементов выполнена с меньшим диаметром, чем диаметр окружности основания верхнего торца цилиндрической части корундовых элементов». Эти признаки позволяют компенсировать увеличение массы, вызванное введением шестигранных поясов, для повышения стойкости и живучести брони;
-«шестигранный пояс расположен внизу цилиндрической части корундовых элементов». Вариант нижнего расположения шестигранного пояса;
- «шестигранный пояс расположен вдоль всей длины цилиндрической части корундовых элементов и выполнен за одно целое с ней». Вариант расположения шестигранного пояса. Преимущества этого варианта в том, что исключается образование полостей между корундовыми элементами;
- «верхний торец каждого корундового элемента выполнен со сферическим осесимметричным углублением в нем и плоскими краями». Как показывают экспериментальные данные, в этом случае улучшается стойкость брони в местах взаимодействия корундовых элементов при одновременном снижении их массы;
- «со стороны нижнего торца корундовых элементов выполнена продольная осесимметричная полость». Для дополнительной компенсации увеличения массы за счет введения шестигранных поясов;
- «каждая грань шестигранного пояса сопряжена с соответствующей гранью шестигранных поясов соседних корундовых элементов с зазором, с возможностью заполнения его упомянутым связующим на основе полимера». В этом случае происходит снижение ударных нагрузок между корундовыми элементами при воздействии на них пули.
Сущность предложенного изобретения поясняется чертежами, на которых изображено:
фиг.1 - общий вид сверху на композитную броню повышенной живучести;
фиг.2 - общий вид сбоку в разрезе на броню с верхним расположением шестигранных поясов корундовых элементов и плоским их нижним торцом;
фиг.3 - укрупненный вид сверху на броню, с изображением закруглений и срезов вдоль ребер шестигранных элементов;
фиг.4 - общий вид сбоку в разрезе на броню, с верхним расположением шестигранных поясов корундовых элементов и с выпуклыми верхними и нижними торцами;
фиг.5 - то же, что и на фиг.4, но с нижним расположением шестигранных поясов корундовых элементов;
фиг.6 - то же, что и на фиг.5, но с плоскими нижними торцом корундовых элементов;
фиг.7 - то же, что и на фиг.2 и 4, но с диаметром цилиндрической части корундовых элементов меньшим, чем основание окружности верхнего торца корундового элемента;
фиг.8 - то же, что и на фиг.2, но с изображением продольной осесимметричной полости со стороны нижнего торца корундового элемента;
фиг.9 - то же, что на фиг.8, но с шестигранным поясом, выполненным по всей длине корундового элемента;
фиг.10 - поперечное сечение А-А на фиг.9 и 11;
фиг.11 - то же, что и на фиг.9, но с выпуклыми торцами корундовых элементов;
фиг.12 - то же, что и на фиг.11, но изображение со сферическим осесимметричным углублением в верхнем торце цилиндрической части корундового элемента и плоскими его краями;
фиг.13 - то же, что и на фиг.12, но с шестигранным поясом, выполненным по всей длине цилиндрической части корундового элемента;
фиг.14 - сечение В-В на фиг.12;
фиг.15 - сечение С-С на фиг.13.
Композитная броня повышенной живучести имеет дробяще-отклоняющий слой 1, прослойку 2, она может быть выполнена из полиуретана, резины или другого упругого материала с модулем упругости при сжатии менее 40 ГПа или просто в виде зазора, и соединенный с ними задерживающий слой 3. Способ соединения указанных слоев не имеет принципиального значения. Дробяще-отклоняющий слой 1 образован набором отдельных корундовых элементов 4, связанных между собой связующим составом 5 на основе полимеров в виде полиуретанового полимера, продольные оси этих элементов расположены по нормали к наружной поверхности брони, которая может быть не только плоской, но и изогнутой. Корундовый элемент 4 имеет цилиндрическую часть 6, при этом один ее верхний торец 7 или оба вместе верхний торец 7 и нижний торец 8 могут иметь выпуклую форму. В частности, на фиг.2, 6, 7, 8, 9, 12 и 13 нижний торец 8 имеет плоскую форму. Кроме того, верхний торец 7 корундового элемента 4 может быть выполнен с плоскими краями, см. фиг.12, 13, и со сферическим углублением. Каждый корундовый элемент 4 снабжен выполненным за одно целое с ним шестигранным поясом 9, который может быть расположен вверху цилиндрической части 6 корундового элемента 4, см. фиг.1, 2, 4, 7 и 8, или внизу, см. фиг.5 и 6. Причем если пояс 9 расположен вверху, см. фиг.1, 2, 4, 7 и 8, то окружность основания выпуклого верхнего торца 7 цилиндрической части 6 корундового элемента 4 является вписанной в поперечное сечение шестигранного пояса 9, а если внизу, см. фиг.5 и 6, то окружность основания выпуклого нижнего торца 8 является вписанной в поперечное сечение шестигранного пояса 9. Каждая грань шестигранного пояса 9 сопряжена с соответствующей гранью шестигранных поясов соседних корундовых элементов 4. Причем сопряжение может быть выполнено без зазора, см. фиг.1, 10, а также - с зазором, с возможностью заполнения его связующим составом 5, см. фиг.13 и 15. В последнем случае живучесть брони повышается за счет того, что при попадании в нее пуль смежные корундовые элементы 4 в меньшей степени подвержены разрушению, так как связующий состав 5 снижает ударные нагрузки между корундовыми элементами 4, сохраняя их целостность. Шестигранные пояса 9 и сопряжения их граней без образования зазоров позволяют перекрыть полости 10, см. фиг.1, образующиеся между цилиндрическими частями 6 каждой тройки 11 соседних корундовых элементов 4, см. фиг.1, и тем самым исключить проникновение бронебойных пуль небольшого калибра через дробяще-отклоняющий слой 1. Однако образованная сплошная (беззазорная) поверхность из шестигранных поясов 9 корундовых элементов 4, см. рис.1, создает проблему технологического характера. Эта проблема связана с тем, что через закрытые шестигранными поясами 9 полости 10 должна производиться заливка в них связующего состава 5. Чтобы сохранить возможность такой заливки, вдоль ребер шестигранных поясов 9 выполнены закругления 12 или срезы 13, см. фиг.3, которые позволяют создать небольшой зазор 14, порядка двух миллиметров, для заливки связующего состава 5. Причем, задавая определенный радиус закругления 12 или величину среза 13, можно получать нужные размеры зазора 14 для заливки связующего состава 5. Размеры зазора 14 не должны превышать размеры диаметра сердечника бронебойной пули. Важно, что шестигранный пояс 9 может быть выполнен по всей длине цилиндрической части 6 корундовых элементов 4, т.е. фактически цилиндрическая часть 6 корундового элемента 4 в целом выполнена в виде шестигранного пояса 9 (шестигранника) (см. фиг.9, 10, 11 и 13). В этом варианте конструктивного выполнения корундовых элементов 4 полости 10 фактически отсутствуют, т.к. в них полностью размещаются углы шестигранного пояса 9. Ввиду отсутствия полостей 10 снимается проблема, связанная с выполнением зазоров 14 для заливки через них связующего состава 5 в полости 10. Этим и интересен данный вариант конструктивного выполнения корундовых элементов 4. Введение шестигранных поясов 9 в конструкцию корундовых элементов 4 вызывает естественное увеличение их массы. Чтобы при необходимости компенсировать это увеличение массы, предусмотрена возможность выполнения в корундовом элементе 4, со стороны его нижнего торца 8, цилиндрической части 6, продольной осесимметричной полости 15, или выполнение его цилиндрической части 6 с меньшим диаметром d, чем диаметр D окружности основания выпуклого верхнего торца 7 корундового элемента 4, смотри фиг.7, или выполнение и того и другого вместе.
Для обеспечения стойкости и живучести брони при пониженных температурах в ее конструкцию введены слои, основной внешний слой 16 и дополнительный внутренний слой 17 из специальной высокопрочной арамидной ткани из нитей «Русал», СВМ, Армос и др., обладающих высокой прочностью и низким удельным весом. Основной внешний слой 16 высокопрочной ткани устанавливается сразу после заливки полиуретанового связующего состава 5 на верхнюю поверхность брони, при этом происходит адгезия основного внешнего слоя 16 ткани с полиуретановым связующим составом 5. Дополнительный внутренний слой 17 высокопрочной ткани размещается между прослойкой 2 и основаниями корундовых элементов 4, которые фактически установлены на дополнительном слое 17. Основной внешний слой 16 и дополнительный внутренний слой 17 высокопрочной ткани связывают своей поверхностью прилегающие поверхности связующего состава 5 (полиуретана), которым залиты корундовые элементы 4, и тем самым не дают распасться связующему составу 5 (полиуретану) на мелкие части, что характерно для него при пониженной температуре, сохраняя его работоспособность, а значит, и стойкость, и живучесть брони в целом при пониженных температурах, как показывают испытания до -50°С. При этом и сами по себе слои 16 и 17, выполненные из высокопрочной ткани, обладая высокой прочностью, способствуют сохранению защитных свойств брони при пониженной температуре. Кроме изложенных конструктивных вариантов выполнения корундовых элементов 4 представляют интерес, с точки зрения повышения живучести брони, следующие конструктивные варианты их выполнения. На фиг.12 представлен конструктивный вариант выполнения корундового элемента 4, верхний торец 7 цилиндрической части 6 которого выполнен со сферическим осесимметричным углублением 18 и плоскими краями 19. Такое выполнение верхнего торца 7 позволяет снизить нагрузки, возникающие между корундовыми элементами 4 в местах их стыковки при попадании пули, повышая тем самым их стойкость и живучесть. При этом, описанные выше, образующиеся полости 10 в данном конструктивном варианте перекрываются выполненными за одно целое с цилиндрической частью 6 корундовых элементов 4 продольными овальными наплывами 20, расположенными по окружности цилиндрической части 6 с шагом в 120° с возможностью частичного перекрытия указанных полостей 10. Сказано частично, так как необходимо оставить пространство для заливки связующего состава 5, о чем подробно шла речь выше. На фиг.13 представлен другой конструктивный вариант выполнения корундового элемента, имеющий свои преимущества. Здесь верхний торец 7 корундового элемента 4 выполнен так же, как и в предыдущем варианте, а его средняя часть по всей ее длине выполнена в виде шестигранного пояса 9 (шестигранника), как было отмечено выше. При этом корундовые элементы расположены с образованием между их сопрягаемыми гранями зазоров 21, которые заполнены связующим составом 5, см. фиг.15. Положительные стороны этого варианта, с точки зрения живучести брони, были изложены выше. Представленная конструкция композитной брони и конструктивные варианты ее выполнения обеспечивают возможность ее использования для крупных калибров бронебойных пуль, при этом сохраняя ее весовые характеристики и защитные свойства от бронебойных пуль меньшего калибра и одновременно расширяя диапазон ее рабочих температур при сохранении требуемого уровня защитных свойств. Таким образом, решается основная задача предложенного изобретения - создание композитной брони повышенной живучести в плане обеспечения ее защитных свойств для более широкого диапазона применяемых против нее калибров бронебойных пуль и в плане расширения диапазона ее рабочих температур.