БРОНЕВОЙ ДИСКРЕТНО-АРМИРОВАННЫЙ ЭЛЕМЕНТ

Полезная модель относится к средствам индивидуальной защиты (бронежилетам, бронещитам) и броневой зашиты жизненно важных узлов военной техники (бронемашин, ракетных установок, катеров) от поражения баллистическими инденторами (пулями, снарядами, осколками).
Известен броневой элемент (патент РФ №2169335, МПК F41H 5/04, опубл. 20.06.2001. Бюл. №17), содержащий плиту из брони и тела качения, имеющие возможность вращения, при этом броня выполнена с гнездами под тела качения, которые фиксируются в них при помощи листа, выполненного с отверстиями для пропуска верхней части тел качения, закрывающего плиту сверху и удерживающего тела качения в гнездах плиты.
К недостаткам данной брони следует отнести отсутствие прочной связи броневой плиты с телами качения, что неизбежно приведет при ударе баллистического индентора (пули, снаряда) к выбиванию тел качения из гнезд плиты, в результате чего последующие попадания баллистического индентора в эту ранее пораженную его область приведут к пробитию брони, а также, такие броневые элементы из-за своих конструктивных особенностей (большая масса и крупные габариты) могут найти применение только при создании броневых преград и для защиты тяжелых боевых машин и военной техники.
Известна композитная броня повышенной живучести (патент РФ №2169335, МПК F41H 5/04, опубл. 10.04.2013. Бюл. №10), содержащая 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 задерживающий слой, выполненный из алюминиевого сплава или стали, при этом броня снабжена основным внешним и одним внутренним слоями из высокопрочной ткани.
К недостаткам данной брони следует отнести снижение живучести брони вследствие наличия скважности (незащищенных полостей между корундовыми выпуклыми элементами), что не обеспечивает равномерной защищенности брони по всей площади, в результате чего пуля (особенно небольшого калибра, например 5,45 мм) при последующем ударе достаточно легко пробьет броню в данном слабо защищенном месте, а также нарушение целостности брони уже после первого удара индентора о корундовый элемент, приводящий к его разрушению и отсутствию в этом месте эффекта отклонения пули при встрече с выпуклой твердой поверхностью. Кроме этого, недостатком данной композитной брони является то, что материалы на основе высокопрочных арамидных и кевларовых тканей являются слишком дорогостоящими.
Наиболее близкой по технической сущности является конструкция броневого элемента (патент РФ №2315257, МПК F41H 5/04, опубл. 20.01.2008. Бюл. №2), содержащего броневую биметаллическую плиту, состоящую из слоя титанового сплава и слоя из алюминия с соотношением толщин слоев 1:0,2…0,5, и тела качения, размещенные в композиционном армированном пакете, соединенном сваркой взрывом с броневой плитой со стороны слоя из алюминия, композиционный армированный пакет содержит лобовой слой и не менее двух слоев, размещенных в ячейках металлической сетки тел качения, смещенных относительно друг друга на величину 0,5 шага их укладки и соединенных между собой алюминиевыми прослойками, причем использованы металлические сетки с размером ячейки 0,75…0,85 диаметра тел качения, тела качения и металлические сетки выполнены из материалов с твердостью не менее твердости материала баллистического индентора, слой тел качения, расположенный под лобовым слоем из алюминия, выполнен из последовательно чередующихся керамических и стальных намагниченных тел качения, а слой, расположенный под первым, выполнен из стальных тел качения.
2
Недостатком данной брони является то, что она имеет недостаточно высокий уровень живучести, т.е. не обеспечивает защиту от бронебойных пуль типа Б3 с сердечником специального назначения (класс защиты 5а согласно ГОСТ Р 50744-95), имеющими высокую твердость и остроконечную головную часть. Объясняется это наличием скважности между чередующимися телами качения и, соответственно, отсутствием равномерной защищенности брони по всей площади, а также смещением и выходом из ячейки чередующихся тел качения под воздействием баллистического индентора вследствие невозможности мягкому алюминиевому лобовому слою противостоять более твердому стальному шарику, в результате чего последующие попадания пули в это слабо защищенное место приведут к пробитию брони. Кроме этого, живучесть данной брони не превышает 3-4 попаданий на 1 дм для пули типа ПС (4-5 класс защиты).
Задачей данной полезной модели является создание такой конструкции брони, способной обеспечить защиту личного состава и броневой техники от воздействия бронебойных пуль с сердечником специального назначения за счет повышения прочности брони и возможности отклонения траектории полета баллистического индентора, деформирования его остроконечной части и, как следствие, полного торможения последнего в броневом дискретно-армированном элементе, а также выдерживать многократные попадания баллистического индентора в одно и то же место брони.
Технический результат, который обеспечивается при осуществлении полезной модели, - это увеличение прочности и повышение уровня живучести броневого дискретно-армированного элемента.
Поставленный технический результат достигается тем, что в броневом дискретно-армированном элементе, содержащим броневую биметаллическую плиту, состоящую из слоя титанового сплава и слоя из алюминия с соотношением толщин слоев 1:0,2…0,5, и тела качения, размещенные в композиционном армированном пакете, соединенном сваркой взрывом с броневой плитой со стороны слоя из алюминия, композиционный армированный пакет содержит лобовой слой из алюминия и не менее двух слоев, размещенных в ячейках металлической сетки тел качения, смещенных относительно друг друга на величину 0,5 шага их укладки и соединенных между собой алюминиевыми прослойками, причем использованы металлические сетки с размером ячейки 0,75…0,85 диаметра тел качения, тела качения и металлические сетки выполнены из материалов с твердостью не менее твердости материала баллистического индентора, слой тел качения, расположенный под лобовым слоем из алюминия, выполнен из последовательно чередующихся керамических и стальных намагниченных тел качения, а слой, расположенный под первым, выполнен из стальных тел качения, при этом лобовой слой выполнен трехслойным из соединенных сваркой взрывом двух слоев из алюминия и расположенного между ними слоя из титанового сплава толщиной 0,2…0,3 диаметра баллистического индентора, а в полостях между керамическими и стальными намагниченными телами качения размещены промежуточные тела качения диаметром не менее 0,5 диаметра чередующихся тел качения
В отличие от прототипа в заявляемой конструкции брони лобовой слой выполняют трехслойным из соединенных сваркой взрывом двух слоев из алюминия и расположенного между ними слоя из титанового сплава, а в полости между керамическими и стальными намагниченными телами качения размещают промежуточные тела качения, что позволит обеспечить равномерную защищенность брони по всей площади, в результате чего увеличивается прочность и повысится уровень живучести броневого дискретно-армированного элемента.
Выполнение лобового слоя трехслойным из соединенных сваркой взрывом двух слоев из алюминия и расположенного между ними слоя из титанового сплава толщиной 0,2…0,3 диаметра баллистического индентора позволит увеличить прочность и повысить живучесть брони за счет предварительного деформирования и погашения кинетической энергии баллистического индентора перед его встречей с телом качения, а также исключения возможности смещения и выхода из ячейки чередующихся тел качения под воздействием баллистического индентора вследствие расположения над ними жесткого и высокопрочного слоя из титанового сплава.
При выполнении толщины слоя из титанового сплава меньше 0,2 диаметра баллистического индентора не удается повысить живучесть брони из-за значительной деформации и возможности сквозного пробития такой тонкой титановой прослойки, обладающей недостаточной жесткостью, в результате воздействия на нее прочного стального шарика, получившему часть кинетической энергии от индентора при встрече (ударе) с ним. Выполнение толщины слоя из титанового сплава больше 0,3 диаметра баллистического индентора приводит к снижению прочности соединения из-за применения более мощного заряда взрывчатого вещества, что неминуемо ведет к образованию хрупких оплавов на границе алюминий-титан, а также приводит к увеличению поверхностной плотности брони.
Размещение в полостях между керамическими и стальными намагниченными телами качения промежуточных тел качения диаметром не менее 0,5 диаметра чередующихся тел качения позволит увеличить прочность и повысить живучесть брони за счет установки в эти слабо защищенные участки дополнительных промежуточных тел качения, что обеспечит равномерную защищенность брони по всей площади.
При выполнении промежуточных тел качения диаметром менее 0,5 диаметра чередующихся тел качения не удается повысить живучесть брони, т.к. такой размер промежуточных тел качения не позволяет полностью перекрыть эти слабо защищенные участки и они не имеют жесткой опоры о соседние с ними тела качения, вследствие чего при встрече с индентером промежуточное тело достаточно легко переместится в мягком алюминиевом слое и не сможет противостоять дальнейшему продвижению пули.
Сущность изобретения поясняется чертежами и фотографиями, где на фиг. 1 изображен вид сбоку броневого элемента, на фиг. 2 - поперечный разрез броневого элемента, проходящий через промежуточные тела качения, на фиг. 3 - поперечный разрез броневого элемента, проходящий через чередующиеся тела качения, на 4 - вид сверху фрагмента броневого элемента со стороны лобовой поверхности, на фиг. 5 - фотография лобовой поверхности отстрелянного заявляемого броневого дискретно-армированного элемента, на фиг. 6 - фотография тыльной поверхности отстрелянного заявляемого броневого дискретно-армированного элемента, на фиг. 7 - фотография лобовой поверхности отстрелянного прототипа броневого элемента, на фиг. 8 - фотография тыльной поверхности отстрелянного прототипа броневого элемента.
Броневой дискретно-армированный элемент содержит биметаллическую плиту (фиг. 1-3), выполненную из высокопрочного титанового сплава 1 и алюминия 2, соединенную сваркой взрывом с композиционным армированным пакетом, содержащим стальные тела качения 3, чередующиеся керамические 4 и стальные намагниченные 5 тела качения, металлические сетки 6, скрепляющий алюминиевый слой 7 и трехслойный лобовой слой, состоящий из двух слоев алюминия 8, 9 и расположенного между ними слоя из титанового сплава 10 толщиной 0,2…0,3 диаметра баллистического индентора, при этом в полостях между керамическими и стальными намагниченными телами качения размещают промежуточные тела качения 11 диаметром не менее 0,5 диаметра чередующихся тел качения.
ПРИМЕР ИСПОЛНЕНИЯ
2
3
Для изготовления броневых дискретно-армированных элементов были использованы следующие материалы: пластины из титанового сплава ОТ4 (ГОСТ 22178-76) толщиной 1…4 мм, листовой алюминий А5 (ГОСТ 4784-74) толщиной 2…5 мм; шарики из стали ШХ (ГОСТ 3722-81) диаметром 2…5 мм; керамические шарики из оксида алюминия AlO диаметром 5 мм; шарики из стали ШХ (ГОСТ 3722-81) диаметром 5 мм, намагниченные в индукционной катушке до насыщения; стальная сетка со стороной квадратной ячейки 4 мм.
Изготовление броневого дискретно-армированного элемента осуществлялось с помощью сварки взрывом за две операции. Первая операция выполнялась следующим образом (фиг. 2): на биметаллическую титано-алюминиевую плиту со стороны алюминиевого слоя 2 укладывалась стальная сетка 6, в ее ячейках укладывались стальные шарики 3, на которые сверху устанавливалась алюминиевая прослойка 7, а затем все эти элементы соединяли между собой с помощью сварки взрывом.
Вторая операция выполнялась следующим образом (фиг. 2): на трехслойный армированный пакет, полученный после выполнения первой операции, со стороны алюминиевой прослойки 7 укладывался вторая стальная сетка, в ее ячейки укладывались последовательно чередующиеся керамические 4 и намагниченные стальные шариками 5, а в свободные полости между этими телами качения дополнительно размещали промежуточные тела качения 11, на которые сверху устанавливали титановую пластину 10 и алюминиевую пластину 9, а затем все эти элементы соединяли сваркой взрывом с ранее изготовленным трехслойным армированным пакетом.
и
Изготовленные таким образом броневые дискретно-армированные элементы были подвергнуты стрелковым испытаниям на базе Волгоградской академии МВД пулями Б3 калибра d=7,62 мм с сердечником специального назначения из автомата АКМ на расстоянии 10 метров (класс защиты 5а согласно ГОСТ Р 50744-95).
Таблица 1
Влияние диаметра промежуточных тел качения и толщины лобового титанового слоя на прочность соединения и живучесть броневого элемента
Номер эксперимента
Соотношение толщин слоев броневой титано-алюминиевой плиты
Диаметр стальных и керамических тел качения d<sub>тк</sub>, мм
Диаметр промежуточных тел качения, мм
Толщина лобового титанового слоя, мм
Поверхностная плотность брони, кг/дм<sup>2</sup>
Прочность соединения слоев броневого элемента, МПа
Живучесть броневого элемента
1
1:0,5
5
0,4d<sub>тк</sub>
0,2d<sub>и</sub>
0,66
111
-
2
0,5d<sub>тк</sub>
0,67
114
+
3
0,6d<sub>тк</sub>
0,68
115
+
4
0,5d<sub>тк</sub>
0,1d<sub>и</sub>
0,63
109
-
5
0,2d<sub>и</sub>
0,67
114
+
6
0,3d<sub>и</sub>
0,71
114
+
7
0,4d<sub>и</sub>
0,75
110
+
Таблица 2
Сравнительные данные механических и стрелковых испытаний броневых элементов различных конструкций
Контролируемый объект
Соотношение толщин слоев броневой титано-алюминиевой плиты
Диаметр стальных и керамических тел качения, d<sub>тк</sub>, мм
Диаметр промежуточных тел качения, мм
Толщина лобового титанового слоя, мм
Прочность соединения слоев броневого элемента, МПа
Живучесть броневого элемента
Предлагаемый
1:0,5
5
0,5d<sub>тк</sub>
0,2d<sub>и</sub>
114
+
Прототип (патент РФ №2315257)
1:0,5
5
-
-
108
-
Полученные результаты исследований показали, что при выполнении слоя из титанового сплава толщиной 0,2…0,3 диаметра баллистического индентора и промежуточных тел качения диаметром не менее 0,5 диаметра чередующихся тел качения достигается максимальная прочность соединения 114 МПа и 100% живучесть броневого дискретно-армированного элемента.
Сравнительные данные механических и стрелковых испытаний броневых элементов различных конструкций (предлагаемой и прототипа) приведены в таблице 2. Полученные результаты испытаний показали, что предлагаемая конструкция броневого дискретно-армированного элемента успешно выдержала трехкратные стрелковые испытания без пробития брони (имелись только вмятины на тыльной стороне, фиг. 5, 6), в то время как конструкция брони по прототипу была пробита пулями насквозь (фиг. 7, 8).