СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ РАДИОПРОЗРАЧНОГО БРОНЕЭКРАНА ИЗ ПОЛИМЕРНЫХ КОМПОЗИТОВ И РАДИОПРОЗРАЧНЫЙ БРОНЕЭКРАН ИЗ ПОЛИМЕРНЫХ КОМПОЗИТОВ
METHOD TO MANUFACTURE RADIOLUCENT ARMOURED SCREEN FROM POLYMER COMPOSITES AND RADIOLUCENT ARMOURED SCREEN OF POLYMER COMPOSITES

Изобретение относится к области вооружения, к разработкам антенных устройств и может быть использовано для изготовления бронезащищенных бортовых антенных устройств.
7
Известен пулезащитный бронеэкран и способ его изготовления по патенту ФРГ №2334941 от 31.10.72 г., МКИ F41H 1/04. Бронепреграда содержит противопульный экран и слои полимерного композита.
7
Известна бронезащищенная бортовая антенна по патенту США №4305078 МКП H01Q 1/42, публ. 1981 г.
7
Известна усиленная броня, содержащая стальной экран и слои полимерного композиционного материала (ПКМ) из арамидных волокон по РСТ (WO) №9206840 МКП F41H 5/04 от 28.02.91.
7
Известна бортовая антенна с защитным экраном по заявке RU №96110326 от 1996.05.22 МКП H01Q 1/42.
7
Известна бортовая антенна с защитным экраном по заявке RU №2003121059 от 2003.07.08 МКП H01Q 1/42.
7
Также известен способ изготовления бронеэкрана по патенту RU №2128457 от 14.05.98 г., МКП А42В 3/00.
Также известен радиопрозрачный бронеэкран из полимерных композитов по заявке RU 2004133279 от 2004.11.15 H01Q 1/42.
Указанные известный способ изготовления и известный бронеэкран по технической сущности и совокупности достигаемых результатов выбраны в качестве прототипов.
При осуществлении известного способа изготовления радиопрозрачного бронеэкрана из полимерных композитов прессуют пакет из противопульного керамического экрана, многослойной полимерной оболочки из арамидной ткани, пропитанной синтетическим связующим, и противоосколочного экрана из арамидной ткани, также пропитанной синтетическим связующим.
Известный радиопрозрачный бронеэкран из полимерных композитов содержит пакет из противопульного керамического экрана, многослойной полимерной оболочки из арамидной ткани, пропитанной синтетическим связующим, и противоосколочного экрана из арамидной ткани, также пропитанной синтетическим связующим.
Недостатком известного способа является его низкая технологичность, в частности низкая технологичность укладки элементов пакета разных размеров соосно с совмещением их кромок и обеспечением надежности крепления пакета, а также получения прессовки с толщиной высокой точности (известный способ обеспечивает прессование пакета с толщиной по 14-му квалитету), кроме того, обеспечения высокой точности укладки хрупкой керамической пластины противопульного экрана без ее контакта с металлическими деталями при прессовании и обеспечения заданных диэлектрических свойств (минимальных потерь СВЧ мощности и узкого диапазона частот радиопрозрачности) по всей площади пакета, включая края, при недопустимости стыков, нахлестов, складок и различной степени содержания связующего в слоях арамидной ткани.
Недостатком известного устройства является низкая надежность его работы из-за низкой надежности крепления бронеэкрана при нетехнологичности выполнения крепежных элементов (отверстий) на бронематериалах, из-за низких бронезащитных свойств при неоптимальном расположении элементов бронепакета и слоев бронематериалов и свойств радиопрозрачности при разнотолщинности пакета по всей его площади, наличия стыков, нахлестов, складок и различной степени содержания связующего в слоях арамидной ткани. Кроме того, недостатком известного бронеэкрана является низкая живучесть, так как после взаимодействия с основным поражающим элементом (пулей или осколком эквивалентной энергии), свойства радиопрозрачности значительно падают вплоть до потери работоспособности в требуемом диапазоне частот из-за раскалывания и потери конфигурации противопульного экрана с выходом осколков как в полимерную оболочку, так и наружу.
Технической задачей, на решение которой направлены заявляемые изобретения, является разработка более технологичного в изготовлении радиопрозрачного бронеэкрана, повышенной надежности работы.
Технический результат, который может быть получен при решении технической задачи по реализации предлагаемого способа, заключается в повышении технологичности изготовления радиопрозрачного бронеэкрана за счет повышения технологичности укладки элементов пакета разных размеров соосно с совмещением их кромок и обеспечением надежности крепления пакета, а также получения прессовки с толщиной высокой точности, кроме того, обеспечения высокой точности укладки хрупкой керамической пластины противопульного экрана без ее контакта с металлическими деталями при прессовании и обеспечения заданных диэлектрических свойств (минимальных потерь СВЧ мощности и узкого диапазона частот радиопрозрачности) по всей площади пакета, включая края, при недопустимости стыков, нахлестов, складок и различной степени содержания связующего в слоях арамидной ткани.
Технический результат устройства, который может быть получен при решении технической задачи, заключается в повышении надежности работы радиопрозрачного бронеэкрана за счет повышения надежности крепления всего бронеэкрана и его композитного пакета при исключении выполнения крепежных элементов (отверстий) на бронематериалах, за счет повышения бронезащитных свойств при оптимизации расположения элементов бронепакета и слоев бронематериалов и свойств радиопрозрачности при снижении разнотолщинности по всей площади пакета, исключения стыков, нахлестов, складок и различной степени содержания связующего в слоях арамидной ткани. Кроме того, технический результат заключается в повышении живучести бронеэкрана, так как после взаимодействия с основным поражающим элементом (пулей или осколком эквивалентной энергии), свойства радиопрозрачности падают незначительно с сохранением работоспособности в требуемом диапазоне частот за счет сохранения конфигурации противопульного экрана благодаря его охвату противоосколочным экраном.
к
к
ст
Поставленная задача с достижением технического результата решается за счет того, что при осуществлении способа изготовления радиопрозрачного бронеэкрана из полимерных композитов прессуют пакет из противопульного керамического экрана, многослойной полимерной оболочки из арамидной ткани, пропитанной синтетическим связующим, и противоосколочного экрана из арамидной ткани, также пропитанной синтетическим связующим, а в соответствии с изобретением, пакет укладывают в стальную рамку ступенчатого по контуру сечения, задавая толщиной рамки толщину пакета и, соответственно, диапазон частот радиопрозрачности, тыльные слои полимерной оболочки укладывают в проем рамки, остальные слои - на ступеньку рамки в ее выемку, стенки которой выполнены с поднутрением, затем укладывают противопульный экран, обернутый материалом противоосколочного экрана как конвертом с расположением крыльев конверта в четыре слоя снаружи с покрытием каждым крылом всей площади керамики, для чего крылья выполняют в форме этой площади и подрезают по месту, при этом противоосколочный экран дополняют снаружи компенсирующей салфеткой из, как минимум, одного слоя материала противоосколочного экрана, причем для противопульного керамического экрана берут пластину толщиной s=(1,3-1,7)d, где d - калибр основного поражающего элемента, шириной b=(7-12)s, длиной l=(1,4-4)b, наклон стенок поднутрения выемки рамки выполняют под углом 4-6°, ширину ступеньки по контуру выполняют b=(0,5-0,9)s, при этом рамку выполняют толщиной S=(1,7-2,5)s с допуском по 10-му-12-му квалитету, а пакет прессуют с соотношением слоев ткани полимерной оболочки к ее тыльным слоям, как 1:(0,6-0,8), без выступаний и утопаний или с минимально возможными выступаниями его внешних плоскостей относительно плоскостей рамки.
к
к
ст
Поставленная задача с достижением технического результата для устройства решается за счет того, что радиопрозрачный бронеэкран из полимерных композитов содержит пакет из противопульного керамического экрана, многослойной полимерной оболочки из арамидной ткани, пропитанной синтетическим связующим, и противоосколочного экрана из арамидной ткани, также пропитанной синтетическим связующим, а в соответствии с изобретением, он снабжен стальной рамкой ступенчатого по контуру сечения, причем толщиной рамки задана толщина пакета и, соответственно, диапазон частот радиопрозрачности, тыльные слои полимерной оболочки уложены в проеме рамки, остальные слои - на ступеньке рамки в ее выемке, стенки которой выполнены с поднутрением, также в выемке на полимерной оболочке уложен противопульный экран, обернутый материалом противоосколочного экрана как конвертом с расположением крыльев конверта в четыре слоя снаружи с покрытием каждым крылом всей площади керамики, при этом противоосколочный экран дополнен снаружи компенсирующей салфеткой из, как минимум, одного слоя материала противоосколочного экрана, причем противопульный керамический экран выполнен из пластины толщиной s=(1,3-1,7)d, где d - калибр основного поражающего элемента, шириной b=(7-12)s, длиной l=(1,4-4)b, наклон стенок поднутрения выемки рамки выполнен под углом 4-6°, ширина ступеньки по контуру выполнена b=(0,5-0,9)s, при этом рамка выполнена толщиной S=(1,7-2,5)s с допуском по 10-му-12-му квалитету, а пакет спрессован с соотношением слоев ткани полимерной оболочки к ее тыльным слоям, как 1:(0,6-0,8), без выступаний и утопаний или с минимально возможными выступаниями его внешних плоскостей относительно плоскостей рамки.
Отличительными признаками способа являются следующие:
- пакет укладывают в стальную рамку ступенчатого по контуру сечения - признак существенный, предусматривает наличие новых операций и новую последовательность их выполнения, направлен на решение поставленной задачи с достижением технического результата, на повышение технологичности изготовления бронеэкрана за счет повышения технологичности укладки элементов пакета разных размеров соосно с совмещением их кромок и обеспечением надежности крепления пакета;
- задавая толщиной рамки толщину пакета и, соответственно, диапазон частот радиопрозрачности - признак существенный, предусматривает наличие новых операций и новую последовательность их выполнения, направлен на решение поставленной задачи с достижением технического результата, на повышение технологичности изготовления бронеэкрана за счет повышения технологичности укладки элементов пакета для получения прессовки с толщиной высокой точности и обеспечения заданных диэлектрических свойств (минимальных потерь СВЧ мощности и узкого диапазона частот радиопрозрачности) по всей площади пакета;
- тыльные слои полимерной оболочки укладывают в проем рамки, остальные слои - на ступеньку рамки в ее выемку, стенки которой выполнены с поднутрением - признак существенный, предусматривает наличие новых операций и новую последовательность их выполнения, направлен на решение поставленной задачи с достижением технического результата, на повышение технологичности изготовления бронеэкрана за счет повышения технологичности укладки элементов пакета разных размеров соосно с обеспечением надежности крепления пакета;
- затем укладывают противопульный экран, обернутый материалом противоосколочного экрана как конвертом - признак существенный, предусматривает наличие новых операций и новую последовательность их выполнения, направлен на решение поставленной задачи с достижением технического результата, на повышение технологичности изготовления бронеэкрана за счет повышения технологичности укладки элементов пакета с обеспечением высокой точности укладки хрупкой керамической пластины противопульного экрана без ее контакта с металлическими деталями при прессовании;
- с расположением крыльев конверта в четыре слоя снаружи с покрытием каждым крылом всей площади керамики, для чего крылья выполняют в форме этой площади и подрезают по месту, при этом противоосколочный экран дополняют снаружи компенсирующей салфеткой из, как минимум, одного слоя материала противоосколочного экрана - признаки существенные, предусматривают наличие новых операций и новую последовательность их выполнения, направлены на решение поставленной задачи с достижением технического результата, на повышение технологичности изготовления бронеэкрана за счет повышения технологичности укладки элементов пакета с обеспечением заданных диэлектрических свойств (минимальных потерь СВЧ мощности и узкого диапазона частот радиопрозрачности) по всей площади пакета, включая края, при недопустимости стыков, нахлестов, складок и различной степени содержания связующего в слоях арамидной ткани;
к
к
ст
- причем для противопульного керамического экрана берут пластину толщиной s=(1,3-1,7)d, где d - калибр основного поражающего элемента, шириной b=(7-12)s, длиной l=(1,4-4)b, наклон стенок поднутрения выемки рамки выполняют под углом 4-6°, ширину ступеньки по контуру выполняют b=(0,5-0,9)s, при этом рамку выполняют толщиной S=(1,7-2,5)s с допуском по 10-му-12-му квалитету, а пакет прессуют с соотношением слоев ткани полимерной оболочки к ее тыльным слоям, как 1:(0,6-0,8), без выступаний и утопаний или с минимально возможными выступаниями его внешних плоскостей относительно плоскостей рамки - признаки предусматривают наличие новых операций и новую последовательность их выполнения, являются существенными, так как исследованиями установлено, что совокупность признаков в представленном исполнении наиболее оптимально обеспечивает решение поставленной задачи с достижением технического результата.
Отличительными признаками устройства являются следующие признаки:
- пакет снабжен стальной рамкой ступенчатого по контуру сечения - признак существенный, предусматривает наличие новых элементов и новую их форму, направлен на решение поставленной задачи с достижением технического результата, заключающегося в повышении надежности работы радиопрозрачного бронеэкрана за счет повышения надежности крепления бронеэкрана при исключении выполнения крепежных элементов (отверстий) на бронематериалах;
- толщиной рамки задана толщина пакета и, соответственно, диапазон частот радиопрозрачности - признак существенный, предусматривает наличие новых элементов, новое соотношение размеров, направлен на решение поставленной задачи с достижением технического результата, заключающегося в повышении надежности работы бронеэкрана за счет улучшения свойств радиопрозрачности при снижении разнотолщинности по всей площади пакета;
- тыльные слои полимерной оболочки уложены в проеме рамки, остальные слои - на ступеньке рамки в ее выемке, стенки которой выполнены с поднутрением - признак существенный, предусматривает наличие новых элементов, новую их форму и новое взаимное расположение, направлен на решение поставленной задачи с достижением технического результата, заключающегося в повышении надежности работы бронеэкрана за счет повышения надежности крепления композитного пакета;
- в выемке на полимерной оболочке уложен противопульный экран, обернутый материалом противоосколочного экрана как конвертом - признак существенный, предусматривает наличие новых элементов и новое их взаимное расположение, направлен на решение поставленной задачи с достижением технического результата, заключающегося в повышении надежности работы бронеэкрана за счет повышения бронезащитных свойств при оптимизации расположения элементов бронепакета и слоев бронематериалов, а также за счет повышения живучести бронеэкрана, так как после взаимодействия с основным поражающим элементом (пулей или осколком эквивалентной энергии), свойства радиопрозрачности падают незначительно с сохранением работоспособности в требуемом диапазоне частот за счет сохранения конфигурации противопульного экрана благодаря его охвату противоосколочным экраном.
- с расположением крыльев конверта в четыре слоя снаружи с покрытием каждым крылом всей площади керамики, при этом противоосколочный экран дополнен снаружи компенсирующей салфеткой из, как минимум, одного слоя материала противоосколочного экрана - признак существенный, предусматривает наличие новых элементов, новую их форму и новое взаимное расположение, направлен на решение поставленной задачи с достижением технического результата, заключающегося в повышении надежности работы бронеэкрана за счет повышения бронезащитных свойств при оптимизации расположения элементов бронепакета и слоев бронематериалов, а также свойств радиопрозрачности при снижении разнотолщинности по всей площади пакета подбором оптимального количества слоев, исключения стыков, нахлестов, складок и различной степени содержания связующего в слоях арамидной ткани;
к
к
ст
- противопульный керамический экран выполнен из пластины толщиной s=(1,3-1,7)d, где d - калибр основного поражающего элемента, шириной b=(7-12)s, длиной l=(1,4-4)b, наклон стенок поднутрения выемки рамки выполнен под углом 4-6°, ширина ступеньки по контуру выполнена b=(0,5-0,9)s, при этом рамка выполнена толщиной S=(1,7-2,5)s с допуском по 10-му-12-му квалитету, а пакет спрессован с соотношением слоев ткани полимерной оболочки к ее тыльным слоям, как 1:(0,6-0,8), без выступаний и утопаний или с минимально возможными выступаниями его внешних плоскостей относительно плоскостей рамки - признаки предусматривают новое взаимное расположение элементов и новое соотношение их размеров, являются существенными, так как исследованиями установлено, что совокупность признаков в представленном исполнении наиболее оптимально обеспечивает решение поставленной задачи с достижением технического результата.
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 технологичности изготовления и надежности работы радиопрозрачных бронеэкранов без использования известных проектировочных решений, рекомендаций, материалов и обладает неочевидностью, что свидетельствует о его соответствии критерию «изобретательский уровень».
Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 представлен общий вид способа изготовления радиопрозрачного бронеэкрана и радиопрозрачный бронеэкран, на фиг.2 - поперечное сечение бронеэкрана, на фиг.3 - способ изготовления противопульного экрана совместно с противоосколочным экраном, на фиг.4 - работа радиопрозрачного бронеэкрана.
к
к
ст
Способ изготовления радиопрозрачного бронеэкрана 1 из полимерных композитов, при котором прессуют пакет 2 из противопульного керамического экрана 3, многослойной полимерной оболочки 4 из арамидной ткани, пропитанной синтетическим связующим, и противоосколочного экрана 5 из арамидной ткани, также пропитанной синтетическим связующим. Пакет 2 укладывают в стальную рамку 6 ступенчатого по контуру сечения, задавая толщиной 7 рамки 6 толщину 8 пакета 2 и, соответственно, диапазон частот радиопрозрачности. Тыльные слои 9 полимерной оболочки 4 укладывают в проем 10 рамки 6, остальные слои 11 - на ступеньку 12 рамки в ее выемку, стенки которой выполнены с поднутрением 14. Затем укладывают противопульный экран 3, обернутый материалом противоосколочного экрана 5 как конвертом с расположением крыльев 15 конверта в четыре слоя снаружи с покрытием каждым крылом 15 всей площади керамики 3, для чего крылья 15 выполняют в форме этой площади и подрезают (срезая припуск 16) по месту. При этом противоосколочный экран 5 дополняют снаружи компенсирующей салфеткой 17 из, как минимум, одного слоя материала противоосколочного экрана. Для противопульного керамического экрана 3 берут пластину толщиной s=(1,3-1,7)d, где d - калибр основного поражающего элемента 18, шириной b=(7-12)s, длиной l=(1,4-4)b. Наклон стенок поднутрения 14 выемки 13 рамки 6 выполняют под углом 4-6°. Ширину ступеньки по контуру выполняют b=(0,5-0,9)s. При этом рамку выполняют толщиной S=(1,7-2,5)s с допуском по 10-му-12-му квалитету. Пакет прессуют с соотношением слоев ткани полимерной оболочки 4 к ее тыльным 9 слоям, как 1:(0,6-0,8), без выступаний и утопаний или с минимально возможными выступаниями его внешних плоскостей 19 относительно плоскостей 20 рамки 6.
к
к
ст
Радиопрозрачный бронеэкран 1 из полимерных композитов содержит пакет 2 из противопульного керамического экрана 3, многослойной полимерной оболочки 4 из арамидной ткани, пропитанной синтетическим связующим, и противоосколочного экрана 5 из арамидной ткани, также пропитанной синтетическим связующим. Бронеэкран 1 снабжен стальной рамкой 6 ступенчатого по контуру сечения. Причем толщиной 7 рамки 6 задана толщина 8 пакета 2 и, соответственно, диапазон частот радиопрозрачности. Тыльные слои 9 полимерной оболочки 4 уложены в проеме 10 рамки 6, остальные слои 11 - на ступеньке 12 рамки 6 в ее выемке 13, стенки которой выполнены с поднутрением 14. Также в выемке 13 на полимерной оболочке 4 уложен противопульный экран 3, обернутый материалом противоосколочного экрана 5 как конвертом с расположением крыльев 15 конверта в четыре слоя снаружи с покрытием каждым крылом 15 всей площади керамики 3. При этом противоосколочный экран 5 дополнен снаружи компенсирующей салфеткой 17 из, как минимум, одного слоя материала противоосколочного экрана 5. Противопульный керамический экран 3 выполнен из пластины толщиной s=(1,3-1,7)d, где d - калибр основного поражающего элемента 18, шириной b=(7-12)s, длиной l=(1,4-4)b, наклон стенок поднутрения выемки рамки выполнен под углом 4-6°, ширина ступеньки по контуру выполнена b=(0,5-0,9)s, при этом рамка выполнена толщиной S=(1,7-2,5)s с допуском по 10-му-12-му квалитету, а пакет 2 спрессован с соотношением слоев ткани полимерной оболочки 4 к ее тыльным слоям 9, как 1:(0,6-0,8), без выступаний и утопаний или с минимально возможными выступаниями его внешних плоскостей 19 относительно плоскостей 20 рамки 6.
Работает радиопрозрачный бронеэкран 1 следующим образом.
При работе в составе антенного устройства, благодаря однородности композитных материалов, отсутствию стыков и нахлестов в материале противоосколочного экрана 5, складок и различной степени содержания связующего в слоях арамидной ткани 4, 5 и 17, выполнению пакета 2 с толщиной по 10-му-12-му квалитету обеспечены минимальные потери СВЧ мощности и узкий диапазон частот радиопрозрачности по всей площади пакета 2 в зоне проема 10, включая края, и, соответственно, надежная работа антенны.
При взаимодействии с поражающим элементом 18 пробиваются компенсирующая салфетка 17 и крылья 15 противоосколочного экрана 5. Поражающий элемент 18 при встрече с противопульным экраном 3 разбивается на фрагменты 21, которые останавливаются в слоях полимерной оболочки 4 с образованием запреградного выступа 22. Вместе с тем керамический экран 3 в объеме прямого коноида 23 разрушается с образованием керамических осколков 24, которые проникают как в слои полимерной оболочки 4, так и в слои 15 противоосколочного экрана 5 с образованием вспучивания 25. В объеме коноида 26 отраженных волн керамика 3 раскалывается на фрагменты 27, однако в объеме коноида 26 керамическая пластина 3 сохраняет конфигурацию, благодаря ее охвату конвертом противоосколочного экрана 5. Кроме того, при взаимодействии с поражающим элементом 18, элементы пакета 2 не расслаиваются и не смещаются под действием отраженных волн напряжений относительно друг друга и рамки 6, благодаря наличию поднутрения 14 стенок выемки 13. Таким образом, благодаря перечисленным факторам, а также заявленным соотношениям размеров, бронеэкран теряет свойства радиопрозрачности только в небольших зонах прямого коноида 23, вспучивания 25 и запреградного выступа 22 с сохранением в целом работоспособности. Кроме того, поврежденный бронеэкран 1 может легко быть заменен, благодаря наличию рамки 6 с отверстиями 28 под крепежные элементы.
Использование изобретений позволит создать высокотехнологичную конструкцию радиопрозрачного бронеэкрана с повышенной надежностью работы, что подтверждает использование по назначению. Осуществимость изобретений подтверждена положительными результатами испытаний бронеэкранов, разработка и изготовление которых полностью основаны на представленном описании. В связи с этим, новое техническое решение соответствует и критерию «промышленная применимость», т.е. уровню изобретения.