РАЗНЕСЕННАЯ БРОНЕСТРУКТУРА

Полезная модель относится к броневым конструкциям, а именно к средствам защиты от воздействия бронебойных пуль стрелкового оружия, и может быть использована при бронировании объектов различного назначения, в том числе при изготовлении бронированных транспортных и плавательных средств.
11
Известна конструкция противопульной гетерогенной стальной брони (см. RU 2472100, 10.01.2013 г., F41H 5/04), состоящей из двух слоев стали, жестко соединенных между собой, причем материал лицевого слоя закален и имеет твердость HRc 62÷65, а тыльного - не термообработан и имеет модуль упругости (1,9-:-2,1)×10 Па. Однако, серийной броневой стали, позволяющей достичь HRc 62÷65 при закалке, в России не производится, к тому же, клеевое соединение слоев, предусмотренное в данном техническом решении, не может обеспечить достаточную живучесть преграды в условиях баллистического воздействия.
Известна также конструкция композитной брони (см. RU 2329455, 20.07.2008 г., F41H 5/04), состоящая из дробяще-отклоняющего слоя керамических элементов и металлического задерживающего слоя, жестко скрепленных между собой при помощи компаунда через упруго-пластичную прокладку. К недостаткам данного технического решения следует отнести дороговизну и не технологичность керамической брони, а так же низкую эффективность ее «работы» против пуль с карбидвольфрамовыми сердечниками.
Наиболее близким к предлагаемому решению является разнесенная бронеструктура, реализованная в схеме бронирования средней лобовой детали БМП 3 (см. О.А. Гомырин, А.Я. Шумилов «Особенности корпуса и башни БМП 3», «Вестник бронетанковой техники», №5, 1991,). В ней, перед основной (улавливающей) бронепреградой установлен дробящий слой из двух 10 мм листов серийной броневой стали марки «77» с зазором 70 мм, а улавливающий слой выполнен из плиты броневого алюминия АБТ102 толщиной 60 мм (корпус БМП). Данная структура позволяет эффективно фрагментировать высокотвердые бронебойные сердечники на дробящей сборке, а поток образовавшихся осколков остановить на основной броне. Данная структура в современной классификации обеспечивает 6 класс защиты по стандарту ОТТ 9.1.12-1-2010, который предусматривает непробитие брони пулями Б32 калибра 14,5 мм и БС калибра 12,7 мм.
Однако ее вес в стальном эквиваленте составляет около 42 мм, но гомогенная плита из броневой стали средней твердости толщиной 40 мм обеспечивает такой же уровень противопульной защиты, т.е. по сравнению с гомогенным листом броневой стали никакого выигрыша в весе эта конструкция не обеспечивает, а использование монолитной бронепреграды при таких же характеристиках по защите всегда предпочтительнее. При этом применение цветных металлов в конструкции брони усложняет технологию ее изготовления и приводит к заметному удорожанию конструкции.
Задачей заявленного решения является разработка разнесенной бронеструктуры для защиты от бронебойных пуль, которая бы устраняла недостатки прототипа и обеспечивала требуемый класс защиты.
Техническим результатом полезной модели является снижение веса разнесенной бронеструктуры по сравнению с гомогенным листом, обеспечивающим такой же уровень противопульной защиты, а также упрощение и удешевление ее технологии изготовления.
Для достижения указанного результата предлагается разнесенная бронеструктура для защиты от бронебойных пуль с высокотвердым сердечником, состоящая из двух листов дробящего слоя, установленных с зазором друг к другу, и листа улавливающего слоя, при этом лист улавливающего слоя установлен с зазором ко второму листу дробящего слоя, а листы в слоях представляют собой стандартные листы серийной отечественной низколегированной броневой стали со структурой низко отпущенного мартенсита.
Установка конструктивного зазора между дробящим и улавливающим слоями в конструкции прототипа обеспечивает возможность образования конуса диссипации энергии осколков, образующихся после прохождения сердечником пули дробящего слоя, в результате которого снижается нагрузка на лист улавливающего слоя за счет распределении энергии осколочного потока по его поверхности и тем самым позволяет снизить вес разнесенной бронеструктуры без понижения уровня противопульной защиты, обеспечивая выигрыш в весе по сравнению с монолитной бронепреградой, обеспечивающей такой же уровень противопульной защиты. А использование в предложенной разнесенной бронеструктуре только стандартных листов серийной низколегированной броневой стали со структурой низкоотпущенного мартенсита упрощает технологию ее изготовления, поскольку данная сталь является самым дешевым, технологичным и эффективным, а следовательно, максимально востребованным материалом.
Для дополнительного облегчения веса конструкции предлагается в предложенной разнесенной бронеструктуре листы в дробящем слое устанавливать под углом друг к другу. Такая конструкция позволяет уменьшить толщины листов в дробящем слое с сохранением гарантированного разрушения сердечника пули при прохождении им этого слоя за счет несоосности взаимодействия его с преградой. Однако применение такой конструкции дробящего слоя в бронеструктуре с высокой степенью противопульной защиты (например, от бронебойных пуль БС калибра 12,7 мм) не практично, поскольку увеличивается масса брони и усложняется ее конструкция.
Толщины листов каждого слоя и зазоры между ними выбираются в зависимости от требований к противопульной защите, предъявляемых к бронеструктуре.
В настоящее время на вооружении имеются различные виды бронебойных пуль, которые отличаются друг от друга как калибром, так и материалом применяемого в них сердечника. В зависимости от вида пуль, а точнее от степени их воздействия, разработаны системы, которые классифицируют на классы бронеобъекты в зависимости от степени их защищенности. Основными системами являются отечественная классификация средств индивидуальной защиты (СИЗ) по ГОСТ РВ15.307 / ГОСТ Р50744-95 и подвижных бронеобъектов по ОТТ 9.1.12-1-2010, а также международная система STANAG 4569. Классификации по ОТТ 9.1.12-1-2010 и по STANAG 4569 во многом пересекаются, но имеются и отличия, связанные с учетом либо игнорированием тех или иных средств поражения.
Отечественная броневая сталь, как правило, выпускается в стандартных толщинах, привязанных к некоторым уровням защиты СИЗ по ГОСТ РВ15.307 / ГОСТ Р50744-95 и прописанных в соответствующих стандартах (ГОСТ-ы и ТУ), поэтому реально работать при бронировании объектов возможно лишь с дискретным набором толщин стандартных бронелистов сталей различных марок.
Предлагаются различные варианты реализации бронеконструкций на основе предлагаемого технического решения, обеспечивающие защиту в соответствии с требованиями разных классов отечественной (ОТТ 9.1.12-1-2010) и международной (STANAG 4569) классификаций.
На фигуре 1 представлены варианты предлагаемой разнесенной бронеструктуры: а) с параллельным расположением листов в слоях, б) схема с разориентацией листов в дробящем слое на угол γ.
На фигуре 2 представлены фото фрагментированных сердечников бронебойных пуль БС калибра 12,7 мм (а) и Б32 калибра 14,5 мм (б) после пробития «в нормаль» преграды из стали марки «АЗ» толщиной 8,5 мм в состоянии поставки (HRc 54÷58).
На фигуре 3 представлены фото растрескавшихся листов из стали «А3» толщиной 6,5 мм в состоянии поставки (HRc 54÷58), примененных в качестве второго листа в дробящем слое предлагаемой бронеструктуры, обстрелянных пулями Б32 калибра 14,5 мм (а) и БС калибра 12,7 мм (б).
На фигуре 4 представлены фото сердечников бронебойных пуль Б32 калибра 7,62 мм после пробития «в нормаль» преград из стали марки «44» (HRc 54÷58): фактической толщиной 6,5 мм (5 класс защиты ГОСТ РВ15.307/ ГОСТ Р50963-96, ГОСТ Р51112-97) (а) и 4,6 мм (3 класс защиты ГОСТ РВ15.307/ ГОСТ Р50963-96, ГОСТ Р51112-97) (б).
На фигуре 5 представлены фото листов из стали «А3» фактической толщиной 6,5 мм в состоянии поставки (HRc 54÷58) (5 класс защиты ГОСТ РВ15.307/ ГОСТ Р50963-96, ГОСТ Р51112-97), примененных в качестве первого (б) и второго (а) листов разнесенной бронеконструкции с разнесением 30 мм, обстрелянной пулями Б32 и 7Н23 калибра 7,62 мм.
На фигуре 6 представлены фото сердечников бронебойных пуль Б32 калибра 7,62 мм после пробития «разнесенной» преграды (дробящего слоя) из двух стандартных листов серийной броневой стали марки «44» (HRc 54÷58) фактической толщины 2,4 мм (2 класс защиты ГОСТ РВ15.307/ ГОСТ Р50963-96, ГОСТ Р51112-97) различной компоновки: параллельное выполнение (а) и с расположением под углом 20° друг к другу (б).
На фигуре 7 представлены: (а) схема бронеструктуры с разориентацией листов в дробящем слое; (б) баллистический анализ ослабленных зон; (в) схема сборки и деталировки макета бронепанели - примера конкретной реализации предлагаемой разнесенной бронеструктуры для защиты по 4 классу ОТТ 9.1.12-1-2010 (3 класса STANAG 4569).
Разнесенная бронеструктура (см. фиг. 1) состоит из дробящего слоя, выполненного из двух листов (1, 2) с зазором d между ними, и из улавливающего слоя в виде одного листа (3), установленного с зазором L ко второму листу (2) дробящего слоя, листы в слоях выполнены из низколегированной броневой стали со структурой низко отпущенного мартенсита. В другом варианте исполнения предложенной бронеструктуры, листы в дробящем слое могут быть установлены под углом γ друг к другу.
В частных случаях выполнения предложенной разнесенной бронеструктуры зазоры d и L между листами могут заполняться вспененным наполнителем в виде полимера или металла. А для обеспечения повышенной плавучести, вспененный наполнитель выбирают с закрытой пористостью.
Согласно 6 классу ОТТ 9.1.12-1-2010, бронеструктура должна защищать от бронебойных пуль Б32 (термообработанный стальной сердечник) калибра 14,5 мм и БС (карбидвольфрамовый сердечник) калибра 12,7 мм при обстреле с дистанции 100 м. Когда речь идет о бронировании транспортных средств, обычно принимается во внимание возможность поражения защитных структур объекта кинетическими бронебойными средствами «в нормаль» к его поверхности, как наиболее опасного типа воздействия. Хотя дульная энергия этих двух пуль различается вдвое, а импульс - в полтора раза, их эффективность работы «в нормаль» по гомогенной стальной и алюминиевой броням почти одинакова: - 30 мм и 80 мм соответственно. Следовательно, гомогенной броней, защищающей от рассмотренных бронебойных средств поражения, будут плита броневой стали средней твердости толщиной не менее 40 мм или плита алюминиевого сплава АБТ102 толщиной не менее 100 мм.
Экспериментально установлено, что наиболее оптимальное сочетание толщин слоев предлагаемой бронеструктуры (см. фиг. 1а) является 8-6-6 мм стандартных листов отечественной серийной броневой стали, установленных в качестве дробящего и улавливающего слоев. На фиг. 2 приведены фотографии, иллюстрирующие фрагментацию сердечников обоих типов на преграде из стали «А3» фактической толщиной 8,5 мм в состоянии поставки (54÷58 HRc). Видно, что степень разрушения достаточно велика в головной части сердечника, однако хвостовая его часть разрушается на более крупные фрагменты, которые и несут основную опасность для улавливающего слоя.
Оптимальные зазоры между слоями определены, как d=40 мм и L=60 мм, а твердость стали в листе 1 - 54÷58 HRc, листе 2 - 48÷52 HRc и листе 3 - 54÷58 HRc. Величина твердости 54÷58 HRc является характерной для стандартных листов современной отечественной низколегированной броневой стали для противопульной защиты со структурой низко отпущенного мартенсита, таких как «77», «44», «А3», «56», «Ц-85» и др. Пониженная твердость в листе 2 обусловлена значительной интенсивностью воздействия на него фрагментов первичного дробления сердечника, образовавшихся после прохождения листа 1, т.е. сталь на листе 2 должна обладать повышенной пластичностью, чтобы не расколоться (см. фиг. 3) и обеспечить необходимую живучесть брони при последующих поражениях.
Предложенная бронеструктура работает следующим образом: после первичного дробления на листе 1 (см. фиг. 2), фрагменты сердечника продолжают двигаться с некоторым «разлетом» как поперек траектории (образование конуса диссипации), так и вдоль нее, реализуя выделившуюся при разрушении энергию растяжения. Как видно из фиг. 2, в головной части этого потока присутствуют, в основном, мелкие фрагменты, которые вполне реально остановить последующей преградой 2 таким образом, чтобы крупный тыльный фрагмент (хвостовик сердечника) провзаимодействовал не только со второй «тонкой» преградой 2, но и с остановленными на ней первичными фрагментами самого сердечника. При этом необходимо учитывать, что дробление и рассеяние тем эффективнее, чем выше твердость и плотность элементов преграды, а вышеуказанные параметры у материала бронебойных сердечников (сталь У12А; ВК8) существенно превышают оные у броневых сталей. Таким образом, вторичная фрагментация на втором (рассеивающем) листе 2 дробящего слоя происходит более интенсивно за счет остановленных на нем мелких фрагментов сердечника, а конус диссипации энергии (угол разлета фрагментов) после второй преграды удается существенно раскрыть благодаря наличию зазора L и таким образом снизить воздействие на основную улавливающую преграду 3.
Попытки изменить формулу структуры бронекомпозиции с 8-6-6 на 6-8-6 и 6-6-8 приводят только к снижению ее стойкости и живучести. Исследованный диапазон возможных толщин бронепреграды в разумных (для подвижных бронеобъектов) пределах - до 200 мм, показал невозможность снижения ее веса за счет использования в слоях более тонких листов броневой стали в схемах 6-6-6, 6-4(5)-8 и 8-5(4)-6. Однако, увеличение суммарной толщины преграды за счет увеличения зазоров приводит к заметному повышению ее живучести: чем зазоры между слоями больше, тем слабее воздействие на улавливающий слой, так что при дальнейшем увеличении допустимой суммарной толщины брони подобный подход вполне возможно реализовать. Исследована возможность снижения веса бронекомпозиции в случае невозможности поражения ее «в нормаль»: установлено, что при углах встречи пули к броне более 20°, возможно использование схемы 6-6-6, при более существенных отклонениях от максимально критичного взаимодействия (в «нормаль»), возможно применение и еще более тонких листов.
В качестве элементов предложенной бронекомпозиции испытаны следующие стандартные листы отечественной серийной низколегированной броневой стали:
- лист 1 дробящего слоя - лист стали «77» фактической толщины 8,6 мм в состоянии поставки (54÷58 HRc), а также лист стали «А3» фактической толщины 8,5 мм в состоянии поставки (54÷58 HRc);
- лист 2 дробящего слоя - лист стали «1» фактической толщины 6,4 мм в состоянии поставки (47÷52 HRc), а также и лист стали «АЗ» фактической толщины 6,5 мм в состоянии поставки + «низкий» отпуск t=230°C, 2 часа, охлаждение с печью (49÷51 HRc);
- лист 3 улавливающего слоя - лист стали «44» фактической толщины 6,6 мм с термообработкой: закалка с t=970°C в масло + отпуск t=200°C 3 часа (54÷58 HRc), а также лист стали «А3» фактической толщины 6,5 мм в состоянии поставки (54÷58 HRc) (5 класс защиты по ГОСТ РВ15.307 / ГОСТ Р50744-95).
-2
Во всех рассмотренных комбинациях зазоры выставлялись d=40 мм и L=60 мм. Все исследованные комбинации по обоим средствам поражения «отработали» примерно одинаково, с оценкой предельной плотности поражений до 180 м и вероятностью некондиционных поражений менее 2%.
Исследовалась возможность замены стального листа 3 улавливающего слоя на стандартную плиту броневого алюминия АБТ101 фактической толщины 19 мм, однако уже второе поражение испытанной бронекомпозиции оказалось некондиционным.
-2
Уменьшение обоих зазоров (d и L) на 5 мм приводит к снижению живучести структуры до предельной плотности поражений менее 160 м с вероятностью некондиционных поражений =3÷4%.
-2
А для увеличения эксплуатационных характеристик до предельной плотности поражения не менее 200 м, при вероятности некондиционных поражений менее 1%, необходимо увеличить зазоры: d на 20 мм и L на 50 мм соответственно, доведя общую толщину брони почти до 200 мм.
Таким образом, оптимальной бронеструктурой для защиты от бронебойных пуль Б32 калибра 14,5 мм и БС калибра 12,7 мм является композиция из трех листов броневой стали с толщинами 1 - 8,2÷8,7 мм, 2 - 6,2÷6,8 мм и 3 - 6,2÷6,8 мм и с минимальными зазорами между ними d=40 мм и L=60 мм (см. фиг. 1), при этом твердость первого 1 и последнего 3 листов составляет 54÷58 HRc, а второго 1 - 47÷52 HRc. Здесь и далее указываются диапазоны толщин бронелистов, которые соответствуют стандартным диапазонам толщин бронелистов, выпускаемых серийно.
Необходимо отметить, что предлагаемая бронеструктура будет заведомо отвечать требованиям международной классификации бронезащиты STANAG 4569, поскольку испытания в четвертом уровне данной системы проводятся с дистанции 200 м и пули с карбидвольфрамовым сердечником в этом классе не предусмотрены. Данная бронеструктура защищает так же от всех бронебойных пуль «более низкого ранга»: Б32 калибра 12,7 мм и от всех бронебойных средств стрелковых калибров.
Согласно 5 классу ОТТ 9.1.12-1-2010, бронеструктура должна защищать от бронебойных пуль Б32 калибра 12,7 мм при обстреле «в нормаль» с дистанции 100 м.
Экспериментально установлено, что наиболее оптимальное сочетание толщин слоев предлагаемой бронеструктуры (см. фиг. 1а) является 4-6-6 мм стандартных листов броневой стали, установленных в качестве дробящего и улавливающего слоев. При этом установлено, что сердечник рассматриваемой пули не разрушается на отдельном 4 мм листе броневой стали, но при преодолении композиции 4-6 с зазором не менее 18 мм степень его фрагментации и угол раскрытия конуса диссипации энергии достаточны для удержания фрагментов листом 3 серийной низколегированной броневой стали со структурой низкоотпущенного мартенсита номинальной толщиной 6 мм.
Очевидно, что механизм разрушения сердечника здесь несколько отличен от ранее рассмотренного: если в предыдущем случае первичное разрушение происходит за счет растягивающих напряжений в инвертированной волне сжатия, которая создается в сердечнике в процессе пробития первой преграды, то в рассматриваемом варианте - в результате интерференции двух волн сжатия: дважды инвертированной волны от первой преграды (1) и первичной волной от второй преграды (2).
Требования по твердости броневой стали в каждом из слоев рассмотренной бронекомпозиции - 54÷58 HRc, то есть используются стандартные листы серийной современной броневой противопульной стали. Механизмы, реализуемые при удержании пули рассматриваемой бронеструктурой не требуют использования во второй преграде (2) материала с повышенной пластичностью.
Таким образом, оптимальной бронеструктурой для защиты от бронебойных пуль Б32 калибра 12,7 мм является композиция из трех листов броневой стали с толщинами 1 - 4,2÷4,7 мм, 2 - 6,2÷6,8 мм и 3 - 6,2÷6,8 мм и с минимальными зазорами между ними d=18 мм и L=50 мм, при этом твердость каждого листа составляет 54÷58 HRc.
Данная бронеструктура защищает также от всех бронебойных средств стрелковых калибров.
Согласно 4 классу ОТТ 9.1.12-1-2010, бронеструктура должна защищать от бронебойных пуль Б32 калибра 7,62 мм с дистанции 10 м «в нормаль» к поверхности, а так же от всех бронебойных пуль «рангом ниже». В третьем классе STANAG 4569 ко всем этим средствам добавлена еще пуля М993 калибра 7,62 мм с карбидвольфрамовым сердечником.
Возможно реализовать разнесенную бронеструктуру, защищающую от пуль Б32 калибра 7,62 мм и имеющую на 15+20% меньший вес, чем гомогенный лист серийной низколегированной броневой стали, для противопульной защиты со структурой низко отпущенного мартенсита, обеспечивающий 4 класс защиты ОТТ 9.1.12-1-2010.
Данной разнесенной структурой является бронепанель компоновки 6-6 мм, состоящая из двух листов серийной низколегированной броневой стали номинальной толщиной 6 мм с зазором между ними. Физической основой «работы» этой структуры является гарантированное разрушение сердечника пули Б32 калибра 7,62 мм на первой преграде (см. фиг. 4а), при этом листы бронестали меньшей толщины не обеспечивают этого эффекта (см. фиг. 4б). Как видно из фото 4а, разрушение сердечника происходит в волне растяжения (поверхность разрушения перпендикулярна оси пули). Такая волна образуется в сердечнике при отражении первичной упругой волны сжатия, генерированной при взаимодействии пули с первой преградой от «свободной» тыльной поверхности. Как известно, прочность твердых материалов в условиях растяжения существенно ниже их прочности в условиях сжатия, таким образом, при пробитии 6 мм листа бронестали реализуется возможность фрагментации сердечника пули Б32 калибра 7,62 мм. Вторая преграда улавливает эти фрагменты. Амплитуда первичной упругой волны, генерирующейся в сердечнике при пробитии более тонкой преграды, недостаточна для того, чтобы его разрушить (см. фиг. 4б).
Однако испытания показали, что средства поражения более «низкого» класса способны пробить эту бронеструктуру. На фиг.5 приведена фотография листов из стали «А3» толщиной 6,5 мм, испытанных пулями Б32 калибра 7,62 мм (поражения 1÷26) и пулями 7Н23 того же калибра (поражения 1÷6). Из рисунка видно, что менее энергетичная пуля в некоторых случаях (поражения 3 и 6 - пробития, 5 - сквозная трещина) способна поразить бронепанель, легко удерживающую более «мощную» пулю, хотя материал и диаметр сердечников у них практически одинаков. Различна только длина сердечника. Параметры волн сжатия, образующихся при сходной геометрии взаимодействия должны быть так же близки, поэтому, можно предположить, что в более коротком сердечнике разрушение в волне растяжения не реализуется поскольку «хвост» первичной волны сжатия «давит» встречную волну растяжения, образующейся при отражении ее головного фронта от тыльного торца сердечника, не позволяя реализоваться разрушению.
Таким образом, для гарантированной защиты от всех средств поражения, предусмотренных стандартом в рассматриваемом классе, необходимо увеличить толщину одного из слоев структуры, что бессмысленно, поскольку не дает весового выигрыша по сравнению с гомогенной броней.
Так как не удается гарантированно реализовать процесс разрушения малокалиберного бронебойного стального сердечника пули по механизму, реализованному в первой из рассмотренных ранее бронеструктуре (в инвертированной волне), исследовалась возможность реализации механизма, работающего во втором типе из ранее рассмотренных бронеструктур (за счет интерференции волн сжатия).
Поскольку сердечник пули Б32 калибра 7,62 мм не разрушается на 4 - мм стальной преграде (см. фиг. 4б), то двухмиллиметровую он просто «не видит». Однако два листа броневой стали марки «44» фактической толщиной = 2,4 мм, установленные с зазором 10 мм, приводят к существенному его разрушению (см. фиг. 6а). Сравнивая фото 4а и 6а видно, что механизмы разрушения сердечника на 6-мм преграде и сборке из двух 2-мм листов существенно различны: если в первом случае плоскость поверхности разрушения строго перпендикулярна оси пули (плоскость максимальных сжимающих/растягивающих напряжений), что характерно при разрушении в волне растяжения, то во втором случае имеются значительные участки, параллельные максимальным сдвиговым нагрузкам (45° к оси нагружения), что характерно при разрушении в волне сжатия.
Таким образом, продемонстрирована реальная возможность разрушения стальных сердечников бронебойных пуль стрелковых калибров на тонких разнесенных преградах. Кроме того, следует отметить, что разрушение в волне сжатия приводит к значительной дезориентации образующихся фрагментов (проскальзывание вдоль плоскостей скола - 45° к оси нагружения создает опрокидывающие усилия, уводящие фрагменты с первоначальной траектории). В этом случае остановить образующиеся осколки возможно с помощью более тонкого листа броневой стали - номинальной толщины 4 мм.
Однако многочисленные исследования показали, что только 90÷95% стальных сердечников разрушаются при соосном прохождении композиции 2-2, а в случае, если к улавливающему слою сердечник пули Б32 калибра 7,62 мм приходит не разрушенным и не дезориентированным, он в 30% случаев пробивает даже 8-мм броневой лист. Гарантированного разрушения сердечника можно достичь только в случае, если при пробитии первых преград, в нем генерируются волны со значительной изгибной составляющей, а это возможно только в случае «косого удара».
Эксперименты показали, что при взаимной ориентации плоскостей первых двух листов преграды под углом γ>16° стальной бронебойный сердечник гарантировано разрушается, при этом разрушения более критичны, чем в случае с параллельном расположением листов (см. фиг. 6а, б). Дальнейшая нейтрализация его фрагментов происходит на 4-мм листе улавливающего слоя.
Таким образом, оптимальной разнесенной бронеструктурой для защиты от бронебойных пуль Б32 калибра 7,62 мм является композиция из трех листов броневой стали с толщинами 1 - 2,2÷2,7 мм, 2 - 2,2÷2,7 мм и 3 - 4,2÷4,8 мм, при этом плоскости первых двух листов 1 и 2 разориентированы под углом γ>16° с минимальным зазором между ними d>8 мм (это расстояние пуля со скоростью 820 м/с преодолевает за тоже время, что упругая волна доходит до тыльного торца сердечника и возвращается назад), а минимальный зазор между вторым и третьим листами составляет не менее L>10 мм (это необходимо для реализации процессов разрушения сердечника и дезориентации фрагментов), твердость всех листов составляет 54÷58 НКс (см. фиг. 16).
Пример конкретной реализации разнесенной бронеструктуры с разноориентироованными листами дробящего слоя
Предлагается изготавливать защиту, в соответствии с предложенным техническим решением, состоящую (см. фиг. 7) из улавливающего слоя в виде листа серийной низколегированной броневой стали третьего класса защиты по ГОСТ РВ 15.307/ ГОСТ Р50744-95 (номинальной толщиной 4,2÷6,8 мм) (сталь «44», «А3» и др.) и дробящего слоя, состоящего из Z-образных ламелей из листов серийной низколегированной броневой стали второго класса защиты (номинальной толщиной 2,2÷2,7 мм) с углом разноориентации отдельных полок γ=20°. Ламели наложены одна на другую со сдвигом (нахлестом) и жестко скреплены между собой (например, сваркой). Максимальный зазор между листами выбирается исходя из общих представлений о компактности преграды.
Из рисунка 7б видно, что ослабленные зоны бронепанели имеются в точках прилегания соседних ламелей (зазор между листами d≤8 мм) и на внешней части ламелей, где по возможной директории обстрела не выполняется условие γ>16° и угол подхода траектории осколков пули к улавливающему слою не достаточен для ее удержания. Если в первом случае проблема устраняется «нахлестом» ламелей друг на друга, то во втором случае приходится приваривать дополнительную броневую полосу для усиления структуры.
На фиг. 7в приведена деталировка и схема сборки бронепанели. Опытный образец изготовлен в размере 740×400 мм и подвергнут испытаниям различными бронебойными средствами. Результаты сведены в таблицу 1. Из таблицы видно, что только одно воздействие дало некондиционное поражение (№17) - сквозная трещина с тыла улавливающего слоя без пробития, да и то - вследствие слишком близкого попадания к поражению №5 (согласно типовому ТЗ на ОКР по разработке бронеобъектов 6а класса, расстояние между соседними поражениями - не менее 35 мм).
Расчет суммарного веса бронепанели, с учетом углов разориентации, «перехлестов» и усиления, дал поверхностную плотность представленной бронеструктуры - 79 кГ/м (10,1 мм в «стальном эквиваленте»). Это, по сравнению с гомогенной броней, дает выигрыш по массе 30%, что существенно, с учетом не использования в ней дорогостоящих элементов, таких как цветной металл, керамика и маты из баллистических волокон. Общая толщина бронепанели составила - 95 мм, что вполне приемлемо для подвижных бронеобъектов.
На отдельных макетах проверялась «работоспособность» предлагаемого технического решения против бронебойных пуль 7Н13, 7Н26 кал. 7,62 мм и М995 кал. 5,56 мм (карбидвольфрамовый сердечник) - макеты, а так же пуль ПС с ТУ С патрона 57-Н231. Все испытания дали положительные результаты. Испытания предложенной бронекомпозиции макетами пуль М993 кал. 7,62 мм (карбидвольфрамовый сердечник) - основы третьего уровня бронезащиты по STANAG 4569, показали 50% вероятность некондиционных поражений. Замена 4 мм листа улавливающего слоя (C) на стандартный 6-мм лист броневой серийной стали (5 класс защиты ГОСТ РВ15.307 / ГОСТ Р50744-95), устраняет этот эффект. Таким образом, опытная проверка подтвердила достижение указанного технического результата.
С другой стороны, исследования показали, что карбидвольфрамовый сердечник (ВК8) бронебойных пуль - макетов М993 кал. 7,62 мм (основа 3 класса STANAG 4569) гарантированно разрушается на стандартном 2-мм листе броневой серийной стали (2 класс защиты ГОСТ РВ15.307 / ГОСТ Р50744-95), поэтому для удержания данного средства поражения предложена более простая разнесенная структура: 2-2-6 с минимальными разнесениями d=10 мм и L=30 мм (см. фиг. 1а). В ней реализуются те же механизмы разрушения, рассеяния и удержания, что и в первой из ранее рассмотренных бронекомпозиций. Однако, данная бронеструктура несколько тяжелее, чем предыдущая и при обстреле пулями Б32 кал. 7,62 мм дает 5÷8% некондиционных поражений, то есть не выполняются требования 4 класса ОТТ 9.1.12-1-2010.