БРОНИРОВАННОЕ ТРАНСПОРТНОЕ СРЕДСТВО И БРОНЕПАНЕЛЬ ДЛЯ НЕГО
ARMOURED VEHICLE AND ARMOURED PANEL THEREFOR

Техническое решение относится к области транспортного машиностроения, в частности, к автомобильной промышленности, и может быть использовано при изготовлении бронированных автомобилей, других транспортных средств для обеспечения противопулевой защиты, безопасности людей и грузов при вооруженном нападении.
Известны различные конструкции бронированных автомобилей, как специально изготовленных, так и переоборудованных после серийного их выпуска. Известен модульный (капсульный) принцип бронирования автомобилей, который заключается в создании цельной конструкции, встраиваемой внутрь кузова бронируемого автомобиля, базовая модель кузова обшивается изнутри плоскими или гнутыми бронелистами. При этом корпус автомобиля становится несущей системой для устанавливаемых бронеэлементов. К таким конструкциям можно отнести решение в соответствии с патентом РФ №2090391 В60Р 3/03, F41H 7/02, Бронированное транспортное средство, броневая конструкция для транспортного средства и способ преобразования незащищенного транспортного средства в бронированное, опубликовано 20.09.97.
Недостатками капсульных решений можно назвать следующие:
- сложность и нетехнологичность процесса бронирования корпуса автомобиля изнутри, требующего участия специалистов высокой квалификации;
- для монтажа броневой конструкции на обшивке транспортного средства необходимо использовать сварочное оборудование и неразъемные соединения, что усложняет бронирование;
- использование такой броневой конструкции для защиты современных серийных автомобилей невозможно, так как они имеют очень тонкую внешнюю обшивку, на которой невозможно закрепить достаточно мощную бронезащиту, что ограничивает возможность противостоять обстрелу извне; необходимость использования сварных конструкций ухудшает их надежность;
- низкая ремонтопригодность конструкции;
- возможный класс защиты ограничен несущей способностью корпуса, так как корпуса серийных автомобилей не рассчитаны на дополнительную весовую нагрузку от элементов брони;
- значительно снижен ресурс эксплуатации автомобиля и, как следствие, его безопасность из-за перегруженности корпуса элементами бронезащиты;
- многочисленные узлы крепления тяжелых бронированных листов, расположенных на силовых элементах транспортного средства, дополнительно снижают конструктивную прочность броневой конструкции в целом, значительно утяжеляют конструкцию автомобиля;
- броневая конструкция известных транспортных средств содержит большое количество отдельных фрагментов, что усложняет ее сборку и преобразование серийного автомобиля в бронированное транспортное средство;
- возникающие при установке тяжелых бронепанелей деформации приводят к появлению широких зазоров в стыках между бронепанелями и снижают надежность бронезащиты;
- внешний облик бронеавтомобиля полностью отличается от обычных известных образцов автомобилей и явно указывает на его предназначение;
- вследствие высокого веса используемого материала брони резко ухудшены эксплуатационные качества автомобиля, его скоростные характеристики.
Известно бронированное транспортное средство, которое содержит силовой каркас, а также закрепленные на силовом каркасе и соединенные между собой заднюю, боковые и верхнюю бронепанели и переднюю бронестенку с образованием жесткой броневой конструкции, (патент Великобритании №1318145). Задняя, боковая и верхняя бронепанели собраны из отдельных бронелистов. Бронелисты прикреплены к силовой раме и скреплены между собой болтами. Бронированное транспортное средство данной конструкции при использовании толстых бронепанелей обеспечивает надежную защиту пассажиров и водителя от стрелкового оружия и осколков при высокой точности.
Недостатком известной конструкции следует признать невозможность достижения высокой точности сборки данной броневой конструкции из-за многочисленных узлов крепления, расположенных на силовых элементах транспортного средства, которые имеют малую жесткость, что существенно снижает конструктивную прочность броневой конструкции в целом. Сплошное бронирование корпуса автомобиля усложняет его изготовление и сохраняет другие недостатки описанных выше капсулированных решений. Дополнительно встают проблемы усиления стоек (патент РФ №2522463, F41H 7/04, B602D 25/04. Способ усиления центральной стойки кузова и места крепления двери автомобиля при бронировании, опубликовано 10.04.14.), мест крепления дверей, разгрузки петель и др.
Для ослабления сверхнагрузки на петли требуется дополнительная доработка как самих петель, так и корпуса для установки петель на нем, а также окраска наружных поверхностей корпуса после проведения всех дополнительных работ (патент РФ 2522463).
При установке бронезащиты нарушается силовая структура кузова автомобиля и его внешний вид (патент РФ 2520865).
Известен автомобиль скрытого бронирования, который содержит шасси, кабину, имеющую переднюю, боковые и заднюю стенки, а также крышу, двери в стенках кабины, оснащенные механизмами запирания, броневую защиту из бронепанелей, выполненных максимально возможной площади и прижатых к внутренней поверхности наружной обшивки автомобиля. Автомобиль дополнительно может содержать бронирование пола, выполненное изнутри накладным или снаружи навесным, защиту других частей (бензобак, двигатель, аккумуляторная батарея и др.), представляющую собой набор бронекоробов и бронепанелей. Элементы бронирования, защищающие отдельные узлы автомобиля, могут быть установлены с возможностью съема, что облегчает в дальнейшем техническое обслуживание автомобиля. Кроме бронекоробов и бронепанелей для усиления защиты в некоторых вариантах реализации могут быть дополнительно использованы маты, выполненные из арамидных волокон (патент РФ 2502037 Автомобиль скрытого бронирования, МПК F41H 7/04, опубликовано 20.12.2013). Указанный патент выбран в качестве наиболее близкого аналога для заявляемого бронированного транспортного средства. Ему присущи ранее перечисленные недостатки других аналогов.
Для бронирования транспортных средств известны различные бронематериалы, в качестве которых используют ударопрочные: броневые стали, материалы на основе керамики, арамидных волокон, армированных пластмасс, многослойных материалов с клеевым составом. Броневые легированные стали включают углерод, кремний, марганец, хром, никель, молибден, алюминий, железо и имеют высокие характеристики стойкости к удару и проникновению (патент РФ №2331706 «Сталь для брони», С22С 38/52, опубликовано 20.08.2008).
В патентах РФ №№2165583, 2133434 описаны конструкции бронеплит с использованием ударопрочных материалов, закрепленных на несущем лицевом слое, которые крепятся непосредственно на корпус автомобиля (патент РФ 2165583, Бронеплита, МПК F41H 5/04, опубликовано 20.04.2001, патент РФ 2133434. Бронеплита, МПК F41H 5/04, опубликовано 20.07.1999). При этом нарушается скрытность назначения автомобиля для защиты людей и грузов, ухудшаются эксплуатационные качества автомобиля, его скоростные характеристики вследствие большого веса материала бронеплит. Конструктивными решениями в этих патентах пытаются снизить толщину плит без ухудшения качества защиты, но вес бронеплит остается высоким.
В соответствии с патентом РФ №2456533, F41H 5/08, опубликовано 20.07.2012, для уменьшения веса броневых панелей используются облегченные материалы, например сплав Ti-6Al-4V, поглощающие энергию заряда за счет ее рассеивания в массе, но вес бронеплит остается высоким.
Наиболее близким аналогом для бронепанели бронированного транспортного средства выбран один из вышеописанных патентов, а именно патент РФ №2165583, которому присущи вышеперечисленные недостатки.
Задачей изобретения является скрытое бронирование транспортного средства без изменения его внешнего вида, при сохранении его эксплуатационных, ходовых качеств, высокой скорости движения, упрощение работ по бронированию как при изготовлении транспортного средства, так и во время его доработки, в обычных мастерских, без изменения конструкции в целом и без специально подготовленного квалифицированного персонала путем использования других материалов бронезащиты.
Техническим результатом является сохранение эксплуатационных, ходовых и скоростных качеств транспортного средства за счет использования более легких материалов с высокой ударной вязкостью, хорошей пулестойкостью с обеспечением бронезащиты транспортного средства без изменения конструкции кузова, силового каркаса и механических агрегатов.
Задача решается и технический результат достигается конструкцией бронированного транспортного средства, содержащего кузов и элементы бронезащиты, размещенные и жестко закрепленные в кузове с образованием бронированной конструкции, охватывающей корпус транспортного средства. Элементы бронезащиты выполнены формой, соответствующей конфигурации тех частей кузова, где они размещены (места их размещения): в дверях, и/или на задней стенке корпуса, и/или на передней стенке корпуса, отделяющей ее от двигателя, и/или на полу корпуса, и/или на оборудовании - кресле водителя и/или на кресле пассажира. Элементы бронезащиты равномерно закреплены на каркасе элементов корпуса болтовыми соединениями.
2
2
Отличием изобретения от прототипа является жесткая установка элементов бронезащиты в полостях кузова транспортного средства и/или его оборудования (кресла и др.), под декоративной их обшивкой, например на внутренней металлической панели двери, выполнение элемента бронезащиты в виде бронепанели, выполнение бронепанели из многослойного сверхвысокомолекулярного полиэтилена высокой плотности (СВМПЭ) толщиной не менее 6,5 мм. Это сверхпрочный и высокомодульный материал Vehicle Armor Plate различных производителей, в частности Honeywell Specialty Materials, США, с разрывной прочностью σ не менее 3 ГПа (300 кгс/мм) и начальным модулем не менее Е=120 ГПа (12000 кг/м).
Бронезащита может быть дополнена набором бронекоробов и бронепанелей из указанного многослойного СВМПЭ толщиной не менее 6,5 мм, монтируемых в полостях у бензобака, и/или в моторном отсеке, и/или за фарами, и/или за крыльями, и/или в зоне колесных арок, и/или радиатора и других элементов и узлов конструкции транспортного средства, требующих бронезащиты. Форма и размеры коробов и панелей соответствуют месту и объему их установки.
В области остекления кузова могут быть использованы съемные, например переносные, подвесные планшеты, снабженные панелями бронезащиты, выполненные из того же материала и обшитые тканью, с возможностью подвески у стекол при сохранении по крайней мере части поля обзора.
Задача решается также конструкцией бронепанели, выполненной из ударопрочного материала, отличающейся от прототипа тем, что она выполнена в размер по месту ее установки в полостях кузова транспортного средства и/или его оборудования из многослойного сверхвысокомолекулярного полиэтилена высокой плотности (СВМПЭ) Vehicle Armor Plate плотностью и толщиной не менее 6,5 мм.
2
Известно использование СВМПЭ в качестве индивидуальной бронезащиты в бронежилетах, шлемах, что обусловлено высокой ударной вязкостью материала, превышающей ударную вязкость стали, высоким отношением предела прочности на разрыв к массе, выше этой характеристики у стали в 8-15 раз и на 40% выше, чем у арамидных соединений (материал кеврал) (см. http://ru.wikipedia.org). СВМПЭ является гибкоцепным полимером линейной структуры с высокой молекулярной массой больше 1,5 млн. (см. http://catalistis.ru/block/index.php_ID=3&SECTION_ID=1487) Ударопрочность достигает величины до 170 кДж/м благодаря многослойности и структуре материала, получаемого из исходного порошка высокой насыпной плотности.
Однако неизвестно использование СВМПЭ в конструкции транспортных средств и его свойство сохранения их ходовых качеств, обеспечение высокой скорости движения бронированного транспортного средства по отношению к небронированному, сохранение возможности его использования в качестве скоростного средства передвижения без ухудшения скоростного режима.
2
При бронировании двери автомобиля ВА3-2109 был использован многослойный сверхвысокомолекулярный полиэтилен высокой плотности (СВМПЭ) с поверхностной плотностью: 5.8 кг/м, толщиной слоя: 0.18±0.02 мм, с количеством слоев 36. Из заготовки бронелиста жесткого тонкого Vehicle Armor Plate толщиной 6,5 мм методом гидроабразивной резки был получен лист требуемой формы, повторяющий форму установочного, посадочного места его закрепления. Вырезанный в размер готовый бронелист был установлен в полостях кузова под декоративной обшивкой, а именно на внутреннюю металлическую панель двери и закреплен на ней равномерно резьбовыми заклепками и болтами М8 с шайбами для более равномерного распределения нагрузки для исключения деформации силовых элементов двери. Изготовление бронепанелей для транспортного средства (резка в размер), снятие декоративной обшивки и закрепление панелей на внутренней металлической панели винторезами не требует рабочих высокой квалификации, не требует изменения конструкции транспортного средства и возможно при его доработке в простых автомастерских. При этом внешний вид транспортного средства не изменяется как снаружи, так и изнутри.
Для испытаний выбрана дальность стрельбы в 10 метров как наиболее вероятное расстояние нападающего до автомобиля. Направление выстрела было выбрано на боковую дверь, которое соответствует направлению стрельбы в 80% случаев нападения (фланкирование). Было использовано следующее оружие:
ППМ, патрон 9×18, сердечник стальной.
Карабин, патрон 9×19, сердечник стальной термоупрочненный.
АКС74У, патрон 5,45, сердечник стальной.
На фотографиях 1-8 показаны результаты обстрела двери из ПММ, на фото 9-13 - результат обстрела двери из карабина, на фото 14-17 показаны результаты обстрела кресла из ПММ, на фото 18-21 показаны результаты обстрела кресла из карабина.
На фото 1, 2 и 3 показана обстрелянная передняя правая дверь автомобиля ВА3-21109, вид спереди с внешней стороны (фото 1), вид изнутри со стороны декоративной обшивки (фото 2), и вид разборной двери со снятой обшивкой (фото 3), со следами от двух пуль. Верхняя пуля прошла через технологическое отверстие в двери (фото 3) и застряла в броне (фото 4). На внутренней стороне двери осталась вмятина на обшивке (фото 5). Нижняя пуля пробила дверь (фото 3, 6) и уперлась в броню, оставив на ней вмятину (фото 7, с изображением удаленной пули). На фото 8 видно, что на пластике обшивки, с внутренней стороны двери появилась трещина. Как видно на фото 2, следов от пуль -выходных отверстий с внутренней стороны двери нет, ни одна из них дверь не пробила.
На фото 9-13 показаны результаты обстрела двери из карабина, где на фото 9 показана обстрелянная дверь, вид снаружи, на фото 10 - вид двери со стороны обшивки. На фото 11 показан вид двери со стороны внутренней металлической панели при снятой обшивке, на фото 12 - то же, увеличено, на фото 13 - броня со следами обстрела. Как видно на фото 13, при стрельбе из карабина на броне появились вмятины, но внутренняя обшивка осталась целой.
Аналогичные испытания были проведены для кресла автомобиля: спинки кресла, подголовника. На фото 14, 15 показаны входные отверстия от пуль ПММ в броне подголовника и спинки соответственно. На фото 16 и 17 показаны следы от пуль с обратной стороны брони подголовника и спинки соответственно. Как видно, выходных отверстий в броне кресла нет.
При обстреле кресла из карабина на фото 18 показано входное отверстие от пули в спинке, на фото 19 показана обратная сторона спинки кресла, без выходного отверстия пули. Аналогично на фото 20 и 21 соответственно показаны входное отверстие от пули в подголовнике и обратная сторона подголовника, без следов пули.
Таким образом, использование указанного многослойного материала для изготовления бронепанелей, устанавливаемых и закрепляемых в полостях кузова транспортного средства под декоративной обшивкой: на внутренних металлических панелях дверей, на частях кресла непосредственно при их изготовлении или при доработке в мастерской позволяет обеспечить бронезащиту транспортного средства без доработки самой конструкции транспортного средства. Степень защиты повышается при фрагментарной установке панелей и коробов защиты из указанного материала на задней стенке корпуса, на передней стенке корпуса, отделяющей ее от двигателя, на полу корпуса, креслах водителя и пассажиров, а также монтируемых у бензобака, в моторном отсеке, за фарами, за крыльями, в зоне колесных арок, радиатора и других элементов и узлов конструкции транспортного средства при необходимости.
Как показали результаты испытаний, при установке бронезащиты в полостях всех дверей автомобиля ВА3-2109, моторного отсека, за облицовкой багажника, на полу под ковриками, на спинках и подголовниках кресел с указанными средствами ее закрепления на металлические внутренние панели корпусных элементов вес автомобиля увеличился на средний вес человека 80 кг. Для справки вес многослойной панели из Vehicle Armor Plate размером 6,5X1000X2000 мм составляет 12,6 кг против веса плиты из бронированной легированной стали размера 2,3X1000X2000 той же степени защиты в 40 кг (https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A1%D1%82%D0%B0%D0%BB%D1%8C).
Максимально возможная скорость движения автомобиля, дополненного броневыми панелями, не изменилась. Положительный результат пулестойкости конструкции обусловлен высокой ударной вязкостью многослойного материала высокой плотности с большой силой сцепления отдельных его слоев, обеспечивающих большую силу сопротивления разрушению и амортизирующих удар от слоя к слою.
Проведенные испытания позволили установить, что предложенное изобретение соответствует требованиям Стандарта США NIJ (Национального Института Юстиции) 0101.03. Другие материалы не позволяют решать поставленную задачу скрытого бронирования с обеспечением требуемого класса защиты.
Варьированием количества слоев указанного материала, плотностью материала слоев, толщиной слоев и толщиной бронелиста можно обеспечить хорошую пулезащиту людей и грузов транспортного средства.