Слоистая бронеплита
LAYERED ARMOUR PLATE

Изобретение относится к средствам защиты транспортных и индивидуальных устройств от осколков и пуль стрелкового оружия.
В настоящее время используются три типа брони: противопульная, противопульно-противоснарядная, противоснарядная. Противопульная предназначена для защиты от пуль калибра 5,45-12,7 мм, выпущенных из любого стрелкового оружия. Для защиты от таких пуль в БТР, БМП в основном используется гомогенная (однослойная) или слоистая броня из свариваемых алюминиевых сплавов.
Наиболее твердыми и достаточно пластичными свариваемыми алюминиевыми сплавами являются термоупрочняемые сплавы системы А1-Zn-Mg, которые широко используются в военном деле. Так, например, в качестве материала для изготовления бронеплит широко используются сплавы: 7020 (Франция), 1903 (Россия), 7039 (США) и др. (В.И. Елагин, В.В. Захаров, A.M. Дриц. Структура и свойства сплавов системы Al-Zn-Mg. М.: Металлургия, 1982, с. 56).
Из уровня техники известна многослойная броня (US 4111097А (GENERAL DYNAMICS CORPORATION, US) от 05.09.1978), состоящая из следующих элементов:
- наружного слоя из вспененного пластического материала, армированного стальной ячеистой структурой по периферии слоя вспененного пластического материала, а также армированного вольфрамовой ячеистой структурой, инкапсулированной в центре слоя вспененного пластического материала;
- стальной пластины, находящейся за слоем вспененного пластичного материала напротив стальной сетки;
- алюминиевого сотообразного слоя, покрывающего стальную пластину;
- слоя из стеклоткани, закрывающей алюминиевый сотообразный слой.
Ячеистые структуры служат для нарушения целостности снаряда и разделения его на составные части, а алюминиевый слой и слой из стекловолокна служат для поглощения избыточной энергии осколков снаряда. Стальная плита препятствует проникновению осколков снаряда за пределы многослойной брони.
Недостатком данного технического решения является использование вспененных пластичных материалов. Такая броня служит только для создания персональной брони для солдат, и легкой брони для вертолетов.
Известна слоистая противопульная броня на основе алюминия, включающая лицевой, срединный и тыльный слои из алюминиевых сплавов, тонкие слои, расположенные между ними и на внешних поверхностях лицевого и тыльного слоев (патент РФ №2371660, F41H 5/04, опубл. 27.10.2009 г.). Конструкция имеет сложную компоновку, технологически трудновыполнимая. Она имеет ограниченную область работоспособности и применима только при использовании легких пуль малого калибра (5,45-7,62 мм), при использовании более мощных пуль 12,7; 14,5 мм возможно расслоение слоев или сквозное пробитие брони.
Известна слоистая плита на основе алюминия для брони, включающая лицевой и тыльный слои с промежуточными слоями из технически чистого алюминия, установленными над лицевым и под тыльным слоями (патент РФ №2071025, F41H 5/04, опубл. 27.12.1996 г.).
Недостатком конструкции является то, что основной слой выполнен сплошным и в нем под действием остаточных напряжений возникают и растут микротрещины, которые разветвляются, превращаются в соответствии с теорией Гриффитса Ирвина в глобальные трещины и при внешнем воздействии (попадании пули) ведут к разрушению сплошного слоя плиты. Кроме того, возможно отслоение внутреннего слоя или его пробитие с образованием осколков, проникающих в боевое отделение.
Техническим результатом изобретения является повышение защитных свойств бронеплиты.
2
Технический результат достигается тем, что слоистая бронеплита содержит лицевой, средний и тыльный слои из алюминиевых сплавов, при этом лицевой и тыльный слои снабжены закатанными в них вставками в виде сеток, выполненных из витой стальной проволоки с временным сопротивлением разрыву не менее 2550 Н/мм и размером ячейки не более 5 мм, при этом средний слой выполнен наборным из тонких пластин, прокатанных в разных направлениях и жестко соединенных между собой в брикет, а лицевой, средний и тыльный слои жестко соединены между собой и имеют твердость НВ 150/190/150 соответственно. Вставки могут быть выполнены из арамидного волокна саржевого переплетения на полимерном связующем.
Технический результат достигается за счет того, что предложена конструкция легкой противопульной брони, позволяющей гасить кинетическую энергию пули при толщине брони 30-50 мм. Это возможно сделать при наличии многослойной брони, первый лицевой слой которой имеет достаточно большую вязкость и при встрече с пулей может изменить траекторию ее полета, заставить ее повернуться относительно продольной оси. Лицевой слой также должен поглотить большую часть кинетической энергии пули. Средний слой должен быть достаточно прочный и окончательно остановить пулю даже путем его разрушения. Третий слой должен также быть достаточно вязким и должен не допустить проникновение осколков и частиц пули в боевое отделение. При соприкосновении с лицевым слоем пуля частично проникает в него, теряя большую часть кинетической энергии. В большинстве случаев пуля встречается с бронепреградой под углом менее 90° (угол встречи), в результате чего имеет место рикошет. Головная часть пули в процессе полета вращается относительно продольной оси пули, и это также влияет на угол встречи с препятствием. Попадая в ячейку сетки лицевого слоя, пуля меняет свою траекторию и «сваливается» с траектории полета, кувыркается, пробивная способность пули резко падает. В результате большая часть пуль не может преодолеть лицевой слой бронеплиты.
На рис. 1 представлен общий вид бронеплиты (вид сбоку).
2
2
2
Бронеплита содержит лицевой 1, средний 2 и тыльный 3 слои из алюминиевых сплавов. Средний слой 2 выполнен наборным из большого числа тонких пластин 4, прокатанных в разных направлениях и жестко соединенных между собой в брикет. В лицевом слое 1 и в тыльном слое 3 закатаны вставки 5 и 6 в виде сеток, выполненных из витой стальной проволоки с временным сопротивлением разрыву не менее 2550 Н/мм с размером ячейки не более 5 мм. Размер ячейки выбран так, чтобы пули минимального диаметра 5,45 и 5,56 мм не смогли проникнуть в отверстие сетки при угле встречи 90°. Для изготовления сетки выбрана витая стальная легированная проволока, имеющая максимально высокую прочность на разрыв, что серьезно усложняет проникновение пули сквозь сетку. В качестве проволоки может быть выбрана проволока кардная, струнная, канатная - все они имеют временное сопротивление разрыву не менее 2550 Н/мм. Лицевой 1, средний 2 и тыльный 3 слои жестко соединены между собой, причем лицевой, средний и тыльный слои имеют твердость НВ 150/190/150 соответственно. Пластина 4 имеют толщину 0, 1 мм. При толщине среднего слоя 2 15 мм он состоит из 150 пластин 4, каждая из которых имеет разное направление прокатывания. При этом при внешнем воздействии образование микротрещин в каждой пластине идет в разных направлениях и очень сложно получить сплошное пробитие такого брикета. Лицевой 1 и тыльный 3 слои должны быть достаточно мягкими и вязкими за счет термической обработки (отжига). Лицевой - чтобы максимально гасить кинетическую энергию пули, тыльный - чтобы не образовывались осколки, которые могли бы попадать в боевое отделение. Средний слой 2 должен быть максимально прочным, чтобы не позволять пуле проникать в тыльный слой 3 и иметь возможность деформировать ее, резко снижая пробивную способность. Соотношение толщин слоев лицевого 1, среднего 2 и тыльного 3 составляет примерно 1/2/1, т.е. при толщине броневого листа 30 мм соответственно 7,5 мм/15 мм/7,5 мм; при толщине 50 мм - 12,5/25/12,5 мм. Соединения слоев 1, 2, 3 между собой может быть осуществлено холодной или горячей сваркой, горячим прокатыванием, а пластин 4 в брикет - прессованием, сваркой по периметру или прокатыванием. Вставки 5 и 6 могут быть выполнены в виде пространственно-армированного волокнистого композита, например, из арамидного волокна саржевого переплетения на полимерном связующем. Арамидное волокно имеет временное сопротивление разрыву 3600 Н/мм. При этом слои 1 и 3 могут быть собраны методом контурной сварки.
Устройство работает следующим образом.
При попадании пули калибра 5,45; 5,56; 7,62 мм в лицевой слой 1 под углом встречи 90° кинетическая энергия пули значительно гасится, пуля не может преодолеть вставку 5, т.к. размер ячейки меньше диаметра пули, а чтобы увеличить ее размер, надо сдвинуть металл лицевого слоя 1, разорвать вставку 5. Если угол встречи меньше 90°, пуля изменит свою траекторию полета, зацепится за вставку, кувыркнется, произойдет рикошет. При использовании пуль большего диаметра лицевой слой 1 будет пробит с потерей пулей большей части кинетической энергии. Ее деформированный сердечник застрянет в среднем слое 2, окончательно потеряв кинетическую энергию. При этом тыльный слой 3 упруго деформируется и в боевое отделение осколки проникнуть не смогут.