КОМПОЗИЦИОННАЯ БРОНЕВАЯ ПРЕГРАДА

Полезная модель относится к комбинированным броневым конструкциям, в частности к устройствам защиты от воздействия бронебойных пуль стрелкового оружия, и может быть использована при бронировании объектов различного назначения.
В настоящее время актуальной задачей является создание защитных устройств от пулевого воздействия с минимально возможными габаритно-массовыми характеристиками. Как правило, броневые преграды представляют собой двух- или многослойную композиционную структуру.
Известна композитная броня, содержащая смещенные относительно друг друга по глубине бронированные плиты, расположенные между ними ряд бронированных слоев, наклоненный каждый под значительным углом к плоскости тыльной плиты, а между бронированными слоями металлических плит образованы воздушные промежутки или резиновые прокладки (Заявка Великобритании № 2191275, МПК F41H 5/04).
Недостатком указанной композитной брони является то, что она предназначена, в основном, для защиты от скользящих поражающих элементов и не обеспечивает высокой эффективности защиты при прямом попадании поражающего элемента.
Известно также техническое решение броневой преграды, содержащей чередующийся ряд гофр с экранирующим элементом у их оснований (Патент США № 3636895, МПК F41H 5/04).
Недостатком указанной броневой преграды является то, что она не обеспечивает необходимую эффективность защиты от поражающих элементов при попадании в ослабленную зону между гофрами, что обусловлено возникновением в этой зоне эффекта принудительной фокусировки продуктов разрушения поражающего элемента и разрушение преграды.
Наиболее близким техническим решением, которое может быть принято в качестве прототипа, является композиционная броневая преграда (Патент RU N 140126, МПК F41H 5/04, опубликован 27.04.2014 г.), содержащая чередующийся ряд бронированных слоев, с расположенным на подложке отклоняюще-дробящим экраном, выполненным из набора отдельных бронеэлементов, установленных в направлении, пересекающем первые бронеполосы, т.е. X-образном положении с центральным углом ϕ=60-90°, жестко связанные между собой и отнесенные одна от другой по глубине на расстояние, соизмеримое с двумя длинами пуль стрелкового оружия, с внутренней стороны подложка защищена слоями арамидной ткани, а с лицевой стороны дробяще-отклоняющий слой защищен подложкой, демпфирующим слоем и слоем керамических элементов, выполненных в виде полусферических элементов, скрепленных с наружной облицовкой, подложкой и между собой в слое, а также в местах примыкания их торцов друг к другу с помощью герметика.
Основным недостатком композиционной броневой преграды является то, что попадание подкалиберной пули встык между элементами из керамики приводит к интенсивному разрушению их торцевых поверхностей в зоне удара. Это разрушение также усиливается за счет влияния краевых эффектов. В конечном результате, в стыке между керамическими элементами увеличивается зазор, и пуля пробивает слои бронированной преграды насквозь.
Задачей предлагаемой полезной модели является повышение пулестойкости броневой преграды для надежной защиты охраняемого объекта от воздействия пуль стрелкового оружия.
Техническим результатом полезной модели является:
- обеспечение надежной защиты различных видов объектов от воздействия поражающих элементов обычного и крупнокалиберного стрелкового оружия;
- обеспечение широкого спектра защиты по пулестойкости из простейших, широко распространенных и недорогих материалов отечественного производства;
- создание технологической штампованно-сварной конструкции броневой преграды, легко трансформируемой в пакеты с промежуточными преградами;
- обеспечение высокой ремонтопригодности броневой преграды;
- повышение эксплуатационных характеристик броневой преграды в целом.
Общими существенными признаками известного устройства и заявляемого технического решения является наличие броневой преграды, содержащей ряд чередующихся бронированных слоев, один из которых выполнен из керамических элементов.
Сущность полезной модели заключается в том, что композиционная броневая преграда, содержащая чередующийся ряд бронированных слоев, с расположенным на подложке отклоняюще-дробящим экраном, выполненным из набора отдельных бронеэлементов, установленных в направлении, пересекающем первые бронеполосы, т.е. X-образном положении с центральным углом ϕ=60-90°, жестко связанные между собой и отнесенные одна от другой по глубине на расстояние, соизмеримое с двумя длинами пуль стрелкового оружия, опирающихся на подложку, с внутренней стороны подложка защищена слоями арамидной ткани, а с лицевой стороны дробяще-отклоняющий слой защищен подложкой, энергопоглощающим слоем, а слой керамических элементов, выполнен за единое целое в виде керамических равносторонних пирамид на квадратном основании, соединенных в единую панель, при этом наружная облицовка выполнена из высокопрочной стали с четырехугольными отверстиями, в которых располагаются керамические элементы.
Дестабилизирующий эффект полета пули (сердечника) на керамическом слое достигается за счет наличия на лицевом слое керамических элементов, выполненных в виде равносторонних пирамид на квадратном основании, при соприкосновении пули (сердечника) с гранями поверхностей равносторонних пирамид керамических элементов образуется первоначальный угол рикошета, а наличие наружной облицовки, выполненной из высокопрочной стали с четырехугольными отверстиями, обеспечивает плотность прилегания боковых граней квадратного основания керамических элементов и исключает интенсивное разрушение их торцевых поверхностей в зоне удара.
Общий вид предлагаемой полезной модели представлен в соответствии с фиг. 1, на фиг. 2 представлен общий вид наружной облицовки, на фиг. 3 представлен керамический элемент.
Композиционная броневая преграда в соответствии с фиг. 1 состоит из дробяще-отклоняющего слоя 1, состоящего из ряда бронеполос 2, соединенных жестко между собой в X-образном исполнении с центральным углом ϕ=60-90° и отнесенных одна от другой по глубине на расстояние, соизмеримое с двумя длинами пуль стрелкового оружия, дробяще-отклоняющий слой 1 жестко связан с подложкой 3, выполненной, например, из стали 2П(98) толщиной 4 мм, с внутренней стороны подложка 3 защищена слоями арамидной ткани 4, а с лицевой стороны дробяще-отклоняющий слой 1 защищен подложкой 5, выполненной из стали 2П(98) толщиной 2 мм, поверх которой закреплена энергопоглощающая пластина 6, выполненная, например, из алюминиевого сплава АМГ6-М толщиной 8 мм, на поверхности которой размещены керамические элементы 7, выполненные в виде равносторонних пирамид на квадратном основании, изготовленные, например, из оксида алюминия, установленные боковыми торцами друг к другу с зазором между собой, составляющим меньше 0,03 диаметра пули, соединенных в единую панель. При этом наружная облицовка 8 выполнена из высокопрочной стали, например из стали 2П(98) толщиной 2 мм, с квадратными отверстиями, в которых располагаются керамические элементы 7, опирающиеся на энергопоглощающую пластину 6 и связанные между собой в слое, а также в местах примыкания их торцов друг к другу с помощью высокоэластичного связующего типа полиуретана или герметика.
Керамические элементы 7 представляют собой выполненное за одно целое квадратное основание, на котором расположена равносторонняя пирамида. Квадратное основание расположено между наружной облицовкой 8 и энергопоглощающей пластиной 6, а квадратная форма основания обеспечивает отсутствие зазоров между элементами 7 в слое и не позволяет керамическим элементам 7 выпадать через отверстия в наружной облицовке 8. Равносторонняя пирамидальная часть установлена в предварительно вырезанные отверстия в листе наружной облицовки 8, при этом установка в отверстия осуществляется с натягом для исключения возможности перемещения элементов 7. Высота пирамидальной части керамических элементов 7 выбирается таким образом, чтобы пирамидальная часть выступала за пределы наружной облицовки 8, т.е. высота пирамиды не должна быть меньше толщины наружной облицовки 8. Выступающие боковые поверхности пирамиды обеспечивают изменение траектории движения пули (сердечника) при соударении, в результате чего рассеивается часть кинетической энергии пули (сердечника), тем самым уменьшая его силу воздействия.
Толщина и сторона основания керамического элемента должны быть не менее 7 мм и 30 мм соответственно, т.к. при их меньших значениях керамический элемент 7 будет иметь низкие удерживающие характеристики. Высота пирамиды должна соответствовать 3-6 толщины керамического элемента 7.
Дестабилизирующий эффект траектории пули на отклоняюще-дробящем экране 1 достигается за счет образования первоначального угла рикошета при соприкосновении пули (сердечника) с лицевой поверхностью керамического слоя 7, а в случае его прохождения с наклонной поверхностью бронеполос 2 центральный угол наклона бронеполос составляет ϕ=60-90°.
Условия фрагментации сердечника создаются первоначально в области контакта пули с наружной броневой преградой 8, где преобладают зоны с одномерным сжатием, а затем, при наклонном проникновении в последующий слой керамических элементов 7, в области с большими сдвиговыми напряжениями. Фрагментация пули происходит за счет образования максимальных касательных напряжений при ударе пули (сердечника) под углом. При этом разрушение носит разрывной характер за счет преобладающего влияния растягивающих напряжений. В зависимости от задач, которые может выполнять броневая преграда, она может компоноваться в пакет жестко связанных между собой винтовым (болтовым) соединением однотипных броневых преград, отнесенных одна к другой по глубине на заданное расстояние.
Действие броневой преграды заключается в следующем: пуля дестабилизируется при контакте с лицевой поверхностью керамического элемента 7, скользит по боковой поверхности равносторонней пирамиды керамического элемента 7, внедряется в наружную облицовку 8 (фиг. 1), пробивает ее и вступает в контакт с плоской фронтальной поверхностью одного из нескольких керамических элементов 7, смещая конкретный керамический элемент 7 настолько, насколько позволяет слой полимерного клея и прочность керамического элемента 7. Происходит дестабилизация траектории пули, стальной сердечник бронебойной пули начинает разрушать керамический элемент 7 и одновременно разрушается сам. Сломанный сердечник продолжает разрушение керамических элементов 7 за счет своей кинетической энергии. Происходит дальнейшая дестабилизация пули (сердечника) при проникновении в керамический элемент 7. Разрушению всего блока препятствует податливость слоя керамических элементов 7, как в направлении действия пули, так и в перпендикулярном направлении, за счет перемещения соседних керамических элементов 7 в слое полимерного клея (герметика).
Толщина листа наружной облицовки 8 менее 1,0 мм недостаточна для удержания осколков пули и керамики при воздействии пули крупного калибра, а более 3 мм - приводит к неоправданному утяжелению конструкции и увеличению материалоемкости.
При встрече с керамическим элементом 7 пуля (сердечник) начинает разрушаться и отклоняться от первоначальной траектории полета. При этом большая часть ее энергии расходуется на приведение в колебательное движение соседних керамических элементов 7, что в принципе напоминает «бильярдный эффект». Керамический элемент 7 разрушается, гасит энергию ударной и звуковой волны, что предотвращает разрушение соседних керамических элементов 7. В результате этого «ослабленная», полуразрушенная пуля (сердечник) и образовавшиеся при этом осколки дестабилизируются на боковых поверхностях керамических элементов 7.
При возможном проникновении поражающего элемента через керамические элементы 7 и демпфирующий слой 6, подложку 5 происходит дальнейшее разрушение сердечника поражающего элемента и его фрагментация на отдельные мелкие осколки, задерживающиеся внутри броневой преграды с дальнейшей дестабилизацией траектории поражающего элемента на дробяще-отклоняющем слое 1.
Ослабленная в процессе увязания в слоях броневой преграды пуля (сердечник) легко улавливается подложкой 3. Защитный эффект здесь достигается не за счет упрочнения брони, а в результате рассеивания энергии бронебойной пули (сердечника) в плоскости наружной облицовки 8, отклонения его от первоначальной траектории движения поверхностями керамических элементов 7 с уменьшением энергетики пули (сердечника) с последующим поглощением энергии пули энергопоглощающей пластиной 6, окончательной дестабилизацией траектории пули дробяще-отклоняющим слоем 1 и гарантированным непробитием подложки 3, с удержанием возможных вторичных осколков слоями арамидной ткани 4.
Броневые подложки 3, 5 могут выполняться как однослойными, так и многослойными (дополнительное размещение слоя АМГ6-М 6, стали 2П(98) 7), что позволяет более эффективно варьировать жесткостью и нерегулярностью поведения подложки и более эффективно затормаживать разрушенную пулю и вторичные осколки за счет расслоения при ударе и последующей деформации каждого отдельного слоя с максимальной реализацией их прочностных свойств в целом.
Такое техническое решение позволяет при попадании пули (сердечника) в броневую преграду в зону отклоняюще-дробящего экрана 1 осуществлять ее окончательную дестабилизацию, разрушение и удержание. Подложка 3 получает незначительные повреждения без сквозного пробития. Стойкость к воздействию подкалиберных пуль стрелкового оружия, при попадании пули во фронтальную плоскость, достигается за счет того, что происходит дестабилизация пули при ее контакте с поверхностями элементов из керамики 7. Пуля отклоняется от первоначального направления движения, начинает разворачиваться, процесс ее разрушения усиливается. Подложки 3 броневой преграды достигает незначительная часть пули (0,2-0,3 от ее начальной длины). Далее пуля теряет свою устойчивость и разворачивается. При взаимодействии с подложкой 3 происходит ее интенсивное торможение. Конструкция броневой преграды выполнена таким образом, что стыки между соседними бронеэлементами не являются слабым звеном, а поверхности равносторонней пирамиды керамического элемента 7 или нескольких керамических элементов 7 являются гарантией дестабилизации траектории пули и становятся полезными, с точки зрения реализации процессов дестабилизации движения пули (сердечника), разворота и усиления ее разрушения при внедрении в защитные слои. Угол наклона бронеполос, соединенных жестко между собой в X-образном исполнении с центральным углом ϕ=60-90°, выбран из условия реализации рикошета подкалиберной пули.
Таким образом, заявляемое техническое решение обеспечивает надежную защиту охраняемого объекта от воздействия подкалиберных пуль стрелкового оружия за счет комплексного сочетания слоев керамической защиты, подложек, энергопоглощающих пластин, арамидной ткани и дробящее-отклоняющего слоя.
В предлагаемой полезной модели фиксация керамических элементов в броневом слое происходит связующим и лицевым слоем, имеющим отверстия, в которые устанавливаются керамические элементы, выполненные в виде равносторонних пирамид на квадратном основании, выполненных за единое целое. В случае повреждения брони необходимо будет снять наружную облицовку керамической брони и заменить только поврежденные керамические элементы. Такую замену можно будет проводить даже в полевых условиях, имея в наличии целые керамические элементы соответствующего размера.
На тыльной стороне конструкции может находиться опорный слой из арамидного материала типа кевлар, который поглощает вторичные осколки.
Блокирующие свойства броневой преграды обеспечиваются организацией косого удара, при встрече поражающего элемента с внешней поверхностью керамических элементов, последующими разрушениями и дальнейшей дестабилизацией пули (сердечника) в отклоняюще-дробящем слое, броневой плите и энергопоглощающих преградах с полным гашением их скорости в слоях преграды.
В случае повреждения брони замене будет подлежать не весь ее фрагмент, а только те элементы, которые получили повреждение. Для этого необходимо будет снять наружную облицовку 8 фрагмента брони, заменить поврежденные керамические элементы 7 на цельные и установить наружную облицовку 8 обратно на место, при этом, в зависимости от степени повреждения, сама наружная облицовка 8 может замене не подвергаться. Таким образом, ремонт предлагаемой конструкции брони упрощается, проводится с минимальной материалозатратностью в короткий срок и ремонт возможно осуществить даже в полевых условиях.
Данное конструктивное решение и оптимальные характеристики керамики получены на основании большого числа экспериментов. В предложенной броневой преграде повышается эффективность работы керамического материала, который дестабилизирует пулю и поглощает энергию сердечника пули за счет сочетания свойств, характерных только для реакционно-связанных материалов (высокая микротвердость, практически нулевая пористость, внутренние микронапряжения), а окончательная дестабилизация и задержание пули (сердечника) происходит в отклоняюще-дробящем слое.
Техническим результатом предлагаемого решения является повышение пулестойкости броневой преграды к воздействию подкалиберных пуль стрелковых систем путем изменения траектории движения пули (сердечника), за счет многократной дестабилизации пули (сердечника) и поглощения ее энергии, за счет предложенной композиции защитных слоев.
Технический результат, полученный при использовании полезной модели, выражается в обеспечении защиты объекта от попадания нескольких бронебойных пуль Б-32 калибра 7,62 мм СВД, летящих со скоростями до 840 м/с, при расстоянии между попаданиями в объекте не менее 5 калибров, что соответствует 6а классу ГОСТ Р 50744-95, ГОСТ Р 50963-96.
Таким образом, предложенная композиционная броневая преграда позволяет обеспечить высокие защитные свойства объектов от бронебойных пуль стрелкового оружия, в том числе крупнокалиберных, за счет повышения стойкости, живучести и ремонтопригодности многослойных броневых преград с керамическими материалами.