Композиционная броневая преграда

Полезная модель относится к композиционным броневым защитным конструкциям, применяемым в различных областях техники, в частности при создании конструкций для защиты от ударных воздействий различных поражающих средств (например, стрелкового оружия), а также защиты механизмов и устройств различных видов объектов. Композиционная броневая преграда, содержащая чередующийся ряд бронированных слоев, с расположенным на подложке 3 отклоняюще-дробящим экраном 1, выполненным из набора отдельных бронеэлементов (бронеполос) 2, установленных в направлении, пересекающем первые бронеполосы, т.е. X - образном положении с центральным углом =6090°, жестко связанных между собой и отнесенных одна от другой по глубине на расстояние соизмеримое с двумя длинами пуль стрелкового оружия, с внутренней стороны подложка 3 защищена слоями арамидной ткани 4, а с лицевой стороны дробяще-отклоняющий слой (экран) 1 защищен подложкой 5, демпфирующим слоем 6 и слоем керамических элементов 7, выполненных виде полусферических элементов, скрепленных с наружной облицовкой 8, подложкой 5 и между собой в слое, а также в местах примыкания их торцов друг к другу с помощью герметика.

Полезная модель относится к комбинированным броневым конструкциям, и в частности к устройствам защиты различных видов объектов, например, от стрелкового оружия.

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 N 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 N 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 баллистическая броня, состоящая из множества сложных керамических элементов, имеющих цилиндрическую часть и две сферические или плоские поверхности на концах. Эти керамические элементы, изготовлены из карбида кремния, нитрида кремния, глинозема и т п., закреплены в регулярной плоскостной сотовидной структуре, изготовленной из металлической ленты, стекловолокна, кевлара или пластмассы. Промежутки между керамическими элементами заполнены синтетической пеной. На тыльной стороне конструкции находится опорный слой из синтетического материала типа кевлар, который поглощает осколки керамических элементов и осколки снаряда (патент EP 1363101, кл. F41H 5/04, опубл. 19.11.2003 г.).

Основным недостатком баллистической брони 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 плитами увеличивается зазор, и пуля пробивает слои бронированного элемента насквозь.

Задачей предполагаемой полезной модели является надежная защита охраняемого объекта от воздействия пуль стрелкового оружия.

Целью предложенной полезной модели является:

- обеспечение надежной защиты различных видов объектов от воздействия поражающих элементов обычного и крупнокалиберного стрелкового оружия;

- создание броневой преграды с широким диапазоном степени защищенности из простейших, широко распространенных и недорогих материалов отечественного производства;

- создание технологической штампованно-сварной конструкции преграды легко трансформируемой в пакеты с промежуточными преградами;

- обеспечение высокой ремонтопригодности броневой преграды;

- повышение эксплуатационных характеристик броневой преграды в целом.

Поставленная цель достигается тем, что в композиционной броневой преграде, состоящей из множества сложных керамических элементов, изготовленных из карбида кремния, нитрида кремния, глинозема и т п., закрепленных в регулярной плоскостной сотовидной структуре, изготовленной из металлической ленты, стекловолокна, кевлара или пластмассы, керамические элементы выполнены в форме полусферических элементов, образуя отклоняюще-дробящий экран с многорядным расположением примыкающих друг к другу боковыми поверхностями керамических элементов.

Промежутки между керамическими элементами заполнены полимерным клеем. На тыльной стороне конструкции находится опорный слой из синтетического материала типа кевлар, который поглощает осколки керамических элементов и осколки снаряда.

Общими существенными признаками известного устройства и заявляемого технического решения является наличие броневой преграды, содержащей ряд чередующийся бронированных слоев, один из которых выполнен в виде керамического отклоняюще-дробящего экрана.

Технический результат, полученный при использовании полезной модели, выражается в обеспечении защиты объекта от 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 100 мм, что соответствует 6а классу ГОСТ Р 50744-95, ГОСТ Р 50963-96.

Задачей предполагаемой полезной модели является надежная защита охраняемого объекта от воздействия пуль стрелкового оружия, в том числе и бронебойных.

Поставленная цель достигается тем, что композиционная броневая преграда, содержащая чередующийся ряд бронированных слоев, с расположенным на подложке отклоняюще-дробящим экраном, выполненным из набора отдельных бронеэлементов (бронеполос), установленных в направлении, пересекающем первые бронеполосы, т.е. X - образном положении с центральным углом =6090°, жестко связанных между собой и отнесенных 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 (экран) защищен подложкой, демпфирующим слоем, слой керамических элементов, выполнен в виде полусферических элементов, скрепленных с наружной облицовкой, подложкой и между собой в слое, а также в местах примыкания их боковых поверхностей друг к другу с помощью герметика.

Дестабилизирующий эффект полета пули (сердечника) на керамическом слое достигается за счет смещения положения керамических полусферических элементов при соприкосновении пули (сердечника) с наклонной поверхностью бронеэлементов и образования первоначального угла рикошета.

Условия фрагментации сердечника создаются первоначально в области контакта пули с керамической преградой, где преобладают зоны с одномерным сжатием, а затем, при наклонном проникновении в последующий слой преграды, в области с большими сдвиговыми напряжениями. Фрагментация пули происходит за счет образования максимальных касательных напряжений при ударе сердечника пули под углом. При этом разрушение носит разрывной характер за счет преобладающего влияния растягивающих напряжений.

При взаимодействии с последующей панелью броневой преграды, выполняющей роль энергопоглощающей преграды, взаимодействует не монолитный высокоскоростной сердечник поражающего элемента, а несколько фрагментов, разнесенных по площади и углу отклонения и ослабленных в значительной степени скоростью проникновения.

Блокирующие свойства броневой преграды обеспечиваются организацией косого удара при встрече поражающего элемента (пулей) с внутренней преградой, выполненной в X - образном положении бронеполос с центральным углом =6090°, жестко связанных между собой и отнесенных одна от другой по глубине на расстояние соизмеримое с двумя длинами пуль стрелкового оружия, последующие энергопоглощающие преграды задерживают отдельные фрагменты сердечника с полным гашением их скорости и удержанием в слоях преграды.

Общий вид предлагаемой полезной модели представлен в соответствии с фиг. 1, на фиг. 2 представлен керамический элемент полусферической формы и на фиг. 3 - представлена структура поверхности образованная керамическими элементами полусферической формы композиционной броневой преграды.

В соответствии с фиг. 1 броневая преграда, включает дробяще-отклоняющий слой 1, состоящий из ряда бронеполос 2, соединенных жестко между собой в X - образном исполнении с центральным углом =6090°, и отнесенных одна от другой по глубине на расстояние соизмеримое с двумя длинами пуль стрелкового оружия, дробяще-отклоняющий слой 1 жестко связан с броневым слоем (подложкой) 3, выполненным, 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 (экран) 1 защищен подложкой 5, выполненной из стали 2П(98) толщиной 2 мм, поверх которой может быть установлена энергопоглощающая пластина 6, выполненная, например, из алюминиевого сплава АМГ6-М толщиной 8 мм, на поверхности которой размещаются керамические элементы 7 полусферической формы, примыкающие друг к другу боковыми поверхностями и выполненными, например, из оксида алюминия, установленными боковыми торцами друг к другу с зазором между собой, составляющим меньше 0,03 диаметра пули, слой керамических элементов 7, скреплен с наружной облицовкой 8, выполненной, например, из стали 2П(98) толщиной 2 мм, энергопоглощающей пластиной 6 и между собой в слое, а также в местах примыкания их торцов друг к другу с помощью герметика (клея).

Дестабилизирующий эффект траектории пули на отклоняюще-дробящем экране 1 достигается за счет образования первоначального угла рикошета при соприкосновении пули (сердечника), после прохождения керамического слоя 7, с наклонной поверхностью бронепластин 2 (центральный угол =6090°).

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 сердечника пули 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 внедряется в наружную облицовку 8 (фиг. 1), пробивает ее и вступает в контакт с одним из нескольких керамических элементов 7, перемещая конкретный керамический элемент 7 настолько, насколько позволяет слой полимерного клея (герметика) и прочность керамического элемента 7. 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 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). Крупные осколки керамических элементов 7 удерживаются наружной облицовкой 8, что обеспечивает сохранение защитных свойств в непосредственной близости от точки попадания.

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 (дробиться) 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 (экране) 1.

При достижении поражающим элементом лицевой стороны дробяще-отклоняющего слоя (экрана) 1, выполненного из бронеполос, соединенных жестко между собой в X - образном исполнении с центральным углом =6090°, и отнесенных одна от другой по глубине на расстояние соизмеримое с двумя длинами пуль стрелкового оружия, происходит дальнейшая дестабилизация траектории сердечника. Дробяще-отклоняющий слой (экран) 1), жестко связан с броневым слоем (подложкой) 3, например, выполненным из стали 2П(98) толщиной 4 мм, что обеспечивает гарантированное не пробитие броневой преграды.

Ослабленная в процессе увязания в слоях броневой преграды пуля (сердечник) легко улавливается последующим броневым слоем (подложкой) 3. Защитный эффект здесь достигается не за счет упрочнения брони, а в результате рассеивания энергии бронебойного сердечника (пули) в плоскости наружной броневой преграды 8, отклонения его от первоначальной траектории движения керамическими элементами 7 с уменьшением энергетики пули (сердечника) с последующим поглощением энергии пули энергопоглощающей пластиной 6, окончательной дестабилизацией траектории пули дробяще-отклоняющим слоем (экраном) 1 и гарантированным непробитием броневого слоя (подложки) 3, с удержанием возможных вторичных осколков слоями арамидной ткани 4.

Броневые слои (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.

Ремонтопригодность броневой преграды повышается за счет того, что замена поврежденных элементов производится блоками с использованием стандартного инструмента, в том числе и замена керамических элементов 7.

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 при этом происходит дестабилизация пули при ее контакте с поверхностями элементов из керамики. 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 наоборот, становятся полезными с точки зрения реализации процессов дестабилизации движения пули (сердечника), разворота и усиления ее разрушения (фрагментации) при внедрении в защитные слои. Угол наклона бронеполос, соединенных жестко между собой в X - образном исполнении с центральным углом =6090°, выбран из условия реализации рикошета подкалиберной пули. Бронеполосы 2 отнесены одна от другой по глубине на расстояние соизмеримое с двумя длинами пуль стрелкового оружия, что гарантирует непробитие броневой преграды.

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.

На тыльной стороне конструкции может находиться опорный слой из арамидного материала типа кевлар, который поглощает вторичные.

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 (экране), броневой плите и энергопоглощающих преградах с полным гашением их скорости в слоях преграды.

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 защитных свойств 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.

Композиционная броневая преграда, содержащая чередующийся ряд бронированных слоев с расположенным на подложке отклоняюще-дробящим экраном, выполненным из набора отдельных бронеэлементов (бронеполос), установленных в направлении, пересекающем первые бронеполосы в X-образном положении с центральным углом =60...90°, жестко связанных между собой и отнесенных 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 (экран) защищен подложкой и демпфирующим слоем, отличающаяся тем, что бронированный слой из керамических элементов выполнен в виде полусферических элементов, скрепленных с наружной облицовкой, подложкой и между собой в слое, а также в местах примыкания их боковых поверхностей друг к другу с помощью герметика.