Наклонный броневой лист

 

Полезная модель относится к области вооружений, конкретно к броневым конструкциям подвижных и стационарных объектов, главным образом танков и вспомогательных бронированных машин. Наклонный броневой лист имеет наружную поверхность, выполненную ступенчатой за счет параллельных, горизонтально ориентированных выемок определенного профиля, в поперечном сечении ступеней. Профиль имеет прогрессивный угол наклона к горизонтальной плоскости в направлении тыльной поверхности листа, без поднутрения. Выемки выполнены с профилем стенки в форме плавной кривой, с разнесенными смежными кромками. Предусмотрены дополнительные признаки устройства. В частности, выемки могут быть выполнены с профилем стенки на всем своем протяжении от нижней до верхней ее стенки по параболе, экспоненте или показательной функции. Использование изобретения позволяет повысить тактико-технические и технологические характеристики подвижных и стационарных бронированных объектов за счет дальнейшего повышения снарядостойкости наклонной листовой брони с одновременным сохранением существующих эргономических нормативных параметров заброневого пространства, повышения ее технологичности и расширения возможностей комбинаторики и конструирования на ее основе двух- и многослойных композитных бронеконструкций, с размещением в указанных выемках вставышей или наполнителя из неметаллических материалов. 6 з.п. ф-лы, 5 ил.

Заявляемая полезная модель относится к области вооружений, конкретно к броневым конструкциям подвижных и стационарных объектов, главным образом танков и вспомогательных бронированных машин.

Техническое предложение распространяется, прежде всего, на броневые конструкции несущего типа. В частности, на несущие силовые корпуса танков. При этом несущая конструкция, как правило, дополняется другими элементами бронезащиты (вне силовой основы). Наибольший интерес в этом плане представляет лобовая броня современного основного танка, представляющая собой сварную несущую конструкцию из верхнего и нижнего наклонных броневых листов, частично ограничивающих заброневое пространство, причем наружная и тыльная (со стороны заброневого пространства) поверхности каждого листа выполнены ровными, с одним и тем же углом наклона от горизонтали [А.Д. Элизов, И.М. Герасимов, В.С. Старовойтов. Компоновка танков: Учеб. пособие. - СПб.: Изд-во Политехи, унта. - С. 24, 36, рис. 6а, 11].

Известно, что наклонные броневые листы существенно повышают снарядостойкость брони. Это связано с повышенной способностью броневого листа к рикошету с увеличением угла наклона его нормали к траектории полета снаряда, а также с увеличением горизонтальной составляющей толщины броневого листа в вертикальной проекции упомянутой траектории.

Недостатками конструкции с наклонными броневыми листами являются уменьшение заброневого пространства объекта, либо нерациональное увеличение объема корпуса для сохранения существующих эргономических нормативных параметров заброневого пространства.

Известна броня танка, выбранная за прототип. [RU патент 2439469].

Наружная поверхность броневого листа выполнена ступенчатой за счет параллельных, горизонтально ориентированных выемок определенного профиля без поднутрения (то есть отклонение стенки ступени у ее верхней кромки от нормали к тыльной поверхности листа равно нулю или превышает нулевое), причем выемки выполнены с двумя прямолинейными участками, образующими ступени, при этом угол наклона ступеней, образующих наружную поверхность листа, составляет 18-22° от горизонтали и меньше угла наклона тыльной поверхности листа, отклонение стенки ступеней от вертикали составляет 0-45° в сторону от поверхностей ступени, а смежные кромки выемок объединены Улучшая снарядостойкость брони (при сохранении объема заброневого пространства), устройство-прототип, тем не менее, во-первых, оставляет резервы дальнейшего продвижения в направлении этой цели, поскольку сам факт «двухступенчатости» профиля выемки, ломаный характер ее стенки вызывает сомнения в оптимальности профиля под углом зрения рикошета, особенно при относительно малом калибре снаряда. Если плоский характер первого участка поверхности выемки вполне приемлем в условиях заданных и возможных вообще углов ее наклона (18-22°), то плоскостность второго участка - «стенки ступени», а по-сути, второй четко выраженной ступени выемки, обусловливает оговоренные выше проблемы с рикошетом. Во-вторых, такая форма выемки нетехнологична: прежде всего, своей несимметричностью. В-третьих, опять же в силу своей асимметрии, такая выемка сужает возможности актуального в наше время конструирования комбинированных бронеконструкций: при послойной укладке чередование листов-слоев и, например, керамических вкладышей-наполнителей, также приветствуется симметрия таких вот полостей-выемок, в противном случае сами вставыши, в стремлении к беззазорности композиции, станут нетехнологичными, причем последнее явление еще болезненнее технологичности самого листа. В-четвертых, совмещение смежных кромок выемок (верхней кромки очередной выемки с нижней кромкой последующей вышестоящей выемкой) делает наружную рельефную поверхность листа с острой периферией, что нежелательно с позиций обеспечения механической прочности, технологичности и эргономичности.

Броневой лист (прототип) еще недостаточно совершенен и оставляет резервы повышения тактико-технических и технологических характеристик бронированных объектов за счет дальнейшего совершенствования наклонного броневого листа.

Задачей полезной модели является дальнейшее повышение снарядо-стойкости наклонной листовой брони с одновременным сохранением существующих эргономических нормативных параметров заброневого пространства, повышение ее технологичности и расширение возможностей комбинаторики и конструирования на ее основе двух- и многослойных композитных бронеконструкций, с размещением в указанных выемках вставышей или наполнителя из неметаллических материалов. А в итоге - повышение тактико-технических, технологических и эргономических характеристик бронированных объектов (в том числе их живучесть).

Поставленная цель достигается тем, что в заявляемом наклонном броневом листе, наружная поверхность которого выполнена ступенчатой за счет параллельных, горизонтально ориентированных выемок определенного профиля, в поперечном сечении ступеней, с прогрессивным углом наклона к горизонтальной плоскости в направлении тыльной поверхности листа и без поднутрения, выемки выполнены с профилем стенки в форме плавной кривой.

Технический результат достигается также за счет дополнительных конструктивных признаков (при сформулированной выше основной совокупности признаков):

- выемки могут быть выполнены с профилем стенки по радиусу, сегментным на всем своем протяжении (это в наибольшей степени содействует реализации сразу двух целевых составляющих - повышению технологичности изготовления броневого листа и встраиванию круглопрофильных элементов между такими листами при изготовлении комбинированных, составных, композитных бронеконструкций, поскольку будет обеспечен плотный контакт «вставыш-выборка листа» по всей длине стенки выборки);

- выемки могут быть выполнены с профилем стенки по радиусу, сегментным на участке от верхней ее кромки, с переходом в касательную прямую до достижения нижней точки окружности упомянутого радиуса, или заменяющую ее плавную кривую с увеличением радиуса кривизны вплоть до нижней кромки (это позволяет, сохраняя специфические преимущества первого варианта устройства, сохранить постоянную прогрессивность угла наклона профиля выемки к горизонтальной плоскости на всем его протяжении от нижней до верхней кромки);

- выемки могут быть выполнены с профилем стенки на всем своем протяжении от нижней до верхней ее стенки по прогрессивной степенной функции: y=kxa, где y - функция (координата); k - масштабный множитель; x - аргумент (координата); a - показатель степени, больший 1 (a>0); начало координат находится на нижней кромке выборки, а оси абсцисс 0X и ординат 0Y направлены, соответственно, вертикально вверх и горизонтально от наружной поверхности броневого листа к тыльной его поверхности (это также расширяет возможности оптимизации с выбором конкретных числовых значений величин, входящих в эти прикладные математические зависимости, в конкретных условиях эксплуатации);

- выемки могут быть выполнены с профилем стенки на всем своем протяжении от нижней до верхней ее кромки по прогрессивной показательной функции: y=a x-1, где y - функция (координата); a - показатель степени, больший 1; x - аргумент (координата); начало координат находится на нижней кромке выборки, а оси абсцисс 0X и ординат 0Y направлены, соответственно, вертикально вверх и горизонтально от наружной поверхности броневого листа к тыльной его поверхности (это также расширяет возможности оптимизации с выбором конкретных числовых значений величин, входящих в эти прикладные математические зависимости, в конкретных условиях эксплуатации);

- при предыдущей совокупности существенных признаков, выемки могут быть выполнены с профилем стенки по прогрессивной экспоненте: y=ez-0,1, или, в ином принятом виде: y=expz-1, где z - рациональный показатель степени, больший 1 (z>0) (это еще больше расширяет возможности оптимизации с выбором конкретных числовых значений величин, входящих в эти прикладные математические зависимости);

- смежные кромки выемок могут быть удалены друг от друга (это упрочняет внешнюю периферию броневого листа, подобно зубьям зубчатых колес, что важно не только при механическом воздействии на броню извне, но и в процессе ее изготовления, и что наиболее актуально в отношении лобовых листов корпуса танков и др. бронированных военных машин; в большей степени соответствует эргономике).

На фиг. 1 изображен броневой лист по первому варианту конструктивного выполнения (с простейшей криволинейной формой выборок), в поперечном его сечении, где - угол наклона листа (тыльной его поверхности); - угол отклонения стенки выемки (ступени) у ее верхней кромки от нормали к тыльной поверхности листа; - угол отклонения стенки выемки (ступени) у ее нижней кромки от нормали к тыльной поверхности листа; R1 - радиус кругового сегмента, вписанного в профиль выемки (образующего этот профиль); H1 - максимальная глубина выемки (она же - высота указанного сегмента); m - расстояние между смежными кромками выемок;

на фиг. 2 изображен фрагмент поперечного сечения броневого листа по второму варианту конструктивного выполнения (с простейшей криволинейной формой выборок и скошенным начальным участком), где R2 - радиус кругового сегмента, вписанного в конечный участок профиля выемки (образующего профиль только этого участка); H2 - максимальная глубина выемки;

на фиг. 3 изображен фрагмент поперечного сечения броневого листа по третьему варианту конструктивного выполнения (с прогрессивной криволинейной формой выборок, отвечающей, например, показательной, в частности экспоненциальной, или степенной функциям), где H3 - текущая глубина выемки; X0Y - прямоугольная (Декартова) система координат с осями 0X абсцисс (координаты x) и 0Y ординат (координаты y);

на фиг. 4 - внешний вид на наклонный листа спереди;

на фиг. 5 показан пример использования листов, по второму конструктивному варианту их выполнения, в качестве слоев комбинированной (композитной) бронеконструкций;

на фиг. 6 изображена схема выбора систем координат X0Y для выемок в броневых листах при различной ориентации последних, на примере носовой части корпуса танка.

Наклонный броневой лист (фиг. 1-4) имеет наружную 1 и тыльную 2 поверхности, наклоненные, в составе броневой конструкции, под углом а к горизонту. Поверхность 2 - гладкая, а поверхность 1 - сложной формы с описанным далее макрорельефом, в связи с чем можно говорить о ее условной параллельности с поверхностью 2, имея ввиду касательную к ней наклонную плоскость (см. фиг. 1).

Поверхность 1 броневого листа выполнена ступенчатой за счет параллельных, горизонтально ориентированных выемок 3 (см. фиг. 4). Их высота, как правило, соизмерима с калибром основного применяемого противником боеприпаса (для современного противотанкового снаряда - 120 мм) или несколько превышает этот калибр.

Выемки 3 выполнены с криволинейными (то есть без изломов) стенками.

Характер указанной кривой предполагает четыре варианта, последовательно охарактеризованных далее по тексту.

Вариант первый.

Выемки 3 по первому варианту конструкции выполнены (см. фиг. 1) по радиусу R1 - сегментными, с разнесенными на величину m смежными кромками. Глубина выемки 3 (она же - высота упомянутого формообразующего сегмента) H 1 меньше величины R1.

настолько, чтобы соблюсти условие отсутствия поднутрения профиля стенки выемки 3. Иными словами, отклонение стенки ступени-выемки 3 у ее кромки (как верхней, так и нижней) от нормали 4 к тыльной поверхности 2 равно нулю или превышает нулевое:

Величина m, характеризующая разнесение смежных выемок 3, значительно меньше внешнего радиуса выемки 3 (определяется прежде всего радиусом R1):

Варьируя в интервале углов наклона листа, при соблюдении условий (1), (2) и (3), возможно получение приемлемых размеров выемок - радиуса R 1 и высоты H1. Так как величина доминирует.

Вариант второй (см. фиг. 2).

Выемки 3 по второму варианту конструкции выполнены (см. фиг. 2) частью аналогично предыдущему, а именно по радиусу R2, также сегментными и с разнесенными на величину m смежными кромками. Глубина выемки 3 (она же - высота упомянутого формообразующего сегмента) H2 тоже меньше величины R2:

Принципиальное отличие от первого варианта состоит в том, что такой характер геометрии стенки выборки 3 имеет место только на участке от верхней кромки (самая правая точка выемки 3) до нижней по уровню (см. фиг. 2) точки окружности радиуса R2 до. А на предыдущем участке (левом на фиг. 2) выполнен скос как дополнительная выборка материала брони, с образованием наклонной (естественно, с наклоном меньше ), прямой или кривой большего и непостоянного радиуса кривизны, чем R2. Таким образом, профиль состоит из двух участков - начального (нижнего) пологого (собственно скоса) 5 и второго - 6 с монотонно возрастающей по радиусу R2 «крутизной». При этом никакого излома кривой нет: участки 5 и 6 стыкуются по касательной к окружности сегмента. Угол наклона первого участка к горизонту может подчиняться рекомендациям для первого участка в устройстве-прототипе - 18-22° при характерном для лобовой танковой брони угле =30-32°.

Вариант третий (более рациональный с позиций снарядостойкости в сравнении с первыми двумя вариантами) - см. фиг. 3.

Отличие выемок 3 по третьему варианту конструкции касается только характера профиля ее стенки - он отвечает известной в математике степенной функции (полупараболе), со свойственной ей прогрессивностью угла наклона брони в пределах всей выборки 3:

где y - функция (координата по оси 0Y); k - масштабный множитель (в частности, k=1); x - аргумент (координата по оси 0X); - показатель степени, больший 1 (>0); начало координат находится на нижней кромке выборки 3, а оси абсцисс 0X и ординат 0Y направлены, соответственно, вертикально вверх и горизонтально от поверхности 1 к поверхности 2 (на фиг. 3 - вправо).

Вариант четвертый (более рациональный с позиций снарядостойкости в сравнении с первыми двумя вариантами и конкурирующий по отношению к третьему) - см. фиг. 3.

Профиль выемки 3 отвечает известной в математике показательной функции, со свойственной ей строго монотонным возрастанием угла наклона брони в пределах всей выборки 3:

где k - масштабный множитель (в частности, k=1); - показатель степени, в качестве которого выбирают рациональное число, например 2 (два) или иное целое, больше 1 (>0); начало координат находится на нижней кромке выборки 3 (в связи с чем в формуле (6) предусмотрено вычитание единицы).

Подвариант чевертого варианта (см. фиг. 3).

В частном случае устройства по четвертому варианту (a=e), профиль выемки 3 отвечает известной в математике экспоненциальной функции (экспоненте), со свойственной ей прогрессивностью угла наклона брони в пределах всей выборки 3:

или, в ином принятом виде:

где z - показатель степени, в качестве которого выбирают рациональное число, большее 1 (z>0); начало координат по-прежнему находится на нижней кромке выборки 3 (в связи с чем в формулах (7) и (8) предусмотрено вычитание числа 0,1).

Варьируя в интервале углов наклона листа, возможно получение приемлемых значений местных текущих углов наклона а значит - величин n) и высоты H3. Так как величина и в этом случае доминирует.

При использовании заявляемого броневого листа (на примере листа по второму конструктивному варианту) в составе композитной брони как разновидности комбинированной конструкции, последняя может быть образована, например (см. фиг. 5), как «сэндвич»: в выемки 3 укладывают вставыши (наполнитель) в виде керамических прутков или шариков 7, имеющих такой же радиус R2, как у второго, во всяком случае криволинейного участка сегментных выемок 3, за счет чего беззазорно прилегают к сегментной поверхности этого участка выемки 3, и так же плотно накрывают снаружи «крышкой» - еще одним броневым листом (8), имеющим ответные выемки 9, идентичные выемкам 3. При этом, разумеется, в приложении к такой комбинированной бронеконструкций, говорить о поверхности 1 надлежит как не о «наружной», а о внутренней поверхности обоих листов-слоев. Поверхность 2 остается тыльной и для такой конструкции. При взаимно повернутых на 180° и жестко соединенных на периферии (не показано) первом и втором («крышки» 8) листах, прутки или шарики 7 оказываются не только «запертыми», но и надежно зафиксированы в пространстве.

Все описанные существенные конструктивные признаки заявляемого устройства даны в соответствующей системе координат (см. фиг. 3) на примере броневого листа, установленного с отклонением верхней точки в сторону заброневого пространства. Для листа с другим характером наклона, - с отклонением нижней точки в сторону заброневого пространства, - заявляемая совокупность признаков, включая прикладные математические зависимости, справедлива, естественно, в системе координат, симметричной относительно горизонтальной плоскости (ось ординат 0Y направлена не вверх, а вниз). Это характерно, например, в общим с прототипом примере лобовой танковой брони, состоящей их сопряженных верхнего и нижнего листов с симметричным характером наклона (см. фиг. 6).

Описанный пример конкретного варианта конструкции не исключает других возможных вариантов устройства в рамках заявляемой совокупности существенных конструктивных признаков (см. формулу изобретения).

Большая технологичность конструкции первых двух вариантов и особенно первого очевидна: выполнение цилиндрических, тем более симметричных и тем более на глубину меньше радиуса (см. соотношение (1)) выемок 3 однозначно проще и дешевле практически при любом способе их формирования (литье, штамповка, фрезерование). Третий и четвертый вариант (с его подвариантом) не имеют существенных технологических преимуществ и направлено в основном на оптимизацию противоснарядной стойкости броневого листа.

Заявляемое устройство работает следующим образом.

При попадании снаряда в выемку 3, последний, взаимодействуя с ее поверхностью, непрерывно и прогрессивно «наращивающую» свой угол наклона вплоть до верхней кромки, рикошетирует, неумолимо отклоняясь продольной своей осью вверх.

Единственное исключение может касаться лишь первого участка конструкции по первому варианту в определенном диапазоне геометрических соотношений (при отрицательных углах наклона переднего участка). Однако, следует учитывать и спектр эксплуатационных условий и назначение бронированного объекта. Так, при выраженной параболической траектории снаряда, при больших углах , при обстреле из вышестоящих огневых точек (городские и горные условия) этот недостаток превращается в преимущество. При попадании же непосредственно под верхнюю кромку выборки 3 (особенно при попадании снаряда по восходящей траектории, например при стрельбе из подвалов и канализационных люков в городских условиях, вероятный местный скол материала брони будет содействовать как отклонению снаряда, так и потери им кинетической энергии, а значит - пробивной способности.

В предлагаемом устройстве, особенно втором, третьем и четвертом его вариантах (с подвариантом четвертого), в любой точке поверхности выборки, где может оказаться пятно контакта «снаряд-броня», горизонтальная составляющая толщины листа «по металлу» не только остается существенно больше толщины листа по нормали 4 (за счет угла при условной горизонтальности конечного участка траектории снаряда), но и во всем своем диапазоне превышает горизонтальную составляющую толщины в прототипе (опять же благодаря геометрическим свойствам окружности в сравнении с ломаной линией). Текущим углом наклона наружной поверхности брони с самого начала взаимодействия «снаряд-броня» выступает гораздо меньший угол, который определяется наклоном касательной к кривой-функции y=f(x), чем угол наклона всего листа.

Интенсивный регулярный «поворот» снаряда (рикошет) способствует более эффективному «рассеянию» кинетики снаряда по объему листа, перераспределению ударного импульса на направление вдоль броневого листа, гасит образование продольной каверны в теле брони, «размывает» ее.

Разница в работе (эффективности противодействия снаряду) третьего и последующих вариантов заключается только количественными показателями, с широчайшим спектром возможностей оптимизации защитных свойств подбором соответствующих числовых значений величин, входящих в приведенные формулы (5)-(8).

Иллюстрация расширения возможностей при использовании листов для комбинированных бронеконструкций (см. фиг. 4) с вышеприведенным комментарием в текстовом блоке «Устройство» достаточны и без описания работы такого комбинированной конструкции, как имеющей косвенное отношение в предмету данного изобретения.

Использование наклонного броневого листа позволяет повысить тактико-технические и технологические характеристики подвижных и стационарных бронированных объектов за счет дальнейшего повышения снарядо-стойкости наклонной листовой брони с одновременным сохранением существующих эргономических нормативных параметров заброневого пространства, повышения ее технологичности, эргономичности и расширения возможностей комбинаторики и конструирования на ее основе двух- и многослойных композитных бронеконструкций, с размещением в указанных выемках вставышей или наполнителя из неметаллических материалов.

1. Наклонный броневой лист, наружная поверхность которого выполнена ступенчатой за счет параллельных, горизонтально ориентированных выемок определенного профиля, в поперечном сечении ступеней, с прогрессивным углом наклона к горизонтальной плоскости в направлении тыльной поверхности листа и без поднутрения, отличающийся тем, что выемки выполнены с профилем стенки в форме плавной кривой.

2. Наклонный броневой лист по п.1, отличающийся тем, что выемки выполнены с профилем стенки по радиусу, сегментным на всем своем протяжении.

3. Наклонный броневой лист по п.1, отличающийся тем, что выемки выполнены с профилем стенки по радиусу, сегментным на участке от верхней ее кромки, с переходом в касательную прямую до достижения нижней точки окружности упомянутого радиуса или заменяющую ее плавную кривую с увеличением радиуса кривизны вплоть до нижней кромки.

4. Наклонный броневой лист по п.1, отличающийся тем, что выемки выполнены с профилем стенки на всем своем протяжении от нижней до верхней ее стенки по прогрессивной степенной функции: y=kxa, где y - функция (координата); k - масштабный множитель; x - аргумент (координата); а - показатель степени, больший 1 (a>0); начало координат находится на нижней кромке выборки, а оси ординат 0Y и абсцисс 0Х направлены, соответственно, вертикально вверх и горизонтально от наружной поверхности броневого листа к тыльной его поверхности.

5. Наклонный броневой лист по п.1, отличающийся тем, что выемки выполнены с профилем стенки на всем своем протяжении от нижней до верхней ее кромки по прогрессивной показательной функции: y=ax-1, где y - функция (координата); a - показатель степени, больший 1; x - аргумент (координата); начало координат находится на нижней кромке выборки, а оси ординат 0Y и абсцисс 0Х и направлены, соответственно, вертикально вверх и горизонтально от наружной поверхности броневого листа к тыльной его поверхности.

6. Наклонный броневой лист по п.5, отличающийся тем, что выемки выполнены с профилем стенки по прогрессивной экспоненте: y=ez -0,1, или, в ином принятом виде: y=exp z-0,1, где z - рациональный показатель степени, больший 1 (z >0).

7. Наклонный броневой лист по пп.1-5, отличающийся тем, что смежные кромки выемок удалены друг от друга.



 

Похожие патенты:

Противоминная защита относится к бронетанковой и специальной инженерной технике и может быть использована на танках, минных тральщиках, бронированных машинах разминирования, инженерных машинах разграждения и других бронированных машинах, предназначенных для преодоления заминированной местности и заминированных путей движения техники и людей. Применение бронированного автомобиля позволит повысить защиту экипажа от воздействия фугасных и кумулятивных мин повышенного боевого могущества.

Броневая защита крыши бронированного авто, содержащая защитную бронепанель, отличающаяся тем, что части бронезащиты жестко зафиксированы при помощи сварных соединений и перекрываются бронепластинами внахлёст.

Броневая защита крыши бронированного авто, содержащая защитную бронепанель, отличающаяся тем, что части бронезащиты жестко зафиксированы при помощи сварных соединений и перекрываются бронепластинами внахлёст.

Противоминная защита относится к бронетанковой и специальной инженерной технике и может быть использована на танках, минных тральщиках, бронированных машинах разминирования, инженерных машинах разграждения и других бронированных машинах, предназначенных для преодоления заминированной местности и заминированных путей движения техники и людей. Применение бронированного автомобиля позволит повысить защиту экипажа от воздействия фугасных и кумулятивных мин повышенного боевого могущества.

Изобретение относится к бронетанковой технике, в частности к комплектации семейств бронированных гусеничных машин Сухопутных войск или бронированных гусеничных машин на танковых шасси гражданского назначения, а также их выполнению
Наверх