Броневая конструкция для защиты от подкалиберных пуль стрелкового оружия

 

Изобретение относится к броневым конструкциям, которые могут быть применены в индивидуальных средствах защиты и на транспорте. Предложена броневая конструкция для защиты от подкалиберных пуль стрелкового оружия, содержащая керамическую накладку, прилегающую к ней подкладку и наружный отражающий элемент, отличающийся тем, что она дополнительно содержит защитный слой, снабженный гребнями, на которые опирается подкладка, а отражающий элемент выполнен с воронкой, обращенной раструбом к керамической накладке, причем размеры отражающего элемента соизмеримы с размерами керамической накладки. При этом толщина керамической накладки выбрана в зависимости от предполагаемых геометрических размеров подкалиберной пули и ее скорости. Защитный слой может быть выполнен в виде многослойного пакета. Подкладка также может быть выполнена многослойной. Дополнительно по краям керамической накладки могут быть установлены шарниры. В свою очередь, жесткость подкладки меняется от центра к краям: наименьшая - в центре, наибольшая - в зоне шарниров. Технический результат изобретения заключается в повышении защитных свойств при обстреле подкалиберными пулями со скоростью до 1000 м/с и более, а также в снижении ударного импульса до допустимых величин. При этом толщина броневой конструкции составляет не более 15 - 20 мм при поверхностной плотности не более 40 кг/м². 2 ил.

Изобретение относится к области оружия и боеприпасов, в частности к броневым конструкциям, которые могут быть применены в индивидуальных и транспортных средствах защиты от воздействия пуль стрелковых систем.

Известна полиэлементная броня (патент РФ N 2045736 с приоритетом от 27.01.93 г. , F 41 H 5/04, опубл. БИ N 28 от 10.10.95 г.), содержащая подвижные броневые элементы. Броневые элементы в нижней части имеют выпуклую сферическую поверхность. Эта поверхность связана с неподвижной броневой плитой разрушаемым соединительным элементом. В неподвижной броневой плите выполнены сферические углубления для установки нижней части подвижных броневых элементов. Верхняя часть нижних броневых элементов образована сферической поверхностью, которая сопряжена со сферической поверхностью нижней части. В каждом подвижном броневом элементе выполнены полости, заполнение быстро сгорающим самовоспламеняющимся составом. Эти полости сообщаются с указанным составом тангенциальными каналами, выходящими на поверхность верхней части. Поверхность между подвижными броневыми элементами выполнена в виде выступающих многогранников. Дестабилизация проникающей пули обеспечивается при проникании ее в один из подвижных броневых элементов, размещенных на неподвижной броневой плите, и движения элемента асимметричной формы со смещенным центром масс совместно с пулей за счет несимметричного приложения усилия. Дополнительный дестабилизирующий момент возникает при истечении продукта разложения быстросгораемого самовоспламеняющегося состава и кумулятивной струи через выполненные в теле подвижного бронеэлемента каналы и отверстия, тангенциальные к нормали. Для повышения дестабилизации проникающей пули подвижные бронеэлементы могут выполняться многослойными.

Недостатки полиэлементной брони: 1. Возможно самопроизвольное возгорание быстросгорающего самовоспламеняющегося состава подвижных элементов брони, что может стать дополнительным источником опасности для защищаемого объекта.

2. Неудобство эксплуатации, заключающееся в постоянном контроле за состоянием разрушаемого соединительного элемента брони. В случае нарушения его целостности возможна потеря подвижных элементов брони и, как следствие, при обстреле - пробитие самой брони.

3. Конструкция не обеспечивает изменение траектории полета поражающего элемента (подкалиберной пули), имеющего высокую скорость полета (≥ 1000 м/с), в силу высокой устойчивости таких элементов. При этом отражающие элементы не сохраняют в целостности керамическую накладку. Защитные свойства полиэлементной брони существенно снижаются.

Известна также защитная конструкция (патент РФ N 2034228 с приоритетом от 30.04.95 г. , F 41 H 1/02, опубл. БИ N 12 от 30.04.95 г.), содержащая внешний и внутренний защитные пакеты. Между пакетами размещена прокладка из вспененного пластичного материала. Прокладка выполнена в виде ленты с зафиксированными складками. Складки размещены с постоянным шагом со стороны защищаемого объекта. Кроме того, прокладка помещена последовательно в две внешние оболочки. Внутренний защитный пакет состоит из прилегающего к прокладке жесткого и следующего за ним эластичного материала с более высокой, чем у прокладки, плотностью.

К недостаткам такой конструкции можно отнести: 1. В силу особенностей проникания в преграды высокоскоростных подкалиберных пуль (с удлинением, то есть с отношением длины к диаметру, большим 20) оставшаяся после пробития внешнего пакета часть пули практически не теряет своей скорости. Поэтому к внутреннему пакету пуля ( или ее часть) подходит с большей скоростью, при этом он может пробиваться, не работая как амортизатор и не снижая ударный импульс до безопасного уровня.

2. Не происходит смыкание складок (они просто пробиваются) и одновременное рассеивание ударного импульса по большей площади за счет воздуха, имеющегося между складками. При быстром нагружении воздух не успевает постепенно выходить из складок. Растяжение ударного импульса недостаточно при воздействии подкалиберных пуль.

За прототип выбран бронежилет (патент РФ N 2015489 от 12.02.92 г., F 41 H 1/00, опубл. БИ N 12 от 30.06.94 г.), содержащий лицевой слой из твердого материала (керамическая накладка). Наружная поверхность керамической накладки выполнена ячеистой. Ячейки расположены в шахматном порядке. Форма ячеек - вогнутая полусфера. В ячейках зафиксированы отражающие элементы, которые выполнены с одной стороны в виде выпуклой полусферы, а с другой - в виде конуса. Между ячейками и отражающими элементами размещен фиксирующий материал (эпоксидная смола и т.д). Радиус выпуклой полусферы накладки выполнен больше радиуса выпуклой полусферы отражающих элементов. Угол при вершине конуса составляет не менее 90 градусов. Отражающий элемент имеет диаметр 5 - 9 мм и выполняется из твердого материала, например, керамики. Толщина фиксирующего материала - несколько десятых миллиметра. При контакте пули с лицевым слоем во время удара происходит нарушение фиксирующего материала и отражающий элемент смещается. При этом пуля изменяет траекторию полета - опрокидывается или рикошетит в зависимости от угла встречи с лицевым слоем. Поражающее воздействие пули снижается.

К недостаткам такой конструкции относятся: 1. Ограниченная степень защиты при обстреле подкалиберными пулями, имеющими скорость 1000 м/с и более. При этом изменение траектории полета пули исключается при лобовом ударе в силу особенностей проникания таких пуль в преграды, а при попадании пуль между защитными элементами происходит увеличение устойчивости подкалиберных высокоскоростных пуль и, как следствие, не исключено пробитие конструкции.

2. Наличие отражающих элементов не обеспечивает целостности керамической накладки, а, в свою очередь, подкладка и фиксирующий материал уже не в состоянии обеспечить поддержание первоначальной формы накладки в случае появления в ней трещин, защитные свойства снижаются.

3. В эксплуатации возможно повреждение фиксирующего материала и потеря отражающих элементов. Это тоже может привести к снижению степени защиты не только при лобовом, но и при боковом ударе пули.

Основные задачи, которые должна решать броневая конструкция от подкалиберных пуль стрелкового оружия: 1. Иметь повышенные защитные свойства при воздействии подкалиберных пуль стрелкового оружия, имеющих скорость 1000 м/с и более при поверхностной плотности не более 40 кг/м² и толщине не более 15...20 мм.

Технический результат изобретения заключается в повышении защитных свойств при обстреле подкалиберными пулями со скоростью до 1000 м/с и более, а также в снижении ударного импульса до допустимых величин.

Сущность изобретения.

Предложена броневая конструкция для защиты от подкалиберных пуль стрелкового оружия, содержащая керамическую накладку, прилегающую к ней подкладку и наружный отражающий элемент, отличающийся тем, что она дополнительно содержит защитный слой, снабженный гребнями, на которые опирается подкладка, а отражающий элемент выполнен с воронкой, обращенной раструбом к керамической накладке, причем размеры отражающего элемента соизмеримы с размерами керамической накладки. При этом толщина керамической накладки выбрана в зависимости от предполагаемых геометрических размеров подкалиберной пули и ее скорости. Защитный слой может быть выполнен в виде многослойного пакета. Подкладка также может быть выполнена многослойной. Для повышения защитных свойств броневой конструкции дополнительно по краям керамической накладки могут быть установлены шарниры. В свою очередь жесткость подкладки может меняться от центра к краям: наименьшая - в центре, наибольшая - в зоне шарниров. Подкладка и внутренний защитный слой могут выполняться как однослойными, так и многослойными, что позволяет более эффективно варьировать жесткостью и нерегулярностью поведения подкладки и более эффективно затормаживать разрушенную пулю и осколки от разрушенной керамической накладки за счет расслоения при ударе и последующей деформации каждого отдельного слоя с большей реализацией их прочностных свойств.

Высокая стойкость броневой конструкции при обстреле подкалиберными пулями, имеющими скорость 1000 м/с и более, достигается за счет следующего. Известно, что подкалиберные пули имеют слабый останавливающий эффект в отличие от обычных пуль стрелкового оружия. Но пробивная способность у них очень высокая, особенно для металлической (стальной) брони, в виду большой концентрации энергии на единицу площади. При этом следует отметить, что при взаимодействии с броней повреждения защищаемого объекта могут быть более значительными, чем если бы этот защищаемый объект был вообще без броневой преграды и простое его пробитие в ряде случаев причинило бы меньший ущерб, чем ущерб, наносимый ударом без пробития.

Технический результат заключается в исключении пробития броневой конструкции и уменьшении до допустимых пределов величины ударного импульса. Это достигается за счет: 1) применения отражающего элемента с воронкой, обращенной раструбом к керамической накладке, позволяющего рассеивать энергию удара и передавать ее на большую поверхность керамической накладки, тем самым предотвращать локальные разрушения керамики и вовлекать в работу большую ее часть, как это происходит при воздействии на керамическую накладку (без отражающего элемента) обычных пуль стрелкового оружия; 2) введения защитного слоя, позволяющего дестабилизировать движение пули путем создания нерегулярного поведения подкладки при передаче части усилий удара в процессе движения и взаимодействия пули с броней от керамической накладки к подкладке, которая, опираясь на гребни, начинает деформироваться.

По подкладке проходят волны возмущений. Эти возмущения передаются на остаток пули. Траектория пули изменяется, резко ослабевает усилие в зоне ее контакта с броневой конструкцией. В конечном счете пуля теряет устойчивость, опрокидывается и даже расчленяется. В таком положении остаток пули достаточно легко затормаживается подкладкой. Ударный импульс растягивается во времени. Дальнейшее снижение ударного импульса происходит за счет подкладки и защитного слоя, деформирующихся совместно. Увеличение защитных свойств броневой конструкции может быть достигнуто за счет установки по краям керамической подкладки шарниров и применения подкладки с изменяющейся жесткостью: наименьшая - в центре, а наибольшая - в зоне шарниров. Это позволяет, после распределения (рассеивания) энергии удара отражающим элементом с воронкой на керамическую накладку, вовлечь в движение часть подкладки и заставить ее передавать усилия на более жесткую зону подкладки ближе к ее краям, которые, проворачиваясь на шарнирах, передают эти усилия на керамическую подкладку, которая со стороны торцев начинает испытывать дополнительные усилия сжатия, при этом улучшая свои защитные свойства за счет бокового поджатия и исключения краевых эффектов. Кроме того, это предотвращает ее преждевременное разрушение. Пуля, в свою очередь, в части, проникшей в накладку, испытывает заклинивающий эффект, создающий в материале пули напряжения, изменяющее ее форму. Защитные свойства конструкции в целом возрастают. В случае слоистого исполнения подкладок и дополнительного защитного слоя в виде внутреннего защитного пакета удается более полно реализовать их прочностные свойства при расслоении и деформации каждого слоя в отдельности.

Новый технический результат броневой конструкции выражается в повышении защитных свойств при обстреле подкалиберными пулями стрелкового оружия со скоростью 1000 и более и в снижении ударного импульса до допустимых величины, что не достигается ни в одном из известных авторам источников.

На фиг. 1 изображен общий вид броневой конструкции, на фиг. 2 показано взаимодействие подкалиберной пули с броневой конструкцией, где: 1 - керамическая накладка; 2 - подкладка; 3 - наружный отражающий элемент;
4 - дополнительный защитный слой;
5 - гребни;
6 - воронка;
7 - шарниры;
8 - подкалиберная пуля.

Броневая конструкция состоит из керамической накладки 1 из карбида бора или карбида кремния, или корунда, подкладки 2, прилегающей к керамической накладке, выполняемой в нескольких альтернативных вариантов из:
1) композита типа органопластика на основе ткани ТСВМ (Кевлар), углепластика или
2) металла (алюминия, стали), или
3) комбинации вышеперечисленных материалов (градиентная слоистая подкладка).

В краевых зонах керамической накладки 1 расположены шарниры 7. Наружный отражающий элемент 3 с воронкой 6, обращенной к керамической накладке 1, может изготавливаться из комбинации нескольких слоев. Воронка 6 может формироваться способом прессования. Ее наружная поверхность облицована упругим материалом, что смягчает ударное воздействие на керамическую накладку 1, предохраняет ее от разрушения при передаче и перераспределении силы удара на поверхность накладки 1. Дополнительный защитный слой 4 имеет гребни 5. Подкладка 2, опираясь на защитный слой 4, контактирует с гребнями 5.

Защитный слой 4 может выполняться как однослойным, так и в виде пакета из нескольких слоев по аналогии с подкладкой 2. Размеры отражающего элемента 3 в плане соизмеримы с размерами керамической накладки 1, что позволяет более равномерно передавать усилия удара на поверхность накладки 1, чем это бы происходило в случае значительно меньших его размеров. При существенном увеличении размеров отражающего элемента 3 необоснованно растут не только габариты броневой конструкции, но и ее толщина. Отношение толщины керамической накладки 1 за вычетом диаметра подкалиберной пули 8 к ее длине составляет от 1/10 до 3/10, что позволяет закладывать толщину керамической накладки в конструкции с некоторым запасом, по крайней мере на величину, равную диметру подкалиберной пули 8. Опытом установлено, что такой толщины керамической накладки 1 достаточно для разрушения и торможения пули 8, оставшаяся часть которой после этого теряет устойчивость и окончательно тормозится остальными элементами броневой конструкции - подкладкой 2 и внутренним защитным пакетом 4 с гребнями 5. При несоблюдении указанного отношения происходит либо пробитие конструкции, либо возрастание ее поверхностной плотности свыше 40 кг/см² и толщины более 15...20 мм.

Действие броневой конструкции заключается в следующем (фиг.2). При воздействии подкалиберной пули 8 на броневую конструкцию наружный отражающий элемент 3 начинает нагружать (передавать усилия удара) на края керамической накладки 1, при этом в силу наличия воронки 6 центральная часть накладки 1 пока не нагружена. Усилия удара постепенно со стороны краев сдавливают керамическую накладку 1. При подходе подкалиберной пули 8 к накладке 1 часть усилий удара, предварительно сжав накладку со стороны краев, усиливает заклинивающий эффект. В это же время срабатывает подкладка 2, происходит ее проворот на шарнирах 7 и часть усилий дополнительно перераспределяется в зону торцев накладки 1. Это приводит к усилению заклинивания пули 8 и ее разрушению. Пуля 8 теряет свою энергию, хотя еще находится в стабилизированном состоянии. Далее подкладка 2, опираясь на защитный слой 4 и контактируя с его гребнями 5, начинает выводить из равновесного состояния уже разрушенную пулю 8, сваливает ее набок. Движение пули 8 нарушается, она опрокидывается, теряет форму. Торможение пули 8 усиливается, происходит снижение ударного импульса как за счет деформации подкладки 2, так и дополнительного защитного соя 4, работающих в этот момент совместно. Величина выпучины, т.е. выпуклости на тыльной стороне подложки, не превышает 20 мм.

В качестве подтверждения промышленной применимости рассмотрен пример конкретного выполнения бронезащитного элемента:
- керамическая накладка 1 выполнена из карбида бора с размерами в плане 100х100 мм;
- подкладка 2 выполнена из слоев армированного органопластика, причем жесткость в зоне шарниров 7 имеет величину порядка 5·10⁵ H/м, а в центральной части в 2...2,5 раза ниже;
- наружный отражающий элемент 3 изготовлен из композиционного материала с размерами в плане 100х100 мм;
- керамическая накладка 1 и подкладка соединены между собой шарнирно (поз. 7);
- защитный слой 4 изготовлен из слоев армированного органопластика, гребни 5 сформированы путем прессования или иным способом;
- отношение толщины керамической накладки 1 за вычетом диаметра подкалиберной пули к ее длине (36 мм) составляет 2/10;
- толщина броневой конструкции 20 мм, а поверхностная плотность - 39 кг/м².

Броневая конструкция не пробивается при обстреле подкалиберной пулей, имеющей скорость 1200 м/с. Величина выпучины составляет 10 мм.

Броневая конструкция позволяет решить поставленную задачу и получить новый технический результат в виде повышения защитных свойств при обстреле подкалиберными пулями стрелкового оружия со скоростью 1000 м/с и более, а также в снижении ударного импульса до допустимых величин. При этом толщина броневой конструкции не более 15...20 мм и поверхностная плотность не более 40 кг/м².

Формула изобретения

1. Броневая конструкция для защиты от подкалиберных пуль стрелкового оружия, содержащая керамическую накладку, прилегающую к ней подкладку и наружный отражающий элемент, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит защитный слой, снабженный гребнями, на которые опирается подкладка, а отражающий элемент выполнен с воронкой, обращенной раструбом к керамической накладке, причем размеры отражающего элемента соизмерены с размерами керамической накладки.

2. Конструкция по п.1, отличающаяся тем, что толщина керамической накладки выбрана в зависимости от геометрических размеров подкалиберной пули и ее скорости.

3. Конструкция по любому из пп.1 и 2, отличающаяся тем, что защитный слой выполнен в виде многослойного пакета.

4. Конструкция по любому из пп.1 - 3, отличающаяся тем, что подкладка выполнена многослойной.

5. Конструкция по любому из пп.1 - 4, отличающаяся тем, что по краям керамической накладки установлены шарниры.

6. Конструкция по любому из пп.1 - 5, отличающаяся тем, что жесткость подкладки меняется от центра к краям: наименьшая - в центре, наибольшая - в зоне шарниров.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2