Броневая защита от поражения ударным оружием



Броневая защита от поражения ударным оружием
Броневая защита от поражения ударным оружием

 


Владельцы патента RU 2529085:

Общество с ограниченной ответственностью "ТВИНН" (RU)

Изобретение относится к области военной техники, в частности к броневым защитным конструкциям. Броневая защита от поражения ударным оружием включает подложку и наружный покровный слой. Подложка выполнена одно- или двухслойной. Покровный слой выполнен из материала, скорость звука в котором больше, чем скорость звука в материале слоя подложки, близлежащего к защищаемому объекту и выполненного из материала, механическая прочность которого больше, чем механическая прочность покровного слоя. Достигается повышение надежности броневой защиты и снижение веса. 3 з.п. ф-лы, 2 ил.

 

Изобретение относится к области военной техники, в частности к броневым защитным конструкциям, которые могут быть использованы в корпусах боевых машин и в пуленепробиваемой одежде, например бронежилетах.

Известна броневая защита, состоящая из последовательно расположенных слоев ткани из высокомодульного волокна, ткани из высокомодульного волокна, пропитанной полимерным связующим, и войлока из натуральных или искусственных волокон, при этом в броневую защиту дополнительно введен слой войлока из натуральных или искусственных волокон, расположенный между слоями ткани из высокомодульного волокна и слоями ткани из волокна, пропитанного полимерным связующим (см. авторское свидетельство SU №1784830, кл. F41H5/04, 30.12.1992).

Однако эффективность защиты от средств поражения недостаточна вследствие низкой энергоемкости защитных слоев.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является броневая защита от поражения ударным оружием, включающая подложку и наружный покровный слой (см. патент RU №2060439, кл. F41H 5/04, 20.05.1996).

Однако и в этом техническом решении эффективность защиты от средств поражения также недостаточна вследствие низкой энергоемкости защитных слоев, что связано с узким выбором конструкционных материалов, поскольку подложка выполнена из стекла с неповрежденной поверхностью, а покровный материал - из керамики, кроме того, независимость толщины броневой защиты от свойств материала поражающего тела приводит к избыточной толщине (весу) броневой защиты либо к ее разрушению.

Задачей является устранение выявленных недостатков.

Техническим результатом предложенного технического решения являются оптимизация толщины (веса) броневой защиты по предложенному критерию, что в итоге повышает надежность броневой защиты и снижает ее вес.

Указанная задача решается, а технический результат достигается за счет того, что броневая защита от поражения ударным оружием включает подложку и наружный покровный слой, подложка выполнена одно- или двухслойной, покровный слой выполнен из материала, скорость звука в котором больше, чем скорость звука в материале слоя подложки, близлежащего к защищаемому объекту и выполненного из материала, механическая прочность которого больше, чем механическая прочность покровного слоя.

Толщина слоя подложки, близлежащего к защищаемому объекту, hi определяется, предпочтительно, из условия

hi>(ρVci3/πσce2)1/3, где

ρ - плотность материала поражающего тела ударного оружия,

V - скорость движения поражающего тела ударного оружия,

ci - скорость звука в материале слоя подложки,

π - 3,14,

σ - механическая прочность слоя подложки,

се - скорость звука в материале покровного слоя.

Расположенный между близлежащим к защищаемому объекту слоем подложки и наружным покровным слоем слой двухслойной подложки выполнен, предпочтительно, из материала, скорость звука в котором меньше, чем скорость звука в материале слоя подложки, близлежащего к защищаемому объекту.

Толщина слоя подложки с меньшей скоростью звука hм определяется, преимущественно, из условия

hм>(ρVсM3/σπсе2)1/3, где

ρ - плотность материала поражающего тела ударного оружия,

V - скорость движения поражающего тела ударного оружия,

ci - скорость звука в материале слоя подложки с меньшей скоростью звука,

π - 3,14,

σ - механическая прочность слоя подложки, близлежащего к защищаемому объекту,

се - скорость звука в материале покровного слоя.

Расположенный между близлежащим к защищаемому объекту слоем подложки и наружным покровным слоем слой двухслойной подложки может быть выполнен из материалов, имеющих различные скорости звука.

На фиг.1 показана броневая защита с однослойной подложкой и механизм ее работы, а на фиг.2 - броневая защита с двухслойной подложкой.

В ходе проведенного исследования установлено, что при столкновении покровного слоя броневой защиты с летящим телом, например пулей, механические деформации, возникающие при столкновении, будут распространяться в броневую защиту в виде ударной волны. Как известно, скорость распространения механических деформаций в твердом теле равна скорости звука (см. Сивухин Д.В. Общий курс физики. М.: ФИЗМАТЛИТ, Издательство МФТИ, 2005, т.1, Механика, с.435-438). Поскольку скорость звука в покровном слое больше, чем в подложке, то прежде, чем звуковая волна пройдет сквозь подложку, она распространится в стороны на большое расстояние. В результате площадь поверхности ударной волны возрастет, а удельные нагрузки снизятся.

Теперь дадим количественную оценку.

Пусть летящее со скоростью V тело сталкивается с преградой. От места столкновения ударная волна, обусловленная деформацией, распространяется во все стороны (см. фиг.1). Пусть толщина покровного слоя равна he, а толщина подложки hi. Тогда время t прохождения звука сквозь преграду равно

t = h e / c e + h i / c i ,                    (1)

где се и ci скорости звука в покровном слое и подложке;

hi - толщина слоя подложки, близлежащего к защищаемому объекту;

he - толщина покровного слоя.

В случае если толщина покровного слоя меньше толщины подложки, то согласно предлагаемому техническому решению се>ci, а формулу можно упростить до выражения

t = + h i / c i                     (2)

Величину давления на фронте волны, которую для простоты мы аппроксимируем в виде конуса, находим из закона сохранения импульса

p a 3 V = ρ S t = ρ π R 2 1 + ( h i / c i ) ρ π ( c e t ) 2 ( h i / c i ) ,                        (3)

где

p - давление на фронте волны;

ρ - плотность материала летящего тела;

V - скорость летящего тела;

S - площадь боковой поверхности конуса;

t - время прохождения звука сквозь преграду;

R=cet;

hi - толщина слоя подложки, близлежащего к защищаемому объекту;

а - продольный размер летящего тела.

Критерием устойчивости броневой защиты считаем неравенство р<σ - предел прочности подложки.

Подставляя в него давление из формулы (3), получаем условие работы броневой защиты в виде:

V < π σ c e 2 ( h i / a ) 3 / ρ c i 3                                     (4)

Итоговая формула показывает, что эффективность броневой защиты пропорциональна скорости звука в покровном слое, механической прочности подложки, обратно пропорциональна скорости звука в подложке и не зависит от толщины покровного слоя.

Для повышения эффективности броневой защиты подложку делают двухслойной: подложку делают из материала с небольшой скоростью звука, что дополнительно увеличивает площадь ударной волны, снижая тем самым удельные нагрузки (см. фиг.2).

В этом случае формула (4) переходит в формулу (5) с заменой сi, на cм.

V < π σ c e 2 ( h i / a ) 3 / ρ c м 3                                       (5)

Формулы (4) и (5) дают критерии толщины покрытия в зависимости от характеристик летящего тела и параметров броневой защиты.

Броневая защита от поражения ударным оружием включает подложку 1 и наружный покровный слой 2. Подложка 1 выполнена одно- или двухслойной. Покровный слой 2 выполнен из материала, скорость звука в котором больше, чем скорость звука в материале слоя 3 подложки 1, близлежащего к защищаемому объекту и выполненного из материала, механическая прочность которого больше, чем механическая прочность покровного слоя.

Толщина hI слоя 3 подложки 1, близлежащего к защищаемому объекту, определяется, предпочтительно, из условия

hi>(ρVci3/πσce2)1/3,

где

ρ - плотность материала поражающего тела ударного оружия,

V - скорость движения поражающего тела ударного оружия,

ci - скорость звука в материале слоя подложки,

π - 3,14,

σ - механическая прочность слоя подложки,

се - скорость звука в материале покровного слоя.

Расположенный между близлежащим к защищаемому объекту слоем 3 подложки 1 и наружным покровным слоем 2 слой 4 двухслойной подложки 1 выполнен, предпочтительно, из материала, скорость звука в котором меньше, чем скорость звука в материале слоя 3 подложки 1, близлежащего к защищаемому объекту.

Толщина hм слоя 4 подложки 1 с меньшей скоростью звука определяется, преимущественно, из условия

hм>(ρVсм3/σπсе2)1/3,

где

ρ - плотность материала поражающего тела ударного оружия,

V - скорость движения поражающего тела ударного оружия,

ci - скорость звука в материале слоя подложки с меньшей скоростью звука,

π - 3,14,

σ - механическая прочность слоя подложки, близлежащего к защищаемому объекту,

се - скорость звука в материале покровного слоя.

Расположенный между близлежащим к защищаемому объекту слоем 3 подложки 1 и наружным покровным слоем 2 слой 4 двухслойной подложки 1 может быть выполнен из материалов, имеющих различные скорости звука.

Покровный слой 1 выполнен из материала с большой скоростью звука, например алмаза или карбида кремния, и предназначен для снижения удельной механической нагрузки за счет увеличения площади воздействия. Подложка 2 выполнена из материала с большой механической прочностью и меньшей скоростью звука, например сплава титана, и предназначена для восприятия механической нагрузки без разрушения.

При ударе поражающего тела 5, например пули, механические деформации, возникающие при столкновении с покрывным слоем 2, будут распространяться в защиту в виде ударной волны (см. фиг.1). Поскольку скорость звука в покровном слое 2 больше, чем в подложке 1, то прежде чем звуковая волна пройдет сквозь подложку 1, она распространится в стороны на большое расстояние. В результате площадь поверхности ударной волны возрастет, а удельные нагрузки снизятся, что и позволяет повысить эффективность защиты.

Таким образом, предложенное техническое решение расширяет область применения конструкционных материалов броневой защиты и оптимизирует ее толщины (веса), что в итоге повышает эффективность защитной преграды.

1. Броневая защита от поражения ударным оружием, включающая подложку и наружный покровный слой, отличающаяся тем, что подложка выполнена одно- или двухслойной, покровный слой выполнен из материала, скорость звука в котором больше, чем скорость звука в материале слоя подложки, близлежащего к защищаемому объекту и выполненного из материала, механическая прочность которого больше, чем механическая прочность покровного слоя, а толщина hi слоя подложки, близлежащего к защищаемому объекту, определяется из условия
hi>(ρVci3/πσce2)1/3,
где
ρ - плотность материала поражающего тела ударного оружия,
V - скорость движения поражающего тела ударного оружия,
ci - скорость звука в материале слоя подложки,
π - 3,14,
σ - механическая прочность слоя подложки,
се - скорость звука в материале покровного слоя.

2. Броневая защита п.1, отличающаяся тем, что расположенный между близлежащим к защищаемому объекту слоем подложки и наружным покровным слоем слой двухслойной подложки выполнен из материала, скорость звука в котором меньше, чем скорость звука в материале слоя подложки, близлежащего к защищаемому объекту.

3. Броневая защита по п.3, отличающаяся тем, что толщина hм слоя подложки с меньшей скоростью звука определяется из условия
hм>(ρVcм3/σπce2)l/3,
где
ρ - плотность материала поражающего тела ударного оружия,
V - скорость движения поражающего тела ударного оружия,
ci - скорость звука в материале слоя подложки с меньшей скоростью звука,
π - 3,14,
σ - механическая прочность слоя подложки, близлежащего к защищаемому объекту,
се - скорость звука в материале покровного слоя.

4. Броневая защита по п.1, отличающаяся тем, что расположенный между близлежащим к защищаемому объекту слоем подложки и наружным покровным слоем слой двухслойной подложки выполнен из материалов, имеющих различные скорости звука.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к средствам защиты от бронебойных пуль, в частности к используемой для этой цели композитной броне. Композитная броня содержит дробяще-отклоняющий слой (1) и задерживающий слой (7).

Изобретение относится к устойчивому к пробиванию изделию. Изделие содержит пакет (6) из ламинатов (7), содержащих, по меньшей мере, один слой из волокон и один слой из полимерного материала.

Изобретение относится к металлургии, конкретнее к технологии производства листовой стали, используемой в качестве тыльного слоя двухслойной разнесенной бронезащитной конструкции.
Изобретение относится к пулестойким формованным изделиям, содержащим удлиненные элементы, к способу их изготовления, а также к объединенному пакету листов. Пулестойкое формованное изделие содержит спрессованный пакет листов, содержащих армирующие удлиненные элементы и органический связующий материал.

Изобретение относится к текстильной и легкой промышленности и касается устойчивого к пробиванию изделия для изготовления защитной одежды, такой как пуленепробиваемые жилеты.

Изобретение относится к технологии получения комплексной нити из высококачественного полиэтилена. Нить получена из полиэтилена со сверхвысокой молекулярной массой с характеристической вязкостью 8-40 дл/г.
Изобретение относится к изделиям для баллистической защиты и касается изделий для баллистической защиты, включающих ленты. Формованное изделие включает спрессованную стопу из листов, содержащих ленты из упрочняющего материала.

Изобретение относится к области металлургии, конкретно к производству двухслойного стального листового проката толщиной 4-20 мм для бронезащитных конструкций с классом защиты не ниже 6a по ГОСТ P5 0963-96 для легкобронированных боевых машин, летательных аппаратов, бронированных сооружений.

Изобретение относится к технологии изготовления материалов с баллистически- и взрывоустойчивыми свойствами на основе цемента и касается способа производства бронепанелей.

Изобретение относится к бронепреградам и может быть использовано для изготовления средств индивидуальной защиты. .

Изобретение относится к ударопрочным композиционным материалам. Композиционный материал включает неорганическую керамическую матрицу, в которой имеется первая наружная поверхность и вторая наружная поверхность, в целом параллельная первой наружной поверхности. Далее композиционный материал содержит, по меньшей мере, три слоя стекловолоконной ткани с открытой структурой, расположенных в матрице между первой наружной поверхностью и второй наружной поверхностью. Неорганическая керамическая матрица включает фосфатную керамическую матрицу. В другом варианте ударопрочный композиционный материал содержит первую и вторую неорганическую керамическую матрицу. Первая неорганическая керамическая матрица включает куски камня. Вторая неорганическая керамическая матрица расположена рядом с первой и включает, по меньшей мере, одну стекловолоконную ткань с открытой структурой. Технический результат - получение ударопрочных, легких и экономичных композиционных материалов. 3 н. и 31 з.п. ф-лы, 15 ил., 5 пр.

Изобретение относится к пуленепробиваемым изделиям. Пуленепробиваемое формованное изделие содержит прессованный пакет листов, содержащих армирующие удлиненные тела, в котором по меньшей мере часть удлиненных тел являются полиэтиленовыми удлиненными телами, имеющими средневзвешенный молекулярный вес по меньшей мере 100000 г/моль и отношение Mw/Mn не более 6. Полиэтиленовые удлиненные тела предпочтительно имеют средневзвешенный молекулярный вес по меньшей мере 300000 г/моль, более конкретно по меньшей мере 400000 г/моль и еще более конкретно по меньшей мере 500000 г/моль. Если полиэтиленовые удлиненные тела являются лентами, их параметр ориентации 200/110 в одной плоскости равен по меньшей мере 3, и, если полиэтиленовые удлиненные тела являются волокнами, их параметр ориентации 020 в одной плоскости равен не более 55º. Достигается повышение защитных характеристик, уменьшение веса и улучшение стабильности изделия. 3 н. и 10 з.п. ф-лы, 2 табл.
Изобретение относится к области средств защиты техники от бронебойных пуль. Объемно-комбинированная броня содержит высокотвердый слой из плотно упакованных малоразмерных керамических цилиндров, расположенных под углом по отношению к плоскости брони, соединенных связующим в монолит, и высокопрочный энергоемкий тыльный слой. Торцы цилиндров, прилегающих к тыльному слою, выполнены плоскими и параллельны плоскости брони. Достигается повышение надежности и эффективности бронезащиты при уменьшении массы защитной структуры.

Группа изобретений относится к области вооружения, а именно к способу изготовления броневставок термозащитного контейнера из полимерных материалов и броневставкам. В способе изготовления броневставок 1 на оправку 3 с двумя симметрично расположенными и выступающими за ее рабочую зону 4 продольными канавками 5, заполненными легко разрушаемым материалом 6, наматывают в пределах рабочей зоны 4 баллистические слои 7 спиральных жгутов обоих направлений из полых стеклянных волокон, пропитанных эластичным синтетическим связующим. Укладывают компенсирующие слои 8 ткани. Над канавками 5 устанавливают рейки 9 из легко разрушаемого материала. Закрепляют рейки на оправке за пределами рабочей зоны 4. Обечайки 11 керамического бронеэкрана укладывают плоскими боковыми кромками вплотную к рейкам 9 и наматывают на обечайки противоосколочные слои 13, прижимая обечайки 11 к рейкам 9 и компенсирующим слоям 8. Заготовку термообрабатывают и разрезают по рейкам 9, удаляют облой заподлицо и обформовывают кромки швеллерообразным профилем из материала. Броневставки 1 включают баллистические слои 7 полуспиральных обоих направлений жгутов из полых стеклянных волокон, пропитанных эластичным синтетическим связующим, компенсирующие слои 8 ткани из полых стеклянных волокон, пропитанных аналогичным связующим, обечайки 11 керамического бронеэкрана, расположенные поверх последнего противоосколочные слои 13, аналогичные баллистическим 7. Боковые кромки выполнены с повышенной точностью для беззазорной взаимной стыковки этими плоскими кромками при центровке броневставок 1 по их наружной поверхности. Достигается создание более технологичных и качественных броневставок. 2 н. и 2 з.п. ф-лы, 9 ил.

Изобретение относится к конструкции многослойной бронепреграды, в частности, для использования в средствах индивидуальной защиты, защиты приборов, транспортных и стационарных устройств. Многослойная бронепреграда содержит подложку, керамический слой и наружную облицовку. Толщина керамического слоя составляет 0,4-0,8 от общей толщины многослойной бронепреграды. Толщина подложки составляет 0,4-1,2 толщины керамического слоя. Подложка состоит из тыльного слоя и по крайне мере одного дополнительного слоя. Тыльный слой выполнен из стали с пределом прочности при растяжении σв=0,4×109-2,5×109 Па, наружная облицовка выполнена из материала с прочностью σ≥50 МПа, толщиной 0,2-2,5 мм. При кинетической энергии пули ≤3,5 кДж количество слоев подложки - два, при кинетической энергии пули >3,5 кДж - подложка содержит более 2-х слоев. Плотность материала, из которого выполнены дополнительные слои подложки, меньше, чем плотность материала тыльного слоя подложки. Достигается повышение защитных свойств бронезащитной преграды за счет введения более энергоемкой подложки. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к броневым конструкциям, которые могут быть применены в индивидуальных и транспортных средствах защиты от воздействия пуль стрелкового оружия и высокоэнергетических осколков. Бронезащитная преграда содержит керамический элемент и подложку, заключенные в облицовку. Керамический элемент имеет остаточные напряжения. Материал подложки выбирается из условия непревышения предела прочности при растяжении материала при приложении усилия поджатия подложки к керамическому элементу с учетом кривизны керамического элемента или подложки. Подложка может быть выполнена однослойной из стали. Подложка может быть выполнена многослойной, при этом тыльный слой подложки выполнен из стали, а остальные слои выполнены из материала, плотность которого меньше, чем плотность материала тыльного слоя подложки. При кинетической энергии пули ≤3,5 кДж количество слоев подложки - два, при кинетической энергии пули >3,5 кДж - подложка содержит более 2-х слоев. Облицовка выполнена из материала с прочностью σ≥50 МПа, толщиной 0,2-2,5 мм. Керамический элемент заневоливается облицовкой. Керамический слой и подложка склеены между собой под усилием, приложенным к подложке со стороны примыкания ее к керамическому элементу. Подложка установлена на мягкую демпфирующую подкладку. Достигается повышение защитных свойств бронезащитной преграды за счет поджатия подложки к бронеэлементу под усилием. 7 з.п. ф-лы, 3 ил.

Группа изобретений относится к баллистически устойчивому изделию, упаковке объединенных листов и способу изготовления баллистически устойчивого изделия. Изделие и упаковка содержат усиливающие элементы линейного растяжения, причем направление элементов линейного растяжения внутри пакета не является однонаправленным. Некоторые из элементов линейного растяжения являются элементами линейного растяжения, содержащими высокомолекулярный полиэтилен и некоторые из элементов линейного растяжения содержат арамид. От ударной стороны упомянутый пакет содержит первый слой, который содержит более 50 мас.% полиэтиленовых элементов линейного растяжения, и второй слой, который содержит более 50 мас.% арамидных элементов линейного растяжения, причем мас.% вычислены на основе общей массы элементов линейного растяжения в слое, за исключением связующего материала. Полиэтиленовые элементы линейного растяжения могут быть лентами. Способ включает в себя стадии предоставления листов, пакетирования листов и сцепление, по меньшей мере, некоторых листов друг с другом. Достигается повышение защиты и сохранение целостности защитной панели. 3 н. и 9 з.п. ф-лы, 3 ил., 2 табл.

Изобретение относится к области вооружения и военной техники, в частности к броневым конструкциям, которые могут быть применены в индивидуальных и транспортных средствах для защиты от воздействия пуль стрелкового оружия и высокоэнергетических осколков поля боя, а также в атомной и других отраслях промышленности для применения в качестве средств пассивной защиты изделий. Подложка бронезащиты выполнена из стали с пределом прочности при растяжении σв=0,64-2,0 ГПа и имеет ребра жесткости, выполненные на стороне, прилегающей к керамическому элементу. Толщина керамического элемента составляет 1,3-1,8 толщины подложки. Достигается уменьшение поверхностной плотности бронезащиты с сохранением защитных свойств. 3 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к области средств защиты оборудования от воздействия высоких температур, излучения, поражающего фактора и касается теплобронезащитной слоистой системы. Содержит установленные в защитном кожухе и соединенные между собой каркасный, упрочненные и теплоизолирующие слои. В качестве упрочненных слоев содержит керамический материал на основе карбидов, преимущественно бора, или титана, или кремния, или оксида алюминия, или их смесей. В качестве каркасного слоя содержит металлы или сплавы на основе титана, алюминия, железа, а в качестве теплоизолирующего слоя - волокнистые материалы на основе неорганических соединений из группы силицидов или силикатов и дополнительно амортизирующий слой из сверхвысокомолекулярного полиэтилена. Все слои системы соединены между собой высокотемпературным кремнийорганическим или силикатным адгезивом. Слоистая система ограничена по всей наружной поверхности слоями углеткани или стеклоткани, пропитанными указанным адгезивом, и заключена в корпус из композиционного материала. Изобретение обеспечивает защиту охраняемого объекта от одновременного воздействия теплового потока, радиационного воздействия и разрушающего элемента за счет повышения демпфирующих свойств системы и показателей радиационной и теплозащиты. 1 табл., 1 ил., 1 пр.

Группа изобретений относится к броневым пластинам, обеспечивающим баллистическую защиту личного состава, легкой и тяжелой подвижной техники и транспортных средств, а именно к способу получения композитной броневой панели, набору для приготовления или ремонта композитной панели и способу ремонта композитной броневой панели. Способ получения композитной броневой панели заключается в подготовке горизонтальной рамы, размещении керамических блоков, нанесении отверждаемого связующего материала на заполняемую плоскость, создании условий для отверждения связующего материала и удалении горизонтальной рамы. Набор содержит по меньшей мере один отверждаемый связующий материал, цилиндрические керамические блоки. Способ ремонта заключается в замене по меньшей мере одного из керамических блоков, нанесении отверждаемого связующего материала и создании условий для отверждения связующего материала. Достигается повышение ремонтопригодности и облегчение конструкции. 3 н. и 27 з.п. ф-лы, 12 ил.
Наверх