Объемно-комбинированная броня
Владельцы патента RU 2539269:
Закрытое акционерное общество "Научно-производственное объединение специальных материалов" (RU)
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.
С появлением высокоэффективных поражающих средств и повышением требований к бронезащите ресурс традиционных металлических броневых материалов оказался исчерпанным, что привело к созданию многослойной комбинированной брони.
Известны технические решения, где комбинированная броня содержит высокопрочный лицевой слой из керамических плиток и энергоемкую подложку из металлических или композитных материалов. Броня такого типа получила широкое распространение для защиты поверхностей с простой геометрией: плоских или имеющих фиксированный радиус.
Для облицовки сложных геометрических поверхностей используют малоразмерные керамические элементы, как правило в виде тел вращения, наибольшее распространение среди которых получили элементы в виде цилиндров.
Использование в этом случае малоразмерной керамики обеспечивает, наряду с вышеуказанными, также более высокий по сравнению с плиточным вариантом уровень живучести за счет уменьшения зоны поражения и весьма важную для практики частичную локальную ремонтопригодность.
Из известных типов многослойной брони близкими аналогами к заявляемому изобретению являются технические решения, изложенные в патентах США №5972819, №6112635, №6203908 и патенте РФ №2329455. Общим существенным признаком аналогов является использование во фронтальном слое отдельных плотноупакованных керамических цилиндров с выпуклыми торцами, соединенных связующим в монолит. При этом оси симметрии керамических цилиндров расположены по нормали к плоскости последующих слоев.
Вместе с тем из анализа схемы упаковки керамических цилиндров следует, что пространство, образующиеся при сопряжении соседних элементов («стык»), является наиболее уязвимым с точки зрения пробития. При точном попадании в стык или вблизи него преодоление керамической преграды сводится к скалыванию кромок соседних цилиндров, при этом объем разрушаемого керамического материала, а следовательно, и затрачиваемая на это энергия невелики. В итоге, для того, чтобы гарантированно исключить пробитие при попадании пули в стык цилиндров, потребуется чрезмерное увеличение толщины отдельных слоев, а следовательно, и всей защитной конструкции в целом.
Вышеописанного недостатка частично лишен выбранный в качестве наиболее близкого аналога патент РФ №2476809, где объемно-комбинированная броня содержит высокотвердый слой из плотно упакованных керамических цилиндров с выпуклыми торцами, соединенных связующим в монолит и высокопрочный энергоемкий тыльный слой, отличающаяся тем, что оси керамических элементов фронтального слоя располагаются под углом 60-85° по отношению к плоскости брони.
В изделии по прототипу площадь стыка частично перекрывается, однако керамические цилиндры, расположенные под углом к плоскости брони, недостаточно плотно соприкасаются с тыльным слоем, не всегда обеспечивая акустический контакт керамики с подложкой, к тому же та небольшая часть цилиндра, соприкасающаяся с тыльным слоем, при взаимодействии с пулей, является концентратором напряжений. Также среди недостатков следует отметить, что с уменьшением угла наклона керамических элементов по отношению к плоскости брони локально уменьшается толщина керамического слоя за счет смещения торцов соседних элементов при наклоне. Устранение этих недостатков требует увеличение толщины керамического слоя, а значит увеличится и масса защитной структуры. Предложенный в прототипе вариант решения этих проблем путем выполнения тыльного слоя с рифлением далеко не всегда и не со всеми материалами реализуем.
Устранение недостатков аналогов и прототипа в предложенном изобретении решается за счет того, что объемно-комбинированная броня, содержащая 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, отличается тем, что торцы цилиндров, прилегающих к тыльному слою, выполнены плоскими и параллельны плоскости брони.
Таким образом, керамические цилиндры плотно прилегают к тыльному слою по всей площади брони, обеспечивая хороший акустический контакт. Также благодаря плотному прилеганию керамических цилиндров к тыльному слою практически полностью отсутствуют пустоты, образующиеся из-за смещения торцов цилиндров и локально снижающие толщину керамического слоя.
Анализируя достоинства предложенного технического решения, можно заключить, что для обеспечения заданного класса пулестойкости есть возможность изготовить более тонкую (а значит и более легкую) броню по сравнению с изделиями по аналогам и прототипу.
Эффективность предложенного в изобретении технического решения подтверждена результатами пулевых испытаний. Изготовленный опытный образец включал в себя:
- тыльный слой 150×200×3 мм из закаленной стали марки СПС-43 с твердостью 56-58 HRC;
- фронтальный слой из корундовых цилиндров марки АЛ1 диаметром 14 мм и высотой 10,5 мм, соединенных в монолит клеевым связующим на основе полиуретана. Торцы цилиндров были предварительно подрезаны на специальном станке алмазным кругом под углом 75° по отношению к плоскости брони.
Слои соединены между собой тем же связующим. Обстрел проводился бронебойнозажигательными пулями Б-32 из винтовки СВД с расстояния 10 м, испытания проводились по стандартным методикам в аттестованном центре НПО СМ г. СПб.
Уровень бронестойкости комбинированной брони, выполненной в соответствии с предлагаемым изобретением, превышает наиболее близкий аналог на 8-10%. Выигрыш в бронестойкости получается за счет того, что в результате среза цилиндра под углом 75° по отношению к плоскости брони каждый цилиндр теряет приблизительно 17-18% от своего объема и массы соответственно.
Заявленное техническое решение по структуре многослойной брони является новым, так как совокупность отличительных признаков изобретения, в том числе и в частных случаях, неизвестна из литературных данных и практического опыта работ в этой области.
Решение имеет изобретательский уровень, так как предложенное не следует явным образом для специалиста из анализа отечественного и зарубежного уровня техники.
Заявленное решение промышленно применимо для защиты техники от бронебойных пуль, что следует из результатов проведенных натурных испытаний образцов.
При практическом внедрении изобретения следует иметь в виду, что направление отклонения осей керамики от нормали может быть изменено для различно ориентированных поверхностей и панелей техники и выбираться с учетом приоритетного направления обстрела защищаемой поверхности. Это обстоятельство позволяет существенно расширить диапазон вариантов использования изобретения.
Объемно-комбинированная броня, содержащая 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, отличающаяся тем, что торцы цилиндров, прилегающих к тыльному слою, выполнены плоскими и параллельны плоскости брони.
