Многослойная броня


 


Владельцы патента RU 2579349:

Закрытое акционерное общество "Научно-производственное объединение специальных материалов" (RU)

Изобретение относится к бронепреградам и может быть использовано для изготовления средств индивидуальной защиты или легкобронированной техники от пуль стрелкового оружия с «мягким» нетермоупрочненным стальным или свинцовым сердечником. Многослойная броня состоит из лицевого слоя из броневой стали, твердость которой выше твердости материала пули, и тылового бронепакета из высокопрочных полимерных волокон в виде слоев тканей или слоев однонаправленных волокон, уложенных под углом 90° по отношению к предыдущему слою, или в виде их комбинаций, при этом броня выполнена в виде моноблока, в котором лицевой слой имеет твердость 48-56 HRC и соединен с тыловым бронепакетом клеевым связующим, при соотношении толщины лицевого слоя к суммарной толщине тылового бронепакета 1:1-1:3. Техническим результатом изобретения является повышение защитных свойств брони при защите от пуль стрелкового оружия с «мягким» нетермоупрочненным стальным или свинцовым сердечником. 2 з.п. ф-лы.

 

Предлагаемое изобретение относится к бронепреградам и может быть использовано для изготовления средств индивидуальной защиты (СИЗ) (бронежилеты, бронещиты, броненакладки и др.) или легкобронированной техники от пуль стрелкового оружия с «мягким» нетермоупрочненным стальным или свинцовым сердечником.

«Мягкие» пули для стрелкового оружия (например, АК-74, 5,45 мм патрон 7Н6 с пулей ПС со стальным нетермоупрочненным сердечником; АКМ, 7,62 мм патрон 57-Н-231 с пулей ПС со стальным нетермоупрочненным сердечником) представляют собой наиболее распространенный класс боеприпасов, характеризующийся высокой останавливающей способностью и пониженной вероятностью рикошета, что обуславливает распространенность их использования, прежде всего, в городских условиях. В зависимости от типа рассматриваемого оружия, такие пули могут быть под пистолетный/револьверный, промежуточный или винтовочный патрон.

Традиционно для защиты от пуль пистолетных/револьверных патронов применяют бронепакет из слоев ткани из высокопрочного арамидного или полиэтиленового волокна или броневую сталь, для защиты от пуль промежуточных патронов - броневую сталь, для защиты от пуль винтовочных патронов - броневую сталь или композиты на основе высокотвердой керамики.

К недостаткам бронепакета из слоев ткани стоит отнести крайне высокую стоимость и нестабильность защитных характеристик от остроконечных пуль. Такие пули раздвигают волокна ткани и могут преодолеть такую броню даже при невысокой энергии боеприпаса.

К недостаткам броневой стали следует отнести высокую массу. Известны технические решения, в которых используется гетерогенная стальная броня (например, патент RU 2427781 С2, 27.08.2011; патент RU 2172920 С2, 27.08.2001; патент RU 2472100 С2, 10.01.2013; патент RU 2090828 С2, 20.09.1997). Реализацией таких технических решений можно уменьшить поверхностную плотность защиты на 5-10%. Однако для средств индивидуальной бронезащиты, где масса играет очень важную роль, такие тяжелые бронеэлементы существенно снижают эргономичность защиты и резко понижают эффективность сотрудника при выполнении боевого задания.

К недостаткам композитов на основе высокотвердой керамики стоит отнести их невысокую эффективность для защиты от «мягких» пуль. Такие композиты разрабатывались для защиты от пуль с бронебойным сердечником и работают на дробление и разрушение этого сердечника. «Мягкие» же пули пластически деформируются без внедрения в керамику, разрушая ее за счет волновых эффектов на больших площадях и отслаивая подложку композита. В результате получается чрезмерно высокая запреградная травма и крайне низкая живучесть бронеблока.

В настоящее время набирает популярность использование прессованных монолитных композитных бронеэлементов из сверхвысокомолекулярного полиэтилена или параарамидных волокон для защиты от «мягких» пуль промежуточных патронов и мощных пистолетных патронов. Обычно такие бронеэлементы представляют собой прессованный пакет из высокопрочных полимерных волокон в виде слоев тканей или слоев однонаправленных волокон, уложенных под углом 90° по отношению к предыдущему слою. К существенным недостаткам такой бронезащиты стоит отнести, помимо крайне высокой стоимости, чрезмерно большую толщину (18-24 мм), что сказывается на удобстве эксплуатации и отсутствии возможности скрытного ношения. Такие защитные элементы имеют существенно меньший срок службы, а после продолжительных механических нагрузок, чего не избежать при интенсивной эксплуатации, начинают терять свойства при намокании.

Наиболее близким аналогом предлагаемому изобретению, выбранным авторами в качестве прототипа, является броня по патенту RU 3993 U1, 16.04.1997, включающая лицевой слой из стали, твердость которой выше твердости материала пули, и пакета тканей на основе высокомодульного волокна.

К недостаткам технического решения по прототипу, помимо сложности изготовления, стоит отнести отсутствие плотной фиксации бронепакета тканей, что существенно снижает его долговечность, так как в процессе эксплуатации слои ткани трутся друг о друга, истирая гидрофобное покрытие, и в дальнейшем могут потерять свои высокие прочностные характеристики, намокнув (например, потом с тела человека). Но что еще опасней, незафиксированные слои бронепакета могут замяться, заломаться, сместиться или распушиться и неполностью перекрывать стальные слои, что увеличивает вероятность пробития.

Целью и техническим результатом изобретения является повышение защитных свойств брони при защите от пуль стрелкового оружия с «мягким» нетермоупрочненным стальным или свинцовым сердечником.

Указанный технический результат достигается за счет того, что многослойная броня состоит из лицевого слоя из броневой стали твердостью выше твердости пули и тылового бронепакета из высокопрочных полимерных волокон в виде слоев тканей или слоев однонаправленных волокон, уложенных под углом 90° по отношению к предыдущему слою, или в виде их комбинаций, при этом броня выполнена в виде моноблока, в котором лицевой слой имеет твердость 48-56 HRC и соединен с тыловым бронепакетом клеевым связующим, а отношение толщины лицевого слоя к суммарной толщине тылового бронепакета составляет 1:1-1:3.

Твердость лицевого слоя в защите от «мягких» пуль играет очень важную роль. Если твердость слишком высока (более 56 HRC), то лицевой слой становится чрезмерно хрупким и живучесть такой защиты существенно понижается. Такая броня будет иметь те же недостатки, что и композиты на основе высокотвердой керамики. Если же твердость лицевого слоя будет меньше 48 HRC, то она станет сопоставима с твердостью материала пули и процесс пробития существенно упростится. Для того чтобы такая защита работала, придется существенно увеличивать ее толщину, а значит и массу. При твердости лицевого слоя в диапазоне 48-56 HRC броня работает следующим образом:

- начиная с момента баллистического контакта на поверхности раздела пули и брони устанавливается контактное давление, определяемое сопротивлением пластическому деформированию соударяемых тел, скоростью и плотностью пули;

- вследствие пластического течения материала пули (контактное давление превысило динамическое сопротивление деформированию пули) его форма становится грибообразной, площадь контакта растет;

- происходит локальный изгиб в преграде (контактное давление превысило динамическое сопротивление деформированию преграды) с максимальной деформацией по оси соударения;

- по мере пластического течения материалов толщина преграды по оси соударения утоняется, происходит исчерпание запаса пластичности, разрыв пластины в районе полюсной точки и запреградное проникание деформированной пули;

- оставшаяся часть пули и фрагменты брони удерживаются тыловым бронепакетом.

Многослойная броня выполнена в виде моноблока путем склеивания лицевого стального слоя и тылового пакета из высокопрочных полимерных волокон в виде слоев тканей или слоев однонаправленных волокон, уложенных под углом 90° по отношению к предыдущему слою, или в виде их комбинаций. Такое выполнение многослойной брони создает плотный акустический контакт между лицевым и тыловым слоями, что в совокупности с лицевым слоем из броневой стали с твердостью 48-56 HRC повышает защитные свойства брони. Фиксация слоев тылового пакета между собой может осуществляться склеиванием их между собой или сшиванием. Благодаря этому слои баллистической ткани зафиксированы и не могут истираться, повреждая гидрофобное покрытие.

Толщина лицевого слоя предлагаемого технического решения подбирается эмпирически в зависимости от предполагаемой угрозы. Что касается толщины тылового бронепакета, то он должен быть не меньше толщины лицевого слоя и не более, чем в три раза толще лицевого слоя. Если толщина тылового бронепакета будет меньше толщины лицевого слоя, то положительный эффект будет незначителен, а масса лицевого слоя будет не сильно отличаться от массы стальной брони от равнозначной предполагаемой угрозы такой же площади. Если же толщина тыльного бронепакета будет более чем в три раза превышать толщину лицевого слоя, то такая броня становится крайне неудобна в эксплуатации, ее невозможно будет носить скрыто и, конечно, это будет вести к существенному удорожанию брони. Толщины лицевого слоя может быть и вовсе недостаточно для обеспечения стабильных защитных характеристик. Предлагаемый диапазон подобран для получения оптимальных массогабаритных характеристик бронезащиты.

Для повышения технологичности изготовления бронезащиты можно использовать термоактивируемое клеевое связующее.

Пример 1

Лицевой слой моноблока изготовлен из листа толщиной 3 мм броневой стали 43ХСНМА (СПС43) ТУ 14-105-781-2006. Элемент термообработан по режиму: закалка с температуры 880°C-900°C на воздухе (с обдувом вентилятором), отпуск при температуре 240°C-250°C с выдержкой 4 часа. Твердость после термообработки - 53 HRC.

Тыловой бронепакет выполнен из 30 слоев Dyneema SB21, слои склеены между собой термоактивируемым клеевым связующим в печи при температуре 130°C. Толщина получившегося бронепакета - 4,7 мм. Каждый из слоев Dyneema SB21 представляет собой два слоя однонаправленных волокон, уложенных под углом 90° друг относительно друга в полимерной матрице. Соотношение толщины лицевого слоя к суммарной толщине тылового пакета составлят 1,56.

Лицевой и тыловой слои соединены между собой клеевым связующим на основе полиуретана.

Габариты получившегося блока - 300×250×7,7 мм. Масса - 1,68 кг.

Было изготовлено 5 блоков, толщина отличалась не более ±0,1 мм, а масса не более ±0,09 кг.

Бронеблоки подвергали обстрелу пулей калибра 7,62 мм со стальным нетермоупрочненным сердечником патрона инд. 57-Н-231 автомата АКМ.

Все блоки выдержали испытание, в местах попадания тыловой прогиб не превышал 14 мм.

Пример 2

Лицевой слой моноблока изготовлен из листа толщиной 2,5 мм броневой стали 43ХСНМА (СПС43) ТУ 14-105-781-2006. Элемент термообработан по режиму: закалка с температуры 880°C-900°C на воздухе (с обдувом вентилятором), отпуск при температуре 240°C-250°C с выдержкой 4 часа. Твердость после термообработки - 54 HRC.

Тыловой бронепакет выполнен из 20 слоев Twaron СТ 716. Слои сшиты между собой. Толщина получившегося бронепакета - 5,6 мм. Соотношение толщины лицевого слоя к суммарной толщине тылового пакета составлят 2,24.

Лицевой и тыловой слои соединены между собой клеевым связующим на основе эпоксидной смолы.

Габариты получившегося блока - 300×250×8,1 мм. Масса - 1,52 кг.

Было изготовлено 5 блоков, толщина отличалась не более ±0,1 мм, а масса не более ±0,08 кг.

Бронеблоки подвергали обстрелу пулей калибра 5,45 мм со стальным нетермоупрочненным сердечником патрона инд. 7Н6 автомата АК-74.

Все блоки выдержали испытание, в местах попадания тыловой прогиб не превышал 11 мм.

Результаты испытаний показали, что испытуемые многослойные бронеблоки в виде моноблока обладают высокой противопульной стойкостью и обеспечивают повышенную защиту от пуль с неупрочненным сердечником. Выигрыш по массе по сравнению с изделием по прототипу составляет около 10%. Выигрыш по массе по сравнению с гомогенной броней из закаленной стали марки СПС-43 составляет около 20%.

1. Многослойная броня, состоящая из лицевого слоя из броневой стали, твердость которой выше твердости материала пули, и тылового бронепакета из высокопрочных полимерных волокон в виде слоев тканей или слоев однонаправленных волокон, уложенных под углом 90° по отношению к предыдущему слою, или в виде их комбинаций, отличающаяся тем, что броня выполнена в виде моноблока, в котором лицевой слой имеет твердость 48-56 HRC и соединен с тыловым бронепакетом клеевым связующим, при соотношении толщины лицевого слоя к суммарной толщине тылового бронепакета 1:1-1:3.

2. Многослойная броня по п. 1, отличающаяся тем, что слои тылового бронепакета сшиты или соединены между собой клеевым связующим.

3. Многослойная броня по п. 1 или 2, отличающаяся тем, что клеевое связующее термоактивируемое.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к элементу одежды, обеспечивающему защиту от пуль и осколков и содержащему бронежилет (1), причем бронежилет (1) содержит многослойный бронезащитный пакет (11), имеющий вентральную защитную часть (111) и дорсальную защитную часть (112), в котором вентральная защитная часть (111) и дорсальная защитная часть (112) выполнены с возможностью закрывания плеча пользователя путем перекрытия, и покров (12) для размещения бронезащитного пакета (11), причем в указанном элементе одежды покров (12) содержит первую вентральную панель, содержащую карман для расположения вентральной защитной части (111) бронезащитного пакета (11) и вторую вентральную панель, обеспечивающую возможность частичного покрытия первой вентральной панели.
Изобретение относится к броневым преградам и может быть использовано для изготовления средств индивидуальной бронезащиты от бронебойных пуль стрелкового оружия.

Изобретение относится к снаряжению спасателей в сфере чрезвычайных ситуаций, в частности для экипировки спасателей при проведении аварийно-спасательных работ в условиях природных и техногенных ЧС, вызывающих разрушение объектов, а также в условиях дорожно-транспортных происшествий.

Изобретение относится к снаряжению спасателей в сфере чрезвычайных ситуаций. Технически достижимый результат - повышение эффективности защиты спасателя в условиях ЧС путем обработки слоя экипировки, обращенного в окружающую среду, пенной полифункциональной композицией от опасных реагентов и веществ.

Изобретение относится к снаряжению спасателей в сфере чрезвычайных ситуаций, в частности для экипировки спасателей при проведении аварийно-спасательных работ в условиях природных и техногенных ЧС, вызывающих разрушение объектов, а также в условиях дорожно-транспортных происшествий и радиоактивного излучения.

Изобретение относится к снаряжению спасателей в сфере чрезвычайных ситуаций, в частности для экипировки спасателей при проведении аварийно-спасательных работ в условиях природных и техногенных ЧС, вызывающих разрушение объектов, а также в условиях разливов легковоспламеняющихся жидкостей, сопровождающихся взрывами и пожарами.

Изобретение относится к снаряжению спасателей в сфере чрезвычайных ситуаций. Технически достижимый результат - повышение эффективности защиты спасателя в условиях ЧС путем обработки слоя экипировки, обращенного в окружающую среду, пенной полифункциональной композицией от опасных реагентов и веществ.

Изобретение относится к оболочке для гибкого пуленепробиваемого элемента, а также к баллистическим панелям, содержащим оболочку и гибкий пуленепробиваемый элемент.

Изобретение относится к средствам индивидуальной защиты человека и предназначено для проведения аварийно-спасательных и ремонтных работ в чрезвычайных условиях, в частности воздействия газообразной и жидкой фазы агрессивных химически опасных веществ (АХОВ) на предприятиях химической промышленности, а также в условиях разбора завалов, где требуется длительная работа с виброактивным инструментом, например перфоратором, отбойным молотком, а также в условиях низких температур.

Изобретение относится к снаряжению спасателей в сфере чрезвычайных ситуаций. Технически достижимый результат - повышение эффективности и надежности конструкции одежды спасателей, действующих в условиях горящих объектов при наличии летящих и падающих предметов разрушающегося объекта.

Изобретение относится к средствам индивидуальной защиты человека и предназначено для проведения аварийно-спасательных и ремонтных работ в чрезвычайных условиях, в частности воздействия газообразной и жидкой фазы агрессивных химически опасных веществ (АХОВ) на предприятиях химической промышленности, а также в условиях разбора завалов, где требуется длительная работа с виброактивным инструментом, например перфоратором, отбойным молотком, а также в условиях низких температур. Технически достижимый результат - повышение эффективности работы спасателей в условиях низких температур. Это достигается тем, что в защитном костюме спасателя, состоящего из брюк с защитными чулками, рубахи с капюшоном, двупалых перчаток и подшлемника, причем брюки сшиты вместе с чулками, заканчивающимися резиновой осоюзкой с ботами, к которым пришиты тесемки для крепления к ногам, при этом в верхней части брюк имеются плечевые лямки и полукольца, а рубаха совмещена с капюшоном, причем сзади к ее нижнему обрезу пришит промежуточный хлястик, который пропускается между ног и застегивается на пуговицу в нижней части рубахи спереди, а рукава заканчиваются петлями, которые надеваются на большой палец после надевания перчаток, при этом на рукавах рубахи имеются манжеты, облегающие запястье, а капюшон фиксируется на шее лентой и пластмассовым шпеньком, причем низ рубахи стянут эластичной лентой и снабжен паховым ремнем, а брюки удерживаются с помощью двух лямок и пряжек из полуколец и фиксируются внизу хлястиками, при этом он дополнительно снабжен защитным жилетом от электромагнитного излучения, при этом защитная оболочка выполнена трехслойной, причем он дополнительно комплектуется респиратором, содержащим концентрический складчатый фильтр, периферическое кольцо которого переходит в коническую поверхность, а обтюратор выполнен в виде кольцевой надувной камеры из эластичного материала, причем для герметичного соединения окончания конусообразной поверхности фильтра с обтюратором респиратор снабжен каркасом из упругоэластичного материала в форме усеченного конуса с функциональными отверстиями на боковой поверхности, с одной стороны которого с помощью кольца из эластичного материала закрепляется фильтр, а с другой стороны путем защемления части надувной камеры кольцевым желобообразным окончанием каркаса закрепляется обтюратор, а рукавицы выполнены виброзащитными, а обувь спасателя для работы в условиях низких температур выполнена валяной, содержащей голенище, стоповую часть и основную подошву, размещенную с нижней стороны стоповой части, при этом защитная подошва, которая размещена с нижней стороны основной подошвы выполнена из материала ЭВА, или из компаунда ЭВА с каучуком, или из компаунда ЭВА с ПВХ, или из компаунда ЭВА с полиэтиленом, и дополнительно содержит вкладную стельку, которая выполнена с подогревом из этиленвинилацетата или иного эластичного материала, а в пяточную часть стельки вклеен пьезоэлемент из пьезорезины, например из полидиметилсилоксана, толщиной 2,5÷5 мм, размером 10×10 мм, при этом она помещена в защитный чехол, а нагревательная нить подключена не менее чем к одному пьезоэлементу, расположенному в зоне пятки и/или носка. 12 ил.
Наверх