Многослойная броня

 

Использование: защита от осколков и пуль стрелкового оружия. Сущность изобретения: многослойная броня содержит лицевой 1 и тыльный 2 керамические слои и вибропоглащающий слой 3 между ними. Толщина h2 тыльного слоя 2 равна двум третям толщины h1 лицевого слоя 1, а толщина вибропоглащающего слоя h может быть равна: где: Vmax - максимально возможная скорость взаимодействия ударника с броней, а - скорость распространения упругих волн в материале керамики. 1 з.п.ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к военной технике, в частности к конструкции броневой защиты и может быть использовано при проектировании средств индивидуальной защиты, включающих в себя керамические бронезащитные элементы.

Известна броня из композиционного материала, содержащая два твердых жестких слоя, например, из керамики и слой из волокнистого материала. Причем между первыми двумя слоями и слоем из волокнистого материала имеется зазор /1/. Достоинством такой брони является ее высокая стойкость к воздействию пуль стрелкового оружия. Недостатком указанного решения является отсутствие зазора между двумя первыми твердыми слоями, что заставляет их работать как единое целое.

В качестве прототипа авторами выбрана броня из композиционного материала, содержащая керамический слой, устойчивый к попаданию пули. К твердому керамическому слою примыкает слой, поглощающий выбрации. Броня также содержит задний слой, например, из волокнистого материала /2/. Недостатком такого решения является отсутствие связи между относительными толщинами слоев и сложность изготовления пластины из трех различных слоев.

Задачей предлагаемого решения является повышение эффективности защиты за счет использования двух твердых слоев из керамики и выбора относительных толщин слоев из соотношений, обеспечивающих наименьшее напряженно-деформированное состояние керамических защитных пластин при их взаимодействии с пулей.

Положительный эффект достигается тем, что в многослойной броне, содержащей керамический лицевой слой, примыкающий к нему вибропоглощающий слой и тыльный слой, тыльный слой выполнен из керамического материала толщиной h2 равной двум третьим толщины лицевого керамического слоя h1.

а толщина вибропоглощающего слоя h определяется из соотношения где Vmax максимально возможная скорость взаимодействия ударника с броней; a скорость распространения упругих волн в материале керамики.

На фиг. 1 представлена схема расположения слоев многослойной брони; на фиг.2 иллюстрируется принцип работы такой брони при взаимодействии с пулей.

Броня состоит из лицевого керамического слоя 1 толщиной h1, тыльного керамического слоя 2 толщиной h2 и вибропоглощающего слоя 3 толщиной h, расположенного между ними.

На фиг. 2 стрелками показано расположение фронтов волн напряжений в каждом керамическом слое и путь hi, пройденный волнами напряжений в каждом керамическом слое.

При ударе пули 4 по лицевому керамическому слою 1 в eго материале начинает распространяться волна напряжений сжатия, нагружающая материал в каждом его сечении контактным напряжением sс. В момент времени t1= h1/a, где a скорость распространения упругой волны в материале керамики, она достигает тыльной поверхности лицевого керамического слоя 1. Из-за наличия вибропоглощающего слоя 3 толщиной h эта поверхность деформируется на величину h (фиг.2а). При этом относительная деформация 1 определяется так: Но пришедшая волна напряжений сжатия принесла на тыльную поверхность лицевого керамического слоя 1 амплитуду относительной деформации , определяемую так: где E модуль Юнга первого рода материала керамики.

Входящее в (4) контактное напряжение o определяется так: где Vmax максимально возможная скорость взаимодействия ударника с броней; а скорость распространения упругих волн в материале керамики. Тогда, в лицевом слое 1 волна сжатия отразится в виде волны напряжений растяжения с амплитудой p1 ,, причем
а в тыльном керамическом слое 2 будет распространяться волна напряжений сжатия с амплитудой с2
Потребуем, что бы оба керамических слоя были равнонагружены . С учетом (6) и (7) последнее условие примет вид:
Разрешая уравнение (8) относительно оптимальной величины толщины вибропоглощающего зазора 3 hопт, с учетом (5) и выражения для скорости распространения упругой волны в материале керамики получили:
Таким образом, толщину вибропоглощающего слоя 3 h с учетом уравнения (9) выбирают из соотношения:
h =(0,8...1,2)hопт, (10) что обеспечивает равную нагруженность керамических слоев в момент времени t1 h1/a.

В момент времени t2 (h1+h2)/a (фиг.2б) волна напряжений сжатия в тыльном керамическом слое 2 достигнет его тыльной поверхности и произойдет ее отражение в виде волны растяжения. При этом между лицевым 1 и тыльным 2 керамическими слоями вновь образуется вибропоглощающий слой 3. Тогда, при достижении отраженной в тыльном керамическом слое 2 волны растягивающих напряжений поверхности контакта с лицевым керамическим слоем 1 в момент времени (фиг. 2в), перехода растягивающей волны напряжений в лицевой керамический слой 1 не произойдет.

В момент времени t4 3h1/a (фиг. 2г) вторично отраженная волна сжатия в лицевом керамическом слое 1 достигнет поверхности контакта с тыльным керамическим слоем 2 и вибропоглощающий зазор 3 вновь будет заполнен деформацией лицевого керамического слоя 1. В этом случае часть волны напряжений сжатия отразится в лицевом керамическом слое 1 в виде волны напряжений растяжения, а часть перейдет в тыльный керамический слой 2. Значит тыльный керамический слой 2 получит дополнительный импульс сжатия, чтобы его влияние на разрушение тыльного керамического слоя 2 было минимальным, необходимо расположение фронта волны сжатия в ней как можно дальше от поверхности контакта, то есть на ее тыльной поверхности, где произойдет отражение фронта в виде волны напряжений растяжения. Тогда волны сжатия и растяжения в тыльном керамическом слое 2, взаимодействуя друг с другом, будут уменьшать в нем суммарную амплитуду напряжений. Такому моменту времени, как показано на фиг. 2г соответствует время t5 (h1 + 3h2)/a. Таким образом, равенство времен t4 и t5 обеспечивает минимальный уровень напряжений в каждом керамическом слое 1 и 2 при переходе волн напряжений из одного слоя в другой. С учетом выражений для t4 и t5 и их равенства, получили формулу для определения толщины тыльного керамического слоя 2 h2 в зависимости от толщины h1 лицевого керамического слоя 1:

Следовательно, выбирая толщину вибропоглощающего слоя h из соотношения (10) с учетом (9), а толщину тыльного керамического слоя 2 h2 из уравнения (11), обеспечиваются оптимальные условия функционирования керамических слоев многослойной брони в результате взаимодействия брони с пулей и тем самым повышается эффективность защиты.

Проведенная экспериментальная проверка подтвердила достижение положительного эффекта в результате использования предлагаемого технического решения.


Формула изобретения

1. Многослойная броня, содержащая керамический лицевой слой, примыкающий к нему вибропоглощающий слой и тыльный слой, отличающаяся тем, что тыльный слой выполнен из керамического материала толщиной h2, равной двум третям толщины лицевого керамического слоя h1.

2. Многослойная броня по п.1, отличающаяся тем, что толщина вибропоглощающего слоя h определяется из соотношения:

где Vmax максимально возможная скорость взаимодействия ударника с броней;
a скорость распространения упругих волн в материале керамики.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области индивидуальной защиты человека от поражения пулями с высокой кинетической энергией

Изобретение относится к военной технике и вооружению и может быть использовано при конструировании бронетанковой, авиационной, ракетной и инженерной техники, кораблей ВМФ, защитных устройств объектов комплексов ПВО и ПРО, сооружений ГО, легкой индивидуальной защиты типа бронежилетов

Изобретение относится к броневым конструкциям и может быть использовано для отсекания элементов ведущих устройств (поддонов) различных инденторов, метаемых из баллистических установок (БУ) с целью защиты мишеней, а также измерительной и регистрирующей аппаратуры

Изобретение относится к производству ударопрочных изделий остекления для самолетов, в том числе птицестойких панелей осветления

Изобретение относится к броневым конструкциям для защиты объектов от поражения длинномерными телами и позволяет повысить эффективность защиты от пробития длинномерными телами без увеличения массы и упростить технологию изготовления защитного экрана, выполненного в виде слоев 1, размещенных на определенным расстоянии t R 4l где R - величина зазора, l - длина длинномерного тела

Броня // 66138

Изобретение относится к материалам для средств индивидуальной защиты и может быть использовано в броневых жилетах, шлемах и т.п

Изобретение относится к разработке устройств для защиты от воздействия поражающих элементов различного вида: пуль, осколков и т.д

Изобретение относится к индивидуальным средствам защиты человека от поражения огнестрельным оружием, в частности к бронежилетам

Изобретение относится к индивидуальным средствам защиты человека от поражения огнестрельным оружием, в частности к бронежилетам

Изобретение относится к средствам индивидуальной защиты

Изобретение относится к области разработок устройств для защиты личного состава от пуль и осколков при ведении боевых действий и представляет собой защитный жилет

Изобретение относится к средствам защиты различных объектов от воздействия быстролетящих твердых тел пуль, осколков, твердых частиц грунта, выполненным в виде предохранительных покрытий или щитов, расположенных с зазором относительно защищаемого объекта, и может быть использовано для защиты подвижных и неподвижных объектов, и, в частности, вагонов, контейнеров и, в особенности, цистерн для перевозки нефтепродуктов и сжиженных газов
Наверх