Пулезащитная панель для средств бронезащиты

 

Изобретение относится к средствам бронезащиты и может быть использовано для защиты человека от поражения пулей, осколком или иным движущимся предметом. Предложена пулезащитная панель для средств бронезащиты, содержащая оболочку и керамическую плитку, расположенную на слоистом основании, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит промежуточный слой, выполненный на основе усадочной ткани и связующего или из упруго деформированного отвержденного эластомерного вещества, а керамическая плитка размещена в промежуточном слое в состоянии всестороннего сжатия величиной 6-18 % от разрушающего напряжения керамики при растяжении. Техническим результатом изобретения является повышение пулестойкости и живучести бронежилета или других средств бронезащиты. 1 ил., 1 табл.

Изобретение относится к средствам бронезащиты и может быть использовано для защиты человека от поражения пулей, осколком или иным движущимся предметом.

Известна пулезащитная конструкция, в частности бронежилет, содержащий множество слоев из высокопрочных при работе на растяжение волокон, часть из которых залита пластичным связующим веществом, например полиэтиленом /1/. В конструкции имеются также пластины из поликарбоната или пенопласта, расположенные вблизи задней поверхности бронежилета и предназначенные для поглощения и рассеивания энергии удара.

Данная конструкция недостаточно надежно защищает человека от прямого удара бронебойных или зажигательных пуль с близкого расстояния (5-10 м) при скорости пули до 900 м/с.

Указанного недостатка практически лишен известный бронированный элемент /2/, в котором в качестве одного из слоев используется керамическая плитка из карбида бора, установленная на слоистом основании из высокомодульного органического материала, пропитанного смолой и покрывающего боковую поверхность плитки. Конструкция покрыта сверху слоем из пластического полимера, такого как полиэтилен, вытянутого вдоль всей поверхности полуобработанного изделия. Внешний листовой кожух также состоит из высокомодульного органического материала, выполненного при помощи перекрещивающейся намотки последнего и пропитанного эпоксидной смолой. Между керамической плиткой и основанием расположен поглощающий удары слой из металлизированной резины. Механическая прочность основания повышает прочность внешнего кожуха.

Использование керамической плитки из такого прочного и твердого вещества, как карбид бора и других, указанных выше материалов, позволяет существенно повысить пулестойкость бронежилета при поверхностной плотности элементов не боле 32 кг/м² и толщине их 17...17,5 мм.

Тем не менее армии необходимы еще более пулестойкие бронежилеты, способные защитить от поражения бойца, например, тяжелой пулей снайперской винтовки (масса 10,4 г), летящей с начальной скоростью 820 м/с. Кроме того, в нынешних тяжелых экономических условиях желательно иметь надежные и относительно дешевые бронежилеты, в то время как керамика из карбида бора является дорогостоящим материалом, и бронежилеты на ее основе могут быть использованы только для оснащения небольших элитных подразделений (ударных групп), а не для массового изготовления защитных средств.

Более жесткие требования в настоящее время выдвигаются и по части живучести бронежилетов, способности их выдерживать автоматные очереди и бинарные выстрелы.

Предлагаемая авторами конструкция пулезащитной панели позволяет решить задачу повышения пулестойкости и живучести средств бронезащиты, в частности бронежилета, используя для этих целей относительно недорогие материалы. Пулезащитная панель содержит оболочку и керамическую плитку, расположенную на слоистом основании. Кроме того, она дополнительно содержит промежуточный слой.

Технический результат (эффект) достигается тем, что керамическая плитка, принимающая основную часть кинетической энергии пули, размещена в промежуточном слое панели и находится там в состоянии всестороннего сжатия на величину от 6 до 18% от разрушающего напряжения материала керамики при растяжении.

При этом промежуточный слой выполнен на основе усадочной ткани и связующего вещества, способного давать усадку при отверждении или из упруго деформированного отвержденного эластомерного вещества, напряжение сжатия, в котором создают на этапе сборки путем прессования.

Напряжение всестороннего сжатия, под которым находится керамическая плитка в промежуточном слое, создает дополнительный потенциальный энергетический барьер, препятствующий разрушению керамики под действием растягивающих сил при ударе пули.

Нижняя граница сжатия, равная 6% от разрушающего напряжения керамики при растяжении, представляет собой ту максимальную величину, которая может быть получена только за счет усадки материала промежуточного слоя заданной толщины. Верхний предел - это максимальное сжатие, которое достигается упругой деформацией отвержденного эластомерного материала, но при этом толщина промежуточного слоя оболочечных слоев панели, а также бронежилета в целом и его вес не превышают допустимых величин, при которых возможно выполнение нормативов и боевой задачи военнослужащим со средними физическими данными.

На чертеже схематично представлена пулезащитная панель для средств бронезащиты, где позициями обозначены следующие элементы: 1 - оболочка, 2 - керамическая плитка, 3 - промежуточный слой, 4 - основание.

Оболочечные слои 1 выполнены из композиционного материала на основе ткани из волокна СВМ, а также терлона или кевлара и полимерного связующего, например эпоксидного эпоксифенольного или эластомерного (ЭДТ-10, ЭНФБ, СКУПФЛ). Плитка 2 представляет собой керамическую броневую плитку марки Б6, Б11 или АТМ (все на основе корунда. Могут быть использованы и другие материалы для изготовления плитки, в том числе и карбид бора или карбид кремния.

Поперечные размеры плитки 50/50 мм, толщина от 7 до 9 мм.

Промежуточный слой 3, создающий напряжение сжатия вокруг плитки 2, состоит из композита на основе усадочной ткани, например полиэфирной (поверхностная плотность 10. . .130 г/м²), и связующего марки ЭНФБ. Слой 3 может быть выполнен также и из упруго деформированного отвержденного эластомерного вещества, например синтетического каучука уретанового пленкообразующего марки СКУПФЛ, напряжение сжатия в котором создается при сборке путем прессования в форме под давлением 50 - 100 кг/см². При этом заданная упругая деформация слоя обеспечивает напряжение сжатия плитки до 18% при условии замкнутости корпуса.

Напряжение сжатия может быть заранее протарировано с помощью тензодатчиков, предварительно наклеенных на поверхность плитки, или измерено методом дифракции поляризованного рентгеновского излучения.

Форма пулезащитной панели может быть выбрана в соответствии с конкретной конфигурацией и топографией участка тела или другого защищаемого объекта. При этом панель может иметь плоскую, цилиндрическую, сферическую и др. формы.

Основание 4 имеет толщину 7...9 мм и состоит из композита на основе нескольких (3...4) слоев ткани СВМ и связующего вещества ЭДТ-10 или того же СКУ ПФЛ.

При описании процесса взаимодействия пулезащитной панели с летящим поражающим телом целесообразно рассмотреть только случай ее непробития.

В случае попадания в средство бронезащиты, например бронежилет, пули с высокой кинетической энергией (масса от 3,4 г до 10,4 г, скорость 700...900 м/с) в нем происходит поэтапное поглощение энергии. Часть кинетической энергии пули затрачивается на раскол керамики 2 и превращение в потенциальную энергию свободной поверхности фрагментов керамики. Соответственно, чем выше фрагментация керамики, тем эффективнее рассеивается кинетическая энергия пули. Напряжение всестороннего сжатия, под которым находится керамическая плитка 2 в промежуточном слое 3 до удара, создает дополнительный потенциальный барьер, препятствующий разрушению керамического элемента под действием растягивающих (расклинивающих) сил.

Далее поток фрагментов пули и керамической плитки передает свою кинетическую энергию основанию 4, где и поглощается неупругой и упругой составляющими деформации композита основания.

При этом в пулезащитной панели имеют место волновые процессы в виде многократного прохождения ударной волны через границы раздела керамики - промежуточный слой - основа, которые существенно влияют на живучесть бронежилета. Во-первых, волна затухает, что положительно, но, во-первых, из-за колебаний происходит нарушение монолитности системы в целом.

Заложенное на этапе изготовления напряжение всестороннего сжатия керамической плитки 2 препятствует увеличению расстояния между краями образующихся трещин в местах, удаленных непосредственно от точки попадания пули, а также возникновению зазоров между керамической плиткой 2, промежуточным слоем 3 и основанием 4 в результате деформации последнего и многократного прохождения ударной волны по всем слоям панели.

Тем самым повышается живучесть средства бронезащиты, способного выдерживать до 2 - 3 попаданий пули на 1 квадратный дециметр поверхности.

В таблице приведены результаты испытаний пулезащитной панели на основе керамической плитки Б6 с промежуточным слоем из эластомерного материала марки СКУ ПФЛ и основания из ткани СВМ (общая толщина панели 19 мм, сжатие плитки в промежуточном слое составляет 12% от разрушающего напряжения керамики при растяжении) различными видами стрелкового оружия и боеприпасов при условии 100% непробития панели.

Указанные показатели стойкости и живучести (2...3 попадания/дм²) сохраняются и после падения пулезащитной панели в составе бронежилета, надетого на манекен массой 90 кг, плашмя на бетонные плиты с высоты 2 м.

Источники информации: 1. Бронежилет. Заявка Великобритании N 2258389, МКИ F 41 H 1/02, 1993 г.

2. Бронированный элемент и способ его изготовления (прототип).

3. Международная заявка N 9510751 (PCT 00246), МКИ F 41 H 5/04, 1996 г. ("Изобретения стран мира", N 4, 1996 г., Выпуск 080, с. 25).

Формула изобретения

Пулезащитная панель для средств бронезащиты, содержащая оболочку и керамическую плиту, расположенную на слоистом основании, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит промежуточный слой, выполненный на основе усадочной ткани и использующего или из упруго деформированного отвержденного эластомерного вещества, а керамическая плитка размещена в промежуточном слое в состоянии всестороннего сжатия величиной 6 - 18% от разрушающего напряжения керамики при растяжении.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2