Противоударное защитное устройство

Изобретение относится к средствам индивидуальной защиты. Предложено противоударное защитное устройство, включающее металлическую пластину и защитную пластину из слоистого материала с низкой степенью отслаивания. Защитная пластина выполнена толщиной 0,2 d_п<b₂<0,3 d_п и расположена на воспринимающей удар лицевой поверхности металлической пластины. Металлическая пластина выполнена твердостью не менее 300 НВ и толщиной b₁>0,8 d_п, где d_п - диаметр пули, b₁ - толщина металлической пластины, b₂ - толщина защитной пластины. Защитная пластина может быть выполнена из материала с малой удельной плотностью и высокой прочностью на сжатие, например из стеклотекстолита. Техническим результатом изобретения является повышение коррозионной стойкости и ударной вязкости стали. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

 

Изобретение относится к области военной техники и может быть использовано для усиления защитных свойств бронежилетов и легкоуязвимых элементов конструкций транспортных средств и легкобронированной техники от поражения пулями штатного стрелкового оружия и высокоскоростными осколками.

Типичные защитные устройства, способные противостоять проникновению пуль и высокоскоростных осколков и предназначенные для защиты живой силы и легкоуязвимых элементов конструкций транспортных средств и легкобронированной техники, представляют собой слоистую конструкцию, например, состоящую из керамической лицевой пластины и расположенной за ней пластины из стекломатериала либо пластмассы для погашения остаточной энергии осколков [1, 2]. Недостатком таких защитный устройств является их дороговизна и способность выдерживать только один удар, т.к. керамическая пластина после воздействия ударника (пули, осколка) разрушается, а оставшийся тыльный слой, как правило, не выполняет прямую защитную функцию.

Известна также группа устройств для защиты живой силы, конструкция которых состоит из нескольких слоев пуленепробиваемой ткани или арамидных волокон, скрепленных эпоксидным либо фенольным компаундом [3, 4]. Устройства такого типа для обеспечения защитной функции должны иметь большие габариты по толщине.

Наиболее близким аналогом заявляемого изобретения является противоударное защитное устройство, выполненное в виде бронеплиты, состоящей из металлической (стальной) пластины, воспринимающей удар, и защитной пластины, расположенной с тыльной стороны, выполненной из слоистого материала с низкой степенью отслаивания [5].

К недостаткам такого устройства относится следующее. Материалы с низкой степенью отслаивания (пластмассы, стеклопластики, текстолит) выдерживают нагрузку на растяжение значительно меньше, чем на сжатие. В этом случае в рассмотренном устройстве повышение защитных свойств обеспечивается за счет увеличения толщины либо металлической (стальной) пластины, либо из материала с низкой степенью отслаивания. Следовательно, это приводит к увеличению суммарного веса защиты на единицу площади, что нежелательно при использовании такого устройства для защиты живой силы.

В настоящее время ведется поиск новых конструктивных решений защитных устройств, которые при оптимальном весе на единицу площади обеспечивали бы существенное понижение проникающей способности пуль и высокоскоростных осколков и исключали сквозное проникновение их за защиту.

Задачей настоящего изобретения является создание противоударного защитного устройства, обеспечивающего надежную защиту от пуль и осколков противопехотных боеприпасов при малом эквивалентном весе на единицу площади за счет использования известных конструкционных материалов.

Предложенное противоударное защитное устройство отличается от известного тем, что защитная пластина выполнена толщиной 0,2 d_п<b₂<0,3 d_п и расположена на лицевой поверхности металлической пластины, имеющей твердость по Бринеллю не менее 300 НВ, и выполненой толщиной b₁>0,8 d_п, где d_п - диаметр пули, b₁ - толщина металлической пластины, b₂ - толщина защитной пластины.

На фиг.1 представлен один из конкретных вариантов выполнения противоударного защитного устройства, состоящего из стальной пластины 1, на лицевой поверхности которой расположена защитная пластина 2 из слоистого пластика с низкой степенью отслаивания, стеклотекстолита марки СТЭК [6].

Противоударное защитное устройство работает следующим образом. При контакте пули 3 с защитной пластиной 2, материал которой имеет высокую прочность на сжатие, на начальной стадии взаимодействия происходит радиальное деформирование головной части пули, что приводит к увеличению площади контакта. Сила сопротивления при проникании пули в преграду пропорциональна произведению давления, являющегося функцией скорости внедрения, и площади контакта [7]. Вследствие этого при воздействии деформированной пули на металлическую пластину 1 вовлекается в процесс взаимодействия больший объем материала за счет увеличения площади контакта. Сила сопротивления внедрению ударника со стороны пластины 1 увеличивается, что обеспечивает интенсивное затухание скорости внедрения пули или осколка.

Сущность изобретения иллюстрируется на фиг.2, где приведена фотография лицевой поверхности титановой пластины толщиной 6,7 мм, что составило 0,88d_п, и твердостью по Бринеллю 300 НВ после воздействия штатной пулей калибром d_п=7,62 мм со скоростью 670 м/с. В месте контакта пули с титановой пластиной без защитной пластины произошло ее сквозное пробитие при диаметре отверстия, равном 8 мм, превышающем диаметр пули, что иллюстрируется в верхней части фиг.2. В случае, когда титановая пластина защищена с лицевой стороны стеклотекстолитовой пластинкой марки СТЭК толщиной 2 мм, что составляет 0,26d_o, при действии пули с той же скоростью сквозное пробитие отсутствует, т.е. пуля не проникает через пластину. На лицевой поверхности титановой пластины вокруг места контакта наблюдаются сколы, просматриваемые в нижней части фиг.2, а на тыльной поверхности - выпучивание в направлении вектора скорости и сквозные радиальные трещины, расстояние между которыми значительно меньше диаметра сердечника пули. Развивающиеся напряжения и деформации в титановой пластине в процессе нагружения в первом случае приводят к образованию сквозного отверстия, формирующегося по типу выбивания "пробки", а во втором - только к деформированию и частичному радиальному разрыву материала титановой пластины в месте контакта без сквозного проникания пули через нее.

Проведены экспериментальные исследования по ударному взаимодействию штатной пули калибром 7,62 мм с противоударным защитным устройством, включающим пластину из высокопрочной стали толщиной 6,7 мм, что составило 0,88d_П, твердостью по Бринеллю 360 НВ, и лицевую пластину - стеклотекстолит марки СТЭК, толщиной от 1,5 до 3,0 мм, что составило 0,2d_П и 0,3 9d_П соответственно.

Скорость пули регулировалась количеством порохового заряда и регистрировалась индукционным датчиком. Характер разрушения противоударного защитного устройства - сквозное пробитие либо деформационные изменения и формирование кратера - устанавливался визуально по его состоянию после опыта. Регистрировались линейные размеры разрушения в каждом опыте.

Одной из важных характеристик динамики удара является предельная скорость пробития преграды. На фиг.3 представлена зависимость изменения предельной скорости пробития штатной пули от толщины лицевого защитного покрытия. Левая крайняя точка характеризует предельную начальную скорость пробития противоударного защитного устройства без лицевой пластины (V_o=693±5 м/с), а правая - с лицевой пластиной из стеклотекстолита СТЭК толщиной 3 мм (V_о=750±5 м/с).

Проведенный анализ экспериментальных данных по определению баллистического предела (предельная скорость пробития) противоударного защитного устройства с лицевой пластиной из различных марок стеклотекстолита позволил установить, что наиболее эффективным является стеклотекстолит марки СТЭК при оптимальном соотношении толщин лицевой и металлической пластин при минимальном весе устройства на единицу площади.

В результате проведенных опытов установлено, что нанесение защитной пластины, изготовленной из стеклотекстолита с высокими прочностными характеристиками материала на сжатие, на лицевую поверхность металлической пластины с высокой твердостью обеспечивает повышение противоударной стойкости за счет потери кинетической энергии на деформационные процессы самой пули либо осколка и конструкции. Упругопластические свойства материалов противоударного защитного устройства способствуют его деформированию только в зоне контакта, не нарушая полной целостности. Учитывая этот факт, можно утверждать о том, что противоударное защитное устройство способно противостоять нескольким ударам пули либо эшелонированного потока высокоскоростных осколков. При этом необходимо учесть простоту изготовления противоударного защитного устройства, его эффективность и надежность.

Источники информации

1. МПК F 41 H 5/04. США. Заявка №5361678 от 08.11.1994. Броня из композиционного материала с керамическим покрытием. // РЖ ИСМ. 1996. Вып.080. МПК F 41. №1. С.14.

2. МКИ F 41 H 5/04. Великобритания. Заявка №2078913 от 13.01.1982. Усовершенствование, относящееся к защитным материалам. // РИ Изобретения в СССР и за рубежом. Вып.101 (МКИ F 41). №10-1982. С.10.

3. МКИ F 415/04. PCT (WO). Междунар. заявка №91/19951 от 26.12.1991. Многослойное устройство из композиционного материала для защиты от поражения пулями или осколками. // РЖ ИСМ. 1993. Вып.080. МПК F 41. №2.

4. МКИ F 41 H 5/04, B 32 B 15/04, 7/00. ЕПВ (ЕР). Заявка №0237095 от 16.09.87. Бронированный композит с керамическим ударным слоем. // РИ ИСМ. 1988. Вып.104. МКИ F 41. №5. С.8.

5. МКИ F 41 H 7/04, 5/04. Франция. Заявка №2425046 А, опубликованная 30.11.1979. Броневые пластины для защиты от противопехотных боеприпасов. // РИ Изобретения в СССР и за рубежом. Вып.97 (МКИ F 41). №5-1980. С.7. ПРОТОТИП.

6. Филин А.П. Прикладная механика твердого деформируемого тела. Том I. // М.: Наука. 1975. С.223-380.

7. Высокоскоростные ударные явления. / Под ред. В.Н.Николаевского. // М.: Мир, 1973, 533 с.

1. Противоударное защитное устройство, включающее металлическую пластину и защитную пластину из слоистого материала с низкой степенью отслаивания, отличающееся тем, что защитная пластина выполнена толщиной 0,2 d_п<b₂<0,3 d_п и расположена на воспринимающей удар лицевой поверхности металлической пластины, при этом металлическая пластина выполнена твердостью не менее 300 НВ и толщиной b₁>0,8 d_п, где d_п - диаметр пули, b₁ - толщина металлической пластины, b₂ - толщина защитной пластины.

2. Противоударное защитное устройство по п.1, отличающееся тем, что защитная пластина выполнена из материала с малой удельной плотностью и высокой прочностью на сжатие.

3. Противоударное защитное устройство по п.2, отличающееся тем, что защитная пластина выполнена из стеклотекстолита.