Броня для транспортных средств
Владельцы патента RU 2310807:
Закрытое акционерное общество Центр высокопрочных материалов "Армированные композиты" (RU)
Изобретение относится к области машиностроения, в частности к бронезащитным устройствам для транспортных средств. Броня для транспортных средств содержит слои полимерного композиционного материала и элементы ее крепления к обшивке транспортного средства. Элементы крепления снабжены бонками, высота опорных элементов соответствует зазору между тыльной поверхностью брони и обшивкой. Максимальная и минимальная высота опорных элементов определяется соответствующими математическими выражениями. Опорные элементы снабжены прокладками, выполненными из эластичного материала, например из резины. Реализация изобретения позволяет повысить надежность бронезащиты. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.
Изобретение относится к области машиностроения, к бронезащитным устройствам и может быть использовано для защиты транспортных средств от пуль и осколков.
Известна пулезащитная панель по патенту RU №2190823, МКП7 F41Н 5/04 от 05.07.2001 г., опубл. 10.10.2002 г., бюл. №28, [1].
Известна противоосколочная броня по патенту США №4664967, НКИ 428-220, МКП7 В32В 3/12, опубл. 12.05.87, [2].
Известна усиленная броня, содержащая слои полимерного композиционного материала (ПКМ) из арамидных волокон по РСТ (WO) №9206840, МКП7 F41Н 5/04 от 28.02.91 [3]. В этой броне поражающий элемент разбивается о лицевой слой, пробивая его, а кинетическая энергия осколков поражающего элемента поглощается слоями ПКМ, при этом на тыльной поверхности ПКМ образуется запреградный выступ.
Известна конструкция брони, представленная в статье В.А.Борисова "Области поражения в композиционной бронепанели". Вопросы оборонной техники. Серия 15. - 2002. - Выпуск 3 (129) [4]. В известной броне кинетическая энергия поражающего элемента поглощается слоями ПКМ, при этом на тыльной поверхности ПКМ образуется запреградный выступ за счет растяжения армирующих волокон вплоть до разрыва при вытягивании их из переплетения и связующей матрицы. Недостатком известной конструкции является то, что в ней не определена высота запреградного выступа.
Известна броня, раскрытая в докладах Е.Ф.Харченко "Основные стадии процесса взаимодействия пуль и осколков с текстильными бронематериалами" и "Эффект разворота пули как средство повышения противопульной стойкости штурмовых бронешлемов". Тезисы докладов VIII международной конференции "Новейшие тенденции в области конструирования и применения баллистических материалов и средств защиты" 15-16 сентября 2005 г., г.Хотьково, Московской обл. [5]. В известной броне на первом этапе взаимодействия пули и брони возникают ударно-волновые процессы с распространением ударной волны со сверхзвуковой скоростью в материале брони.
На последнем этапе при пробитии брони пулей, на тыльной поверхности материала образуется запреградный выступ и в большинстве случаев (более 50%) пуля разворачивается на 60-90°. Недостатком известной конструкции является то, что в ней также не определена высота запреградного выступа.
Также известна броня для транспортных средств, содержащая слои полимерного композиционного материала и элементы ее крепления к обшивке транспортного средства, по заявке ФРГ №2853154 от 14.08.1980 г., МКП7 F41Н 5/04 [6]. Известная броня как наиболее близкая по технической сущности и достигаемому результату выбрана в качестве прототипа.
Недостатком известной брони является низкая надежность работы при применении ее в качестве дополнительной съемной бронезащиты для легких бронемашин из-за низкой эффективности использования защитных свойств штатной бронеобшивки и высоких нагрузок на элементы крепления при транспортных перегрузках и взаимодействии бронезащиты с поражающими элементами.
Технической задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является разработка дополнительной съемной бронезащиты повышенной надежности работы для легких бронемашин.
Технический результат, который может быть получен при решении технической задачи, заключается в повышении надежности работы бронезащиты за счет более эффективного использования защитных свойств штатной бронеобшивки и снижения нагрузок на элементы ее крепления к обшивке транспортного средства.
Поставленная задача с достижением технического результата решается тем, что броня для транспортных средств содержит слои полимерного композиционного материала и элементы ее крепления к обшивке транспортного средства, при этом в соответствии с изобретением элементы крепления снабжены бонками, высотой опорных элементов которых обеспечены пределы зазора между тыльной поверхностью брони и обшивкой, для чего минимальная и максимальная высота опорных элементов определена из соотношений:
; hmax=hmin+k, где:
hmin - минимальная высота опорного элемента бонки, мм;
hmax - максимальная высота опорного элемента бонки, мм;
s - суммарная толщина слоев полимерного композиционного материала брони, мм;
δ - относительное удлинение при разрыве армирующих волокон полимерного композиционного материала брони;
с=1,2...1,8 - опытный коэффициент, зависящий от физико-механических свойств материала брони;
k - калибр основного поражающего элемента, мм,
при этом опорные элементы снабжены прокладками, выполненными из эластичного материала, например из резины.
Отличительными признаками являются следующие признаки:
- элементы крепления снабжены бонками - признак предусматривает наличие нового элемента, направлен на решение технической задачи с достижением технического результата, на повышение работы бронезащиты за счет более эффективного использования защитных свойств штатной бронеобшивки, т.к. бонки предусматривают установку бронепанели на бронеобшивку с зазором, в котором образуется запреградный выступ и размещается пуля после пробития преграды с максимальной потерей кинетической энергии, таким образом, признак является существенным;
- высотой опорных элементов обеспечены пределы зазора между тыльной поверхностью брони и обшивкой - признак существенный, предусматривает наличие новых элементов и новое соотношение размеров, направлен на решение технической задачи с достижением технического результата, на повышение надежности работы бронезащиты за счет более эффективного использования защитных свойств штатной бронеобшивки,
т.к. зазор обеспечивает образование запреградного выступа в полном объеме и размещение развернутой пули после пробития преграды, то есть для максимальной потери кинетической энергии пули необходимо, чтобы она начала взаимодействие со штатной обшивкой после выхода из пробитого материала и запреградного выступа, а увеличение зазора более чем для свободного размещения в нем развернутой пули малоэффективно, таким образом, признак является существенным;
- минимальная и максимальная высота опорных элементов определена из соотношений:
; hmax=hmin+k, где:
hmin - минимальная высота опорного элемента бонки, мм;
hmax - максимальная высота опорного элемента бонки, мм;
s - суммарная толщина слоев полимерного композиционного материала брони, мм;
δ - относительное удлинение при разрыве армирующих волокон полимерного композиционного материала брони;
с=1,2...1,8 - опытный коэффициент, зависящий от физико-механических свойств материала брони;
k - калибр основного поражающего элемента, мм -
признак существенный, предусматривает новое соотношение размеров, направлен на решение технической задачи с достижением технического результата, на повышение надежности работы бронезащиты за счет более эффективного использования защитных свойств штатной бронеобшивки, уточняет предыдущий признак, для доказательства существенности признака рассмотрим физическую модель взаимодействия пули с бронепреградой по аналогам [4 и 5]. На первом этапе взаимодействия пули и брони возникают ударно-волновые процессы с распространением ударной волны со сверхзвуковой скоростью. При этом для изотропного материала в объеме, равном конусу с вершиной в точке соприкосновения с углом при вершине ˜90°, с высотой равной толщине брони, с радиусом основания соответственно равным высоте конуса или толщине брони, происходит повреждение материала брони. Для ортотропного материала (слоистого ПКМ) при высоких скоростях нагружения с технически приемлемыми допущениями, подтвержденными экспериментально на предприятии-заявителе, можно принять, что в аналогичном объеме материала брони происходит повреждение связующей матрицы ПКМ. На последнем этапе взаимодействия пуля проходит через коническую зону и выходит из материала с образованием конического запреградного выступа (см. фиг.2). Высоту запреградного выступа (h) определим из прямоугольных треугольников АВС и CBD из условия разрыва армирующего волокна ПКМ при растяжении.
; 
,
где δ - относительное удлинение волокна при разрыве;
при lo=s, где s - толщина брони, имеем:
Для учета динамики процесса и эффекта вытягивания волокон из переплетения и связующей матрицы вводится опытный коэффициент, зависящий от физико-механических характеристик материала брони, с=1,2...1,8, таким образом . Максимальная высота опорных элементов бонок определяется из условия свободного размещения в зазоре развернутой пули, т.е. ее калибром, таким образом hmax=hmin+k, где k - калибр пули, мм. Дальнейшее увеличение зазора малоэффективно и ведет к чрезмерному увеличению габаритов бронезащиты.
- опорные элементы снабжены прокладками, выполненными из эластичного материала, например из резины - признак существенный, предусматривает наличие нового элемента, направлен на решение технической задачи с достижением технического результата, на повышение надежности работы бронезащиты за счет снижения нагрузок на элементы ее крепления к обшивке транспортного средства.
Указанные отличительные признаки являются существенными, поскольку каждый в отдельности и все совместно направлены на решение поставленной задачи с достижением технического результата. Использование единой совокупности существенных отличительных признаков в известных решениях не обнаружено, что характеризует соответствие технического решения критерию "новизна".
Единая совокупность новых существенных признаков с общими известными обеспечивает решение поставленной задачи с достижением технического результата и характеризует предложенное техническое решение существенными отличиями по сравнению с известным уровнем техники и аналогами. Данное техническое решение является результатом научно-исследовательской и экспериментальной работы по повышению надежности работы бронезащиты транспортного средства без использования известных проектировочных решений, рекомендаций, материалов и обладает неочевидностью, что свидетельствует о его соответствии критерию "изобретательский уровень".
Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 представлено сечение бронепанели в точке взаимодействия ее с пулей, на фиг.2 - схема взаимодействия.
Броня для транспортных средств содержит слои полимерного композиционного материала 1 и элементы 2 ее крепления к обшивке 3 транспортного средства, при этом элементы 2 крепления снабжены бонками 4, высотой опорных элементов 5 которых обеспечены пределы зазора 6 между тыльной поверхностью 7 брони и обшивкой 3. Опорные элементы 5 снабжены прокладками 8, выполненными из эластичного материала, например из резины.
Работает бронезащита следующим образом. При взаимодействии пули 9 со слоями ПКМ 1 на начальном этапе при ударно-волновых процессах образуется коническая зона 10 повреждения связующей матрицы, на последнем этапе при выходе пули 9 из ПКМ на ее тыльной поверхности 7 образуется запреградный выступ 11. Далее пуля 9 выходит из запреградного выступа 11 с частичной потерей кинетической энергии, в большинстве случаев разворачивается с дальнейшей потерей энергии и с остатками энергии начинает взаимодействовать со штатной бронеобшивкой 3 транспортного средства, где останавливается.
Использование предлагаемого технического решения позволит повысить надежность работы бронезащиты транспортных средств. В связи с этим новое техническое решение затребовано промышленностью, что соответствует и критерию "промышленная применимость", т.е. уровню изобретения.
1. Броня для транспортных средств, содержащая слои полимерного композиционного материала и элементы ее крепления к обшивке транспортного средства, отличающаяся тем, что элементы крепления снабжены бонками, высота опорных элементов которых соответствует зазору между тыльной поверхностью брони и обшивкой, при этом минимальная и максимальная высота опорных элементов определена из соотношений:
hmax=hmin+k;
где hmin - минимальная высота опорного элемента бонки, мм;
hmax - максимальная высота опорного элемента бонки, мм;
s - суммарная толщина слоев полимерного композиционного материала брони, мм;
δ - относительное удлинение при разрыве армирующих волокон полимерного композиционного материала брони;
с=1,2...1,8 - опытный коэффициент, зависящий от физико-механических свойств материала брони;
k - калибр основного поражающего элемента, мм.
2. Броня по п.1, отличающаяся тем, что опорные элементы снабжены прокладками, выполненными из эластичного материала, например из резины.
