Устройство защиты от кумулятивной струи и осколков взрыва

Изобретение относится к области броневых конструкций, устанавливаемых в частности в камерах специального назначения. Устройство защиты от кумулятивной струи и осколков взрыва содержит установленный в направлении поражающего воздействия перед защищаемым объектом защитный блок, выполненный в виде замкнутой камеры, заполненной защитными элементами. Соосно блоку перед защищаемым объектом введен помещенный в противоосколочный сетчатый демпфер корпус в виде, например, стакана с утолщенным дном, жестко связанным с поверхностью защищаемого объекта. Полость стакана заполнена многослойной броней, толщина которой определяется в зависимости от длины струи, плотности материала слоев и материала, из которого сформирована кумулятивная струя. Броня набрана из слоев из высокоплотного материала с возможностью чередования их с одним или несколькими слоями более низкой плотности. Слои ориентированы по направлению поражающего воздействия. Защитные элементы представляют собой тела качения из высокоплотного материала. Достигается снижение динамических нагрузок на защищаемый объект. 1 ил.

 

Изобретение относится к области броневых конструкций, устанавливаемых в частности в камерах специального назначения (КСН), где размещены взрывоопасные материалы или изделия, от осколочных элементов и кумулятивного воздействия.

Известно устройство защиты от кумулятивных боеприпасов [патент на полезную модель №17362, МПК F41H 5/007, опубл. 27.03.2001 г.]. Данное устройство содержит корпус с метаемой крышкой и размещенные в нем элементы динамической защиты. Защитные элементы выполнены в виде контейнеров, в которых слой взрывчатого вещества расположен между двумя металлическими пластинами. Контейнеры установлены параллельно друг другу и под острым углом к горизонтальной плоскости, разнесены на расстояние, исключающее образование детонационной цепи, и ограничены металлической перемычкой каждый. Свободные зоны в корпусе между контейнерами заполнены упругим инертным материалом.

Известное устройство обеспечивает эффективность защиты за счет уменьшения площади ослабленных зон и снижения воздействия взрыва элементов динамической защиты на защищаемую поверхность с одновременным усилением дестабилизирующего воздействия на кумулятивную струю. Данное устройство позволяет исключить передачу детонации между соседними контейнерами и, как следствие, снизить воздействие взрыва на защищаемую поверхность.

Однако использование данного устройства в КСН, имеющей замкнутый объем, может привести к дополнительной нагрузке на ее стенки, а также изменить регистрируемые показатели о быстропротекающих взрывных процессах в КСН.

Известно устройство, представленное в описании способа защиты бронетехники и сооружений от кумулятивной струи [патент РФ №2331836, МПК F41H 5/02, опубл. 20.08.2008 г.], представляющее собой жесткую оболочку, в которую помещены защитные элементы, установленные перед основной броней защищаемого объекта в направлении поражающего воздействия. Защитные элементы выполнены в виде нескольких слоев из вращающихся от взаимодействия с кумулятивной струей элементов в форме цилиндра или шара. Оболочка обеспечивает свободное вращение элемента вне зависимости от стороннего воздействия. Размер вращающегося элемента выбран таким образом, чтобы он в несколько раз превосходил диаметр отверстия, создаваемого кумулятивной струей в материале вращающегося элемента. Вращающий элемент помещают в оболочку с минимально возможным зазором и выполняют из материала, обладающего свойствами, исключающими его разламывание и растрескивание, при прохождении через него кумулятивной струи. Между оболочкой и вращающимся элементом размещают слой смазки. Промежутки между вращающимися элементами заполняют сыпучим или твердым материалом. Данное устройство позволяет снизить воздействие кумулятивной струи за счет ее отклонения и разделения на несколько отрезков меньшей длины, расходящихся от основного направления.

Однако для защиты от мощной кумулятивной струи при применении данного устройства потребуется несколько слоев вращающихся элементов, что ведет к увеличению его габаритов, а применение конструкции с большими габаритами в КСН приведет к уменьшению внутреннего свободного объема камеры, что нежелательно, так как приведет к дополнительной нагрузке на стенки КСН. К тому же сложно провести оценочные расчеты по необходимому количеству слоев вращающихся элементов, требуемых для полного погашения кумулятивной струи. Причем возможно заклинивание вращающихся элементов, которым требуется смазка, в результате чего кумулятивная струя может не разделиться, что снизит эффективность защиты.

Известно энергопоглощающее устройство [патент РФ №2274784, МПК F16F 7/12, опубл. 20.04.2006 г.], взятое за прототип. Данное устройство содержит установленный в направлении поражающего воздействия перед защищаемым объектом защитный блок, выполненный в виде замкнутой камеры, заполненной защитными элементами. Защитные элементы представляют собой деформируемые элементы в виде сыпучей совокупности пустотелых незамкнутых элементов из материала, имеющего прочность, меньшую или равную прочности материала корпуса и стеклянных полых микросфер, внутренние объемы замкнутой камеры и пустотелых элементов заполнены стеклянными полыми микросферами. Данная конструкция позволяет использовать эффект совместного объемного деформирования внешней оболочки камеры, пустотелых незамкнутых элементов и стеклянных полых микросфер. При перетекании стеклянных полых микросфер, ведущих себя как псевдожидкость, дополнительно возникают силы трения и силы, воздействующие на оболочку наружного корпуса.

Данное устройство поглощает кинетическую энергию при интенсивном динамическом нагружении конструкции и обеспечивает эффективную защиту от осколков взрыва, но неэффективно при воздействии от кумулятивной струи из-за наличия внутри конструкции большого количества пустотелых элементов.

Техническим результатом, на достижение которого направлено предпагаемое изобретение, является снижение динамических нагрузок на защищаемый объект до безопасных величин и обеспечение конструктивной его целостности при комплексном воздействии от кумулятивной струи и осколков взрыва.

Технический результат достигается тем, что установленный в направлении поражающего воздействия перед защищаемым объектом защитный блок, выполненный в виде замкнутой камеры, заполненной защитными элементами, согласно изобретению соосно блоку перед защищаемым объектом введен помещенный в противоосколочный сетчатый демпфер корпус в виде, например, стакана с утолщенным дном, жестко связанным с поверхностью защищаемого объекта, полость корпуса заполнена многослойной броней, толщина которой определяется в зависимости от длины струи, плотности материала слоев и материала, из которого сформирована кумулятивная струя, причем броня набрана из слоев из высокоплотного материала с возможностью чередования их с одним или несколькими слоями более низкой плотности, при этом слои ориентированы по направлению поражающего воздействия, а защитные элементы представляют собой тела качения из высокоплотного материала.

Введение соосно блоку перед защищаемым объектом помещенного в противоосколочный сетчатый демпфер корпуса в виде стакана, утолщенное дно которого жестко связано с поверхностью защищаемого объекта, полость стакана заполнена многослойной броней, толщина которой определяется в зависимости от длины струи, плотности материала слоев и материала, из которого сформирована кумулятивная струя, причем броня набрана из слоев из высокоплотного материала с возможностью чередования их с одним или несколькими слоями более низкой плотности, при этом слои ориентированы по направлению поражающего воздействия, а защитные элементы представляют собой тела качения из высокоплотного материала, позволяет снизить пробивную способность кумулятивной струи и ударного импульса от крупных осколков взрыва, передаваемого на защищаемый объект (стенку КСН), обеспечивая снижение динамических нагрузок на защищаемый объект до безопасных величин. Снижение пробивной способности происходит за счет нарушения монолитности кумулятивной струи под влиянием градиентов скорости, вследствие чего происходит ее разрыв. Длина кумулятивной струи уменьшается за счет работы, затраченной на прохождение ее через блок с телами качения из высокоплотного материала, которые получают импульс от энергии удара кумулятивной струи. При воздействии ударного импульса от крупных осколков взрыва также происходит перераспределение импульса с одного направления на несколько. Данное перераспределение импульса происходит за счет возможности деформации камеры защитного блока, его последующего разрушения и перемещения (разлета) тел качения в различных направлениях. При внедрении струи в корпус, выполненный в виде стакана, имеющего жестко связанное с поверхностью защищаемого объекта утолщенное дно и заполненного многослойной броней, набранной из слоев из высокоплотного материала с возможностью чередования их с одним или несколькими слоями более низкой плотности, при этом слои ориентированы по направлению поражающего воздействия, происходит дальнейшее поглощение части энергии от воздействия импульса, образованного от кумулятивной струи и крупных осколков. Толщина брони определяется в зависимости от длины струи, плотности материала слоев и материала, из которого сформирована кумулятивная струя. При этом сетчатый демпфер защищает объект (стенку КСН) от осколков и разлетевшихся тел качения, им срезается пик ударной волны и происходит ее дальнейшее ослабление, а также снижается величина теплового потока за счет теплообмена с материалом сетки. В итоге, обеспечивается конструктивная целостность защищаемого объекта при комплексном воздействии от кумулятивной струи и осколков взрыва.

Наличие в заявляемом изобретении совокупности признаков, отличающих его от прототипа, позволяет считать его соответствующим условию «новизна».

Новые признаки, которые содержит отличительная часть формулы изобретения, не выявлены в технических решениях аналогичного назначения. На этом основании можно сделать вывод о соответствии заявляемого изобретения условию «изобретательский уровень».

Изобретение иллюстрируется чертежом, где представлен общий вид устройства защиты.

Устройство защиты выполнено следующим образом.

Устройство содержит установленные соосно перед защищаемым объектом 1 (стенкой КСН) в направлении поражающего воздействия от кумулятивной струи 2 (КС) и осколков взрыва 3 защитный блок 4 и примыкающий к нему корпус 5. Защитный блок 4 выполнен в виде стальной замкнутой камеры, заполненной телами качения из высокоплотного материала - стальными шариками и/или роликами 6. Корпус 5 выполнен в виде стального стакана, утолщенное дно 7 которого жестко связано со стенкой 1 КСН. Полость корпуса 5 заполнена многослойной броней, толщина которой определяется в зависимости от длины струи, плотности материала слоев и материала, из которого сформирована кумулятивная струя. Броня набрана из слоев из высокоплотного материала - стальных дисков 8 с возможностью чередования их с одним или несколькими слоями более низкой плотности, например, пенопластовыми или керамическими дисками 9. В зависимости от известной величины поражающего воздействия суммарную толщину брони L определяют по соотношению: , где - длина струи; ρ_ст - плотность материала, из которого сформирована кумулятивная струя, ρ_дисков - плотность материала многослойной брони [Е.И. Забабахин «Некоторые вопросы газодинамики» Снежинск, 1997 г., стр. 129]. При этом диски 8, 9 ориентированы по направлению поражающего воздействия, а корпус 5 снаружи помещен в противоосколочный сетчатый демпфер 10 из сетки-рабицы.

Устройство защиты работает следующим образом.

При проведении взрывного эксперимента в КСН возникает кумулятивная струя 2 и осколки 3 от взрыва. При движении кумулятивной струи (КС) 2 (по направлению, показанному стрелкой на чертеже), она первоначально воздействует на защитный блок 4 с уложенными в нем роликами и/или шариками 6. Ролики и/или шарики 6 получают импульс от энергии удара КС 2, частично уменьшают ее энергию удара и оказывают на нее дестабилизирующее воздействие, но при этом целостность блока 4 сохраняется. Сокращение длины струи 2 зависит от плотности укладки роликов и/или шариков 6. Далее кумулятивная струя 2, пройдя сквозь блок 4, «бьет» в стальные диски 8, уложенные в корпусе 5 в требуемом порядке (с возможным чередованием их с пенопластовыми или керамическими дисками 9 в зависимости от величины поражающего воздействия). Диски ориентированы по направлению воздействия КС 2. Стальные диски 8 обеспечивают поглощение КС (сокращение ее длины до полного поглощения), при этом диски 9 деформируются, за счет чего они обеспечивают поглощение части энергии от воздействия ударного импульса, образованного от КС 2 и крупных осколков 3. В корпусе 5 КС 2 окончательно поглощается. После воздействия кумулятивной струи 2 корпус 5 сохраняет целостность. Последующее воздействие на блок 4 с уложенными в нем роликами и/или шариками 6 осуществляется ударным импульсом от крупных осколков 3 от источника взрыва в КСН. В результате чего блок 4 разрушается, при этом ролики или шарики 6 разлетаются. Однако дальнейшее их перемещение, а также и осколков 3 нейтрализуется сетчатым демпфером 10. И, таким образом защищаемый объект 1 (стенка КСН) не претерпевает разрушительного воздействия ни от кумулятивной струи 2, ни от осколков 3 взрыва. Тем самым реализуется комплексное средство защиты объекта 1, снижается воздействие на него до минимума с сохранением его конструктивной целостности.

На предприятии в КСН данное устройство защиты эффективно используется и выдержало широкий спектр воздействий при проведении взрывных экспериментов в КСН.

Эксперименты, проведенные на предприятии, показали, что сетчатые демпферы метровой толщины полностью защищают стенки КСН от воздействия крупных осколков массой до 10 кг при скоростях их разлета до 135 м/с. Максимальная глубина проникновения крупных осколков в сетчатом демпфере - 480, минимальная - 400 мм. При плотности укладки шариков от 5000 до 6000 кг/м³, эффективность защиты достигает 80% от плотности стали.

Итак, представленные сведения свидетельствуют о выполнении при использовании заявляемого изобретения следующей совокупности условий:

- устройство, воплощающее заявленное изобретение при его осуществлении, предназначено для защиты от воздействия осколков взрыва и кумулятивной струи;

- средство, воплощающее заявленное изобретение при осуществлении, способно обеспечить снижение динамических нагрузок на защищаемый объект до безопасных величин и обеспечение конструктивной его целостности при комплексном воздействии от кумулятивной струи и осколков взрыва;

- для заявляемого устройства в том виде, в котором оно охарактеризовано в формуле изобретения, подтверждена возможность его осуществления с помощью описанных в заявке и известных до даты приоритета средств и методов.

Следовательно, заявляемое изобретение соответствует условию «промышленная применимость».

Устройство защиты от кумулятивной струи и осколков взрыва, содержащее установленный в направлении поражающего воздействия перед защищаемым объектом защитный блок, выполненный в виде замкнутой камеры, заполненной защитными элементами, отличающееся тем, что соосно блоку перед защищаемым объектом введен помещенный в противоосколочный сетчатый демпфер корпус в виде, например, стакана с утолщенным дном, жестко связанным с поверхностью защищаемого объекта, полость корпуса заполнена многослойной броней, толщина которой определяется в зависимости от длины струи, плотности материала слоев и материала, из которого сформирована кумулятивная струя, причем броня набрана из слоев из высокоплотного материала с возможностью чередования их с одним или несколькими слоями более низкой плотности, при этом слои ориентированы по направлению поражающего воздействия, а защитные элементы представляют собой тела качения из высокоплотного материала.