Броневая преграда

Изобретение относится к области военного дела и предназначено для обеспечения защиты вооружения, военной техники и других объектов от поражения артиллерийскими снарядами, в том числе бронебойными, например, подкалиберными и кумулятивными боеприпасами. Броневая преграда состоит из различных слоев материала с различными свойствами. В отдельных слоях брони используют вещества с высоким значением теплоты расплавления одного моля этого вещества и низким значением веса одного моля этого вещества, а также слои с высокой плотностью материала вещества. Технический результат: создание брони максимально стойкой к воздействию кинематических снарядов.

 

Изобретение относится к области военного дела и предназначено для обеспечения защиты вооружения, военной техники и других объектов от поражения артиллерийскими снарядами, в том числе бронебойными, например, подкалиберными и кумулятивными боеприпасами.

Известны способы ориентировочной оценки параметров взаимодействия снаряда с броней, основанные на выполнении расчетов. На основании таких расчетов проводится оценка эффективности снаряда и брони на стадии проектирования. Например, используются взаимосвязи длины бронебойного снаряда со свойствами материалов снаряда и мишени (Физика взрыва / Под. ред. Л.П. Орленко. - изд. 3-е, переработанное. - В 2 т. Т. 2. - М.: ФИЗМАТЛИТ, 2002. - 656 с.).

Соотношение для оценки глубины пробития брони h, в рассматриваем случае, имеет вид:

где: - длина снаряда; kc - плотность материала снаряда; km - плотность материала брони.

На основе расчетов, в соответствии с приведенным выше соотношением, чтобы уменьшить глубину возможного пробития брони кинетическим снарядом, выбирается материал брони с высоким значением его плотности (величина km находится в знаменателе, следовательно, с ее ростом будет уменьшаться глубина пробития h). Уменьшение глубины пробития брони свидетельствует о ее более высокой стойкости противостоять воздействию кинетическими снарядами.

Недостатком такой брони для противодействия кинетическим снарядам является невозможность за счет изменения одного параметра материала брони, а именно, его плотности km обеспечить нужную эффективность.

Для повышения стойкости брони к воздействию снарядов ее изготавливают многослойной.

Например, в соответствии с техническим решением, приведенным в описании Патента ФРГ (Патента ФРГ - DE 3226476, 14.07.88 г. Конструкция защитной стенки для бронированной машины). Конструкция предназначена для защиты от бронебойных снарядов кумулятивного и подкалиберного действия. Она включает наружный слой, изготовленный из стали, второй слой - воздушный зазор, третий слой, выполненный в виде стального листа, толщина которого меньше первого слоя. Третий слой обеспечивает защиту от вторичных осколков, образующихся при прохождении снарядов и кумулятивных струй через первый (наружный) слой.

Недостатком такой брони является неэффективность выбора физико-механических свойств материалов различных слоев брони.

В предлагаемом техническом решении приведен алгоритм выбора свойств материала различных слоев брони, позволяющий получать броню, максимально стойкую к воздействию кинетическими снарядами.

В основу предлагаемого решения положены расчетные и экспериментальные данные, полученные автором при проведении исследований изменения параметров бронепробития при стрельбе кинетическими снарядами по броневым преградам.

Ниже приведены обоснования и изложена суть предложения.

Основываясь на предположении, что в зоне соударения происходит превращение двух типов энергии (кинетической энергии снаряда и энергии от протекания электрического тока, вызванного инерционным движением свободных электронов в сжатой зоне снаряда) в тепловую энергию, способную превратить вещества в зоне соударения в жидкое и газообразное состояние, определим массу мишени, выброшенную в процессе соударения с образованием кратера диаметром D и глубиной h. Такие явления наблюдаются при ударах по броне бронебойным снарядом в виде кумулятивной струи.

Кинетическую энергию снаряда Е оценим с помощью соотношения:

где: kc - плотность материала снаряда,

Мс - масса снаряда,

- длина снаряда,

d - диаметр снаряда,

ui - скорость снаряда.

Тепловую энергию Q, от электрического тока, вызванного инерционным движением свободных электронов в материале снаряда оценим с помощью соотношения, представленного автором в работе (Кузнецов Н.С. Высокоскоростное взаимодействие ударников с преградами // Боеприпасы. - 2015. - №2. - с. 59-63.)

Это соотношение имеет вид:

где: n0=10 - количество свободных электронов в 1 см3 металла снаряда,

ρ - удельное электрическое сопротивление материала снаряда,

е=1,6×10-9 К - заряд электрона.

Энергию F, которая может выделиться при высокоскоростном ударе снаряда по мишени, оценим с помощью соотношения:

Можно предположить, что вся энергия разрушения снаряда перейдет в теплоту сублимации снаряда и мишени.

Теплоту сублимации Ее материала снаряда массой Мс определим с помощью соотношения:

где Ес - теплота сублимации одного моля вещества материала снаряда, масса снаряда Мс составляет - число молей Nc в веществе снаряда массой Мс составляет - где Рс - вес одного моля вещества материала снаряда.

Масса выброшенного металла мишени, при пробитии и полном расходе снаряда (с определенной погрешностью примем, что пробоина от снаряда имеет цилиндрическую форму диаметром D и глубиной h) составляет:

где km - плотность материала мишени, h - глубина пробития.

Количество молей вещества материала мишени Nм в выброшенной массе Мм составит:

где Рм - вес одного моля вещества материала мишени.

Теплота сублимации материала мишени EM массой М, составит:

где Ем - теплота сублимации одного моля вещества материала мишени.

Суммарная теплота сублимации материалов снаряда и мишени W составит:

Прировняв, величины энергий W=F, и проведя преобразования, получим соотношение для определения массы мишени, вынесенной снарядом при соударении. Это соотношение имеет вид:

В соотношение (9) входят параметры, характеризующие условия соударения и конкретные физические свойства материалов снаряда и мишени. По значениям этих параметров можно на стадии расчетов характеристик снаряда и мишени оценить один из основных параметров эффективности такого снаряда по возможности пробивать броневые преграды. А именно, представляется возможность определить массу вещества мишени, которая будет выброшена снарядом при соударении (при полном исчезновении снаряда).

Следует отметить, что в соотношении (9) указана масса мишени, образованная при полном испарении веществ снаряда и мишени, т.е. при их сублимации. Это условие наблюдается при очень высоких скоростях соударения, например, при ударе кумулятивной струи.

В случае смешанного состояния, а именно, при образовании в зоне соударения смеси металлов в виде жидкости и газа, в качестве энергии фазовых превращений нужно использовать только часть теплоты сублимации EC. Общая теплота А в зоне соударения в этом случае будет меньше величины EC, так как будет представлять собой сумму тепловых энергий, состоящую из теплоты образования жидкой фазы материалов снаряда и мишени Ж (части общей массы Мм), и части теплоты сублимации ЕСЧ. Можно провести расчеты для различных пропорций величин Ж и ЕСЧ в общей сумме энергии теплоты А. При этом должно соблюдаться равенство:

Для оценки линейных параметров кратера (D и h), образованного при соударении снаряда с мишенью по массе, выброшенного вещества мишени Мм, проведем анализ процесса соударения в начальный момент времени. Автором ранее была представлена модель процесса бронепробития, в основе которой лежит предположение, что пробитие брони происходит дискретно, путем поэтапного расплавления и испарения части брони и снаряда в зоне действия ударной волны сжатия и растяжения, вытеснения этой расплавленной массы твердой частью снаряда, и нового соударения по такой же схеме до исчерпания всей массы снаряда, либо до уменьшения скорости оставшейся части снаряда до величины, не обеспечивающей выполнение расплавления и испарения металла при соударении.

В начальный момент времени объем расплавленной массы мишени (полусфера) можно определить с помощью известного соотношения для объема сферы. Объем полусферы равен: πD3/12.

Ранее, при определении массы выброшенного из кратера вещества форма кратера была принята в виде цилиндра диаметром D и глубиной b. Объем такого цилиндра определяется соотношением: πD2b/4.

Можно положить, что в момент соударения дискретный объем расплавленной части мишени (части образованного кратера) будет соответствовать значениям объемов, определяемым для цилиндра и шара. Тогда для такого условия, приравняв эти объемы, можно получить соотношение, устанавливающее взаимосвязь диаметра кратера с его глубиной, а именно, можно записать: πD3/12=πD2b/4, и, после преобразования, получим:

Величина b определяется размером волны сжатия-растяжения в зоне соударения, так как фазовый переход в зоне соударения появляется в момент действия волны растяжения. Для оценки этой величины b воспользуемся результатами анализа, приведенного автором в работе (Кузнецов Н.С. К вопросу модернизации бронебойных подкалиберных снарядов // Боеприпасы. - 2017. - №1. - с. 22-34.), где показано, что размер волны сжатия (зоны сжатия) В, можно определить экспериментально на основе измерения расстояния от тыльной поверхности мишени до трещины в направлении перпендикулярном направлению удара. В связи с тем, что зона расплавления образуется при прохождении волны растяжения величину b можно определить из соотношения:

Согласно оценкам, размер зоны В примерно равен половине диаметра снаряда d. С учетом этих оценок соотношение (11) принимает вид:

Для дальнейшего анализа перепишем уравнение (9) в виде:

Выделим в этом выражении переменные D и h, характеризующие размер кратера. Получим:

Подставим значение D из (13) в соотношение (15) и получим соотношение, для оценки глубины пробития мишени h снарядом. Это соотношение будет иметь вид:

Для удобства проведения анализа соотношение (16) перепишем в виде:

Как видно из (16) глубина пробития мишени h зависит от длины снаряда его скорости ui и физико-механических свойств материалов снаряда и мишени. А именно, глубина пробития мишени будет тем меньше, чем больше значения параметров km и Ем, и чем меньше величина параметра Рм.

Размерности параметров соотношения (17) приведены ниже. Можно видеть, что после преобразования размерностей в каждом слагаемом остается размерность в метрах.

Еще раз подчеркнем, что приведенные соотношения справедливы для соударения, сопровождающегося сублимацией металла снаряда и металла кратера мишени. Такие условия наблюдаются при ударе по броне кумулятивной струей.

При скоростях снаряда ниже той, при которой наступает сублимация материалов необходимо учитывать предложения, определяемые соотношением (10).

Используя данные проведенного выше анализа, ниже представлены расчеты глубины пробития мишени для снарядов, подлетающих к преграде со скоростями значительно меньшими, по сравнению с кумулятивными струями, а именно, для бронебойных подкалиберных снарядов. При применении таких снарядов измерение их скорости u и определение длины не представляет технических трудностей. Но соударение таких снарядов имеет свою особенность, которая заключается в том, что при таких низких скоростях соударения (в основном менее 2000 м/с) материал снаряда и мишени не испаряется. Он находится в жидком состоянии.

Проведенный автором анализ показывает, что и в этом случае соотношение (16) вполне может быть использовано для оценки глубины пробития мишени, разрабатываемым бронебойным подкалиберным снарядом. В этом случае, для определения размеров пробоины в соотношении (16) необходимо провести замены ряда величин, а именно, вместо теплоты сублимации одного моля вещества снаряда (Ес) и мишени (Ем) использовать значение теплоты расплавления одного моля вещества снаряда (Жс) и мишени (Жм). Величины Жс и Жм также измеряются в Дж. Тогда соотношение для определения глубины пробития бронебойным подкалиберным снарядом твердой мишени будет иметь вид:

Работоспособность соотношений (16) и (18) подтверждена при выполнении расчетов глубины пробития мишени с использованием известных экспериментальных данных для кумулятивных и бронебойных подкалиберных снарядов. Поэтому эти соотношения можно использовать для оценки влияния свойств материала мишени на стойкость брони противостоять воздействию кинетических снарядов.

Как видно из (18) глубина пробития мишени h зависит от длины снаряда его скорости ui и физико-механических свойств материалов снаряда и мишени. А именно, глубина пробития мишени будет тем меньше, чем больше значения параметров km и Жм, и чем меньше величина параметра Рм.

Таким образом, проведенный расчет показывает, что для создания брони, более стойкой к воздействию кинетических снарядов, необходимо в отдельных слоях броневой защиты использовать материалы с высокой плотностью, высокой величиной теплоты расплавления (сублимации) одного моля вещества и низким значением веса одного моля этого вещества.

Ниже приведены расчеты для конкретных значений свойств материала мишени, показывающие, что величина пробития мишени зависит от свойств мишени.

При одинаковых параметрах снаряда и условий соударения, глубина пробития мишени будет определяться соотношением, характеризующим свойства материала мишени С, причем, чем величина С меньше, тем стойкость мишени выше:

Проведем расчет для двух типов мишени, а именно, для мишени, состоящей из брони на основе железа, и мишени -на основе кремния.

Исходные данные.

Мишень из железа:

Мишень из кремния:

Как видно из результатов расчета величина С для мишени из кремния в два раза меньше, чем для мишени из железа, т.е. одинаковый снаряд в мишени из кремния пробьет мишень на глубина в два раза меньшую, чем в мишени из железа.

Таким образом, приведенные данные показывают, что предлагаемое техническое решение позволяет создавать броню более стойкую к воздействию кинетических снарядов.

Изложенные сведения о заявленном изобретении, охарактеризованном в независимом пункте формулы, свидетельствуют о возможности его осуществления с помощью описанных в заявке и известных средств и методов. Следовательно, заявленное техническое решение соответствует условию промышленной применимости.

Броневая преграда, состоящая из различных слоев материала с различными свойствами, отличающаяся тем, что в отдельных слоях брони используют вещества с высоким значением теплоты расплавления одного моля этого вещества и низким значением веса одного моля этого вещества, а также слои с высокой плотностью материала вещества.



 

Похожие патенты:
Изобретение относится к области военного дела и предназначено для обеспечения защиты вооружения, военной техники и других объектов от поражения артиллерийскими снарядами, в том числе бронебойными, например подкалиберными и кумулятивными боеприпасами.

Изобретения относятся к способам изготовления броневых конструкций и к устройствам для осуществления способов их изготовления. Способ изготовления радиопрозрачного полимер-композитного бронезащитного устройства включает формирование пакета из пулезащитного керамического экрана из многослойной полимер-композитной оболочки наружного противоосколочного экрана над пулезащитным керамическим экраном и из многослойной полимер-композитной оболочки внутреннего противоосколочного экрана ниже пулезащитного керамического экрана, выполненных из защитной армирующей ткани, пропитанной синтетическим связующим.

Изобретение относится к области вооружения и экипировки, к разработкам средств защиты и может быть использовано для изготовления бронещитов для личного состава спецподразделений.

Настоящее техническое решение предназначено для защиты бронетехники, в основном танков, от поражения их всеми типами снарядов, включая кумулятивные, при попадании их в лобовую броню танка.

Изобретение относится к области производства изделий из порошковых материалов, а именно к изготовлению изделий методом горячего прессования преимущественно карбидной керамики, и может быть использовано в производстве абразивного инструмента, конструкционной керамики, бронекерамики.
Изобретение относится к области баллистических текстильных материалов и касается структуры с воздухопроницаемой тканью для осуществления защиты от огнестрельного и холодного оружия.
Изобретение относится к области баллистических текстильных материалов и касается структуры с воздухопроницаемой тканью для осуществления защиты от огнестрельного и холодного оружия.

Изобретение относится к композитным изделиям. Описана пленка для композитного изделия, содержащая: неослабленную часть (140); и ослабленную часть (160), имеющую по меньшей мере одну характеристику из таких характеристик, как прочность на растяжение, модуль упругости при растяжении и предельная деформация, которая хуже, чем характеристика неослабленной части (140), причем пленка является гофрированной пленкой (204), имеющей поперечное сечение гофрированной формы.

Изобретение относится к области броневых конструкций и может быть использовано при изготовлении защитных сооружений или бронированных транспортных средств. Сущность изобретения заключается в том, что предлагаемое устройство увеличивает баллистические характеристики преграды за счет диссипации энергии ударной волны в гетерогенной среде на основе твердого и мягкого материалов, при этом при изготовлении изделия мягкий материал имеет больший размер по периметру, чем твердый материал, который необходим для дополнительного нарушения движения ударной волны.

Изобретение относится к области броневых материалов для защиты от поражающих факторов взрывных боеприпасов. Бронезащитная структура на основе пористого алюминия с локализованным объемом упрочнения состоит из пористого открытоячеистого алюминия, содержащего 60-70% открытых взаимосообщающихся пор с диаметром в диапазоне от 0,14 мм до 0,5 мм, на поверхность которых микродуговым оксидированием нанесен слой оксида алюминия.

Изобретение относится к области военного дела и предназначено для обеспечения защиты вооружения, военной техники и других объектов от поражения артиллерийскими снарядами, в том числе бронебойными, например, подкалиберными и кумулятивными боеприпасами. Броневая преграда состоит из различных слоев материала с различными свойствами. В отдельных слоях брони используют вещества с высоким значением теплоты расплавления одного моля этого вещества и низким значением веса одного моля этого вещества, а также слои с высокой плотностью материала вещества. Технический результат: создание брони максимально стойкой к воздействию кинематических снарядов.

Наверх