бронешлем из полимерных композитов

Формула изобретения

1. Бронешлем из полимерных композитов, содержащий слои наружной оболочки из, например, арамидной ткани, пропитанной полимерным связующим, твердосплавные криволинейные или плоскопеременные вставки и, аналогичные наружным, слои внутренней оболочки, вставки выполнены из элементарных ячеек, скрепленных между собой и с оболочками клеем, химически совместимым со связующим оболочек, отличающийся тем, что вставки выполнены из изотропного материала, например, керамики, с минимальным линейным размером ячеек, превышающим их двойную толщину, которая соответствует калибру основного поражающего элемента, в 1,5-1,7 раза, а для их крепления использован эластичный клей на основе синтетического эластомера, например, литьевого полиуретана.

2. Бронешлем по п.1, отличающийся тем, что ячейки выполнены квадратными и расположены в шахматном порядке.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области вооружения и экипировки, к разработкам средств защиты и может быть использовано для изготовления бронешлемов из слоистых полимерных композиционных материалов, например органопластиков.

Известен бронешлем по DE 2938355 от 09.04.81 г., МПК⁷ A42B 3/06.

Известен многослойный бронешлем по WO 9737553 от 16.10.97 г., МПК ⁷ A42B 3/08.

Известен многослойный бронешлем с криволинейными вставками по US 2006064798 от 30.03.2006 г., МПК ⁷ A42B 3/00.

Известен многослойный бронешлем с криволинейными вставками по RU 2235963 от 05.05.2003 г., МПК ⁷ A42B 3/00.

Известен многослойный бронешлем с криволинейными вставками по US 3055012 от 25.09.62 г., МПК⁷ А42В 3/00.

Известен многослойный бронешлем с твердосплавными криволинейными вставками по GB 579422 от 02.08.46 г., МПК ⁷ А42В 3/00.

Известен бронешлем из полимерных композитов с твердосплавными криволинейными вставками по RU 2003113089 А от 05.05.2003 г., МПК⁷ А42В 3/00.

Также известен бронешлем из полимерных композитов с твердосплавными криволинейными или плоскопеременными вставками по DE 2020050024444 U от 21.04.2005 г., МПК⁷ А42В 1/08.

Недостатком известного устройства является низкая надежность его работы при низкой живучести (заданное число попаданий на единицу площади без потери защитных свойств) из-за потери или значительного снижения защитных свойств от воздействия поражающего элемента на монолитную твердосплавную вставку сразу по всей защитной поверхности. Кроме того, надежность снижается из-за неблагоприятных волновых процессов при воздействии поражающего элемента на твердосплавную вставку. Исследованиями установлено, что зона повреждений при таком воздействии представляет собой круг радиусом, соответствующим толщине материала. При таком воздействии во вставке из изотропного материала проходит волна критичных деформаций (напряжений) в массиве откольного конуса с диаметром на тыльной поверхности, приблизительно равным двойной толщине вставки, а от тыльной поверхности распространяется обратно к лицевой поверхности отраженная волна, таким образом при действующих напряжениях, превышающих допустимые для материала вставки, материал получает повреждения вплоть до разрушения как в массиве действия прямой, так и обратной волны, степень ослабления которой зависит от качества контакта и материала, контактирующего с тыльной поверхностью вставки. Также надежность бронешлема снижается при некачественной вклейке вставки из-за несовпадения ее кривизны с кривизной контактирующих поверхностей бронешлема на большой площади контакта монолитной вставки. Кроме того, к недостаткам можно отнести низкую технологичность из-за сложной конфигурации вставок.

Известный бронешлем как наиболее близкий по технической сущности и достигаемому результату выбран в качестве прототипа.

Технической задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является разработка бронешлема повышенной надежности работы. Технический результат, который может быть получен при решении технической задачи, заключается в повышении надежности работы бронешлема за счет увеличения живучести, снижения степени повреждения твердосплавной вставки от воздействия обратной волны при оптимизации контакта тыльной поверхности вставки с подпором, а также за счет повышения качества клеевого соединения вставки с контактирующими поверхностями бронешлема и, кроме того, в повышении технологичности конструкции.

Поставленная задача с достижением технического результата решается за счет того, что бронешлем из полимерных композитов содержит слои наружной оболочки из, например, арамидной ткани, пропитанной полимерным связующим, твердосплавные криволинейные или плоскопеременные вставки и, аналогичные наружным, слои внутренней оболочки. В соответствии с изобретением вставки выполнены из элементарных ячеек, скрепленных между собой и с оболочками клеем, химически совместимым со связующим оболочек, при этом каждая ячейка выполнена с минимальным линейным размером, превышающим двойную ее толщину. Для оболочек использовано эпоксисодержащее связующее, а для крепления ячеек использован эластичный клей на основе синтетического эластомера, например полиуретана СКУ ПФЛ. Ячейки выполнены квадратными и расположены в шахматном порядке или в форме правильного шестиугольника.

Отличительными признаками являются следующие:

- вставки выполнены из элементарных ячеек, скрепленных между собой и с оболочками клеем, химически совместимым со связующим оболочек - признак существенный, предусматривает наличие нового элемента и новое взаимное расположение элементов, направлен на решение поставленной задачи с достижением технического результата, заключающегося в повышении надежности работы за счет повышения живучести при воздействии поражающего элемента и снижении или потере защитных свойств только одной или несколькими ячейками, а не всей вставкой, а также за счет повышения качества вклейки ячеек при минимизации несовпадения их кривизны с кривизной контактирующих поверхностей бронешлема на меньшей площади контакта;

- каждая ячейка выполнена с минимальным линейным размером, превышающим двойную ее толщину - признак существенный, предусматривает новое соотношение размеров, направлен на решение поставленной задачи с достижением технического результата, заключающегося в повышении надежности работы за счет повышения живучести при воздействии поражающего элемента и снижении или потере защитных свойств только одной или несколькими ячейками, а не всей вставкой, так как зона поражения вставки из твердосплавного изотропного материала, например керамики, определяющаяся волновыми процессами, приближенно имеет форму конуса (откольного) с максимальным диаметром, приблизительно равным двойной толщине вставки, данные получены при исследованиях на предприятии-заявителе, а также см. статью В.А.Борисова «Области поражения в композиционной бронепанели». Вопросы оборонной техники. Серия 15. - 2002. - Выпуск 3 (129), тезисы докладов YIII международной конференции «Новейшие тенденции в области конструирования и применения баллистических материалов и средств защиты» 15-16 сентября 2005 г., г.Хотьково, Московской обл.;

- для оболочек использовано эпоксисодержащее связующее, а для крепления ячеек использован эластичный клей на основе синтетического эластомера, например полиуретана СКУ ПФЛ - признак существенный, предусматривает новую взаимосвязь объектов, направлен на решение поставленной задачи с достижением технического результата, заключающегося в повышении надежности работы за счет снижения степени повреждения твердосплавной вставки от воздействия обратной волны при оптимизации контакта тыльной поверхности вставки с подпором и снижения возникающих деформаций (действующих напряжений) до величин, меньших, чем разрушающие, а также уменьшения степени повреждения соседних ячеек и повышения, тем самым, живучести бронешлема;

- ячейки выполнены квадратными и расположены в шахматном порядке или в форме правильного шестиугольника - признак существенный, предусматривает новую форму элементов и новое соотношение размеров, направлен на решение поставленной задачи с достижением технического результата, заключающегося в повышении надежности работы за счет повышения качества вклейки ячеек и уменьшения степени повреждения соседних ячеек, а также в повышении технологичности конструкции.

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 бронешлемов и технологичности их изготовления 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 представлен общий вид бронешлема, на фиг.2 - продольный разрез бронешлема, на фиг.3 - продольный разрез бронешлема по ячейкам, на фиг.4 - расположение ячеек, на фиг.5 - вариант расположения ячеек, на фиг.6 - продольный разрез ячейки при ее взаимодействии с поражающим элементом.

Бронешлем 1 из полимерных композитов содержащит слои наружной оболочки 2 из, например, арамидной ткани, пропитанной полимерным связующим, твердосплавные криволинейные или плоскопеременные вставки 3 и, аналогичные наружным, слои внутренней оболочки 4. Вставки 3 выполнены из элементарных ячеек 5, скрепленных между собой и с оболочками 2 и 4 клеем 6, химически совместимым со связующим оболочек 2 и 4, а каждая ячейка 5 выполнена с минимальным линейным размером 7, превышающим двойную ее толщину 8. Для оболочек 2 и 4 использовано эпоксисодержащее связующее, а для крепления ячеек использован эластичный клей 6 на основе синтетического эластомера, например полиуретана СКУ ПФЛ. Ячейки 5 выполнены квадратными и расположены в шахматном порядке или в форме правильного шестиугольника.

Вариант исполнения бронешлема заключается в том, что наружная оболочка 2 является несущей, на которой крепятся все бронеэлементы, внутренняя оболочка 4 является подпором для броневставок 3, выполненных из керамических постоянной кривизны и квадратной конфигурации ячеек 5, и также выполняет несущие функции. Толщина 8 ячеек 5 соответствует калибру основного поражающего элемента 9, а линейный размер 7 превышает двойную толщину 8 в 1,5-1,7 раза. Для облегчения бронешлема ячейки 5 расположены в зонах его наиболее вероятного поражения - лобной и теменной.

Работает бронешлем 1 следующим образом. При взаимодействии поражающего элемента 9 с элементами защиты преодолевается наружная оболочка 2, броневставка 3 получает повреждения в зоне действия прямой волны критичных деформаций (конуса с диаметром основания 10, равным двойной толщине 9). При этом действие отраженной волны значительно ослабляется за счет оптимизации материала подпора (внутренней оболочки 4) и клеевого соединения 6. Поражающий элемент 9 при прохождении массива ячейки 5 вставки 3 разбивается на фрагменты 11, теряет значительную часть своей энергии и останавливается в слоях подпора 4. Вместе с тем, за счет демпфирования волн материалом клеевых соединений 6 повреждения получает только одна ячейка 5 и, возможно, несколько соседних, а основной массив вставки остается без повреждений, что подтверждает высокую живучесть бронешлема.

Таким образом, использование изобретения позволит создать высокотехнологичную конструкцию бронешлема с повышенной надежностью работы, что и подтверждает это использование по назначению. Осуществимость изобретения подтверждена положительными результатами испытаний бронешлемов, разработка и изготовление которых полностью основаны на представленном описании. В связи с этим новое техническое решение соответствует и критерию «промышленная применимость», т.е. уровню изобретения.