пуленепробиваемая панель

Формула изобретения

Пуленепробиваемая панель, содержащая пластины с поверхностью для отражения пуль, установленные на опоры, демпферы и корпус, отличающаяся тем, что демпферы размещены между корпусом и пластинами, каждая из опор выполнена жесткостью не менее 6 10⁵ нм/кг, опоры закреплены в прорезях демпферов на фиксирующем материале, пластины средней частью установлены на опоры, а опоры контактируют с корпусом, высота и ширина опор соизмеримы и их сумма составляет 0,8 - 1,3 от толщины пластин, глубина прорезей составляет 0,8 - 0,9 от высоты опор, при этом толщина пластин соизмерима с двойной толщиной демпфера и не превышает четырех толщин корпуса, толщина которого определяется, как 0,1 - 0,12 от толщины корпуса, выбираемого из условий прочности и непробития при нулевом поражении, причем ширина и длина пластин составляет 5 - 15 ее толщин.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к оружию, боеприпасов и, в частности, к броневым конструкциям, которые могут быть применены в индивидуальных и транспортных средствах защиты от воздействия пуль стрелкового оружия.

Известна поэлементная броня (патент России N 2045736 кл. F 41 H 5/04, 1995), содержащая подвижные броневые элементы.

Нижняя часть каждого броневого элемента образована выпуклой сферической поверхностью, которая связана с неподвижной броневой плитой разрушаемым соединительным элементом. В неподвижной броневой плите выполнены сферические углубления для установки нижней части подвижных броневых элементов. Верхняя часть подвижных броневых элементов образована сферической поверхностью, сопряженной со сферической поверхностью нижней части. В каждом подвижном броневом элементе выполнены полости, заполненные быстросгорающим и самовоспламеняющимся составом. На поверхность верхней части подвижных броневых элементов выходят тангенциальные каналы, сообщающиеся с полостями, содержащими указанный состав. Изменение направления движения пули или снаряда обеспечивается при попадании их в один из подвижных броневых элементов. При этом за счет асимметричной формы подвижного броневого элемента со смещенным центром масс происходит дестабилизация проникающей пули или снаряда. Дополнительная дестабилизация пули или осколка возникает при истечении продуктов разложения быстросгорающего самовоспламеняющегося состава и кумулятивной струи через каналы и отверстия в броневом элементе.

Недостатки поэлементной брони следующие: в случае нарушения целостности соединительного элемента возможна потеря подвижных элементов брони и, как следствие, при обстреле - пробитие самой брони; возможно самопроизвольные возгорание быстросгорающего самовоспламеняющегося состава подвижных элементов брони. Это может стать дополнительным источником опасности для защищаемого объекта.

Известен также бронежилет (патент России N 2015489, кл. F 41 H 1/00, 1994), содержащий лицевой слой из твердого материала (керамическая накладка). Наружная поверхность керамической накладки выполнена ячеистой. Ячейки расположены в шахматном порядке. Форма ячеек - вогнутая полусфера. В ячейках зафиксированы отражающие элементы, которые выполнены с одной стороны в виде выпуклой полусферы, а с другой - в виде конуса. Между ячейками и отражающими элементами размещен фиксирующий материал (эпоксидная смола и т.п.). Радиус вогнутой полусферы накладки выполнен больше радиуса выпуклой полусферы отражающих элементов. Угол при вершине конуса составляет не менее 90 градусов. Отражающий элемент имеет диаметр 5 - 9 мм и выполняется из твердого материала, например, керамики. Толщина фиксирующего материала - несколько десятков миллиметра. При контакте пули с лицевым слоем во время удара происходит нарушение фиксирующего материала и отражающий элемент смещается. При этом пуля изменяет траекторию полета, опрокидывается или рикошетит, в зависимости от угла встречи с лицевым слоем. Поражающее воздействие пули резко снижается.

К недостатку такой конструкции относится то, что в эксплуатации возможно повреждение фиксирующего материала и потеря отражающих элементов, что может привести к заметному снижению степени защиты не только при лобовом, но и при боковом ударе пули в случае попадания ее в ячейку полусферической формы, уже не содержащую отражающего элемента.

За прототип выбрана пуленепробиваемая панель (патент России N 2046271, кл. F 41 H 1/02, 1995), содержащая пластины с поверхностью для отклонения пуль. Пластины выполнены изогнутыми по всей длине и установлены на опорах, выполненных в виде струн и закрепленных в стенках корпуса. Между пластинами на струнах размещены демпферы. В торцах каждой пластины выполнены прорези для установки ее на струнах. Кроме того, центральная пластина панели выполнена из двух пластин, скрепленных между собой и направленными поверхностями в разные стороны. Остальные пластины каждой из половин панели размещены параллельно каждой из сторон центральной пластины. Такая конструкция позволяет отклонять пулю от первоначального направления за счет проворота отдельных пластин панели в момент ее соприкосновения с криволинейной поверхностью пластин. Наличие струн создает неустойчивость (быстрый проворот пластин) в момент воздействия пули, что приводит к решету пули.

Недостатки конструкции пуленепробиваемой панели следующие: при повороте отдельных пластин панели происходит рикошет пули, при этом не исключено проникновение этой пули под соседние пластины панели и возможно ее пробитие в результате эффекта "подныривания", возможен обрыв струн при пулевом и любом другом механическом воздействии, что также снижает защитные свойства панели.

Основной задачей пуленепробиваемой панели является повышение защитных свойств путем исключения эффекта "подныривания" пули под соседние пластины.

Сущность предложенной пуленепробиваемой панели, содержащей пластины с поверхностью для отражения пуль, установленные на опоры, демпферы и корпус, заключается в том, что пластины установлены средней частью на опору, которые имеют жесткость не менее 6 10⁵ нм/кг. Опоры закреплены в прорезях демпферов и соприкасаются с корпусом. Демпферы размещены между корпусом и пластинами. Между прорезями и опорами расположен фиксирующий материал. Глубина прорезей составляет 0,8 - 0,9 от высоты опор. Высота и ширина опор соизмеримы и их сумма составляет 0,8 - 1,3 от толщины пластины. При этом ширина и длина пластины находится в диапазоне от 5 до 15 ее толщин. Толщина каждой пластины соизмерима с двойной толщиной демпфера и не превышает четырех толщин корпуса, толщина которого определяется, как 0,1 - 0,12 от толщины корпуса, выбираемого из условий прочности и непробития при пулевом поражении.

Высокая стойкость пуленепробиваемой панели достигается за счет изменения траектории полета пули, приводящей к ее рикошету при практически любых углах встречи с броневой композицией (отсчет угла ведется от продольной оси пули к нормали к поверхности броневой композиции). Такие углы встречи более, чем в два раза превышают углы, при которых возможно возникновение рикошета пули в известных технических решениях. Рикошет достигается за счет следующего. Пуля, воздействуя на пластину с поверхностью для отражения пуль, выводит ее из равновесного состояния и заставляет ее качнуться на опоре за счет упругих свойств демпфера. Далее, по мере нарастания нагрузки, демпфер начинает течь и терять устойчивость, вплоть до полного разрушения и вытеснения из локальной зоны действия пули. Этому вытеснению препятствует ненагруженная часть демпфера. Наличие между прорезями и опорами фиксируемого материала способствует тому, что при покачиваниях пластины не происходит проскальзывания демпфера относительно опоры, зоной качания является площадка соприкосновения опоры с корпусом панели. При этом момент сопротивления воздействию пули увеличивается, причем он нарастает по мере взаимодействия пули с пластиной. Это происходит по ряду причин, в частности из-за увеличения силы сопротивления со стороны демпфера по мере его сжатия при ударе, из-за увеличения плеча поворота пластины (зона качания находится не на пластине, а в месте соприкосновения опоры с корпусом, что и приводит к увеличению плеча приложения усилия со стороны сжимающегося демпфера, этот момент собственно и инициирует опрокидывание пули в начальный момент взаимодействия пули с пластиной, другие причины усугубляют его и окончательно приводят к рикошету пули); из-за своевременного включения в работу сил соприкосновения внедрению пули в панель со стороны корпуса через демпфер и опору, в результате чего усилие удара относительно плавно нарастает на корпусе, исключается локальность его нагружения, при этом усилия удара успевают перераспределиться на значительно большую площадь, чем это происходит без демпфера и опор.

Ряд перечисленных причин приводит к тому, что пуля в конечном счете оказывается неравномерно нагруженной, большие усилия сопротивления с носка пули не успевают равномерно распределяться вдоль тела пули, возникает опрокидывающий момент, приводящий к ее рикошету. Защитные свойства пуленепробиваемой панели возрастают.

Новый технический результат пуленепробиваемой панели выражается в изменении направления движения пули в момент ее соприкосновения с панелью за счет предложенной конструкции элементов панели, что и приводит к увеличению защитных свойств при обстреле 7,62 мм пулями Б32 массой 7,9 - 10,4 г.

На фиг. 1 изображен общий вид пуленепробиваемой панели, а на фиг. 2 - взаимодействие пули с пуленепробиваемой панелью, где 1 - пластины с поверхностью для отражения пуль; 2 - демпфер; 3 - корпус; 4 - опора; 5 - прорезь демпфера; 6 - фиксирующий материал; 7 - пуля;

Броневая композиция имеет следующую конструкцию (фиг. 1).

Пластины с поверхностью для отражения пуль 1 выполнены на основе твердого материала (сталь, керамика). Демпфер 2 может выполняться как однородным по структуре, так и из отдельных составных частей из различных материалов. Опора 4 изготовлена разнородной по структуре с центральным элементом. Жесткость опор не менее 6 10⁵ нм/кг. Опоры 4 закреплены в прорезях 5 демпферов 2 с помощью фиксирующего материала 6. Корпус 3 выполнен из металлического или композиционного материала. Пластины с поверхностью для отражения пуль 1 установлены средней частью на опоры 4. Опоры 4 контактируют с корпусом 3. Глубина прорезей 5 в демпферах 2 составляет 0,8 - 0,9 от высоты опор 4, что позволяет гарантировать контакт опор 4 с корпусом 3. Высота и ширина опоры 4 соизмеримы и их сумма составляет 0,8 - 1,3 от толщины пластины 1, это позволяет обеспечить хорошую устойчивость пластины 1 в условиях эксплуатации при отсутствии воздействия пуль (например, в процессе носки в составе бронежилета или в процессе транспортировки в составе транспортного средства, когда на панель воздействует обычные транспортные нагрузки, отличающиеся от пулевых отсутствием пиковых нагрузок и меньшей их интенсивностью), а также в равной степени при пулевом поражении. В этих условиях при примерно одинаковой высоте и ширине опор 4 достигаются наиболее оптимальные условия для уменьшения толщины панели, как наиболее важного фактора для устойчивости пластин 1, и недопущения подныривания пули под соседние пластины 1 в результате разворота пластины 1, взаимодействующей с пулей 7, обеспечиваемого именно за счет выбранного соотношения высоты и ширины опор 4 таким образом, что не происходит раскрытия стыка между пластинами 1. И в то же время этого проворота пластины достаточно (при выполнении других, описываемых в данной заявке, условий) для эффективного изменения направления полета пули, вплоть до ее рикошета, что и является основой для повышения защитных свойств пуленепробиваемой панели при обстреле ее пулями современного стрелкового оружия. Значительное увеличение высоты опоры по сравнению с ее шириной может привести к подныриванию пули под соседнюю пластину 1 и, наоборот, при ее уменьшении происходит проворот пластины, недостаточный для обеспечения изменения направления полета пули и ее рикошета. Если сумма ширины и высоты опор превышает величину 0,8 - 1,3, то создаются условия для большого проворота пластины 1 и пуля может легко поднырнуть под такую же соседнюю пластину. В результате этого панель теряет свои защитные свойства. В противном случае, наоборот, проворот пластины 1 будет недостаточным для разворота и рикошета пули. Если ширину и длину пластины 1 сделать меньшими 5 - 15 ее толщины при соблюдении всех остальных соотношений, то происходит то же подныривание пули под соседнюю пластину. При увеличении их более 5 - 15 толщин проворот пластины будет настолько мал, что рикошет пули затрудняется. Аналогичные эффекты наблюдаются и при несоблюдении условия соизмеримости толщины пластины поз.1 с двойной толщиной демпфера 2: при увеличении ее толщины уменьшается проворот, и, как следствие, практически сводится к нулю возможности рикошета пули, при уменьшении ( в результате увеличения проворота) - подныривание под соседнюю пластину. Толщина пластины 1 не должна превышать четырех толщин корпуса 3, иначе масса и толщина панели будут сильно возрастать и принимать неприемлемые величины. Толщина самого корпуса 3 выбирается из условия 0,1 - 0,12 от толщины корпуса, выбираемого из условия его прочности и непробития при пулевом поражении. Увеличение этого размера неизбежно приведет к неоправданному увеличению габаритно-массовых характеристик пуленепробиваемой панели и, наоборот, уменьшение толщины корпуса (менее 0,1 - 0,12 от толщины корпуса, выбираемого из условия его прочности и непробития при пулевом поражении) приводит к тому, что прочность корпуса, как силового элемента, становится недостаточной даже для того, чтобы удержать на себе другие элементы панели в условиях эксплуатационных и транспортных нагрузок.

В качестве подтверждения промышленной применимости рассмотрен пример конкретного выполнения пуленепробиваемой панели.

Пластины с поверхностью для отражения пуль 1 выполнены из высокопрочной стали толщиной 6 мм, ширина пластины 60 мм, а длина 90 мм; пластины 1 установлены средней частью на опоры 4, имеющие разнородную структуру с центральным элементом, жесткость опор составляет 6,5 10 нм/кг, высота и ширина опор 3 мм; опоры 4 закреплены в прорезях демпферов 5 и соприкасаются с корпусом 3; корпус 3 изготовлен из стали толщиной 2 мм; демпферы 2 имеют слоистую структуру из органического материала, причем по краям имеются упругие элементы, выполняющие роль ограничителя величины проворота пластин 1, толщина демпферов 3 мм; демпферы 2 размещены между корпусом 3 и пластинами 1; между прорезями 5 и опорами 4 размещен фиксирующий материал 6 на основе эпоксидного связующего, толщина фиксирующего материала 0,2 мм; глубина прорезей 5 в демпферах составляет 2,7 мм.

При этом ширина пластин 1 составляет 10 ее толщин, а длина 15 толщин. Толщина корпуса 3 (2 мм) равна 0,1 от толщины корпуса, выбираемого из уровня прочности и непробития при пулевом поражении и составляющей величину 20 мм. Высота и ширина опор 4 соизмеримы (3 мм) и в сумме равны толщине пластин 1. Глубина прорези 5 в демпферах равна 0,9 от высоты опор 1.

Такая пуленепробиваемая панель имеет массу, примерно в 2 раза меньшую, чем аналогичная бронезащита, изготовленная из современной броневой стали, при толщине, меньшей в 1,5 раза.

Кроме того, пуленепробиваемая панель способна обеспечить защиту от 7,62 миллиметровых пуль Б-32 массой 7,9 - 10,4 г, гарантированно исключает эффект "подныривания" пуль под соединение пластины по сравнению с прототипом, увеличивая надежность защиты.

Предлагаемая пуленепробиваемая панель прошла испытания на поражение пулями, получены положительные результаты.

Пуленепробиваемая панель позволяет решить поставленную задачу за счет изменения направления движения пуль.