броневой элемент для бронежилета для защиты от пуль с термически упрочненным сердечником

Формула изобретения

1. Броневой элемент для бронежилета для защиты от пуль с термически упрочненным сердечником, содержащий металлическую пластину и закрепленный на ней неоднородный слой, отличающийся тем, что металлическая пластина выполнена из высокопрочной стали или высокопрочного алюминиевого или титанового сплава, а неоднородный слой выполнен толщиной, не превышающей толщину металлической пластины, из полимерного связующего с размещенными в нем частицами неправильной формы фракции 0,1-1,5 мм и твердостью, превышающей твердость материала термически упрочненного сердечника пули, причем крупные частицы фракции расположены как минимум в два ряда по толщине слоя.

2. Броневой элемент по п.1, отличающийся тем, что в полимерное связующее введены в объеме до 5% увеличивающие его прочность неметаллические наночастицы.

3. Броневой элемент по п.1, отличающийся тем, что он дополнительно содержит наружный бандажный слой, выполненный из многослойной ткани на основе высокомодульных волокон, пропитанных полимерным связующим.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к оборонительным средствам индивидуальной защиты, а именно к бронеэлементам для защитного жилета, и может использоваться в армии и в органах охраны правопорядка для защиты тела человека от ударов пуль стрелкового оружия с термически упрочненными сердечниками.

Известен бронежилет, содержащий бронепластину, представляющую собой моноблок с наружным слоем, выполненным из высокопрочной стали с твердостью 58-64 HRC, а внутренний - из высокопрочной стали с твердостью 40-52 HRC, при этом толщина наружного слоя составляет 0,6-0,8 диаметра сердечника пули, а отношение толщин наружного и внутреннего слоев составляет не менее 0,5 и не более 1,5 (RU 2172920 C1, F41H 1/02, 2000.02.03, опубл. 2001.08.27). Недостатками бронепластины являются ее высокий вес и стоимость. Это объясняется необходимостью иметь большую толщину бронепластины, поскольку неоднородность моноблока по толщине не может обеспечить изменение направления движения пули, а высокая твердость наружного слоя может вызвать хрупкое разрушение всей пластины при ударе пули. Высокая стоимость объясняется сложностью технологии соединения слоев.

Известен броневой элемент для защитного жилета, содержащий броневую плиту, на лицевой стороне которой выполнены полусферические углубления в шахматном порядке, и броневую подложку. Полусферические углубления выполнены с радиусом кривизны не менее половины калибра пули, но не более расстояния от начала наконечника пули до ее центра тяжести, а броневая подложка выполнена с углублением со стороны броневой плиты (RU 2331038 C1, F41H 5/04, F41H 1/02, 2006.11.22). Недостатком такого броневого элемента является высокая стоимость, вызванная необходимостью нанесения полусферических углублений на броневую пластину.

Известна бронепанель, которая содержит оболочку, стеклокерамические плитки, промежуточный слой и основание, отличающаяся тем, что на основании бронепанели расположен промежуточный слой, на котором посредством клеящего вещества закреплены стеклокерамические плитки, закрытые оболочкой, при этом промежуточный слой выполнен из жесткого листового материала (RU 51191 U1, F41H 5/04, F41H 1/02, 2005.08.03). Недостатками этой бронепанели является высокая стоимость и низкая технологичность. Это объясняется следующим: в современных бронежилетах бронепанели являются поверхностями с двойной кривизной, таким образом, необходимо изготавливать стеклокерамические плитки с наклонными гранями, чтобы при укладке на криволинейную поверхность между ними не возникало зазоров. Для обеспечения живучести необходимо иметь плитки небольших размеров, т.к. при попадании пули плитка, являющаяся хрупкой, будет разрушена. Кроме того, такая конструкция не обеспечивает изменения направления движения сердечника за счет неравномерности сил, действующих на его носовую часть.

Наиболее близкой по технической сущности к заявляемому изобретению является бронепластина, которая выполнена биметаллической и ее наружный слой изготовлен из высокопрочной стали, а внутренний - из мягкой. Наружный слой армирован наплавкой порошковой проволоки в виде ромбической сетки с треугольным поперечным сечением. Наружный слой может быть армирован путем наплавки металлокерамической ленты (RU 2101656 С1, F41H 1/02, 1996.04.22). Недостатками известной бронепластины является ее высокая стоимость. Это объясняется сложностью технологического процесса наплавки порошковой проволоки в виде ромбической сетки с треугольным поперечным сечением. Кроме того, наплавка проволоки приводит к увеличению толщины пластины и, соответственно, массы.

В основу изобретения положена техническая задача, заключающаяся в снижении веса бронежилета за счет снижения массы броневого элемента при обеспечении заданных защитных характеристик.

Указанная техническая задача решается тем, что в броневом элементе для бронежилета для защиты от пуль с термически упрочненным сердечником, содержащем металлическую пластину и закрепленный на ней неоднородный слой, согласно изобретению металлическая пластина выполнена из высокопрочной стали или высокопрочного алюминиевого или титанового сплава, а неоднородный слой выполнен толщиной, не превышающей толщину металлической пластины, из полимерного связующего с размещенными в нем частицами неправильной формы фракции 0,1-1,5 мм и твердостью, превышающей твердость материала термически упрочненного сердечника пули, причем крупные частицы фракции расположены как минимум в два ряда по толщине слоя.

Другим отличием броневого элемента является то, что в полимерное связующее введены в объеме до 5% увеличивающие его прочность неметаллические наночастицы.

Кроме того, отличием является то, что броневой элемент дополнительно содержит наружный бандажный слой, выполненный из многослойной ткани на основе высокомодульных волокон, пропитанных полимерным связующим.

В предлагаемой конструкции броневого элемента (далее бронеэлемент) используется комбинация неоднородного высокотвердого слоя и металлической подложки, что обеспечивает реакцию на носовую часть сердечника пули, сопровождающуюся сжатием сердечника с изгибом, и, как следствие, приводит к сколу, повороту сердечника и увеличению площади контакта с бронеэлементом с соответствующим возрастанием поглощенной энергии пули. Применение неоднородного слоя с указанными выше размерами частиц позволяет эффективно разрушать и использовать материал оболочки пули, т.к. жесткость полимерного связующего мала, при ударе оболочка пули заполняет пространство между частицами, тем самым прижимая их к металлической подложке и мешая их последующему разлету при взаимодействии с сердечником пули. Использование полимера и эластичного клея для закрепления полимера на металлической подложке в сочетании с бандажом обеспечивает высокую живучесть бронеэлемента, т.к. отслоение и разрушение неоднородного слоя происходят только в небольшой зоне вокруг точки удара пули.

Максимальный размер частиц и толщину слоя выбирают из требования, чтобы по толщине слоя размещалось не менее двух крупных частиц для обеспечения надежности, а минимальный размер частиц должен обеспечить низкую пористость при сохранении неоднородности структуры. Высокотвердый слой соединен с металлической подложкой эластичным клеем. Для предотвращения отрыва высокотвердого слоя от металлической подложки при ударе пулей проводится бандажирование несколькими слоями ткани из высокомодульного волокна, пропитанной полимером.

Взаимодействие термически упрочненного сердечника происходит с неоднородным слоем, имеющим большую твердость, чем материал сердечника, поэтому основными требованиями к материалу металлической подложки становятся высокая пластичность, прочность и вязкость разрушения, а не твердость ударной поверхности. Следовательно, металлическая подложка может быть выполнена как из высокопрочной стали, так и из высокопрочных алюминиевых или титановых сплавов.

Живучесть предлагаемого бронеэлемента определяется величиной зоны неоднородного слоя, повреждаемой при ударе пулей (чем меньше повреждаемая зона, тем выше живучесть), следовательно, увеличение живучести можно обеспечить увеличением прочности полимерного связующего. Одним из эффективных способов увеличения прочностных свойств полимеров является введение в них наночастиц в объеме, не превышающем 5% от объема полимера. Широко распространенными и относительно дешевыми являются наночастицы из неметаллических материалов.

Заявляемый бронеэлемент обладает отличиями в сравнении с прототипом, созданием неоднородности на ударной поверхности металлической пластины за счет размещения на ней слоя, состоящего из частиц неправильной формы, обладающих большей твердостью, чем материал сердечника, размещенных как минимум в два ряда по толщине слоя, и полимерного связующего, обеспечивающего фиксацию частиц, и последующего бандажирования пропитанной полимером тканью из высокомодульных волокон.

Заявляемый бронеэлемент может изготавливаться на стандартном технологическом оборудовании и широко применяться в армии, в органах охраны правопорядка для защиты от поражения стрелковым оружием.

Изобретение иллюстрируется чертежами, где на фиг.1 показана конструкция бронеэлемента. Бронеэлемент состоит из металлической подложки (пластины) 1, на которой закреплено полимерное связующее 2, содержащие в себе твердые частицы 3 и 4 различного размера. Соединение металлической пластины с полимерным слоем, содержащим частицы, может быть дополнительно подкреплено внешним бандажированием тканью из высокомодульного волокна 5. На фиг.2 показано функционирование бронеэлемента при попадании пули.

Выполнение защитной функции бронеэлемента в наиболее опасном случае - при выстреле из стрелкового оружия с минимального расстояния перпендикулярно поверхности бронеэлемента - происходит следующим образом.

При взаимодействии (фиг.2,а) оболочки пули 6 из пластичного материала и неоднородного высокотвердого слоя бронеэлемента оболочка растекается между твердыми частицами 3, скрепленными полимерным связующим 2, которое препятствует их раздвижению в стороны из-под носка пули. Твердые частицы при этом не претерпевают значительного повреждения, а только поджимаются к нижележащим частицам и металлической подложке (пластине) 1. При дальнейшем движении пули начинается взаимодействие твердых частиц и термически упрочненного сердечника пули 7. Частицы имеют неправильную форму и исходя из указанных выше размеров частиц носок сердечника взаимодействует с одной или несколькими частицами по контактным поверхностям, меньшим чем носок сердечника, а поскольку материал сердечника является хрупким, то происходит его скалывание 8. После скалывания сопротивление движению становится несимметричным, что приводит к изменению направления движения сердечника пули, отклонению его от нормали к пластине (фиг.2,б), увеличению пути движения сердечника через бронепластину. Увеличение длины пути при наклонной траектории сердечника приводит к поглощению пластиной большей части энергии пули, чем в случае с прониканием сердечника по нормали к пластине, и, следовательно, уменьшению запреградного воздействия.

Случай функционирования бронеэлемента при выстреле с большего расстояния, когда скорость пули падает за счет сопротивления воздуха, или под углом к бронеэлементу, не рассматриваются как менее опасные.

Схема защитного действия бронеэлемента проверена экспериментально путем обстрела с 5 метров из АК-47 бронебойно-зажигательной пулей БЗ-43 бронежилета с установленным бронеэлементом, состоящим из неоднородного слоя толщиной 3 мм (частицы электрокорунда размером 0,8-1,5 мм с эпоксидным связующим), приклеенного на стальную подложку толщиной 4,9 мм. Все пули были эффективно удержаны. Вес заявляемого бронеэлемента составляет 1,7 кг, в то время как вес чисто металлического бронеэлемента, обеспечивающего непробитие бронежилета, составляет 1,8 кг. Таким образом, заявляемый бронеэлемент является на 6% легче аналогичного по площади защищаемой поверхности чисто металлического бронеэлемента.