EA004896B1 - Устройство комбинированной реактивной и пассивной защиты - Google Patents

Abstract

Предлагаемое устройство комбинированной реактивной и пассивной защиты представляет собой сборку, в которой между двумя жесткими пластинами 1, 2 помещен слой взрывчатого вещества 3, а между слоем взрывчатого вещества 3 и жесткими пластинами 1, 2 размещен инертный материал 4. Слой инертного материала 4 расположен с одной стороны, предпочтительно впереди слоя взрывчатого вещества 3, толщина слоя инертного материала 4 составляет 0,1-5,0 толщины слоя взрывчатого вещества 3. Отношение толщины слоя инертного материала 4 к толщине жестких пластин 1, 2 равно 0,4-6,0, а сам слой инертного материала 4 выполнен из материала со скоростью звука 1100-3200 м/с, с акустическим импедансом, меньшим, чем у материала по меньшей мере одной из жестких пластин 2. При этом слой инертного материала 4 плотно поджат к прилегающей к нему жесткой пластине 1. По крайней мере одна из жестких пластин 2 выполнена из стали с твердостью 285-445 НВ. Слой инертного материала 4 выполнен многослойным, или состоящим из смеси двух и более веществ. В состав смеси веществ в слое инертного материала 4 входит вещество, способное сопротивляться воспламенению или подавлять горение. С внешней стороны жестких пластин 1, 2 могут размещаться дополнительные пластины 6, 7 толщиной 0,2-5,0 толщины жестких пластин 1, 2. С внешней стороны жестких пластин 1, 2, или с внешней стороны дополнительных пластин 6, 7 может размещаться слой материала, способного при нагревании увеличиваться в объеме, образуя термоизолирующую накладку.

Description

Настоящее изобретение относится к области защиты объектов военного назначения от бронебойных средств поражения.

Наиболее эффективно использовать предлагаемое устройство для защиты бронированных объектов военной техники, особенно - объектов легкой категории по массе, например, боевых машин пехоты, от кумулятивных противотанковых средств ближнего боя, таких как противотанковые гранатометы, а также от бронебойных пуль крупнокалиберных пулеметов и снарядов малокалиберных автоматических пушек.

Известно устройство реактивной брони от бронебойных кумулятивных боеголовок и подкалиберных снарядов по патенту США № 5070764, представляющее собой контейнер, в котором помещены по крайней мере один реактивный элемент такого вида, в котором слой взрывчатого вещества расположен между двумя металлическими пластинами. Каждый реактивный элемент дополнен пассивным защитным элементом, содержащим слой вспучивающегося материала, расположенный между двумя металлическими пластинами, причем реактивный элемент расположен впереди. В одном из вариантов конструктивного исполнения известного устройства оба элемента - реактивный и пассивный - объединены в одно целое, и слой вспучивающегося материала вплотную прилегает к слою взрывчатого вещества (с тыльной стороны).

При попадании в такое устройство средства поражения, например кумулятивного действия, кумулятивная струя пробивает верхнюю металлическую пластину и внедряется в заряд взрывчатого вещества. Непосредственно перед головной частью кумулятивной струи по взрывчатому веществу распространяется баллистическая ударная волна. На фронте ударной волны имеет место скачкообразное повышение давления, которое и обеспечивает инициирующее действие кумулятивной струи по отношению ко взрывчатому веществу. Как правило, используемые в конструкциях реактивной брони взрывчатые вещества обладают достаточной чувствительностью к инициирующему действию кумулятивной струи. Тогда в заряде взрывчатого вещества возникает детонация. Метаемые взрывом заряда взрывчатого вещества металлические пластины наносят удары по кумулятивной струе, разрушая ее на отдельные фрагменты и отклоняя эти фрагменты от первоначальной траектории движения, так, что они уже не попадают в одну каверну, а рассеиваются по поверхности преграды. Тем самым обеспечивается снижение бронепробивного действия кумулятивной струи. Если взрывчатое вещество обладает низкой чувствительностью, и детонация не возникает, тогда при проникании кумулятивной струи в слой инертного материала этот слой вспучивается и приводит в движе ние материал металлических пластин в локальной зоне, непосредственно окружающей место попадания кумулятивной струи. Деформация металлических пластин в виде образования «купола» протекает с большой скоростью, материал пластин в процессе деформации пересекает траекторию кумулятивной струи и наносит ей повреждения. Однако разрушающее воздействие на кумулятивную струю в данном случае значительно меньше, чем при взрыве заряда взрывчатого вещества. Комбинация взрывчатого вещества и инертного материала в одном устройстве повышает эффективность действия устройства при детонации заряда взрывчатого вещества.

При попадании в устройство по патенту США № 5070764 бронебойно-зажигательных пуль крупнокалиберных пулеметов и снарядов малокалиберных автоматических пушек их кинетической энергии, как правило, недостаточно для инициирования детонации заряда взрывчатого вещества. Однако существует высокая вероятность воспламенения заряда взрывчатого вещества в устройстве, так как в процессе торможения пули или снаряда при проникании в устройство выделяется большое количество тепла. Кроме того, внутрь устройства могут попасть горящие фрагменты трассирующего или зажигательного состава, если они имелись в конструкции средства поражения. Горение заряда взрывчатого вещества, возникшее в одном устройстве, может распространиться на заряды взрывчатого вещества соседних устройств. Возникающий таким образом на объекте пожар может представлять угрозу для его экипажа, боекомплекта и топлива. Кроме того, выгорание зарядов взрывчатого вещества в устройствах приводит к потере ими защитных свойств.

Известно также устройство «конструкция реактивной брони и используемые в ней контейнеры» по патенту США № 4 867 077, представляющее собой слой взрывчатого вещества, расположенный между слоями эластичного материала, помещенными между жесткими верхней и нижней пластинами в многослойной конструкции типа «сэндвич». Жесткие пластины выходят за пределы границ слоев из эластичного материала таким образом, что между верхней и нижней пластинами имеется свободное пространство, и в этом пространстве размещается ребристая конструкция для предотвращения бокового движения взрывчатого вещества. В верхней и нижней жестких пластинах и ребристой конструкции предусмотрено средство крепления контейнера к защищаемому объекту. Слой взрывчатого вещества представляет собой взрывчатый состав с полимерным связующим, он помещен в водонепроницаемый чехол, расположенный между слоями эластичного материала.

При попадании кумулятивного средства поражения в указанное устройство оно работает в целом аналогично устройству по патенту

США № 5070764. Однако наличие с тыльной стороны заряда взрывчатого вещества прилегающего инертного слоя с акустическим импедансом (произведением плотности материала на скорость звука), меньшим или близким к акустическому импедансу заряда взрывчатого вещества, снижает вероятность его инициирования кумулятивной струей. Как известно, переход ударной волны из среды с большим акустическим импедансом в среду с меньшим акустическим импедансом, приводит к тому, что в среде с меньшим акустическим импедансом распространяется ударная волна, тогда как в среде с большим акустическим импедансом от границы раздела в обратном направлении распространяется волна разгрузки, на фронте которой давление в заряде взрывчатого вещества скачкообразно снижается. Отказ в инициировании заряда взрывчатого вещества приводит к катастрофической потере устройством защитных свойств, хотя благодаря наличию слоя инертного (вспучивающегося) материала в устройстве его защитные свойства частично сохраняются.

При попадании в устройство по патенту США № 4 867 077 бронебойного подкалиберного снаряда противотанковой пушки, оно также способно осуществлять разрушающее воздействие, при условии возбуждения детонации в заряде взрывчатого вещества. Известно, что бронебойные подкалиберные снаряды обладают существенно меньшим инициирующим действием по сравнению с кумулятивной струей, так как скорость удара по преграде современных подкалиберных снарядов не достигает 2000 м/с, тогда как скорость головных участков кумулятивной струи превышает 8000 м/с. Соответственно, давление на фронте ударной волны, движущейся по взрывчатому веществу перед бронебойным подкалиберным снарядом, гораздо меньше, чем для случая проникания кумулятивной струи. Таким образом, для осуществления разрушающего воздействия на средства поражения типа бронебойных подкалиберных снарядов, необходимо обеспечить надежное инициирование заряда взрывчатого вещества в защитном устройстве. Как показывают результаты экспериментов, вероятность инициирования заряда взрывчатого вещества при попадании бронебойного подкалиберного снаряда значительно возрастает, если с тыльной стороны к заряду взрывчатого вещества прилегает материал с существенно более высоким акустическим импедансом, например, сталь. Напротив, вероятность инициирования заряда взрывчатого вещества значительно снижается, когда прилегающий к нему с тыльной стороны материал обладает акустическим импедансом, меньшим или близким, мало отличающимся от акустического импеданса взрывчатого вещества. В устройстве по патенту США № 4 867 077, в случае, когда оба элемента - реактивный и пассивный объединены в одно целое, и слой вспучивающе гося материала вплотную прилегает к слою взрывчатого вещества, реализуется режим снижения вероятности инициирования детонации в заряде взрывчатого вещества, что сводит на нет возможности данного устройства по защите от бронебойных подкалиберных снарядов.

Для исключения указанных нежелательных эффектов в известном устройстве предлагается слой инертного материала расположить с одной стороны предпочтительно впереди слоя взрывчатого вещества, а с тыльной стороны слоя взрывчатого вещества разместить жесткую пластину из материала с акустическим импедансом, большим, чем у заряда взрывчатого вещества. Согласно экспериментальным данным, вероятность воспламенения заряда взрывчатого вещества снижается, когда с внешней стороны к нему вплотную прилегает слой инертного материала, обладающего акустическим импедансом, меньшим или близким к акустическому импедансу заряда взрывчатого вещества. Соответственно, при размещении с тыльной стороны заряда взрывчатого вещества жесткой пластины с акустическим импедансом, значительно большим, чем у взрывчатого вещества, возрастает вероятность инициирования детонации взрывчатого вещества при попадании в него кумулятивной струи и, особенно, бронебойного подкалиберного снаряда.

В основу настоящего изобретения положена задача создать устройство защиты, обладающее достаточной чувствительностью к инициирующему действию кумулятивной струи, и одновременно защищенное от воспламеняющего действия бронебойных зажигательных пуль крупнокалиберных пулеметов и снарядов малокалиберных автоматических пушек, а также от воспламенения в случае воздействия открытого пламени и высокой температуры.

Поставленная задача решается тем, что в устройстве комбинированной реактивной и пассивной защиты, представляющем собой сборку, в которой между двумя жесткими пластинами размещен слой взрывчатого вещества, а между слоем взрывчатого вещества и жесткими пластинами размещен инертный материал, согласно изобретению, слой инертного материала расположен с одной стороны предпочтительно впереди слоя взрывчатого вещества. Необходимо, чтобы толщина слоя инертного материала составляла 0,1-5,0 толщины слоя взрывчатого вещества, а отношение толщины слоя инертного материала к толщине жестких пластин равнялось 0,4-6,0. Слой инертного материала должен быть выполнен из материала со скоростью звука 1000-3200 м/с, с акустическим импедансом, меньшим, чем у материала по меньшей мере одной из жестких пластин. Необходимо, чтобы слой инертного материала был плотно поджат к прилегающей к нему жесткой пластине.

По крайней мере одна жесткая пластина устройства (предпочтительно тыльная пластина) должна быть выполнена из стали с твердостью 285-445 НВ.

С внешней стороны жестких пластин могут размещаться дополнительные пластины, выполненные из материала с плотностью 110019350 кг/м³, при этом толщина дополнительных пластин составляет 0,2-5,0 толщины жестких пластин.

Дополнительные пластины, размещенные с внешней стороны жестких пластин, предпочтительно должны быть выполнены из материала с твердостью 230-535 НВ.

Слой инертного материала может быть выполнен многослойным, по меньшей мере из двух подслоев инертных материалов, причем один слой может быть выполнен из полиметилметакрилата, а второй - из парафина, церезина или другого подобного вещества, для более плотного заполнения внутренней полости устройства.

Слой инертного материала может быть выполнен из двух слоев, один из которых при нагревании способен увеличиваться в объеме, образуя термоизолирующую прокладку, причем в состав инертного материала входят пентаэритрит, поливинилхлорид, свинец кремнекислый, эпоксидная смола и пластификатор.

Слой материала, способного при нагревании увеличиваться в объеме, образуя термоизолирующую накладку, может размещаться с внешней стороны жестких пластин, или с внешней стороны дополнительных пластин.

Слой инертного материала может быть выполнен из смеси двух и более веществ, одно из которых является полимерным материалом, причем массовая доля полимерного материала составляет не менее 4%.

В состав смеси веществ в слое инертного материала может входить вещество, способное сопротивляться воспламенению или подавлять горение.

В состав смеси веществ в слое инертного материала могут входить синтетический каучук, мел, каолин и сернокислый калий.

В состав смеси веществ в слое инертного материала могут входить синтетический каучук, мел и литопон (смесь сернокислого бария и сульфида цинка).

В состав смеси веществ в слое инертного материала могут входить синтетический каучук, мел и тальк.

В состав смеси веществ в слое инертного материала могут входить капсулы, содержащие пламягасящий состав: воду, или тетрафтордибромэтан, или его заменители, причем капсулы должны быть равномерно распределены в полимерном материале.

Ниже настоящее изобретение поясняется подробным описанием примера конкретного выполнения со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых фиг. 1 изображает устройство комбинированной реактивной и пассивной защиты, выполненное согласно изобретению, продольный разрез;

фиг. 2 - то же, с инертным слоем, состоящим из двух подслоев инертных материалов и дополнительными пластинами, размещенными с внешней стороны жестких пластин;

фиг. 3 изображает рентгенограмму процесса взаимодействия устройства комбинированной реактивной и пассивной защиты с кумулятивной струей.

Устройство комбинированной реактивной и пассивной защиты, выполненное согласно изобретению (фиг. 1), представляет собой сборку, в которой между двумя выполненными из стали жесткими пластинами 1, 2 помещен слой взрывчатого вещества 3, а между слоем взрывчатого вещества 3 и лицевой жесткой пластиной 1 расположен слой инертного материала 4. В данном примере конкретного выполнения жесткие пластины 1 и 2 выполнены с отбортовками, вставлены одна в другую и соединены между собой посредством местной завальцовки краев отбортовки пластины 1. Отбортовки жестких пластин 1 и 2 ограничивают слой взрывчатого вещества 3 и слой инертного материала 4 с торцевых сторон, предотвращая их перемещение. Заполнив зазор между отбортовками жестких пластин 1 и 2 герметизирующим материалом, можно предотвратить попадание влаги в полость между жесткими пластинами 1 и 2, в которой расположены слой взрывчатого вещества 3 и слой инертного материала 4. Толщина слоя инертного материала 4 (3 мм) в данном примере конкретного выполнения равна толщине слоя взрывчатого вещества 3 (3 мм), а отношение толщины слоя инертного материала 4 к толщине жестких пластин 1 и 2 (2 мм) составляет 1,5. Слой инертного материала 4 выполнен из смеси пяти веществ. В состав смеси входит полимерный материал - термостойкий синтетический каучук, массовая доля которого составляет 22%. Кроме того, в состав смеси входят мел (18%), каолин (48%), сульфат калия (12%) и фторопласт (1% сверх 100%).

В другом варианте конструктивного исполнения предлагаемого устройства (фиг. 2) слой инертного материала выполнен из двух подслоев: полиметилметакрилата 4 и церезина

5. Церезин 5 используется для более плотного заполнения внутренней полости устройства, что благоприятно как с точки зрения предохранения от попадания влаги, так и с точки зрения распространения ударных волн внутри устройства. На внешней поверхности жестких пластин 1 и 2 размещены дополнительные пластины 6 и 7, выполненные из того же материала (стали), что жесткие пластины 1 и 2. Дополнительные пластины 6 и 7 предназначены для дополнительного увеличения эффективности воздействия устройства на средство поражения. Толщина доΊ полнительных пластин 6, 7 (1 мм) составляет 0,5 толщины жестких пластин 1, 2.

Работа предлагаемого устройства (фиг. 1) осуществляется следующим образом. При попадании кумулятивного боеприпаса в предлагаемое устройство сначала кумулятивная струя пробивает жесткую пластину 1. Ударная волна, опережающая проникание кумулятивной струи в эту пластину 1, через границу раздела переходит в слой инертного материала 4. Ударная волна, а вслед за нею и кумулятивная струя, последовательно проникают сквозь слой инертного материала 4 и внедряются в заряд 3 взрывчатого вещества. Эта граница раздела материалов с близкими значениями акустического импеданса практически не приводит к заметным последствиям в процессе движения ударной волны. При выходе из заряда взрывчатого вещества 3 ударная волна пересекает границу раздела с тыльной жесткой пластиной 2, материал которой обладает большим акустическим импедансом, чем взрывчатое вещество. Поэтому в тыльной жесткой пластине 2 распространяется ударная волна. Вторая ударная волна отражается от тыльной жесткой пластины 2 и возвращается в заряд 3 взрывчатого вещества. В результате отражения давление и массовая скорость на фронте отраженной ударной волны возрастают в 2 раза и более по сравнению с первоначальной, проходящей ударной волной, инициируя детонацию заряда 3 взрывчатого вещества. Под действием взрыва этого заряда 3 жесткие пластины 1 и 2, а также слой инертного материала 4 приводятся в движение. Пересекая траекторию кумулятивной струи, жесткие пластины 1 и 2 соударяются с кумулятивной струей и наносят ей повреждения, частично диспергируя ее до пылевидной фракции, частично разрывая ее на отдельные фрагменты и отклоняя их от первоначальной траектории (фиг. 3). Поскольку объекты бронетанковой техники могут подвергаться обстрелу кумулятивными средствами поражения с различным уровнем бронепробивной способности, для увеличения воздействия на более мощную кумулятивную струю в предлагаемом устройстве с внешней стороны жестких пластин 1, 2 могут размещаться дополнительные пластины 6, 7 (фиг. 2). Эти дополнительные пластины 6, 7 могут быть выполнены из широкого спектра различных материалов в зависимости от конкретных условий применения предлагаемого устройства.

При попадании в предлагаемое устройство (фиг. 1) бронебойного подкалиберного снаряда противотанковой пушки оно работает в целом так же, как и при попадании кумулятивной струи. Но в данном случае наличие отраженной ударной волны в заряде 3 взрывчатого вещества имеет особенно большое значение, так как подкалиберные снаряды обладают гораздо меньшей инициирующей способностью по сравнению с кумулятивными средствами поражения. Отра женная ударная волна в заряде взрывчатого вещества 3 позволяет обеспечить его инициирование с высокой вероятностью.

При обстреле предлагаемого устройства (фиг. 1) из крупнокалиберных пулеметов и малокалиберных автоматических пушек не происходит инициирования заряда 3 взрывчатого вещества, так как их скорость в 1,5-2 раза меньше скорости бронебойных подкалиберных снарядов. Не возникает и горения заряда взрывчатого вещества 3, поскольку в процессе проникания, например, пули сначала через слой инертного материала 4 происходит нагрев этого негорючего материала. Часть этого материала захватывается пулей и попадает в канал, пробитый в заряде взрывчатого вещества 3, выстилая его изнутри. Любой негорючий материал в таких условиях способен подавить начинающееся горение слоя взрывчатого вещества 3, перекрывая доступ кислорода к очагу воспламенения. Поскольку указанный выше инертный состав 4 выполнен из смеси пяти веществ, в числе которых негорючие мел (18%) и каолин (48%), а сульфат калия (12%), кроме того, обладает пламягасящими свойствами, он предохраняет слой взрывчатого вещества 3 от возгорания.

Если в состав смеси веществ в слое инертного материала 4 входят капсулы, содержащие пламягасящий состав: воду, или тетрафтордибромэтан, или его заменители, то при механическом или термическом воздействии в процессе проникания пули оболочка капсул разрушается и выделяющийся пламягасящий состав интенсивно снижает температуру в зоне проникания.

Для предотвращения воспламенения слоя взрывчатого вещества 3 под действием внешнего источника высокой температуры, например, при горении соседнего устройства, или при проведении ремонтных работ с применением электрической сварки или газовой резки, с внешней стороны жестких пластин 1, 2, или с внешней стороны дополнительных пластин 6, 7 размещается слой материала, который при нагревании способен увеличиваться в объеме, образуя термоизолирующую прокладку. В состав такого материала входят пентаэритрит, поливинилхлорид, кремнекислый свинец, эпоксидная смола и пластификатор.

Необходимо отметить, что в процессе пробития чередующихся слоев материалов с различной прочностью, твердостью и различным акустическим импедансом происходит интенсивное торможение пуль и малокалиберных снарядов, за счет вспучивания слоя инертного материала 4 приводятся в движение жесткие пластины 1, 2, отклоняющие и подворачивающие проникающее средство поражения, что приводит к повышению противопульной и противоснарядной стойкости защищаемого объекта.

Наиболее эффективно предлагаемое устройство использовать в виде комплекта таких устройств в составе реактивной брони, устанавливаемой на бронированные наземные объекты: боевые машины пехоты, бронетранспортеры, самоходные артиллерийские орудия, танки, транспортные средства, а также на строительные сооружения различного назначения и корабли.

Claims (14)

1. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

   1. Устройство комбинированной реактивной и пассивной защиты, представляющее собой сборку, в которой между двумя жесткими пластинами расположены слой взрывчатого вещества и слой инертного материала, отличающееся тем, что слой инертного материала расположен между лицевой жесткой пластиной и слоем взрывчатого вещества, при этом толщина слоя инертного материала составляет 0,1-5,0 толщины слоя взрывчатого вещества, отношение толщины слоя инертного материала к толщине жестких пластин равно 0,4-6,0, причем слой инертного материала выполнен из материала со скоростью распространения звука 1000-3200 м/с, с акустическим импедансом меньшим, чем у материала по меньшей мере одной из жестких пластин, и плотно поджат к прилегающей к нему жесткой пластине.
2. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что по меньшей мере одна его жесткая пластина выполнена из стали с твердостью 285-445 НВ.
3. 3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что слой инертного материала выполнен из смеси двух и более веществ, одно из которых является полимерным материалом, причем массовая доля полимерного материала составляет не менее 4%.
4. 4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что слой инертного материала выполнен многослойным, по меньшей мере из двух подслоев инертных материалов.
5. 5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что с внешней стороны жестких пластин могут размещаться дополнительные пластины, выполненные из материала с плотностью 1100-19350 кг/м³, при этом толщина дополнительных пластин составляет 0,2-5,0 толщины жестких пластин.
6. 6. Устройство по п.3, отличающееся тем, что в состав смеси веществ в слое инертного материала входит вещество, способное сопротивляться воспламенению или подавлять горение.
7. 7. Устройство по п.4, отличающееся тем, что слой инертного материала выполнен из двух слоев, причем один слой выполнен из полиметилметакрилата, а второй - из парафина, церезина или другого подобного вещества.
8. 8. Устройство по п.4, отличающееся тем, что слой инертного материала выполнен из двух слоев, один из которых при нагревании способен увеличиваться в объеме, образуя термоизолирующую прокладку, причем в состав материала входят пентаэритрит, поливинилхлорид, свинец кремнекислый, эпоксидная смола и пластификатор.
9. 9. Устройство по п.5, отличающееся тем, что дополнительные пластины, размещенные с внешней стороны жестких пластин, выполнены из материала с твердостью 230-535 НВ.
10. 10. Устройство по п.6, отличающееся тем, что в состав смеси веществ в слое инертного материала входит синтетический каучук, мел, каолин и сернокислый калий.
11. 11. Устройство по п.6, отличающееся тем, что в состав смеси веществ в слое инертного материала входит синтетический каучук, мел и литопон (смесь сернокислого бария и сульфида цинка).
12. 12. Устройство по п.6, отличающееся тем, что в состав смеси веществ в слое инертного материала входит синтетический каучук, мел и тальк.
13. 13. Устройство по п.6, отличающееся тем, что в состав смеси веществ в слое инертного материала входят капсулы, содержащие пламягасящий состав, причем капсулы равномерно распределены в полимерном материале и содержат воду, или тетрафтордибромэтан, или его заменители.
14. 14. Устройство по п.8, отличающееся тем, что слой материала, способного при нагревании увеличиваться в объеме, образуя термоизолирующую накладку, размещен по меньшей мере с одной внешней стороны жестких пластин или с внешней стороны дополнительных пластин.