EA008198B1 - Активная броня - Google Patents

Abstract

Изобретение направлено на повышение энергетики и надежности активной брони для наземных, водных, воздушных и космических транспортных средств. Указанный технический результат достигается тем, что активная броня выполнена сотовой конструкции из индукционных и/или кондукционных электродинамических ускорителей масс, снабженных контактным включателем и высокотоковыми разъемами для соединения с бортовым накопителем электрической энергии.

Description

Изобретение относится к средствам броневой защиты транспортных средств наземного, воздушного, морского и космического базирования, конкретно к активной броне.

Известна активная броня (Советская военная энциклопедия. М., Воениздат, 1997. Т. 1, с. 595), состоящая из элементов динамической защиты (ЭДЗ) для установки на внешней стороне брони танка. При этом каждый ЭДЗ выполнен в виде стальной коробки, внутри которой размещен плоский заряд взрывчатого вещества (ВВ) с металлическими обкладками. ЭДЗ наиболее эффективны против кумулятивных снарядов. При ударе снаряда происходит подрыв заряда ВВ и создается встречная ударная волна. В связи с подрывом ВВ такие ЭДЗ монтируются на поверхности мощной (более 30 мм) броневой защиты.

Недостатком известной активной брони является относительно большой вес и высокие требования к технике безопасности при ее монтировании и эксплуатации, обусловленные наличием взрывчатого вещества.

Известна активная броня (И8 6619181, кл. 89/36.17, 2002), содержащая слой ЭДЗ, установленных на основном броневом щите транспортного средства. Каждый ЭДЗ содержит метательный заряд ВВ с электрическим контактным взрывателем, с внешней стороны слоя ЭДЗ установлен внешний слой брони с соответствующей нарезкой метаемых элементов. Электрический взрыватель выполнен с возможностью ручного переключения реактивной брони во взрывчатое и невзрывчатое состояние.

Недостатком известной активной брони является относительно высокий вес.

Известна активная броня (КП 2192607, кл. Б 41Н 5/04, 2002) для защиты от артиллерийских снарядов, содержащая слой ЭДЗ, установленных на поверхности транспортного средства. Каждый ЭДЗ содержит ряд чередующихся слоев. Первый наружный слой ЭДЗ изготовлен из высокопрочной броневой стали, его толщина равна половине калибра наиболее эффективных противотанковых пушек (калибром 100 мм). За ним следует воздушный зазор, ширина которого равна толщине наружного слоя, и третий слой из той же броневой стали. Четвертый слой состоит из пористого высокотвердого неметаллического материала, наполненного химически активным веществом с окислительными свойствами. Его толщина в 3-5 раз больше толщины наружного слоя. Пятый и седьмой слои выполнены из той же стали, что и наружный слой, с воздушным зазором между ними, образующими шестой слой, при этом толщина третьего, пятого и седьмого слоев в 5 раз меньше, чем толщина наружного слоя, ширина шестого слоя в 2 раза больше толщины пятого слоя. Масса 1 м² такой брони в 2,2 раза меньше массы сплошной брони такой же толщины.

Недостатком известной активной брони является снабжение ЭДЗ химически активным веществом, представляющим опасность при изготовлении и применении брони. Другим ее недостатком является сложность в изготовлении и высокая стоимость.

Известна активная броня (И8 7046187, кл. 342/54, 2006), содержащая слой ЭДЗ, установленных на поверхности транспортного средства. Каждый ЭДЗ выполнен в виде малогабаритного твердотельного лазера с оптикой и доплеровским обнаружителем И^Б атакующего снаряда.

Недостатком известной активной брони является низкая вероятность защиты, обусловленная необходимостью использования для работы брони дополнительных средств обнаружения и наведения. Другим ее недостатком является крайне высокая стоимость.

Известна активная броня (И8 6758125, кл. 89/36.17, 2004), содержащая слой ЭДЗ, установленных на поверхности транспортного средства. Каждый ЭДЗ содержит пьезоэлектрический генератор высокого напряжения, установленный между двумя электрически изолированными друг от друга слоями металла (брони), электрически соединенными с электродами пьезоэлектрического генератора. При этом положительный электрод пьезоэлектрического генератора соединен с внешним слоем металла, а отрицательный - с внутренним. Активная броня обеспечивает глушение кумулятивной струи (плазмы) атакующего снаряда энергией электрического и магнитного полей, вырабатываемой пьезоэлектрическим генератором за счет собственной кинетической энергии атакующего снаряда. Композиционный состав электрострикционного материала пьезоэлектрического генератора включает, мас.%: 0,27 - Бу, 0,73 - Бе с δί или А1.

Недостатком известной активной брони является низкая вероятность отражения атакующих снарядов и низкая надежность брони, обусловленные недостаточной энергией и хрупкостью пьезоэлектрического генератора.

Задачей полезной является устранение недостатков известной активной брони сотовой конструкции, техническим результатом - повышение энергетики и надежности активной брони.

Решение поставленной задачи и достижение заявленного технического результата достигается тем, что активная броня, содержащая слой элементов динамической защиты, установленных на поверхности обороняемого объекта, согласно изобретению каждый элемент динамической защиты выполнен в виде электродинамического ускорителя масс, снабженного контактным включателем и высокотоковыми разъемами для соединения с накопителем электрической энергии.

При этом электродинамический ускоритель масс выполнен в виде индукционного или кондукционого ускорителя. Индукционный электродинамический ускоритель масс содержит металлическую или пластмассовую коробку, внутри которой послойно установлены стальная плита, пластинчатая катушка индуктивности, первый пластинчатый электрод с перфорационными отверстиями, диэлектрическая пластина, второй пластинчатый электрод, а контактный включатель выполнен в виде токопроводящих

- 1 008198 стержней, установленных с внутренней стороны пластинчатой катушки индуктивности, часть из которых в качестве постоянно замкнутых контактов электрически соединена с одним из концов обмотки пластинчатой катушки индуктивности и с первым пластинчатым электродом, а вторая часть стержней в качестве замыкающих контактов соединена со вторым концом обмотки пластинчатой катушки индуктивности, установлена подвижно в диэлектрических втулках, установленных в отверстиях первого пластинчатого электрода и выполнена с возможностью электрического замыкания пластинчатых электродов через обмотку пластинчатой индуктивности при ударном механическом воздействии на стальную плиту. Кондукционный электродинамический ускоритель масс содержит металлическую или пластмассовую коробку, внутри которой послойно установлены внешний пластинчатый электрод сотовой конструкции, соединенный с положительным высокотоковым разъемом, диэлектрическая пластина и нижний пластинчатый электрод, соединенный с отрицательным высокотоковым разъемом, каждая сота внешнего электрода выполнена в форме направляющей ячейки прямоугольной или шестиугольной формы, в полости каждой ячейки установлены подвижно поражающие элементы, покрытые высокотемпературной изоляцией, например из керамики, с нижней стороны которой нанесено высокотемпературное проводящее покрытие, например из вольфрама, контактирующее с внутренней поверхностью ячейки, в основании ячейки установлена диэлектрическая шайба, а контактный включатель выполнен в виде металлического пробойника, установленного подвижно в диэлектрической шайбе между поражающим элементом и диэлектрической пластиной и выполненного с возможностью замыкания разнополярных электродов через высокотемпературное проводящее покрытие при механическом ударном воздействии на поражающий элемент соты внешнего электрода. Внешний электрод кондукционного ускорителя выполнен методом выдавливания ячеек глубиной не менее 10 мм из листа высокопроводящего металла, например меди или алюминия, толщиной 1-3 мм или путем перфорирования листа при толщине последнего более 10 мм.

Выполнение элементов динамической защиты активной брони в виде электродинамического ускорителя масс, снабженного контактным включателем и двумя высокотоковыми разъемами для соединения с накопителем электрической энергии позволяет создать неизвестный ранее вид активной брони, обладающей повышенной энергетикой и устойчивостью к поражающим воздействиям и, как следствие, увеличенной вероятностью отражения атакующих снарядов и повышенной надежностью брони. Исполнение электродинамического ускорителя масс в виде индукционного или кондукционого ускорителя, представленных ниже рациональных конструкций, позволяет создать легкую активную броню на новых физических принципах с относительно невысокими затратами на реализацию. Выполнение сотовой конструкции кондукционного электродинамического ускорителя методом выдавливания ячеек внешнего электрода из листа металла дополнительно позволяет уменьшить вес активной брони за счет гофрирования и, как следствие, впервые обеспечить возможность создания сверхлегкой активной брони для защиты жизненно важных узлов транспортных средств воздушного и космического базирования.

В целом указанные технические преимущества позволяют обеспечить решение поставленной задачи и достижение заявленного технического результата.

На фиг. 1 представлена конструкция съемной секции активной электродинамической брони, на фиг. 2 и 3 - конструкция индукционного и кондукционного электродинамического ускорителя масс соответственно.

Активная броня 1 содержит слой элементов 2 динамической защиты, выполненных в виде отдельных секций с отверстиями 3 для крепления на поверхности обороняемого объекта. Каждый элемент 2 динамической защиты выполнен в виде электродинамического (фиг. 2) или кондукционного (фиг. 3) ускорителя масс, снабженного контактным включателем и двумя высокотоковыми разъемами для соединения с накопителем электрической энергии. Индукционный электродинамический ускоритель масс (фиг. 2) содержит металлическую или пластмассовую коробку, внутри которой послойно установлены стальная плита 4, пластинчатая катушка 5 индуктивности, первый пластинчатый электрод 6 с перфорационными отверстиями 7, диэлектрическая пластина 8, второй пластинчатый электрод 9. Пластинчатая катушка 5 индуктивности выполнена путем намотки витков провода с изоляционным покрытием (обмотки 10) на диэлектрическую пластину 11 или печатным монтажом на ней. Начало обмотки 10 электрически соединено через постоянно замкнутые контакты 12 с первым пластинчатым электродом 6, а конец обмотки 10 через нормально разомкнутые контакты 13 - с вторым пластинчатым электродом 9. Контакты 12 и 13 выполнены в виде токопроводящих стержней, установленных в электроизоляционных втулках 14, например из фарфора, и образуют контактный включатель электродинамического ускорителя. Для повышения надежности работы контактный включатель каждого электродинамического ускорителя снабжен пучком контактов 12 и 13 и выполнен с возможностью электрического замыкания пластинчатых электродов через обмотку 10 катушки 5 путем пробития диэлектрической пластины 8 при ударном механическом воздействии на верхнюю стальную плиту 4. Кондукционный электродинамический ускоритель масс (фиг. 3) содержит металлическую или пластмассовую коробку, внутри которой послойно установлены внешний пластинчатый электрод 15 сотовой конструкции, соединенный с положительным высокотоковым разъемом 16, диэлектрическая пластина 17 и нижний пластинчатый электрод 18, соединенный с отрицательным высокотоковым разъемом 19. Каждая сота внешнего электрода 15 выполнена в форме направляющей ячейки 20 с сечением прямоугольной или шестиугольной формы высотой не менее 10 мм.

- 2 008198

В полости каждой ячейки 20 установлены подвижно поражающие элементы 21, покрытые высокотемпературной изоляцией 22, например из керамики, с нижней стороны которой нанесено высокотемпературное проводящее покрытие 23, например из вольфрама, контактирующее с внутренней поверхностью ячейки 20. В основании каждой ячейки 20 установлена диэлектрическая втулка 24, а контактный включатель выполнен в виде металлического пробойника 25, установленного подвижно во втулке 24 между изоляцией 22 и диэлектрической пластиной 17, и выполненного с возможностью замыкания разнополярных электродов 15 и 18 через высокотемпературное проводящее покрытие 23 при механическом ударном воздействии на поражающий элемент соты 20 внешнего электрода 15. Внешний электрод 15 кондукционного ускорителя выполнен методом выдавливания ячеек 20 глубиной не менее 10 мм из листа высокопроводящего металла, например меди или алюминия, толщиной 1-3 мм или путем перфорирования (фиг. 3) листа при толщине последнего более 10 мм. Минимальная толщина стенок электрода 15 выбрана из условия исключения перегорания электрода при включении ускорителя, максимальное - из условия допустимых весовых ограничений активной брони. При выполнении ячеек методом перфорации минимальная (10 мм) толщина электродов выбрана из условия обеспечения минимальной высоты ячеек 20, соответствующей минимальной скорости метания поражающих элементов 21.

Активная броня при описанных рациональных вариантах ее исполнения устанавливается на броне транспортного средства, например на танке, или непосредственно на обшивке его жизненно-важных частей, например на боках кабины и кузова автомобиля, под кабиной самолета, вертолета или с других возможных направлений атаки на обороняемый объект.

Активная броня 1 индукционного типа (фиг. 2) работает следующим образом. Атакующая боеголовка 26 ударяется в элемент 2 активной брони 1. Под действием этого удара токопроводящие стержни 13 пробивают диэлектрическую пластину 8 и соединяют разнополярные электроды 6 и 9 через витки обмотки 10 пластинчатой катушки 5. При этом ток от бортового накопителя энергии протекает по пути «высокотоковый разъем 16 - электрод 6 - токопроводящий стержень 12 - обмотка 10 катушки 5 индуктивности - токопроводящий стержень 13 - электрод 9 - высокотоковый разъем 19. Магнитное поле, возникающее при прохождении тока через катушку 5, наводит в стальной плите 4 ЭДС самоиндукции (Жданов Л.С. Учебник по физике для средних специальных учебных заведений. М.: Наука, 1977, с. 275). Возникающие при этом блуждающие токи Фуко приводят к появлению в плите 4 магнитного поля, направление которого противоположно магнитному полю его вызвавшему. Между катушкой 5 и плитой 4 возникает магнитная сила расталкивания Фуко. При этом стальная плита 4 движется навстречу боеголовке 26. Одновременно за счет силы Ампера, возникающей за счет расталкивания близко расположенных нижних и верхних проводников с противоположным направлением тока катушки 5, плита 4 получает дополнительное ускорение. Под действием кинетической энергии (Орленко Л.П. Физика взрыва и удара. М.: Физматлит, 2006, с. 293-298) плиты 4 происходит нейтрализация и/или подрыв боевой части боеголовки на внешней стороне обороняемого объекта.

Аналогично для нейтрализации и/или подрыва боевой части атакующей боеголовки на внешней стороне обороняемого объекта используется энергия электрического поля в активной броне кондукционного типа (фиг. 3). При ударе боеголовки 26 о поверхность активной брони соответствующий металлический пробойник 25 пробивает диэлектрическую пластину 17 и соединяется с электродом 18. При этом ток от бортового накопителя энергии протекает по пути «высокотоковый разъем 16 - электрод 15 вольфрамовое покрытие 23 - пробойник 25 - электрод 18 - высокотоковый разъем 19. Поскольку сопротивление вольфрамового покрытия 23 много раз больше сопротивления других токопроводящих элементов активной брони, то практически вся энергия электрического разряда бортового накопителя энергии выделяется в нижней части ячейки 20 в виде плазменного образования, так называемого «плазменного поршня». Образованный «плазменный поршень» под действием силы Лоренца (Кошкин Н.И. и др. Справочник по элементарной физике. М:, Наука. 1976, с. 151-158) движется вверх, толкая впереди себя поражающий элемент 21 с высокотемпературным изоляционным покрытием 22. Под действием кинетической энергии поражающего элемента 21 происходит нейтрализация и/или подрыв боевой части боеголовки на внешней стороне обороняемого объекта. Образующаяся в последнем случае кумулятивная струя боеголовки 26 гасится электрическим полем активной брони по аналогии с прототипом.

Изобретение не ограничивается вышеприведенными примерами его осуществления. В рамках данного изобретения возможны и другие варианты исполнения активной брони на основе других известных электродинамических ускорителей (Космическое оружие: диалектика безопасности. Под ред. Е.П. Велихова, Р.З. Сагдеева, А. А. Кошина М:, Мир, 1986, с. 56) с соответствующей их миниатюризацией и снабжением их контактными или бесконтактными включателями. Кроме того, предложенная активная броня может быть выполнена многослойной из однотипных или разнотипных электромагнитных ускорителей. Например, один слой активной брони - из индукционных ускорителей, а другой слой - из кондукционных. Возможна установка в каждом слое активной брони как кондукционных, так и индукционных ускорителей. С внешней стороны активной брони может быть установлено декоративное и/или маскировочное покрытие, а с внутренней - слой неактивной брони и слой из поглощающих ударную волну материалов. Каждая съемная секция (фиг. 1) активной брони может быть выполнена выпуклой для обеспечения полного облегания соответствующих участков обороняемого объекта.

- 3 008198

Изобретение разработано на уровне физической модели, произведены ее успешные испытания. Испытания показали, что заявленный технический результат достигается.

Claims (6)

1. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

   1. Активная броня, содержащая слой элементов динамической защиты для установки на поверхности обороняемого объекта, отличающаяся тем, что каждый элемент динамической защиты выполнен в виде электродинамического ускорителя масс, снабженного контактным включателем и высокотоковыми разъемами для соединения с накопителем электрической энергии.
2. 2. Активная броня по п.1, отличающаяся тем, что электродинамический ускоритель масс выполнен в виде индукционного или кондукционого ускорителя.
3. 3. Активная броня по п.2, отличающаяся тем, что индукционный электродинамический ускоритель масс содержит металлическую или пластмассовую коробку, внутри которой послойно установлены стальная плита, пластинчатая катушка индуктивности, первый пластинчатый электрод с перфорационными отверстиями, диэлектрическая пластина, второй пластинчатый электрод, а контактный включатель выполнен в виде токопроводящих стержней, установленных с внутренней стороны пластинчатой индуктивности, часть из которых в качестве постоянно замкнутых контактов электрически соединена с одним из концов обмотки пластинчатой катушки индуктивности и с первым пластинчатым электродом, а вторая часть стержней в качестве замыкающих контактов соединена со вторым концом обмотки пластинчатой катушки индуктивности, установлена подвижно в диэлектрических втулках, установленных в отверстиях первого пластинчатого электрода, и выполнена с возможностью электрического замыкания пластинчатых электродов через обмотку пластинчатой катушки индуктивности при ударном механическом воздействии на стальную плиту.
4. 4. Активная броня по п.3, отличающаяся тем, что пластинчатая катушка индуктивности выполнена путем намотки витков провода с изоляционным покрытием на диэлектрическую пластину или печатным монтажом.
5. 5. Активная броня по п.2, отличающаяся тем, что кондукционный электродинамический ускоритель масс содержит металлическую или пластмассовую коробку, внутри которой послойно установлены внешний пластинчатый электрод сотовой конструкции, соединенный с положительным высокотоковым разъемом, диэлектрическая пластина и нижний пластинчатый электрод, соединенный с отрицательным высокотоковым разъемом, каждая сота внешнего электрода выполнена в форме направляющей ячейки прямоугольной или шестиугольной формы, в полости каждой ячейки установлены подвижно поражающие элементы, покрытые высокотемпературной изоляцией, например из керамики, с нижней стороны которой нанесено высокотемпературное проводящее покрытие, например из вольфрама, контактирующее с внутренней поверхностью ячейки, в основании ячейки установлена диэлектрическая шайба, а контактный включатель выполнен в виде металлического пробойника, установленного подвижно в диэлектрической шайбе между поражающим элементом и диэлектрической пластиной и выполненного с возможностью замыкания разнополярных электродов через высокотемпературное проводящее покрытие при механическом ударном воздействии на поражающий элемент соты внешнего электрода.
6. 6. Активная броня по п.5, отличающаяся тем, что внешний электрод сотовой конструкции выполнен методом выдавливания ячеек глубиной не менее 10 мм из листа высокопроводящего металла, например меди или алюминия, толщиной 1-3 мм или путем перфорирования листа при толщине последнего более 10 мм.