PL222829B1

PL222829B1 - Modular ballistic shield

Info

Publication number: PL222829B1
Application number: PL404443A
Authority: PL
Inventors: Włodzimierz Gnarowski
Original assignee: Inst Lotnictwa
Priority date: 2013-06-25
Filing date: 2013-06-25
Publication date: 2016-09-30
Also published as: PL404443A1

Description

Opis wynalazkuDescription of the invention

Przedmiotem wynalazku jest modułowa osłona balistyczna przeznaczona do stosowania jako lekka osłona zewnętrzna obiektów mobilnych, takich jak pojazdy, łodzie, statki powietrzne, w tym wiropłaty, a także osłona obiektów stacjonarnych.The subject of the invention is a modular ballistic shield intended for use as a light outer shield for mobile objects, such as vehicles, boats, aircraft, including rotorcraft, and also for stationary objects.

W opancerzeniu pojazdów mobilnych podstawowymi panelami ochronnymi są układy laminatowe lub kombinacje laminatów i warstw metalowych lub ceramicznych. Wynika to z korzystnego stosunku ich masy powierzchniowej do założonej odporności balistycznej. Największym wyzwaniem technicznym w konstrukcji kompozytowego systemu ochrony jest optymalizacja poszczególnych warstw w modułach w zależności od założonego zagrożenia i dopuszczalnej masy systemu jako całości. W lekkich systemach ochronnych, stosuje się przede wszystkim laminaty z wysokowytrzymałych włókien polietylenowych, laminaty z tkanin aramidowych, laminaty z tkanin szklanych, laminat z włókien węglowych, cienkie blachy ze stali, tytanu lub aluminium, a także kształtki z ceramiki lub intermetali.In the armor of mobile vehicles, the basic protective panels are laminate systems or combinations of laminates and metal or ceramic layers. This is due to the favorable ratio of their surface mass to the assumed ballistic resistance. The biggest technical challenge in the construction of a composite protection system is the optimization of individual layers in modules depending on the assumed risk and the permissible weight of the system as a whole. In light protective systems, high-strength polyethylene fiber laminates, aramid fabric laminates, glass fabric laminates, carbon fiber laminates, thin sheets of steel, titanium or aluminum, as well as ceramic or intermetal fittings are used in the first place.

W technice lądowej poziom ochrony obiektów mobilnych jest zdefiniowany w dokumentach normatywnych w zależności od rodzaju zagrożenia spowodowanego określonym typem pocisku i warunków ostrzału. W technice lotniczej warunki te są zależne od pułapu lotu. Ze względu na pułap lotu, wiropłaty są bardziej narażone na ostrzał niż samoloty. Na niskim pułapie obiekty latające są narażone głównie na pociski karabinowe kalibru do 12,7 mm włącznie. Powszechnie wiadomo, że masa pancerza zależy od jego skuteczności ochronnej. Jednak w przypadku obiektów latających wzrost skuteczności ochronnej pancerzy powinien następować bez istotnego wzrostu ich masy. Aby sprostać temu wymaganiu, w budowie pancerzy stosuje się niekonwencjonalne materiały i rozwiązania techniczne. Badanymi cechami skuteczności ochronnej są: kuloodporność i odłamkoodporność. Ograniczając do niezbędnego minimum masę pancerza, dobiera się jego konstrukcję w zależności od kierunku zagrożenia i wielkości osłanianych powierzchni, głównie kabiny i głównych mechanizmów wiropłatów. W związku z tym pancerz jest systemem złożonym z modułów osłonowych o różnej konstrukcji, wewnętrznej konfiguracji materiałowej i kształtach. Spełnienie przez osłonę określonego poziomu ochrony jest uwarunkowane jego elementami składowymi.In land technology, the level of protection of mobile objects is defined in normative documents depending on the type of threat caused by a specific type of projectile and the firing conditions. In aviation technology, these conditions depend on the flight altitude. Due to the flight altitude, rotorcraft are more vulnerable to fire than airplanes. At low altitude, flying objects are mainly exposed to rifle bullets up to and including 12.7 mm. It is well known that the weight of an armor depends on its protective effectiveness. However, in the case of flying objects, the increase in the protective effectiveness of the armor should take place without a significant increase in their weight. In order to meet this requirement, unconventional materials and technical solutions are used in the construction of armor. The tested features of protective effectiveness are: bullet resistance and fragmentation resistance. Limiting the weight of the armor to the necessary minimum, its design is selected depending on the direction of the threat and the size of the protected surfaces, mainly the cabin and the main rotorcraft mechanisms. Therefore, armor is a system composed of shielding modules of various design, internal material configuration and shapes. The compliance of the shield with the specified protection level is determined by its components.

W zgłoszeniu patentowym US2006013977 opisana jest osłona balistyczna z warstw polietylenu o różnej gęstości, przeznaczona do ochrony personelu, pojazdów, łodzi, statków powietrznych, lub obiektów stacjonarnych. Warstwa polietylenowa może zawierać wypełnienie z materiałów polimerowych o większej gęstości, a także z elementów ceramicznych lub metalowych w postaci kulek, płytek lub bloków, które zwiększają zdolność przechwytywania pocisków.The patent application US2006013977 describes a ballistic cover made of polyethylene layers of different densities for the protection of personnel, vehicles, boats, aircraft, or stationary facilities. The polyethylene layer may contain a filling made of polymeric materials of higher density, as well as ceramic or metal elements in the form of spheres, plates or blocks, which increase the ability to intercept projectiles.

W zgłoszeniu patentowym DE10340561 opisana jest osłona dla statku powietrznego, wykonana z warstwy elastomerowej zbrojonej wysokowytrzymałymi włóknami, umieszczonej pomiędzy płytami metalowymi wykonanymi ze stali, tytanu, lub aluminium.Patent application DE10340561 describes an aircraft cover made of an elastomeric layer reinforced with high-strength fibers sandwiched between metal plates made of steel, titanium or aluminum.

W patencie europejskim EP0732234 opisana jest zewnętrzna osłona balistyczna w formie palisady równoległych belek zamocowanych ukośnie w równych odstępach do ramy nośnej tak, aby zapobiec penetracji pocisków i odłamków przez osłonę. Belki mają sztywny rdzeń z materiału o wysokiej twardości, absorbujący energię kinetyczną, otoczony powłoką zewnętrzną. Rdzeń może być wykonany z metali, stopów metali, ceramiki, cermetali, materiałów włóknistych i kombinacji tych materiałów. Powłoka zewnętrzna może być wykonana z włókna szklanego, węglowego, aramidowego, poliamidu, poliesteru, i polietylenu, lub kompozycji tych materiałów. Zadaniem powłoki zewnętrznej jest amortyzacja wstrząsów oraz zatrzymanie odłamków i wykruszeń.European patent EP0732234 describes an outer ballistic shield in the form of a palisade of parallel beams attached diagonally at equal intervals to the support frame so as to prevent penetration of bullets and debris through the shield. The beams have a rigid core made of a high-hardness material that absorbs kinetic energy and is surrounded by an outer sheath. The core can be made of metals, metal alloys, ceramics, cermets, fibrous materials, and combinations of these materials. The outer shell can be made of glass, carbon, aramid, polyamide, polyester, and polyethylene, or a composition of these materials. The task of the outer shell is to absorb shocks and stop splinters and chippings.

Opisane rozwiązania osłon balistycznych są mocowane sztywno wewnątrz ścianek obiektu lub do zewnętrznych elementów osłanianej konstrukcji.The described solutions of ballistic shields are rigidly fixed inside the walls of the building or to the external elements of the covered structure.

Celem wynalazku jest opracowanie lekkiej osłony balistycznej dla obiektów mobilnych pierwotnie nie posiadających tego typu zabezpieczeń.The aim of the invention is to develop a light ballistic shield for mobile objects originally not having this type of security.

Modułowa osłona balistyczna, posiadająca warstwę pośrednią wykonaną z elastomeru i palisady ułożonych ukośnie kształtek metalowych, umieszczoną pomiędzy płytami z polietylenu, według wynalazku wyróżnia się tym, że w warstwie pośredniej są umieszczone metalowe kształtki płaskownikowe przełożone podobnymi w kształcie przekładkami elastomerowymi, przy czym płyta zewnętrzna z polietylenu i warstwa pośrednia są zamocowane do płyty wewnętrznej z polietylenu, a płyta wewnętrzna jest przymocowana do konstrukcji osłanianego obiektu za pośrednictwem elementów sprężystych i elementów tłumiących.The modular ballistic cover, having an intermediate layer made of elastomer and a palisade of diagonally arranged metal profiles, placed between the polyethylene plates, according to the invention, is distinguished by the fact that in the intermediate layer there are metal flat-bars interposed with similar shaped elastomer spacers, the outer plate with polyethylene and the intermediate layer are attached to the polyethylene inner plate, and the inner plate is attached to the structure of the covered object by elastic elements and damping elements.

Korzystnym jest, jeżeli płyta zewnętrzna i warstwa pośrednia są przymocowane rozłącznie do płyty wewnętrznej za pomocą uchwytów i łączników gwintowych.Preferably, the outer plate and the intermediate layer are detachably attached to the inner plate by means of lugs and threaded fasteners.

PL 222 829 B1PL 222 829 B1

Korzystnym jest, jeżeli kształtki płaskownikowe są wykonane ze stali, tytanu, albo stopów stali i/lub tytanu.It is advantageous if the flat bars are made of steel, titanium or alloys of steel and / or titanium.

Korzystnym jest, jeżeli przekładki elastomerowe są wykonane z polietylenu.Preferably, the elastomer spacers are made of polyethylene.

Korzystnym jest, jeżeli elementy sprężyste i elementy tłumiące są połączone w układzie równoległym do konstrukcji osłanianego obiektu.It is advantageous if the elastic elements and the damping elements are connected in a configuration parallel to the structure of the covered object.

Korzystnym jest także, jeżeli elementy sprężyste i elementy tłumiące są połączone w układzie szeregowym do konstrukcji osłanianego obiektu.It is also advantageous if the elastic elements and damping elements are connected in series to the structure of the covered object.

Modułowa osłona balistyczna według wynalazku ma podatne zamocowanie, w odróżnieniu od powszechnie stosowanych zamocowań sztywnych. Dzięki temu jest zdolna do przejmowania wielokrotnych impulsów o dużej energii kinetycznej, spowodowanych ostrzałem pociskami o kalibrze do 12,7 mm lub odłamkami o podobnej sile rażenia, przy ciężarze porównywalnym z dotychczasowymi osłonami. Zastosowany układ kształtek płaskownikowych w warstwie pośredniej powoduje fragmentację pocisku uderzającego w kształtkę, a przekładki polimerowe zatrzymują większość odłamków. Podatne zamocowanie pomiędzy płytą wewnętrzną a osłanianą konstrukcją przejmuje część energii kinetycznej osłony. W przypadku nadmiernego uszkodzenia płyty zewnętrznej i warstwy pośredniej, mogą one być łatwo wymienione po demontażu uchwytów mocowanych do płyty wewnętrznej. W rozwiązaniu według wynalazku płyta zewnętrzna spełnia rolę warstwy odłamkochronnej, a warstwa pośrednia zapewnia przechwycenie pocisku. Płyta wewnętrzna podtrzymuje moduł wykonany z płyty zewnętrznej i warstwy pośredniej, a jednocześnie stanowi dodatkową warstwę ochronną.The modular ballistic shield of the present invention has a flexible mount, unlike the commonly used rigid mounts. Thanks to this, it is capable of picking up multiple pulses with high kinetic energy, caused by shells with a caliber of up to 12.7 mm or fragments of a similar fire power, with a weight comparable to existing shields. The system of flat bars used in the intermediate layer causes fragmentation of the projectile hitting the shaped piece, and the polymer spacers retain most of the fragments. The flexible attachment between the inner plate and the covered structure absorbs part of the kinetic energy of the cover. In case of excessive damage to the outer plate and the intermediate layer, they can be easily replaced after dismantling the handles fixed to the inner plate. In the solution according to the invention, the outer plate acts as a fragmentation protective layer, and the intermediate layer ensures that the projectile is intercepted. The inner plate supports the module made of the outer plate and the intermediate layer and at the same time provides an additional protective layer.

Przedmiot wynalazku jest objaśniony w przykładzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia modułową osłonę balistyczną z przedstawionym schematycznie równoległym układem elementów zamocowania, a fig. 2 - tą samą osłonę z przedstawionym schematycznie szeregowym układem elementów zamocowania.The subject matter of the invention is elucidated in an embodiment in the drawing, in which Fig. 1 shows a modular ballistic shield with a diagrammatically shown parallel arrangement of fastening elements, and Fig. 2 - the same shield with a diagrammatically shown serial arrangement of fastening elements.

Jak przedstawiono na fig. 1, modułowa osłona balistyczna, składa się z dwóch płyt z polietylenu, pomiędzy którymi jest umieszczona warstwa pośrednia wykonana z elastomeru i palisady ułożonych ukośnie kształtek metalowych. Kształtki metalowe stanowią kształtki płaskownikowe 2 przełożone podobnymi w kształcie przekładkami elastomerowymi 4, przy czym płyta zewnętrzna 1 z polietylenu i warstwa pośrednia są zamocowane rozłącznie do płyty wewnętrznej 3 z polietylenu za pomocą uchwytów 7 i łączników gwintowych, a płyta wewnętrzna 3 jest przymocowana do konstrukcji osłanianego obiektu za pośrednictwem elementów sprężystych 5 i elementów tłumiących 6. Kształtki płaskownikowe 2 są wykonane ze stali, tytanu, albo stopów stali i/lub tytanu, w zależności od założeń projektowych i przeznaczenia. Przekładki elastomerowe 4 są wykonane z polietylenu. Warstwę pośrednią uzupełniają kształtki kątowe z polietylenu przylegające do uchwytów 7, widoczne po lewej i prawej stronie kształtek płaskownikowych 2. Elementy sprężyste 5 i elementy tłumiące 6 są połączone w układzie równoległym do konstrukcji osłanianego obiektu.As shown in Fig. 1, the modular ballistic shield consists of two polyethylene plates, between which there is an intermediate layer made of elastomer and a palisade of oblique metal shapes. Metal fittings are flat-bar fittings 2 interlaced with similarly shaped elastomeric spacers 4, the outer plate 1 made of polyethylene and the intermediate layer are detachably attached to the inner plate 3 made of polyethylene by means of holders 7 and threaded fasteners, and the inner plate 3 is attached to the covered structure object via elastic elements 5 and damping elements 6. Flat-bar fittings 2 are made of steel, titanium, or steel and / or titanium alloys, depending on the design assumptions and intended use. The elastomer spacers 4 are made of polyethylene. The intermediate layer is completed with polyethylene angular fittings adjacent to the grips 7, visible on the left and right side of flat bar fittings 2. The elastic elements 5 and the damping elements 6 are connected in a parallel configuration to the structure of the protected object.

W innej postaci wykonania, przedstawionej na fig. 2, modułowa osłona balistyczna różni się tym, że elementy sprężyste 5 i elementy tłumiące 6 są połączone w układzie szeregowym do konstrukcji osłanianego obiektu.In another embodiment, shown in Fig. 2, the modular ballistic shield differs in that the elastic elements 5 and the damping elements 6 are connected in series to the structure of the shielded object.

W osłonie balistycznej według wynalazku, płyta zewnętrzna 1 spełnia rolę warstwy odłamkochronnej, a warstwa pośrednia zapewnia przechwycenie pocisku po przebiciu płyty zewnętrznej 1. Płyta wewnętrzna 3 podtrzymuje moduł wykonany z płyty zewnętrznej 1 i warstwy pośredniej, a jednocześnie stanowi dodatkową warstwę ochronną zatrzymującą odłamki o największej energii kinetycznej. Osłona według wynalazku ma stosunkowo lekką konstrukcję i zabezpiecza przed rażeniem ręczną bronią maszynową do kalibru 12,7 mm włącznie, co w przypadku wiropłatów umożliwia zachowanie dużej zdolności do przemieszczania się zarówno na niskim jak i najwyższym pułapie.In the ballistic shield according to the invention, the outer plate 1 acts as a fragmentation protective layer, and the intermediate layer ensures that the projectile is intercepted after the outer plate 1 is pierced. kinetic energy. The cover according to the invention has a relatively light structure and protects against shock with a machine gun up to a caliber of 12.7 mm, which in the case of rotorcraft allows for maintaining high mobility both at low and highest altitudes.

Claims

Patent claims

1. A modular ballistic cover, with an intermediate layer made of elastomer and a palisade of obliquely arranged metal profiles, placed between the polyethylene plates, characterized in that in the intermediate layer there are metal flat profiles (2) interlaced with similar shaped elastomer spacers (4) the outer polyethylene plate (1) and the intermediate layer are attached to the polyethylene inner plate (3), and the inner plate (3) is attached to the structure of the shielded object by means of elastic elements (5) and damping elements (6).

PL 222 829 B1

2. A casing according to claim The method of claim 1, characterized in that the outer plate (1) and the intermediate layer are detachably attached to the inner plate (3) by means of holders (7) and threaded fasteners.

3. A casing as claimed in claim The flat-bar fittings (2) are made of steel, titanium, or alloys of steel and / or titanium.

4. A casing according to claim 1 The method of claim 1, characterized in that the elastomer spacers (4) are made of polyethylene.

5. A casing according to claim 1 3. The method as claimed in claim 1, characterized in that the elastic elements (5) and damping elements (6) are connected in a configuration parallel to the structure of the object to be covered.

6. A casing according to claim 1 The method according to claim 1, characterized in that the elastic elements (5) and damping elements (6) are connected in series to the structure of the covered object.