RU133915U1

RU133915U1 - PROTECTIVE DESIGN

Info

Publication number: RU133915U1
Application number: RU2011154341/11U
Authority: RU
Inventors: Арташес Андреевич Арцруни; Леонид Александрович Цургозен; Виктор Петрович Яньков; Владимир Ильич Скорняков; Александр Валерьевич Пономарев; Дмитрий Геннадиевич Купрюнин
Original assignee: Открытое Акционерное Общество "Научно-Исследовательский Институт Стали" (Оао "Нии Стали"); Открытое акционерное общество "Каменск-Уральский металлургический завод" (ОАО "КУМЗ")
Priority date: 2011-12-30
Filing date: 2011-12-30
Publication date: 2013-10-27

Abstract

1. Защитная конструкция, содержащая внешний защитный слой, выполненный из твердого упругопластичного материала, промежуточный энергопоглощающий слой из пеноалюминия и опорный слой, выполненный из прочного упругого материала, отличающаяся тем, что толщина промежуточного энергопоглощающего слоя от 5 до 20 раз больше толщины опорного слоя, а толщина внешнего защитного слоя составляет от 0,1 до 1,0 толщины опорного слоя.2. Защитная конструкция по п.1, отличающаяся тем, что опорный слой является конструктивным элементом днища защищаемого объекта.1. A protective structure comprising an external protective layer made of a solid elastoplastic material, an intermediate energy-absorbing layer of foam aluminum and a support layer made of a durable elastic material, characterized in that the thickness of the intermediate energy-absorbing layer is from 5 to 20 times the thickness of the support layer, and the thickness of the outer protective layer is from 0.1 to 1.0 times the thickness of the support layer. 2. The protective structure according to claim 1, characterized in that the support layer is a structural element of the bottom of the protected object.

Description

Изобретение относится к области защитных конструкций, предназначенных для защиты от воздействия ударной волны, и может быть использована в машиностроении, строительстве и других отраслях народного хозяйства.The invention relates to the field of protective structures designed to protect against the effects of a shock wave, and can be used in mechanical engineering, construction and other sectors of the economy.

Известна защитная конструкция (см патент США №US 6899009 В2 под названием «Flexible multi shock shield», заявитель CHRISTIANSEN ERIC L, CREWS JEANNE L, THE UNITED STATES OF AMERICA AS REPRESENTED BY THE ADMINISTRATOR OF THE NATIONAL AERONAUTICS AND SPA (NASA), опубл. 31.05.2005), содержащая по меньшей мере, три слоя: внешний защитный, промежуточный энергопоглощающий и опорный слой, причем внешний защитный слой выполнен из твердого упруго - пластичного материала, промежуточный энергопоглощающий слой состоит, по меньшей мере, из двух слоев пеноалюминия, опорный слой выполнен из прочного гибкого материала.Known protective structure (see US patent No. US 6899009 B2 called "Flexible multi shock shield", applicant CHRISTIANSEN ERIC L, CREWS JEANNE L, THE UNITED STATES OF AMERICA AS REPRESENTED BY THE ADMINISTRATOR OF THE NATIONAL AERONAUTICS AND SPA (NASA), publ. May 31, 2005) containing at least three layers: an external protective layer, an intermediate energy-absorbing layer and a support layer, the external protective layer being made of a solid elastic-plastic material, an intermediate energy-absorbing layer consists of at least two layers of foam aluminum, a supporting layer the layer is made of durable flexible material.

Основным недостатком известной конструкции является большие затраты на изготовление, так как слои каждого материала изготавливаются отдельно, сборка защитной конструкции требует промежуточных слоев из амортизирующей гибкой ткани. Такие слои требуют дополнительных затрат на соединение и специальных связующих составов или креплений, например, таких как общий кожух.The main disadvantage of the known design is the high manufacturing costs, since the layers of each material are made separately, the assembly of the protective structure requires intermediate layers of a shock-absorbing flexible fabric. Such layers require additional connection costs and special binder compositions or fasteners, for example, such as a common casing.

Известна защитная конструкция (см патент США №US 3834881 под названием «FOAMED METAL ARTICLE», заявитель «Ethyl Corporation», опубл. 10.09.1974), содержащая по меньшей мере, три слоя: внешний защитный, промежуточный энергопоглощающий и опорный слой, причем внешний защитный слой выполнен из твердого упруго-пластичного материала, промежуточный энергопоглощающий слой состоит, по меньшей мере, из двух плит пеноалюминия расположенных в два слоя, опорный слой выполнен из пластично деформируемого материала. Причем между плитами пеноалюминия размещены тонкие алюминиевые листы, которые позволяют при ударе равномерно распределить нагрузку по сечению защитной конструкции, расположенному в плоскости действия силы ударной нагрузки. Основным недостатком известной конструкции является сложность технологии изготовления, так как соединение в конструкцию плит и листов требует дополнительных трудозатрат и материалов и приводит к усложнению технологического процесса изготовления.Known protective structure (see US patent No. US 3834881 under the name "FOAMED METAL ARTICLE", the applicant "Ethyl Corporation, publ. 09/10/1974) containing at least three layers: an external protective, intermediate energy-absorbing and supporting layer, and the outer the protective layer is made of a solid elastic-plastic material, the intermediate energy-absorbing layer consists of at least two foam aluminum plates arranged in two layers, the support layer is made of plastic deformable material. Moreover, thin aluminum sheets are placed between the foam aluminum plates, which, when impacted, evenly distribute the load over the cross section of the protective structure located in the plane of action of the impact force. The main disadvantage of the known design is the complexity of the manufacturing technology, since the connection in the design of plates and sheets requires additional labor and materials and leads to the complexity of the manufacturing process.

Известна также защитная конструкция (см патент США №US 6698331 «Use of metal foams in armor systems», заявитель FRAUNHOFER USA INC, опубл. 02.03.2004), содержащая по меньшей мере, три слоя: внешний защитный, промежуточный энергопоглощающий и опорный слой, причем внешний защитный слой выполнен из твердого упруго-пластичного материала, промежуточный энергопоглощающий слой состоит, по меньшей мере, из двух плит пеноалюминия расположенных в два слоя, опорный слой выполнен из пластично деформируемого материала. Известная защитная конструкция имеет наибольшее количество сходных признаков и аналогичную область использования и по этой причине выбрана нами в качестве ближайшего аналога (прототипа). Основным недостатком известной конструкции, является выполнение плит пеноалюминия с одинаковыми свойствами и плотностью по толщине плиты, что приводит к их работе как одного единого слоя пеноалюминия, что снижает энерго поглощающие свойства и ударно-волновую поглотительной способность защитной конструкции в целом, потому что изотропный пеноалюминий имеет меньший коэффициент затухания ударной волны, и это приводит большему ее пути до затухания. Соединение плит сваркой или пайкой не может значительно изменить указанных свойств из-за малой толщины указанного слоя, сопоставимого с толщинами стенок между ячейками вспененного алюминия. Затраты на изготовление и соединение плит возрастают, а свойства по ударно-волновой поглотительной способности защитной конструкции практически не изменяются.A protective structure is also known (see US patent No. US 6698331 "Use of metal foams in armor systems", applicant FRAUNHOFER USA INC, published 02.03.2004), containing at least three layers: an external protective, intermediate energy-absorbing and supporting layer, moreover, the outer protective layer is made of a solid elastic-plastic material, the intermediate energy-absorbing layer consists of at least two foam aluminum plates located in two layers, the support layer is made of plastic deformable material. The known protective structure has the largest number of similar features and a similar area of use, and for this reason we have chosen as the closest analogue (prototype). The main disadvantage of the known design is the implementation of foam aluminum plates with the same properties and density along the thickness of the plate, which leads to their work as one single layer of foam aluminum, which reduces the energy-absorbing properties and shock-wave absorption capacity of the protective structure as a whole, because isotropic foam aluminum has a lower attenuation coefficient of the shock wave, and this leads to a greater path to attenuation. The connection of the plates by welding or soldering cannot significantly change these properties due to the small thickness of the specified layer, comparable with the wall thicknesses between the cells of the foamed aluminum. The costs of manufacturing and connecting the plates increase, and the properties of the shock-wave absorption capacity of the protective structure practically do not change.

Задачей предложения является повышение технологичности производства и ударно-волновой поглотительной способности защитной конструкции, при уменьшении затрат на ее изготовление.The objective of the proposal is to increase the manufacturability of production and the shock-wave absorption capacity of the protective structure, while reducing the cost of its manufacture.

Указанная задача решается тем, что защитная конструкция содержит, по меньшей мере, три слоя: внешний защитный, промежуточный энергопоглощающий и опорный слой. Внешний защитный слой выполнен из твердого упруго-пластичного материала. Этот слой, как и в известных конструкциях, создает условия для равномерного распределения энергии давления ударной волны по поверхности и объему пеноалюминиевых плит, особенно это важно для первой плиты. Также этот слой предотвращает термохимическое воздействие горячих газов от воспламенившихся взрывчатых веществ (ВВ) на пеноалюминий, проникновение горячих и сжатых в ударной волне газов в полости ячеек пеноалюминия, возникновение трещин в них и их разрыв от давления газов, что может приводить к стремительному распространению трещин по ослабленным сечениям ячеек промежуточного энергопоглощающего слоя, к его слишком быстрому разрушению и к фрагментации с разлетом его осколков в разные стороны. После прохождения ударной волны, идет волна пониженного давления, которая при наличии трещин во внешнем защитном слое создает обратную волну, которая (при достаточной энергии сжатых ударной волной в трещинах и ячейках газов) раскрывает каждую трещину, образовавшуюся во внешнем защитном слое, и создает в нем разрывы в виде «лепестков тюльпана» или разрывает его на части, а ячейки промежуточного энергопоглощающего слоя - на отдельные осколки. Промежуточный энергопоглощающий слой состоит, по меньшей мере, из двух плит пеноалюминия расположенных в два слоя. Опорный слой выполнен из прочного упругого материала. Причем в промежуточном энергопоглощающем слое плиты выполнены из закаленного и искусственно состаренного пеноалюминия с переменной плотностью по толщине, при этом наибольшая плотность пеноалюминия достигается у внешних поверхностей каждой плиты. Указанные отличительные признаки совместно с известными позволяют повысить ударно-волновую поглотительной способность защитной конструкции и уменьшить затраты на ее изготовление. Это достигается из-за создания анизотропной среды с периодически меняющимися свойствами по пути распространения ударной волны, вследствие этого, кроме рассеивания энергии при деформации ячеек вспененного алюминия под ее действием происходит периодическое частичное отражение ударной волны от более плотного как бы шероховатого монолитного слоя, получаемого в местах соединения плит и наибольшей плотности у их поверхностей, как от шуморассеивающего покрытия. При уплотнении пеноалюминия до плотности монолитного металла указанные ранее плотные поверхности плит начинают работать как основной слой, который воспринимает нагрузку от давления ударной волны, амортизирует и гасит ее за счет упругой или пластической деформации. Если воздействие ударной волны велико, то далее начинает работать вспененный алюминий следующей плиты, как уже описывалось ранее, то есть процесс поглощения энергии ударной волны повторяется, а его эффективность возрастает в сравнении с однородным пеноалюминием. Снижение затрат на изготовление плит и повышение технологичности производства достигается вследствие использования технологического процесса, в котором при нагреве прекурсора выше точки плавления алюминия или его сплава происходит ценообразование (как в обычном процессе) (при этом возможна передержка для частичного закрытия ячеек пены на внешней поверхности), то есть в одном процессе без дополнительных затрат труда и времени на перемещение в другое технологическое оборудование или на установку, или на нанесение необходимого слоя материала на пеноалюминий из него получается плита переменной плотности по толщине. При закалке (быстром охлаждении) пеноалюминия, предотвращается дальнейшее распространение этого процесса в глубину плиты, последующее искусственное старение устраняет излишнюю хрупкость материала и повышает его прочность.This problem is solved in that the protective structure contains at least three layers: an external protective, intermediate energy-absorbing and supporting layer. The outer protective layer is made of a solid elastic-plastic material. This layer, as in the known constructions, creates the conditions for a uniform distribution of the pressure energy of the shock wave over the surface and volume of foam aluminum plates, this is especially important for the first plate. This layer also prevents the thermochemical effect of hot gases from combustible explosives (BB) on foam aluminum, the penetration of hot and compressed gases in the shock wave of foam cells, the occurrence of cracks in them and their rupture from gas pressure, which can lead to the rapid propagation of cracks along weakened cell sections of the intermediate energy-absorbing layer, to its too rapid destruction and fragmentation with the expansion of its fragments in different directions. After the passage of the shock wave, there is a wave of reduced pressure, which, in the presence of cracks in the outer protective layer, creates a backward wave, which (with sufficient energy compressed by the shock wave in the cracks and gas cells) opens every crack that forms in the outer protective layer and creates breaks in the form of "tulip petals" or breaks it into pieces, and cells of the intermediate energy-absorbing layer - into separate fragments. The intermediate energy-absorbing layer consists of at least two foam aluminum plates arranged in two layers. The supporting layer is made of durable elastic material. Moreover, in the intermediate energy-absorbing layer, the plates are made of hardened and artificially aged foam aluminum with a variable density in thickness, while the highest density of foam aluminum is achieved at the outer surfaces of each plate. These distinctive features, together with the known ones, make it possible to increase the shock-wave absorption capacity of the protective structure and reduce the cost of its manufacture. This is achieved due to the creation of an anisotropic medium with periodically changing properties along the shock wave propagation path; as a result of this, in addition to energy dissipation during deformation of the foam aluminum cells under its action, a periodic partial reflection of the shock wave from a denser, as it were, rough, monolithic layer obtained in places connection of plates and the highest density on their surfaces, as from a noise-scattering coating. When foam aluminum is compacted to a density of a monolithic metal, the previously dense dense surfaces of the plates begin to work as the main layer, which receives the load from the pressure of the shock wave, absorbs and dampens it due to elastic or plastic deformation. If the impact of the shock wave is large, then the foamed aluminum of the next plate starts to work, as described previously, that is, the process of absorption of energy of the shock wave is repeated, and its efficiency increases in comparison with homogeneous foam aluminum. Reducing the cost of manufacturing plates and increasing the manufacturability of production is achieved through the use of a technological process in which, when the precursor is heated above the melting point of aluminum or its alloy, pricing occurs (as in a normal process) (overexposure is possible to partially close the foam cells on the outer surface), that is, in one process without additional labor and time to move to other technological equipment or to install, or to apply the necessary layer of mat A series of foam aluminum from it turns out a plate of variable density in thickness. During hardening (rapid cooling) of foam aluminum, further spread of this process to the depth of the plate is prevented, subsequent artificial aging eliminates the excessive brittleness of the material and increases its strength.

Защитная конструкция, в которой внешний защитный слой выполнен из материала, стойкого к истиранию, позволяет повысить стойкость конструкции к разрушению пеноалюминия при воздействии абразивных сред, например, при взаимодействии с каменистыми грунтами.The protective structure, in which the outer protective layer is made of abrasion-resistant material, makes it possible to increase the resistance of the structure to the destruction of foam aluminum when exposed to abrasive media, for example, when interacting with rocky soils.

Использование в защитной конструкции в качестве всего опорного слоя (то есть взамен опорного слоя) или его части, например, путем совместного применения опорного слоя, выполненного в виде накладки, и штатной бронеплиты защитного сооружения или транспортного средства или частичного включения указанной бронеплиты в состав опорного слоя защитной конструкции, например, путем установки защитной конструкции на ее части, позволяет снизить затраты и повысить ее ударно-волновую поглотительную способность, при этом так же повышается технологичность установки защитной конструкции, а затраты снижаются за счет устранения операций по демонтажу штатных бронеплит.Use in a protective structure as the entire support layer (that is, instead of the support layer) or part thereof, for example, by the combined use of a support layer made in the form of an overlay and a standard armor plate of a protective structure or vehicle or partial inclusion of the specified armor plate in the support layer protective structure, for example, by installing a protective structure on its part, can reduce costs and increase its shock-wave absorption capacity, while the technological awn Fitting the protective structure, and costs are reduced by eliminating the operation of dismantling of standard armor plates.

Защитная конструкция, в которой общая толщина промежуточного энергопоглощающего слоя от 5 до 20 раз больше толщины опорного слоя и/или штатной бронеплиты защитного сооружения или транспортного средства, является оптимальным диапазоном для достижения максимального повышения ударно-волновой поглотительной способности при оптимизации затрат, так как каждое защитное сооружение или транспортное средство имеет заданную поглотительную способность к минно-взрывному воздействию. Меньшая толщина промежуточного энергопоглощающего слоя недостаточно повысит указанные свойства, большая (чем в указанном верхнем пределе) - приведет к излишнему увеличению веса и материальных затрат, что установлено опытным путем. Количество плит в промежуточном энергопоглощающем слое выбирается из условия предполагаемой интенсивности (вероятного многократного воздействия) и мощности используемых минно взрывных средств.The protective structure, in which the total thickness of the intermediate energy-absorbing layer is 5 to 20 times greater than the thickness of the supporting layer and / or the standard armor plate of the protective structure or vehicle, is the optimal range to achieve the maximum increase in shock-wave absorption capacity while optimizing costs, since each protective the structure or vehicle has a given absorption capacity for mine explosive action. A smaller thickness of the intermediate energy-absorbing layer will not sufficiently increase these properties, a larger one (than in the specified upper limit) will lead to an excessive increase in weight and material costs, which is established experimentally. The number of plates in the intermediate energy-absorbing layer is selected from the conditions of the expected intensity (likely multiple exposure) and the power used mine explosive devices.

Защитная конструкция, в которой толщина внешнего защитного слоя составляет от 0,1 до 1,0 толщины опорного слоя и/или штатной бронеплиты защитного сооружения или транспортного средства, также выбирается из условия расчетной или экспериментально полученной поглотительной способности воздействия ударной волны для указанных объектов.The protective structure, in which the thickness of the outer protective layer is from 0.1 to 1.0, the thickness of the supporting layer and / or the standard armor plate of the protective structure or vehicle, is also selected from the conditions of the calculated or experimentally obtained absorption ability of the shock wave for these objects.

Защитная конструкция, в которой слои и плиты защитной конструкции соединены между собой жестко, позволяет повысить эксплуатационную надежность установленной на объекте или автономно используемой защитной конструкции, так как это предотвращает смещение плит и слоев при эксплуатации и нарушение их совместной работы при ударно-волновом воздействии.The protective structure, in which the layers and plates of the protective structure are rigidly interconnected, allows to increase the operational reliability of the protective structure installed on the object or independently used, since this prevents the displacement of the plates and layers during operation and the violation of their joint work under shock wave action.

Защитная конструкция, в которой слои и плиты соединены крепежными элементами, позволяет повысить эксплуатационную надежность наиболее распространенными, а следовательно и доступными средствам, что снижает затраты на переоснащение объектов и повышает технологичность ее изготовления и ремонта.The protective structure, in which the layers and plates are connected by fasteners, allows to increase the operational reliability of the most common, and therefore affordable means, which reduces the cost of re-equipment of objects and increases the manufacturability of its manufacture and repair.

Защитная конструкция, в которой слои и плиты соединены пайкой дает возможность надежно соединить слои при серийном изготовлении и повысить надежность соединения при эксплуатации и улучшить его ремонтопригодность, что повышает технологичность ее изготовления и ремонта.The protective structure, in which the layers and plates are connected by soldering, makes it possible to reliably connect the layers in serial production and increase the reliability of the connection during operation and improve its maintainability, which increases the manufacturability of its manufacture and repair.

Защитная конструкция, в которой слои и плиты соединены клеем позволяет повысить технологичность изготовления при первичном производстве и дооборудовании защитными конструкциями разных типов бронетехники.The protective structure, in which the layers and plates are connected by glue, makes it possible to increase the manufacturability of manufacturing during primary production and retrofit with protective structures of various types of armored vehicles.

Защитная конструкция, в которой слои и плиты соединены перемешивающей сваркой трением дает возможность соединять между собой тонкостенные и толстостенные слои из разнородных металлических материалов без местного изменения их свойств.A protective structure in which layers and plates are connected by mixing friction welding makes it possible to interconnect thin-walled and thick-walled layers of dissimilar metallic materials without local changes in their properties.

Другие известные способы и устройства для соединения слоев и плит в защитной конструкции могут быть использованы с получением ранее известных свойств и технических результатов.Other known methods and devices for connecting layers and plates in a protective structure can be used to obtain previously known properties and technical results.

На рисунке показано поперечное сечение защитной конструкции.The figure shows a cross section of a protective structure.

Защитная конструкция содержит по меньшей мере, три слоя: внешний защитный, промежуточный энергопоглощающий и опорный слой.The protective structure contains at least three layers: an external protective layer, an intermediate energy-absorbing layer and a support layer.

Внешний защитный слой 1 выполнен из твердого упруго-пластичного материала, например, из стали типа 50Г.The outer protective layer 1 is made of a solid elastic-plastic material, for example, of steel type 50G.

Промежуточный энергопоглощающий слой 2 состоит, по меньшей мере, из двух плит 3 и 4 пеноалюминия расположенных в два слоя.The intermediate energy-absorbing layer 2 consists of at least two foam plates 3 and 4 located in two layers.

Опорный слой 5 выполнен из прочного упруго-пластичного материала, например, из конструкционной стали типа 2П.The supporting layer 5 is made of a durable elastic-plastic material, for example, of structural steel type 2P.

Плиты 3 и 4 выполнены из закаленного и искусственно состаренного пеноалюминия или из сплава марки Д16 или АВ87 с переменной плотностью по толщине, при этом наибольшая плотность достигается у внешних поверхностей каждой плиты. Наиболее плотный слой алюминия на поверхности каждой плиты показан на приведенном рисунке условно и обозначен соответственно позициями 6, 7, 8 и 9.Plates 3 and 4 are made of hardened and artificially aged foam aluminum or of an alloy of the brand D16 or AB87 with a variable density in thickness, with the highest density being achieved on the outer surfaces of each plate. The most dense layer of aluminum on the surface of each plate is shown in the figure conditionally and is indicated by the positions 6, 7, 8 and 9, respectively.

В условиях ударно-взрывного воздействия защитная конструкция работает следующим образом.In conditions of shock and explosive impact protective structure works as follows.

Внешний защитный слой 1, как ранее описывалось, создает условия для равномерного распределения энергии давления ударной волны по поверхности и объему пеноалюминиевых плит и защищает их от термохимического воздействия горячих газов воспламенившихся ВВ и газов, сжатых в ударной волне, что особенно важно для первой плиты. Под воздействием ударной волны пеноалюминий прогибается, его ячейки разрушаются, что замедляет ее распространение вглубь защитной конструкции и частично гасит ее энергию.External protective layer 1, as previously described, creates the conditions for a uniform distribution of the shock wave pressure energy over the surface and volume of foam aluminum plates and protects them from the thermochemical effect of hot gases from flammable explosives and gases compressed in the shock wave, which is especially important for the first plate. Under the influence of a shock wave, foam aluminum bends, its cells are destroyed, which slows its propagation deep into the protective structure and partially extinguishes its energy.

Анизотропная среда промежуточного энергопоглощающего слоя 2 с периодически меняющейся плотностью пеноалюминия по толщине плит 3 и 4, расположенных по пути распространения ударной волны, нарушает единый фронт ее распространения, вследствие рассеивания ее энергии при дальнейшей деформации защитного слоя 1 и ячеек вспененного алюминия плит 3 и 4. При этом происходит периодическое частичное обратное отражение и рассеивание энергии ударной волны от более плотного как бы шероховатого плотного слоя внутренней поверхности плиты, получаемого вследствие неоднородности возникающей при изготовлении сопряженных между собой ячеек алюминиевой пены в месте их соединения между собой и плотных поверхностей 6, 7, 8 и 9 плит 3 и 4, а также слоев 1 и 5, и частичного отражения и рассевания ударной волны как от шуморассеивающего покрытия. При последовательном уплотнении пеноалюминия в каждой из плит 3 и 4 до плотности монолитного металла указанные ранее плотные поверхности 6, 7, 8 и 9 плит 3 и 4 начинают работать как опорный или защитный слой, который воспринимает нагрузку от давления ударной волны, амортизирует и частично гасит ее за счет их упругой или пластической деформации и более равномерно перераспределяет нагрузку от давления ударной волны по площади и объему защитной конструкции. Если воздействие ударной волны велико для одной пеноалюминиевой плиты, а она уже уплотнена до плотности монолитного алюминия или его сплава, далее начинает работать вспененный алюминий следующей плиты как уже описывалось ранее, то есть процесс поглощения энергии ударной волны и предотвращения проникновения горячих химически активных газов в глубь пеноалюминиевой плиты повторяется, а эффективность противодействия ударной волне и воздействию взрыва возрастает в сравнении с однородным пеноалюминием, при этом трещины, возникшие в материале первой плиты, не развиваются дальше границы поверхности первой. При этом следует отметить, что общая толщина двух плотных поверхностей сопряженных пеноалюминиевых плит равна или сопоставима с толщиной внешнего защитного слоя.The anisotropic medium of the intermediate energy-absorbing layer 2 with a periodically changing density of foam aluminum over the thickness of plates 3 and 4 located along the path of propagation of the shock wave violates the uniform front of its propagation due to the dispersion of its energy during further deformation of the protective layer 1 and the cells of foamed aluminum of plates 3 and 4. In this case, periodic partial back reflection and dissipation of the energy of the shock wave from a denser, as it were, rough, dense layer of the inner surface of the plate obtained in a consequence of the heterogeneity arising in the manufacture of interconnected cells of aluminum foam at the place of their connection with each other and dense surfaces 6, 7, 8 and 9 of plates 3 and 4, as well as layers 1 and 5, and partial reflection and scattering of the shock wave as from a noise-scattering coating . When sequentially compaction of foam aluminum in each of the plates 3 and 4 to the density of the monolithic metal, the previously dense dense surfaces 6, 7, 8 and 9 of plates 3 and 4 begin to work as a support or protective layer that perceives the load from the pressure of the shock wave, dampens and partially dampens it due to their elastic or plastic deformation and more evenly redistributes the load from the pressure of the shock wave over the area and volume of the protective structure. If the impact of the shock wave is large for one foam aluminum plate, and it is already compacted to the density of monolithic aluminum or its alloy, then the foamed aluminum of the next plate starts to work as described earlier, that is, the process of absorption of the energy of the shock wave and preventing the penetration of hot chemically active gases into the interior the foam plate is repeated, and the effectiveness of counteracting the shock wave and the effect of the explosion increases in comparison with homogeneous foam aluminum, while the cracks that occurred in the mater Ale the first plate, do not develop beyond the boundaries of the first surface. It should be noted that the total thickness of two dense surfaces of the conjugated foam aluminum plates is equal to or comparable with the thickness of the outer protective layer.

Остаточную энергию ударной волны защитная конструкция гасит за счет упругих деформаций и колебаний опорного слоя 5.The protective structure absorbs the residual energy of the shock wave due to elastic deformations and vibrations of the support layer 5.

При превышении энергии ударной волны над прочностью защитной конструкции более равномерное распределение давления ударной волны позволяет значительно повысить ее поглотительную способность в целом.If the energy of the shock wave exceeds the strength of the protective structure, a more uniform distribution of the pressure of the shock wave can significantly increase its absorption capacity as a whole.

В качестве примера практического применения можно привести результаты сравнительных испытаний, рассмотренные в статье авторов изобретения «Пеноалюминий как перспективный энергопоглощающий материал бронезащиты» из научно-технического сборника «Вопросы оборонной техники» Серия 15 «Композиционные неметаллические материалы в машиностроении» выпуск 1(160)-2(162) стр.3-5, опубл. апрель 2011 г.As an example of practical application, we can cite the results of comparative tests considered in the article of the inventors “Foam as a promising energy-absorbing material of armor protection” from the scientific and technical collection “Issues of defense technology” Series 15 “Composite non-metallic materials in mechanical engineering”, issue 1 (160) -2 (162) p. 3-5, publ. April 2011

В примере выполнения, где приведены результаты эксперимента с подрывом заряда взрывчатого вещества (ВВ) под днищем корпуса БТР-80, показано, что без защитной конструкции с пеноалюминием, но с ее массовым эквивалентом в виде дополнительного восьмимиллиметрового стального листа, установленного на расстоянии равном общей толщине защитной конструкции, корпус имеет неприемлемые повреждения с трещиной по шву и стрелой прогиба 140-150 мм, а при использовании защитной конструкции состоящей из внешнего защитного слоя в виде трехмиллиметрового стального листа из стали типа 50Г и 55 мм пеноалюминия из сплава марки Д16 или АВ87 стальной корпус из стали типа 2П толщиной 15 мм имеет не фатальные повреждения с прогибом днища 115 мм.In an example embodiment, where the results of an experiment with detonating an explosive charge under the bottom of the BTR-80 case are shown, it is shown that without a protective structure with foam aluminum, but with its mass equivalent in the form of an additional eight-millimeter steel sheet installed at a distance equal to the total thickness protective structure, the case has unacceptable damage with a crack along the seam and an arrow of deflection of 140-150 mm, and when using a protective structure consisting of an external protective layer in the form of a three-millimeter steel A steel sheet made of 50G steel and 55 mm foam aluminum made of an alloy of the D16 or AB87 grade has a non-fatal damage to the steel body of type 2P steel with a thickness of 15 mm and a bottom deflection of 115 mm.

Использование двух и более плит пеноалюминия еще больше повышает ударно волновую поглотительной способность защитной конструкции, что подтверждено экспериментами.The use of two or more foam aluminum plates further increases the shock-wave absorption capacity of the protective structure, which is confirmed by experiments.

Испытания показали, что защитная конструкция по изобретению обеспечивает решение поставленной задачи и достижение технического результата в части повышения ударно-волновой поглотительной способности защитной конструкции.Tests have shown that the protective structure according to the invention provides a solution to the problem and achieving a technical result in terms of increasing the shock-wave absorption capacity of the protective structure.

Claims

1. A protective structure comprising an external protective layer made of a solid elastoplastic material, an intermediate energy-absorbing layer of foam aluminum and a support layer made of a durable elastic material, characterized in that the thickness of the intermediate energy-absorbing layer is 5 to 20 times greater than the thickness of the support layer, and the thickness of the outer protective layer is from 0.1 to 1.0 times the thickness of the support layer.

2. The protective structure according to claim 1, characterized in that the support layer is a structural element of the bottom of the protected object.