RU165894U1

RU165894U1 - CERAMIC ARMOR PANEL

Info

Publication number: RU165894U1
Application number: RU2016109312/12U
Authority: RU
Inventors: Валерий Сергеевич Фадеев; Олег Викторович Довгаль; Виктор Иванович Щитов; Юрий Леонидович Чигрин; Николай Михайлович Паладин; Олег Викторович Штанов; Александр Викторович Конаков; Юрий Валерьевич Ларионов
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "РОМБ" (ООО "РОМБ")
Priority date: 2016-03-16
Filing date: 2016-03-16
Publication date: 2016-11-10

Abstract

1. Керамическая бронепанель, состоящая из оболочки, имеющей фронтальную, тыльную и торцовую поверхности, фронтального слоя высокой твердости, расположенного в промежуточном слое, и композитного основания, выполненного из слоев текстильных тканей на основе высокопрочных, высокомодульных нитей, соединенных полимерным связующим, при этом промежуточный слой выполнен в виде нанесенного с двух сторон на фронтальный слой композитного слоя состоящего из слоев ткани соединенных полимерным связующим, образуя двустороннее армирование фронтального слоя, отличающаяся тем, что фронтальный слой высокой твердости выполнен из керамических плиток толщиной 3-10 мм уложенных, как минимум, в два слоя, покрытых, как минимум, с одной стороны ударопрочной пленкой толщиной 100-400 мкм, и подложки из слоистого стеклотекстолита толщиной 2-10 мм, нанесение полимерного связующего при соединение слоев ткани в промежуточном слое и композитном основании выполнено локальным по площади соединения и составляет не более 30% от общей площади.2. Керамическая бронепанель по п. 1, отличающаяся тем, что площадь плитки первого фронтального слоя в 1,5-3,0 раза меньше площади плитки второго тылового слоя.3. Керамическая бронепанель по п. 1, отличающаяся тем, что локальное соединение слоев ткани в промежуточном слое и композитном основании выполнено термореактивным полиуретановым связующим в виде нанесения полос различной ширины, длины, направленности и прерывистости.4. Керамическая бронепанель по п. 1, отличающаяся тем, что композитное основание состоит из слоев арамидной, базальтовой и стекло ткани.5. Керамическая бронепанель по п. 1, отличающаяся тем, что композитное основание состоит из1. Ceramic armor panel, consisting of a shell having a front, back and end surfaces, a front layer of high hardness located in the intermediate layer, and a composite base made of layers of textile fabrics based on high-strength, high-modulus yarns connected by a polymeric binder, while the intermediate the layer is made in the form of a composite layer deposited on both sides on the front layer consisting of layers of fabric connected by a polymer binder, forming a frontal bilateral reinforcement layer, characterized in that the front layer of high hardness is made of ceramic tiles with a thickness of 3-10 mm laid at least in two layers, coated on at least one side with an impact-resistant film 100-400 microns thick and a substrate of laminated fiberglass 2-10 mm thick, the application of a polymer binder when connecting fabric layers in the intermediate layer and the composite base is made local in the area of the connection and is no more than 30% of the total area. 2. The ceramic armored panel according to claim 1, characterized in that the area of the tile of the first front layer is 1.5-3.0 times smaller than the area of the tile of the second rear layer. 3. The ceramic armor panel according to claim 1, characterized in that the local connection of the fabric layers in the intermediate layer and the composite base is made of a thermosetting polyurethane binder in the form of applying strips of different widths, lengths, directivity and intermittence. 4. Ceramic armored panel according to claim 1, characterized in that the composite base consists of layers of aramid, basalt and glass fabric. Ceramic armored panel according to claim 1, characterized in that the composite base consists of

Description

Предлагаемая полезная модель относится к бронепреградам и может быть использована для изготовления средств индивидуальной защиты (СИЗ) (бронежилеты, бронещиты, броненакладки и др.) от бронебойных пуль стрелкового оружия и осколков разорвавшихся боезарядов, а также для использования при защите стационарных объектов и транспортных средств (бронемашин, БМП, БТР, автомобилей, летающих аппаратов, емкостей, контейнеров и др.).The proposed utility model relates to armor barriers and can be used for the manufacture of personal protective equipment (PPE) (body armor, armor plates, armor plates, etc.) from armor-piercing bullets of small arms and fragments of exploding warheads, as well as for use in protecting stationary objects and vehicles ( armored vehicles, infantry fighting vehicles, armored personnel carriers, cars, flying vehicles, tanks, containers, etc.).

Известна броня для защитного жилета от поражения пулями с высокой кинетической энергией с целью снижения травмы человека от их воздействия. Броня выполнена в виде нескольких расположенных одна рядом с другой плит из твердого материала, помещенных в вязкую на удар оболочку, и образующих компактный блок при соотношении массы блока к площади его тыльной поверхности не менее 2,8 Н/Дм², причем площадь блока не менее 2,5 Дм². (Патент RU 2062430, заявка №5051975 от 23.06.1992, МПК F41H 5/04).Known armor for a protective vest from damage by bullets with high kinetic energy in order to reduce human injury from their effects. The armor is made in the form of several plates, one next to the other, of solid material, placed in a viscous sheath, and forming a compact block with a ratio of the mass of the block to the area of its back surface of at least 2.8 N / Dm ² , and the block area of at least 2.5 DM ² . (Patent RU 2062430, application No. 5051975 dated 06/23/1992, IPC F41H 5/04).

У данного технического решения есть ряд недостатков, а именно, бронепанель не монолитна, а разделена на секции (плиты), плита, даже если она не будет пробита, нанесет сильнейшую травму человеку в связи с тем, что площадь плиты значительно меньше площади всего блока. Кроме этого, если плита выполнена из стали, то с учетом веса вязкой оболочки ее толщина должна находится в пределах 3,0-3,5 мм, что не является препятствием для пуль с закаленными стальными сердечниками, имеющими остроконечную головную часть. Если твердым материалом является керамика, то для обеспечения ее работоспособности в составе бронепанели ей необходим жесткий подпор с тыльной стороны, в противном случае, она будет просто раскалываться ввиду очень высокой хрупкости, пропуская сердечник пули. При попадании сердечника пули в стык, между блоками, он практически беспрепятственно проходит через бронепанель.This technical solution has a number of disadvantages, namely, the armored panel is not monolithic, but divided into sections (plates), the plate, even if it is not pierced, will cause severe injury to a person due to the fact that the area of the plate is much smaller than the area of the entire block. In addition, if the plate is made of steel, then taking into account the weight of the viscous shell, its thickness should be in the range of 3.0-3.5 mm, which is not an obstacle for bullets with hardened steel cores having a pointed head part. If the solid material is ceramics, then to ensure its operability as part of the armored panel, it needs a hard backing from the back, otherwise, it will simply crack due to very high fragility, skipping the bullet core. When the bullet core hits the joint, between the blocks, it passes almost unhindered through the armored panel.

Известно техническое решение, состоящее из композиционной системы, состоящей из четырех слоев: лицевого высокотвердого слоя керамики толщиной 1,5±0.2 мм одного из материалов: оксид алюминия - A12O3, карбид кремния - SiC, карбид бора - B4O, подслоя, состоящего из пластичного и вязкого никель-алюминиевого (Ni+Al) сплава толщиной 0,1-0,15 мм, бронепанели из высокопрочной конструкционной стали и тканевого бронеслоя из ткани ТСВМ. Бронепанель обладать двумя важными свойствами, а именно, высокой твердостью поверхностного слоя, способного разрушить острую головную часть термоупрочненного стального сердечника пули БЗ-43 и необходимой вязкостью металла стальной бронепанели, достаточной для поглощения энергии удара пули без образования трещин и разрушения стальной брони. (Патент RU №2296288, заявка №2005117979 от 10.06.2005 г., МПК F41H 1/02 (2006.01)A technical solution is known consisting of a composite system consisting of four layers: a front high-hard ceramic layer with a thickness of 1.5 ± 0.2 mm of one of the materials: aluminum oxide - A12O3, silicon carbide - SiC, boron carbide - B4O, a sublayer consisting of a plastic and a viscous nickel-aluminum (Ni + Al) alloy with a thickness of 0.1-0.15 mm, an armor plate of high-strength structural steel and a fabric armor layer of TSBM fabric. The armor panel has two important properties, namely, the high hardness of the surface layer that can destroy the sharp head of the heat-strengthened steel core of the BZ-43 bullet and the necessary metal viscosity of the steel armor panel sufficient to absorb the energy of the bullet impact without cracking and destruction of the steel armor. (Patent RU No. 2296288, application No. 2005117979 dated 06/10/2005, IPC F41H 1/02 (2006.01)

Проведенные авторами предлагаемого изобретения исследования механизма пробития аналогичных бронепреград бронебойными патронами с сердечником из твердого сплава, имеющего остроконечную головную часть, показали, что высокопрочная сталь не является преградой для твердосплавного сердечника. В месте контакта сердечника и преграды, это достаточно малая площадь контакта, концентрируется огромное количество энергии, которой достаточно, что бы расплавить высокопрочную сталь, с сохранением остроконечной формы головной части сердечника. Тонкий поверхностный слой из высокопрочной керамики дает множество мелких осколков, в силу низкой трещиностойкости (коэффициент интенсивности напряжений K_1c не более 4-5 МПа∗м^1/2) и также не разрушает сердечник из твердого сплава.The studies of the mechanism of penetration of similar armored barriers by armor-piercing cartridges with a core made of hard alloy having a pointed head showed that the high-strength steel is not an obstacle for a carbide core. At the point of contact between the core and the barrier, this is a fairly small contact area, a huge amount of energy is concentrated, which is enough to melt high-strength steel, while maintaining the pointed shape of the head of the core. A thin surface layer of high-strength ceramic gives a lot of small fragments, due to low crack resistance (stress intensity factor K _1c no more than 4-5 MPa * m ^1/2 ) and also does not destroy the core made of hard alloy.

Чтобы при соударении твердосплавного сердечника пули с бронепреградой не происходило мелкой дефрагментации металлокерамических элементов, основной слой бронепреграды должна иметь твердость сопоставимую с твердость сердечника пули, иметь высокую трещиностойкость (коэффициент интенсивности напряжений K_1c МПа∗м^1/2) сопоставимую с трещиностойкостью твердого сплава марки ВК8, Данное техническое решение не обладает данными свойствами.In order to prevent fine defragmentation of cermet elements during the collision of the carbide core of the bullet with the armored barrier, the main layer of the armored barrier should have a hardness comparable to the hardness of the bullet core, have high crack resistance (stress intensity factor K _1c MPa * m ^1/2 ) comparable with crack resistance of the VK8 hard alloy , This technical solution does not have these properties.

Известна конструкция пулезащитной бронепанели позволяющая решить задачу пулестойкости и живучести средств бронезащиты, в частности бронежилета. Пулезащитная бронепанель, состоит из оболочки, фронтального слоя высокой твердости, расположенного в промежуточном слое и композитного основания, приэтом промежуточный слой выполнен в виде нанесенной с двух сторон на фронтальный слой высокомодульной текстильной структуры, например ткани из арамидных или углеродных нитей или стеклоткани с полимерным связующим, например эпоксидным, полиуретановым или фенольным, образуя двустороннее армирование фронтального слоя, а композитное основание выполнено в виде плоской решетчатой фермы, причем несущие слои композитного основания выполнены из текстильного материала, например ткани, нетканой UD-структуры и проч. на основе высокопрочных, высокомодульных, комплексных и элементарных нитей, а равномерно распределенная узловая связь между слоями осуществлена полимерным связующим. Кроме этого двустороннее армирование фронтального слоя выполнено эквидистантно, частота равномерно распределенной узловой связи между слоями фермы задается плотностью переплетения комплексных нитей текстильной структуры, составляющей слой или способом нанесения связующего, полимерное связующее проходит между комплексными нитями, не проникая вглубь их, связывая только периферийные элементарные волокна. (Патент RU №2437053, заявка: 2010138206 от 15.09.2010, МПК F41H 1/02).A known design of a bulletproof armor panel allows to solve the problem of bulletproof and survivability of armor protection equipment, in particular body armor. The bulletproof armor panel consists of a shell, a front hardness layer located in the intermediate layer and a composite base, the intermediate layer being made on the front of the front layer of a high-modulus textile structure, for example, fabric from aramid or carbon fibers or fiberglass with a polymer binder, for example, epoxy, polyurethane or phenolic, forming bilateral reinforcement of the front layer, and the composite base is made in the form of a flat lattice truss, m layers of the composite bearing base made of a textile material such as fabrics, nonwoven UD-structure and so on. based on high-strength, high-modulus, complex and elementary threads, and a uniformly distributed nodal bond between the layers is made by a polymer binder. In addition, bilateral reinforcement of the front layer is performed equidistantly, the frequency of a uniformly distributed nodal bond between the farm layers is determined by the weave density of the complex yarns of the textile structure making up the layer or by the method of applying a binder, the polymer binder passes between the complex yarns without penetrating deep into them, connecting only peripheral elementary fibers. (RU patent No. 2437053, application: 2010138206 from 09.15.2010, IPC F41H 1/02).

Данное техническое решение принято в качестве прототипа.This technical solution was made as a prototype.

Указанная конструкция пулезащитной панели для бронежилета, позволяет в основном решить задачи обеспечения пулестойкости и живучести бронепанелей от патронов имеющих стальные сердечники. Керамическая плитка, принимающая основную часть кинетической энергии пули, размещенная в промежуточном слое бронепанели при соударении с сердечником пули из твердого сплава разрушается на мелкие фрагменты. Керамический материал обладает низкой трещиностойкостью. Последующие слой бронепанели обладают высокой вязкость разрушения, что не позволяет образовавшимся частицам керамики и оставшейся части пули пройти на вылет, но тем не менее образуется большая выпучина с тыльной стороны. Кроме этого, данная бронепаненель имеет не высокую живучесть.The indicated design of the bulletproof panel for body armor allows us to basically solve the problem of ensuring bulletproof and survivability of armored panels from cartridges having steel cores. Ceramic tile that receives the bulk of the kinetic energy of the bullet, placed in the intermediate layer of the armored panel, collides with the core of the hard alloy bullet into small fragments. Ceramic material has low crack resistance. The subsequent layer of the armored panel has a high fracture toughness, which does not allow the formed ceramic particles and the remaining part of the bullet to pass on the fly, but nevertheless a large bulge is formed on the back side. In addition, this armored panel has a low survivability.

Современные тактико-технические требования к средствам бронезащиты формулируют более высокие показатели живучести при воздействии высокоэнергетических бронебойных пуль и пуль повышенной пробиваемости винтовочных патронов калибром 7,62 и выше. Одновременно повышаются требования к уровню защиты человека от контузионной травмы при непробитии защитной композиции, при этом изделия должны быть технологичны, относительно легкими и экономичными при производстве.Modern tactical and technical requirements for armor protection formulate higher survivability when exposed to high-energy armor-piercing bullets and bullets of increased penetration of rifle cartridges with a caliber of 7.62 and higher. At the same time, the requirements for the level of protection of a person from concussion injury when the protective composition is not broken, are increased, while the products must be technologically advanced, relatively light and economical in production.

Задачей предлагаемой полезной модели является обеспечение защиты живой силы и объектов техники от бронебойных пуль с сердечниками, имеющими высокую твердость и остроконечную головную часть.The objective of the proposed utility model is to ensure the protection of manpower and equipment from armor-piercing bullets with cores having high hardness and a pointed head.

В процессе решения поставленной задачи достигается технический результат, заключающийся в повышении броневой стойкости бронепанели в уменьшении степени деформации тыльной части бронепанели.In the process of solving the problem, a technical result is achieved, which consists in increasing the armor resistance of the armored panel in reducing the degree of deformation of the rear of the armored panel.

Технический результат достигается керамической бронепанелью, состоящей из оболочки, имеющей фронтальную, тыльную и торцовую поверхности, фронтального слоя высокой твердости, расположенного в промежуточном слое и композитного основания, выполненного из слоев текстильных тканей на основе высокопрочных, высокомодульных нитей соединенных полимерным связующим, при этом промежуточный слой выполнен в виде нанесенного с двух сторон на фронтальный слой композитного слоя состоящего из слоев ткани соединенных полимерным связующим, образуя двустороннее армирование фронтального слоя, при этом фронтальный слой высокой твердости выполнен из керамических плиток толщиной 3-10 мм уложенных, как минимум, в два слоя, покрытых, как минимум, с одной стороны, ударопрочной пленкой толщиной 100-400 мкм и подложки из слоистого стеклотекстолита толщиной 2-10 мм, нанесение полимерного связующего при соединение слоев ткани в промежуточном слое и композитном основании выполнено локальным по площади соединения и составляет не более 30% от общей площади. Кроме этого, площадь плитки первого фронтального слоя в 1,5-3,0 раза меньше площади плитки второго тылового слоя, локальное соединение слоев ткани в промежуточном слоя и композитном основании выполнено термореактивным полиуретановым связующим в виде нанесения полос различной ширины, длины, направленности и прерывистости, композитное основание состоит из слоев арамидной, базальтовой и стекло ткани, композитное основание состоит из слоев арамидной, базальтовой и углеродной ткани, композитный промежуточный слой состоит из, слоев арамидной ткани соединенных термореактивным полиуретановым связующим твердостью 75-98 ед. по Шору А, композитный промежуточный слой состоит из чередующихся слоев арамидной, базальтовой и стекло-ткани соединенных термореактивным полиуретановым связующим твердостью 75-98 ед. по Шору А, композитный промежуточный слой состоит из чередующихся слоев арамидной, базальтовой и углеродной ткани соединенных термореактивным полиуретановым связующим твердостью 75-98 ед. по Шору А, композитный промежуточный слой состоит из чередующихся слоев арамидной, базальтовой, углеродной, стекло-ткани соединенных термореактивным полиуретановым связующим твердостью 75-98 ед. по Шору А, материал подложки из слоистого стеклотекстолита имеет прочность на разрыв не менее 392 мПа, ударную вязкость по Шарли не менее 123 кДж/м², площадь одной керамической плитки равна 400-4000 мм², оболочка выполнена из полиуретана толщиной 0,5-5,0 мм на фронтальной и тыльной поверхностях ив форме полусферы высотой 5-15 мм на торцовой поверхности, поверхность плитки со стороны, обращенной к фронтальной стороне бронепанели, имеет шероховатость Ra3,2-Ra0,05, площадь подложки равна 30000-100000 мм², керамические плитки находятся к контакте с соседними плитками, зазор между контактирующими гранями плиток находится в пределах 0,01-0,10 мм, керамические плитки имеют форму прямоугольника или шестиугольника и изготовлены из материала на основе А1₂O₃ или SiC или В₄С.The technical result is achieved by a ceramic armor panel consisting of a shell having a front, back and end surfaces, a front layer of high hardness located in the intermediate layer and a composite base made of layers of textile fabrics based on high-strength, high-modulus yarns connected by a polymeric binder, while the intermediate layer made in the form of a composite layer deposited on both sides on the front layer consisting of layers of fabric connected by a polymeric binder, forming side reinforcement of the front layer, while the front layer of high hardness is made of ceramic tiles 3-10 mm thick laid in at least two layers, coated on at least one side with an impact-resistant film 100-400 microns thick and a layer of laminated fiberglass 2-10 mm thick, the application of a polymer binder when connecting the layers of fabric in the intermediate layer and the composite base is made local in the area of the connection and does not exceed 30% of the total area. In addition, the area of the tile of the first frontal layer is 1.5-3.0 times smaller than the area of the tile of the second rear layer, the local connection of the fabric layers in the intermediate layer and the composite base is made by thermosetting polyurethane binder in the form of applying strips of different widths, lengths, directivity and intermittence , the composite base consists of layers of aramid, basalt and glass fabric, the composite base consists of layers of aramid, basalt and carbon fabric, the composite intermediate layer consists of layers of aramid fabrics connected by thermoset polyurethane binding hardness of 75-98 units. according to Shore A, the composite intermediate layer consists of alternating layers of aramid, basalt and glass cloth connected by a thermoset polyurethane binder with a hardness of 75-98 units. according to Shore A, the composite intermediate layer consists of alternating layers of aramid, basalt and carbon fabric connected by a thermoset polyurethane binder with a hardness of 75-98 units. according to Shore A, the composite intermediate layer consists of alternating layers of aramid, basalt, carbon, glass fabric connected by a thermoset polyurethane binder with a hardness of 75-98 units. according to Shore A, the substrate material of laminated fiberglass has a tensile strength of at least 392 mPa, Charlie impact strength of at least 123 kJ / m ² , the area of one ceramic tile is 400-4000 mm ² , the shell is made of polyurethane with a thickness of 0.5- 5.0 mm on the front and back surfaces and in the form of a hemisphere 5-15 mm high on the end surface, the surface of the tile from the side facing the front side of the armored panel has a roughness of Ra3,2-Ra0,05, the substrate area is 30,000-100,000 mm ² ceramic tiles are in contact with neighboring tiles ami, the gap between the contacting faces of the tiles is in the range of 0.01-0.10 mm, the ceramic tiles have the shape of a rectangle or hexagon and are made of a material based on A1 ₂ O ₃ or SiC or B ₄ C.

Большинство бронепанелей имеют недостаточный уровень живучести и защиты от заброневой контузионной травмы, особенно при повторных воздействиях. Это обусловлено нарушением монолитности фронтального керамического слоя и, как следствие, при повторных попаданиях пули в бронепанель увеличивается деформации защитных слоев тыльной стороны. Данный недостаток значительно снижается в предлагаемой конструкция пулезащитной бронепанели за счет того, что, фронтальный слой высокой твердости выполнен из керамических плиток толщиной 3-10 мм уложенных, как минимум, в два слоя, покрытых, как минимум, с одной стороны, ударопрочной пленкой толщиной 100-400 мкм и подложки из слоистого стеклотекстолита толщиной 2-10 мм, нанесение полимерного связующего при соединение слоев ткани в промежуточном слое и композитном основании выполнено локальным по площади соединения и составляет не более 30% от общей площади.Most armored panels have an insufficient level of survivability and protection against armor shell injury, especially with repeated exposures. This is due to a violation of the monolithicity of the front ceramic layer and, as a result, with repeated hits of the bullet in the armored panel, the deformation of the protective layers of the back side increases. This disadvantage is significantly reduced in the proposed design bulletproof armored panels due to the fact that the front layer of high hardness is made of ceramic tiles with a thickness of 3-10 mm laid at least in two layers, covered, at least on one side, with an impact-resistant film with a thickness of 100 -400 μm and substrates of laminated fiberglass with a thickness of 2-10 mm, the application of a polymer binder when connecting the layers of fabric in the intermediate layer and the composite base is made local in the area of the connection and is no more than 30% of square.

Выполнение оболочки из полиуретана толщиной 0,5-5,0 мм на фронтальной и тыльной поверхностях в форме полусферы высотой 5-15 мм на торцовой поверхности позволяет повысить живучесть в условиях повышенной влажности и ударных нагрузок при падении бронепанели с большой высоты. Выполнение промежуточного слоя и композитного основания в виде многослойных структур состоящую из слоев арамидной ткани покрытых термореактивным полиуретановым связующим твердостью 75-98 ед. по Шору А и чередующихся слоев базальтовой и арамидной ткани покрытых полимерным связующим твердостью 90-98 ед. по Шору А позволяют значительно уменьшить степень деформации тыльной части пулезащитной бронепанели и снизить степень заброневой контузии.The execution of the shell of polyurethane with a thickness of 0.5-5.0 mm on the front and back surfaces in the form of a hemisphere with a height of 5-15 mm on the end surface allows to increase survivability in conditions of high humidity and shock loads when the armored panel falls from a high height. The implementation of the intermediate layer and the composite base in the form of multilayer structures consisting of layers of aramid fabric coated with thermoset polyurethane binder hardness of 75-98 units. Shore A and alternating layers of basalt and aramid fabric coated with a polymer binder with a hardness of 90-98 units. according to Shore A, they can significantly reduce the degree of deformation of the back of the bulletproof armor panel and reduce the degree of armor contusion.

На основе проведенных авторами исследований по механизмам разрушения бронепанелей имеющих различные виды керамических плиток и проведенных математических расчетов разрушения преград при соударении с бронебойными сердечниками, было установлено, покрытие керамических плиток со стороны противоположной удару, ударопрочной пленкой, приводит к увеличению фрагментов керамической плитки при ее разрушении, значительно сокращается зона образования круговых трещин. Нанесение ударопрочной пленки с двух сторон, снижает фронтальный откол фрагментов керамического материала, что способствует разрушению сердечника на более мелкие фрагменты. Также были определены требования к микроструктуре керамических плиток, их геометрическим размерам, к механическим свойствам подложки из высокопрочного пластика, взаимному расположению чередующихся слоев для основы и промежуточного слоя, материалов, из которых возможно изготовление данных композиций, способных противостоять пулям с бронебойными сердечниками. Наличие дополнительных оболочек и слоев, выполненных из различных материалов, способствуют значительному повышения защитных свойств бронепанели и расширяют область их использования от бронежилетов до использования при защите стационарных объектов и транспортных средств (бронемашин, БМП, БТР, автомобилей, летающих аппаратов, емкостей, контейнеров и др.).Based on the studies carried out by the authors on the mechanisms of destruction of armored panels with different types of ceramic tiles and the mathematical calculations of the destruction of barriers in collisions with armor-piercing cores, it was found that coating ceramic tiles from the side opposite to the impact, impact-resistant film leads to an increase in fragments of ceramic tiles during its destruction, the zone of formation of circular cracks is significantly reduced. Application of an impact-resistant film on both sides reduces the frontal spallation of fragments of ceramic material, which contributes to the destruction of the core into smaller fragments. The requirements were also determined for the microstructure of ceramic tiles, their geometric dimensions, the mechanical properties of the substrate made of high-strength plastic, the mutual arrangement of alternating layers for the base and the intermediate layer, materials from which it is possible to manufacture these compositions that can withstand bullets with armor-piercing cores. The presence of additional shells and layers made of various materials contributes to a significant increase in the protective properties of the armored panel and expands the scope of their use from body armor to use in the protection of stationary objects and vehicles (armored vehicles, infantry fighting vehicles, armored personnel carriers, cars, flying vehicles, tanks, containers, etc. .).

На фигуре 1 схематично представлена пулезащитная бронепанель имеющая фронтальную, тыльную и торцовую поверхности, где позициями обозначены следующие элементы: оболочка 1 выполнена из полиуретана толщиной 0,5-5,0 мм на фронтальной и тыльной поверхностях и в форме полусферы высотой 5-15 мм на торцовой поверхности, фронтальный слой высокой твердости 2, выполнен из керамических плиток толщиной 3-10 мм уложенных, как минимум, в два слоя 2.1 и 2.2, покрытых как минимум, с одной стороны, ударопрочной пленкой 2.3, 2.4 толщиной 100-400 мкм, подложки 2.5 из слоистого стеклотекстолита толщиной 2-10 мм, промежуточный слой 3 выполненный в виде нанесенного с двух сторон на фронтальный слой высокой твердости 2 композитного слоя состоящего из слоев ткани соединенных полимерным связующим, композитное основание 4 выполненного из слоев текстильных тканей на основе высокопрочных, высокомодульных нитей соединенных полимерным связующим, полимерное связующее при соединение слоев ткани в промежуточном слое и композитном основании выполнено локальным по площади соединения и составляет не более 30% от общей площади.The figure 1 schematically shows a bulletproof armor panel having a front, back and end surfaces, where the positions denote the following elements: the shell 1 is made of polyurethane with a thickness of 0.5-5.0 mm on the front and back surfaces and in the form of a hemisphere with a height of 5-15 mm on end surface, front layer of high hardness 2, made of ceramic tiles with a thickness of 3-10 mm laid at least in two layers 2.1 and 2.2, coated on at least one side with impact-resistant film 2.3, 2.4 with a thickness of 100-400 microns, substrate 2.5 of layered with eco-textolite with a thickness of 2-10 mm, an intermediate layer 3 made in the form of a composite layer consisting of fabric layers connected by a polymer binder applied on both sides to a high hardness front layer 2, a composite base 4 made of layers of textile fabrics based on high-strength, high-modulus yarns connected by a polymer binder , the polymer binder when connecting the layers of fabric in the intermediate layer and the composite base is made local in the area of the connection and is not more than 30% of the total area.

Экспериментально проверено и расчеты показали, что при исполнении керамической бронепанели по предлагаемому техническому предложению ее пробитие пулей снаряженной бронебойным сердечником не происходит.It was experimentally verified and calculations showed that when a ceramic armored panel is executed according to the proposed technical proposal, its penetration by a bullet equipped with an armor-piercing core does not occur.

При описании процесса взаимодействия бронепанели пулезащитной с летящей пулей рассматривается случай ее не пробития.When describing the process of interaction of an armored panel with a bulletproof and a flying bullet, the case of its non-penetration is considered.

При попадании пули в бронепанель, с высокой кинетической энергией, происходит поэтапное поглощение энергии пули и ее разрушение. Часть кинетической энергии пули, очень не значительная, затрачивается на пробитие оболочки 1. Задача оболочки 1 и промежуточного слоя 3 уменьшить область разрушения керамики в форме усеченного конуса, обращенного меньшим основанием к фронтальной поверхности и большим основанием к подложке. По имеющимся литературным данный ((Материалы и защитные структуры для локального и индивидуального бронирования. / В.А Григорян, И.Ф. Кобылкин, В.М. Маринич, Е.Н. Чистяков. - М. Изд. РадиоСофт, 2008 - 406 с., стр. 159-176)) диаметром меньшего основания, составляет порядка 4 диаметра ударника, это так называемая, центральная зона раздробленной керамики. Кроме данной зоны образуется периферийная зона с регулярными радиальными и круговыми трещинами, диаметр которых составляет порядка 8 диаметров ударника. Эти трещины возникают вдоль границы, разделяющей внутреннюю сжатую (это фронтальная зона разрушения керамической плитки) и внешнюю растянутую (это тыловая зона разрушения керамической плитки) радиальными напряжениями области материала керамики. Периферийная зона имеет крупные фрагменты, которые удерживаются промежуточным слоем 3 и оболочкой 1 повышая живучесть бронепанели. Наши наблюдения показывают, что покрытие ударопрочной пленкой с фронтальной стороны керамических плиток, размеры фрагментов на которые разрушается керамический слой увеличиваются.When a bullet enters an armored panel with high kinetic energy, a phased absorption of the bullet's energy and its destruction occurs. Part of the kinetic energy of the bullet, which is very insignificant, is spent on breaking through the shell 1. The task of the shell 1 and the intermediate layer 3 is to reduce the fracture region of the ceramic in the form of a truncated cone, facing a smaller base to the front surface and a large base to the substrate. According to the available literature, this ((Materials and protective structures for local and individual reservations. / V.A. Grigoryan, I.F. Kobylkin, V.M. Marinich, E.N. Chistyakov. - M. Publishing House RadioSoft, 2008 - 406 p., p. 159-176)) the diameter of the smaller base is about 4 of the diameter of the hammer, this is the so-called central zone of fragmented ceramics. In addition to this zone, a peripheral zone is formed with regular radial and circular cracks, the diameter of which is about 8 diameters of the impactor. These cracks occur along the boundary separating the internal compressed (this is the frontal zone of destruction of the ceramic tile) and the external extended (this is the rear zone of destruction of the ceramic tile) by the radial stresses of the ceramic material region. The peripheral zone has large fragments that are held by an intermediate layer 3 and a shell 1 increasing the survivability of the armored panel. Our observations show that the coating with impact-resistant film on the front side of ceramic tiles, the size of the fragments into which the ceramic layer breaks, increases.

Тыловая зона разрушения имеет форму конуса, практически для всех броневых керамик угол раствора конуса изменяется в пределах 2α=100°…130°. Разрушенную тыловую керамики на начальной стадии формирования и ускорения конической области можно уподобить пористому телу, состоящему из тесно прилегающих друг к другу керамических фрагментов и обладающему определенной сдвиговой прочностью вследствие трения между фрагментами, особенно в условиях действия сжимающих напряжений. Если сдвиговые напряжения превышают силы трения, то возможно пластическое деформирование разрушенной керамики, которое может сопровождаться как дополнительным разрушением керамических фрагментов, так и увеличением объема разрушенной керамики вследствие их разворота. Все это приводит к тому, что, во-первых, проникание остатков сердечника в разрушенную керамику сопровождается не только инерционным, но и прочностным сопротивлением, во-вторых, разрушенный керамический конус под действием сил взаимодействия с проникающей пулей ускоряется как твердое тело и включает во взаимодействие последующие слои подложки еще до подхода к ним бронебойного сердечника. Наличие жесткого и прочного второго керамического слоя 2.2 и подложки 3 из высокопрочного пластика является препятствием для дальнейшего продвижения разрушенного керамического конуса с фрагментами сердечника. Происходит прочностное сопротивление разрушенной керамики первого слоя 2.1 и увеличивается и происходит дальнейшее разрушение фрагментов сердечника. Далее поток фрагментов сердечника и керамической плитки передает свою кинетическую энергию основанию 4, промежуточному слою 3 и оболочке 1 где и поглощается неупругой и упругой составляющими деформации композита основания.The rear fracture zone has the shape of a cone; for almost all armored ceramics, the angle of the cone's solution varies within 2α = 100 ° ... 130 °. The destroyed rear ceramics at the initial stage of the formation and acceleration of the conical region can be likened to a porous body consisting of ceramic fragments closely adjacent to each other and having a certain shear strength due to friction between the fragments, especially under conditions of compressive stress. If the shear stresses exceed the friction forces, then plastic deformation of the destroyed ceramics is possible, which can be accompanied by both additional destruction of ceramic fragments and an increase in the volume of the destroyed ceramics due to their rotation. All this leads to the fact that, firstly, the penetration of core residues into the destroyed ceramics is accompanied not only by inertial, but also by strength resistance, and secondly, the destroyed ceramic cone under the action of forces of interaction with the penetrating bullet is accelerated like a solid and turns into interaction subsequent layers of the substrate before the armor-piercing core approaches them. The presence of a rigid and durable second ceramic layer 2.2 and a substrate 3 made of high-strength plastic is an obstacle to the further advancement of the destroyed ceramic cone with core fragments. The strength resistance of the destroyed ceramics of the first layer 2.1 occurs and increases and further destruction of the core fragments occurs. Further, the flow of core fragments and ceramic tiles transfers their kinetic energy to the base 4, the intermediate layer 3 and the shell 1 where it is absorbed by the inelastic and elastic components of the deformation of the composite base.

Предлагаемое техническое решение повышает живучесть средства бронезащиты, способного выдерживать до 2-3 попаданий пули на один квадратный дециметр поверхности.The proposed technical solution increases the survivability of the means of armor, capable of withstanding up to 2-3 bullet hits on one square decimeter of the surface.

Производство бронепанели технологично и может быть осуществлено на действующем оборудовании машиностроительных заводов.The production of armored panels is technologically advanced and can be carried out on the existing equipment of machine-building plants.

Claims

1. Ceramic armor panel, consisting of a shell having a front, back and end surfaces, a front layer of high hardness located in the intermediate layer, and a composite base made of layers of textile fabrics based on high-strength, high-modulus yarns connected by a polymeric binder, while the intermediate the layer is made in the form of a composite layer deposited on both sides on the front layer consisting of layers of fabric connected by a polymer binder, forming a frontal bilateral reinforcement layer, characterized in that the front layer of high hardness is made of ceramic tiles with a thickness of 3-10 mm laid at least in two layers, coated on at least one side with an impact-resistant film 100-400 microns thick and a substrate of laminated fiberglass 2-10 mm thick, the application of a polymer binder when connecting the layers of fabric in the intermediate layer and the composite base is made local in the area of the connection and does not exceed 30% of the total area.

2. The ceramic armored panel according to claim 1, characterized in that the area of the tile of the first front layer is 1.5-3.0 times smaller than the area of the tile of the second rear layer.

3. The ceramic armor panel according to claim 1, characterized in that the local connection of the fabric layers in the intermediate layer and the composite base is made of a thermosetting polyurethane binder in the form of applying strips of different widths, lengths, directivity and intermittence.

4. The ceramic armored panel according to claim 1, characterized in that the composite base consists of layers of aramid, basalt and glass fabric.

5. The ceramic armored panel according to claim 1, characterized in that the composite base consists of layers of aramid, basalt and carbon fabric.

6. The ceramic armored panel according to claim 1, characterized in that the composite intermediate layer consists of layers of aramid fabric connected by a thermosetting polyurethane binder with a hardness of 75-98 units. by Shore A.

7. The ceramic armored panel according to claim 1, characterized in that the composite intermediate layer consists of alternating layers of aramid, basalt and fiberglass, connected by a thermoset polyurethane adhesive hardness of 75-98 units. by Shore A.

8. The ceramic armored panel according to claim 1, characterized in that the composite intermediate layer consists of alternating layers of aramid, basalt and carbon fabric, connected by a thermoset polyurethane binder with a hardness of 75-98 units. by Shore A.

9. The ceramic armored panel according to claim 1, characterized in that the composite intermediate layer consists of alternating layers of aramid, basalt, carbon, fiberglass, connected by a thermoset polyurethane adhesive hardness of 75-98 units. by Shore A.

10. The ceramic armored panel according to claim 1, characterized in that the substrate material of laminated fiberglass has a tensile strength of at least 392 MPa, Charpy impact strength of at least 123 kJ / m ² .

11. The ceramic armored panel according to claim 1, characterized in that the area of one ceramic tile is 400-4000 mm ² ,

12. The ceramic armored panel according to claim 1, characterized in that the shell is made of polyurethane with a thickness of 0.5-5.0 mm on the front and back surfaces and in the form of a hemisphere with a height of 5-15 mm on the end surface.

13. The ceramic armored panel according to claim 1, characterized in that the surface of the tile from the side facing the front side of the armored panel has a roughness of Ra3.2 - Ra0.05.

14. The ceramic armored panel according to claim 1, characterized in that the area of the substrate is 30000-100000 mm ²

15. The ceramic armored panel according to claim 1, characterized in that the ceramic tiles are in contact with adjacent tiles, the gap between the contacting faces of the tiles is in the range of 0.01-0.10 mm

16. The ceramic armored panel according to claim 1, characterized in that the ceramic tiles are in the form of a rectangle or hexagon and are made of a material based on Al ₂ O _3, or SiC, or B ₄ C.