RU225557U1

RU225557U1 - COMPOSITE ARMOR PANEL

Info

Publication number: RU225557U1
Application number: RU2023118021U
Authority: RU
Inventors: Леонид Александрович Жуков; Александр Леонидович Кузьминов
Filing date: 2023-07-07
Publication date: 2024-04-24

Abstract

Полезная модель, предназначенная для индивидуальной защиты и защиты транспортных средств, выполнена в виде многослойного защитного элемента, сформированного из слоя композитной металлической пены, на которой при помощи клеящего вещества со стороны защищаемого объекта закреплена металлическая подложка, а со стороны входа поражающего боезаряда при помощи клеящего вещества последовательно установлены гомогенная стальная пластина из прочного листового материала и керамическая пластина, примыкающая своей поверхностью к слою из композитной стальной пены. Обеспечивается предварительное разрушение боезаряда и смягчение зажигательного эффекта стальной пластиной с поглощением части удара и возможность защиты керамического слоя от фрагментарного разрушения. 6 з.п. ф-лы, 4 ил.The utility model, intended for personal protection and protection of vehicles, is made in the form of a multilayer protective element formed from a layer of composite metal foam, on which a metal substrate is fixed with the help of an adhesive on the side of the protected object, and on the side of the entrance of the destructive warhead with the help of an adhesive. A homogeneous steel plate made of durable sheet material and a ceramic plate are installed in series, with its surface adjacent to a layer of composite steel foam. Provides preliminary destruction of the warhead and softening of the incendiary effect by a steel plate with absorption of part of the impact and the ability to protect the ceramic layer from fragmentary destruction. 6 salary f-ly, 4 ill.

Description

Полезная модель относится к комбинированным броневым конструкциям, которые могут быть применены при изготовлении защитных элементов транспортных средств (далее – ТС: автомобилей, бронемашин, БТР, БМП и подвижного состава) и средств индивидуальной защиты (далее – СИЗ: бронежилеты и бронещиты) от воздействия пуль стрелкового оружия и осколков разорвавшихся боезарядов. The utility model relates to combined armor structures that can be used in the manufacture of protective elements of vehicles (hereinafter - vehicles: cars, armored vehicles, armored personnel carriers, infantry fighting vehicles and rolling stock) and personal protective equipment (hereinafter - PPE: body armor and bulletproof shields) from the effects of bullets small arms and fragments of exploding warheads.

Как правило, композиционные бронепанели представляют собой многослойную композиционную структуру. На фиг. 1 представлена композиционная бронепанель с разделением по защитным слоям, в которой последовательно расположены и изображены снизу-вверх металлическая подложка, металлическая пена, два слоя арамидного материала, керамическая пластина и фронтальная пластина, выполненная из гомогенной стали. На фигуре 2 и 3 представлена композиционная бронепанель с закрепленными между собой при помощи клеящего вещества защитными слоями. As a rule, composite armor panels are a multilayer composite structure. In fig. Figure 1 shows a composite armored panel divided into protective layers, in which a metal substrate, metal foam, two layers of aramid material, a ceramic plate and a front plate made of homogeneous steel are sequentially located and depicted from bottom to top. Figures 2 and 3 show a composite armor panel with protective layers secured to each other using an adhesive.

Известна многослойная пулезащитная бронепанель (см. RU 2437053 C1, опубликованный 20.12.2011), выполненная из фронтального слоя высокой твердости, композитного основания и высокомодульной текстильной структуры в качестве промежуточного слоя. A multilayer bulletproof armor panel is known (see RU 2437053 C1, published on December 20, 2011), made of a high-hardness front layer, a composite base and a high-modulus textile structure as an intermediate layer.

Недостатком вышеописанного конструктивного решения является недостаточная прочность промежуточного слоя при высокоскоростном попадании пули. Текстильная структура не может в достаточной степени обеспечить разрушение пули, что увеличивает вероятность сквозного пробития бронепанели. The disadvantage of the above-described design solution is the insufficient strength of the intermediate layer during a high-velocity bullet impact. The textile structure cannot sufficiently ensure the destruction of the bullet, which increases the likelihood of through penetration of the armor panel.

Также известна многослойная пулезащитная бронепанель (см. RU 2190823 C1, опубликованная 10.10.2002), снабженная армирующими в поперечном направлении упругими скобами, содержащая керамическую плитку в промежуточном слое и многослойное композитное основание. Also known is a multilayer bulletproof armored panel (see RU 2190823 C1, published on October 10, 2002), equipped with elastic brackets reinforcing in the transverse direction, containing ceramic tiles in the intermediate layer and a multilayer composite base.

Недостатком такой конструкции является сложность в изготовлении армирующего слоя, поскольку скобы заделаны в оболочке и в многослойном основании разной жесткости, а также вероятно нестабильное поведение конструкции в случае разрушения слоя армирования. The disadvantage of this design is the difficulty in manufacturing the reinforcing layer, since the staples are embedded in the shell and in a multilayer base of different rigidities, as well as the likely unstable behavior of the structure in the event of destruction of the reinforcement layer.

При разработке полезной модели - композитной бронепанели были поставлены следующие задачи: When developing a utility model - a composite armored panel, the following tasks were set:

1) композиционная бронепанель должна обладать универсальностью, а именно, массогабаритные характеристики и конструкция должны предоставлять возможность установки защитного элемента как при бронировании транспортных средств, так и в качестве защитного элемента бронежилета. 1) the composite armor panel must have versatility, namely, the weight and size characteristics and design must provide the ability to install a protective element both when armoring vehicles and as a protective element of a bulletproof vest.

2) композиционная бронепанель должна сдерживать возникающие в ходе разрушения пули или элементов брони осколки; 2) the composite armor panel must contain fragments arising during the destruction of a bullet or armor elements;

3) композиционная бронепанель должна обеспечивать защиту от пуль калибров 5,56×45 мм, 7,62×39 мм, 7,62×63 мм на скорости до 800 м/с. 3) the composite armor panel must provide protection against bullets of calibers 5.56×45 mm, 7.62×39 mm, 7.62×63 mm at speeds up to 800 m/s.

Сущность предложенного технического решения заключается в послойной укладке защитных слоев композитной бронепанели. The essence of the proposed technical solution lies in the layer-by-layer laying of protective layers of a composite armor panel.

Пример осуществления и работа композиционной бронепанели в случае применения её в СИЗ поясняется следующими примерами: An example of the implementation and operation of a composite armor panel when used in PPE is illustrated by the following examples:

композиционная бронепанель общей толщиной 28 мм изготовлена из следующих защитных материалов: composite armor panel with a total thickness of 28 mm is made of the following protective materials:

1. Пластина из алюминия, например марки 7075-Т6 (основа-подложка) – фиг. 4 позиция №5: 1. Aluminum plate, for example grade 7075-T6 (base-substrate) - fig. 4 position No. 5:

В полезной модели металлическая основа-подложка выполняет роль поддержки металлической пены при её растяжении, а также выполняет функцию по сдерживанию от проникновения за защитный слой осколков при разрушении боезарядов или фрагментов металлической пены. Основа-подложка крепится к металлической пене при помощи полиуретанового клея. Толщина алюминиевой пластины при использовании в СИЗ составляет для конкретного примера осуществления 2 мм. In the utility model, the metal base-substrate plays the role of supporting the metal foam when it is stretched, and also performs the function of restraining fragments from penetrating the protective layer when warheads or fragments of metal foam are destroyed. The backing base is attached to the metal foam using polyurethane glue. The thickness of the aluminum plate when used in PPE is 2 mm for a specific embodiment.

2. Металлическая пена типа сталь-сталь – фиг. 4 позиция №4: 2. Metal foam type steel-steel - fig. 4 position No. 4:

SS-CMF обладает прогнозируемой равномерной деформацией с возможностью локального сжатия (амортизацией) в процессе гашения удара боезаряда, значительно уменьшая энергию, передаваемую по элементам брони. Частичная деформация SS-CMF не снижает эффективности всей структуры металлической пены. SS-CMF крепится к металлической пене и арамидному материалу при помощи полиуретанового клея. Толщина SS-CMF при использовании в СИЗ составляет для конкретного примера осуществления 16 мм при использовании в СИЗ. SS-CMF has a predictable uniform deformation with the possibility of local compression (cushioning) during the process of absorbing the impact of a warhead, significantly reducing the energy transmitted through the armor elements. Partial deformation of SS-CMF does not reduce the effectiveness of the entire metal foam structure. SS-CMF is attached to metal foam and aramid material using polyurethane adhesive. The thickness of the SS-CMF when used in PPE is, for a specific embodiment, 16 mm when used in PPE.

3. Арамидный материал – фиг. 4 позиция №3: 3. Aramid material – fig. 4 position No. 3:

Арамидный материал обеспечивает эффективное сдерживание осколков и дополнительное рассеивание поступающей энергии по всей структуре металлической пены. Арамидный материал выступает The aramid material provides effective containment of fragments and additional dissipation of incoming energy throughout the metal foam structure. Aramid material protrudes

вспомогательным слоем и может быть исключен из многослойного пакета бронезащиты в случае соразмерного увеличения толщины керамической или стальной плиты. В случае применения арамидного материала, он должен обладать плотностью не менее 200 г/м², модулем упругости не менее 100 ГПа. Арамидный материал укладывает в два слоя, прочность которых обеспечивается укладкой под углом с пересечением волокон. Арамидный материал крепится к металлической пене и керамической пластине при помощи полиуретанового клея. Общая толщина арамидного материала при использовании в СИЗ составляет для конкретного примера осуществления 2 мм. an auxiliary layer and can be excluded from a multilayer armor protection package in the event of a commensurate increase in the thickness of the ceramic or steel plate. If aramid material is used, it must have a density of at least 200 g/m ² and an elastic modulus of at least 100 GPa. The aramid material is laid in two layers, the strength of which is ensured by laying at an angle with the intersection of fibers. The aramid material is attached to the metal foam and ceramic plate using polyurethane adhesive. The total thickness of the aramid material when used in PPE is 2 mm for a specific embodiment.

4. Керамическая пластина (например, из карбида бора) – фиг. 4 позиция №2: 4. Ceramic plate (for example, boron carbide) - fig. 4 position No. 2:

Керамическая пластина крепится к арамидному материалу и гомогенной стальной пластине при помощи полиуретанового клея. Керамическая пластина за счет своей прочности обеспечивает достаточное разрушение боезаряда и высокий уровень рассеивания энергии по площади пластины. Толщина керамической пластины при использовании в СИЗ составляет для конкретного примера осуществления 6 мм. The ceramic plate is attached to the aramid material and homogeneous steel plate using polyurethane adhesive. Due to its strength, the ceramic plate ensures sufficient destruction of the warhead and a high level of energy dissipation over the plate area. The thickness of the ceramic plate when used in PPE is 6 mm for a specific embodiment.

5. Гомогенная стальная пластина (например, марки С500) – фиг. 4 позиция №1: 5. Homogeneous steel plate (for example, grade C500) - fig. 4 position No. 1:

Крепится к керамической пластине при помощи полиуретанового клея. Марка стали выбирается исходя из требуемых характеристик прочности бронепанели и области применения защитного элемента. Стальная пластина обеспечивает предварительное разрушение боезаряда и смягчает зажигательный эффект при попадании. Стальной слой позволяет стабилизировать керамический слой при его деформировании или разрушении. Стальная пластина поглощает часть удара и защищает керамический слой от фрагментарного разрушения при ударе зажигательным снарядом или осколочным боеприпасом. Толщина гомогенной стали при использовании в СИЗ составляет для конкретного примера осуществления 2 мм. Attached to the ceramic plate using polyurethane glue. The steel grade is selected based on the required strength characteristics of the armor panel and the area of application of the protective element. The steel plate provides preliminary destruction of the warhead and softens the incendiary effect upon impact. The steel layer allows you to stabilize the ceramic layer when it is deformed or destroyed. The steel plate absorbs part of the impact and protects the ceramic layer from fragmentation when struck by an incendiary projectile or fragmentation ammunition. The thickness of homogeneous steel when used in PPE is 2 mm for a specific embodiment.

В соответствии с отличительным признаком по п. 3 формулы полезной модели, использование в конструкции бронепанели металлической подложки из титана, вместо алюминия, позволяет достичь следующего технического эффекта: повышение общей прочности бронепанели с возможностью её облегчения за счет уменьшения толщины подложки-основания; расширение сферы использования (универсальности) бронепанели за счет более высокой степени прочности на изгиб и повышенной устойчивости к усталостным повреждениям, в сравнении с алюминием. In accordance with the distinctive feature according to clause 3 of the formula of the utility model, the use of a titanium metal substrate in the armor panel design, instead of aluminum, makes it possible to achieve the following technical effect: increasing the overall strength of the armor panel with the possibility of making it lighter by reducing the thickness of the base substrate; expanding the scope of use (versatility) of the armored panel due to a higher degree of bending strength and increased resistance to fatigue damage compared to aluminum.

В соответствии с отличительными признаками по пп. 5 и 6 формулы полезной модели, использование в конструкции одного или нескольких слоев арамидного материала между слоем металлической пены и керамической пластиной, позволяет достичь следующего технического эффекта: улучшение эффекта бронепанели по сдерживанию осколков боезаряда и элементов разрушения керамического слоя, а также снижение вероятности рикошета боезаряда; улучшенная стабилизация керамического слоя бронепанели при её деформировании или разрушении; увеличение площади распределения энергии внутри бронепанели при разрушении проникающего боезаряда. In accordance with the distinctive features according to paragraphs. 5 and 6 of the utility model formula, the use in the design of one or several layers of aramid material between a layer of metal foam and a ceramic plate allows to achieve the following technical effect: improving the effect of the armored panel to contain warhead fragments and elements of destruction of the ceramic layer, as well as reducing the likelihood of warhead ricochet; improved stabilization of the ceramic layer of the armored panel when it is deformed or destroyed; increasing the area of energy distribution inside the armored panel during the destruction of a penetrating warhead.

В соответствии с отличительным признаком по пункту 7 формулы полезной модели, использование в конструкции нескольких слоев арамидного материала, расположенных под углом друг к другу, позволяет достичь следующего технического эффекта: повысить прочностные характеристики арамидных волокон для более эффективного абсорбирования и распределения ударных нагрузок; повышение стабильности и общей прочности структуры бронепанели. In accordance with the distinctive feature according to paragraph 7 of the formula of the utility model, the use in the design of several layers of aramid material, located at an angle to each other, makes it possible to achieve the following technical effect: increase the strength characteristics of aramid fibers for more effective absorption and distribution of impact loads; increasing the stability and overall strength of the armor panel structure.

Были проведены баллистические испытания основной бронепанели и с использованием отличительных признаков (№ 3, 5, 6, 7 по формуле полезной модели) при помощи симуляция в программном обеспечении. В качестве боезаряда были выбраны пули калибра 5,56×45 мм, 7,62×39 мм, 7,62×63 мм со свинцовым и стальным сердечником, скорость попадания в композитную бронепанель варьировалась в диапазоне от 700 до 800 м/с. Ballistic tests of the main armor panel were carried out using distinctive features (No. 3, 5, 6, 7 according to the utility model formula) using simulation in software. Bullets of caliber 5.56×45 mm, 7.62×39 mm, 7.62×63 mm with a lead and steel core were chosen as the warhead; the speed of impact on the composite armor panel varied in the range from 700 to 800 m/s.

В процессе попадания боезаряда в разработанную композиционную бронепанель, первоначальное разрушение и деформация оболочки боезаряда происходит о фронтальную стальную пластину. Стальной защитный слой позволяет гасит зажигательный эффект от попадания боезаряда, что позволяет в дальнейшем свинцовому или стальному сердечнику боезаряда полностью или частично разрушиться о керамическую пластину. После значительного разрушения и деформации сердечника боезаряда о керамическую пластину, объекты попадают в слой арамидного материала и/или в металлическую пену, где происходит гашение скорости до полной остановки фрагментов боезаряда. Фрагменты боезаряда, которые попали в металлическую пену или арамидный материал бронепанели не рикошетят. Металлическая подложка-основа, выполненная из титана или алюминия, полностью обеспечивает функции несущей конструкции по стабилизации всей структуры бронепанели, а также минимизирует деформацию металлической пены при попадании в неё боезаряда для обеспечения безопасности защищаемого объекта. When a warhead hits the developed composite armor panel, the initial destruction and deformation of the warhead shell occurs on the frontal steel plate. The steel protective layer extinguishes the incendiary effect from the impact of the warhead, which allows the lead or steel core of the warhead to be completely or partially destroyed on the ceramic plate. After significant destruction and deformation of the warhead core on the ceramic plate, the objects fall into a layer of aramid material and/or metal foam, where the speed is damped until the warhead fragments completely stop. Fragments of warheads that hit the metal foam or aramid material of the armor panel do not ricochet. The metal base substrate, made of titanium or aluminum, fully provides the functions of the supporting structure to stabilize the entire structure of the armored panel, and also minimizes the deformation of the metal foam when a warhead hits it to ensure the safety of the protected object.

В результате проведенных испытаний был получен следующий результат: полного пробития разработанной композиционной бронепанели пулями калибра 5,56×45 мм, 7,62×39 мм, 7,62×63 – не достигнуто; слой металлической пены поглощает до 70% энергии в результате попадания боезаряда; за счет предварительного разрушения боезаряда стальной пластинкой. Разрушение керамического слоя имеет ограниченный локальный характер; за счет арамидного материала и алюминиевой подложки (основы) металлические осколки пены и пули остаются внутри композиционной бронепанели; повреждения слоя металлической пены после первого попадания пули незначительное, что свидетельствует о возможности многократного попадания боезарядов без значительного снижения эффективности защиты композиционной бронепанели. As a result of the tests, the following result was obtained: complete penetration of the developed composite armor panel with bullets of caliber 5.56×45 mm, 7.62×39 mm, 7.62×63 was not achieved; a layer of metal foam absorbs up to 70% of the energy resulting from the impact of a warhead; due to the preliminary destruction of the warhead by a steel plate. The destruction of the ceramic layer is limited local; due to the aramid material and aluminum substrate (base), metal fragments of foam and bullets remain inside the composite armor panel; Damage to the layer of metal foam after the first bullet hit is insignificant, which indicates the possibility of multiple hits by warheads without significantly reducing the effectiveness of the protection of the composite armor panel.

Таким образом, предложенная композиционная бронепанель обладает повышенными прочностными свойствами, универсальностью и эффективными массогабаритными характеристиками. Предложенная композиционная бронепанель обеспечивает высокий уровень защищенности объектов от пуль стрелкового оружия, в том числе крупнокалиберных и от осколков разорвавшихся боезарядов. Разработанная композиционная бронепанель, выполненная в виде многослойной структуры, решает в полном объеме поставленные задачи по защите объекта от попадания пуль калибров 5,56×45 мм, 7,62×39 мм, 7,62×63 мм и полностью обеспечивает достижение требуемого технического результата.Thus, the proposed composite armor panel has increased strength properties, versatility and effective weight and size characteristics. The proposed composite armor panel provides a high level of protection of objects from small arms bullets, including large-caliber ones, and from fragments of exploding warheads. The developed composite armor panel, made in the form of a multilayer structure, fully solves the assigned tasks of protecting an object from bullets of 5.56×45 mm, 7.62×39 mm, 7.62×63 mm calibers and fully ensures the achievement of the required technical result .

Claims

1. Composite armored panel intended for personal protection and protection of vehicles, characterized in that it is made in the form of a multi-layer protective element formed from a layer of composite metal foam, on which a metal substrate is fixed with an adhesive on the side of the protected object, and on the side At the entrance of the destructive warhead, a homogeneous steel plate made of durable sheet material and a ceramic plate, with its surface adjacent to a layer of composite steel foam, are sequentially installed using an adhesive substance.

2. Composite armor panel according to claim 1, characterized in that steel-steel material is used as metal foam.

3. Composite armor panel according to claim 1, characterized in that the metal substrate is made of aluminum and titanium.

4. Composite armor panel according to claim 1, characterized in that the homogeneous steel plate is made of RHA steel.

5. Composite armor panel according to claim 1, characterized in that on the input side of the destructive warhead, an aramid material is fixed between a layer of metal foam and a ceramic plate using an adhesive.

6. Composite armor panel according to claim 5, characterized in that the aramid material is laid in two layers.

7. Composite armor panel according to claim 6, characterized in that the fibers of the layers of aramid material are laid at an angle to each other.