RU2310807C2

RU2310807C2 - Armour for transport facilities

Info

Publication number: RU2310807C2
Application number: RU2005134895/02A
Authority: RU
Inventors: В чеслав Петрович Яиков (RU); Вячеслав Петрович Яиков; Владимир Иванович Плотников (RU); Владимир Иванович Плотников; Евгений Федорович Харченко (RU); Евгений Федорович Харченко; ненко Владимир Семенович Лукь (RU); Владимир Семенович Лукьяненко; Владимир Александрович Анискович (RU); Владимир Александрович Анискович; Иль Сергеевич Гавриков (RU); Илья Сергеевич Гавриков
Original assignee: Закрытое акционерное общество Центр высокопрочных материалов "Армированные композиты"
Priority date: 2005-11-11
Filing date: 2005-11-11
Publication date: 2007-11-20
Also published as: RU2005134895A

Abstract

FIELD: mechanical engineering, in particular, armour protection devices for transport facilities.

SUBSTANCE: the armour protection for transport facilities has layers of a polymeric composite material and members of its attachment to the plating of the transport means. The fastening members are provided with bosses, the height of the bearing members corresponds to the clearance between the armour back surface and the plating. The maximum and minimum heights are determined by the respective mathematical expressions. The bearing members are provided with gaskets made of an elastic material, for example, of rubber.

EFFECT: enhanced reliability of the armour protection.

2 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к области машиностроения, к бронезащитным устройствам и может быть использовано для защиты транспортных средств от пуль и осколков.The invention relates to the field of mechanical engineering, to armored devices and can be used to protect vehicles from bullets and fragments.

Известна пулезащитная панель по патенту RU №2190823, МКП⁷ F41Н 5/04 от 05.07.2001 г., опубл. 10.10.2002 г., бюл. №28, [1].Known bulletproof panel according to patent RU No. 2190823, MCP ⁷ F41H 5/04 from 05.07.2001, publ. 10/10/2002, bull. No. 28, [1].

Известна противоосколочная броня по патенту США №4664967, НКИ 428-220, МКП⁷ В32В 3/12, опубл. 12.05.87, [2].Known ballistic armor according to US patent No. 4664967, NKI 428-220, MCP ⁷ B32B 3/12, publ. 12.05.87, [2].

Известна усиленная броня, содержащая слои полимерного композиционного материала (ПКМ) из арамидных волокон по РСТ (WO) №9206840, МКП⁷ F41Н 5/04 от 28.02.91 [3]. В этой броне поражающий элемент разбивается о лицевой слой, пробивая его, а кинетическая энергия осколков поражающего элемента поглощается слоями ПКМ, при этом на тыльной поверхности ПКМ образуется запреградный выступ.Known reinforced armor containing layers of a polymer composite material (PCM) from aramid fibers according to PCT (WO) No. 9206840, MKP ⁷ F41H 5/04 from 02/28/91 [3]. In this armor, the damaging element breaks up on the front layer, piercing it, and the kinetic energy of the fragments of the damaging element is absorbed by the RMB layers, and a protrusion is formed on the PCM back surface.

Известна конструкция брони, представленная в статье В.А.Борисова "Области поражения в композиционной бронепанели". Вопросы оборонной техники. Серия 15. - 2002. - Выпуск 3 (129) [4]. В известной броне кинетическая энергия поражающего элемента поглощается слоями ПКМ, при этом на тыльной поверхности ПКМ образуется запреградный выступ за счет растяжения армирующих волокон вплоть до разрыва при вытягивании их из переплетения и связующей матрицы. Недостатком известной конструкции является то, что в ней не определена высота запреградного выступа.Known design of armor, presented in the article by V.A. Borisov, "Areas of defeat in the composite armor panel." Questions of defense technology. Series 15. - 2002. - Issue 3 (129) [4]. In the known armor, the kinetic energy of the damaging element is absorbed by the PCM layers, while on the back surface of the PCM an oblique protrusion is formed due to the stretching of the reinforcing fibers up to the gap when they are pulled from the weave and the binder matrix. A disadvantage of the known design is that it does not determine the height of the protrusion.

Известна броня, раскрытая в докладах Е.Ф.Харченко "Основные стадии процесса взаимодействия пуль и осколков с текстильными бронематериалами" и "Эффект разворота пули как средство повышения противопульной стойкости штурмовых бронешлемов". Тезисы докладов VIII международной конференции "Новейшие тенденции в области конструирования и применения баллистических материалов и средств защиты" 15-16 сентября 2005 г., г.Хотьково, Московской обл. [5]. В известной броне на первом этапе взаимодействия пули и брони возникают ударно-волновые процессы с распространением ударной волны со сверхзвуковой скоростью в материале брони.Known armor disclosed in the reports of EF Kharchenko "The main stages of the process of interaction of bullets and fragments with textile armored materials" and "The effect of a bullet reversal as a means of increasing bulletproof resistance of assault armored helmets." Abstracts of the VIII International Conference "Latest Trends in the Design and Use of Ballistic Materials and Means of Protection" September 15-16, 2005, Khotkovo, Moscow Region [5]. In the known armor, at the first stage of the interaction between the bullet and the armor, shock-wave processes occur with the propagation of a shock wave at a supersonic speed in the armor material.

На последнем этапе при пробитии брони пулей, на тыльной поверхности материала образуется запреградный выступ и в большинстве случаев (более 50%) пуля разворачивается на 60-90°. Недостатком известной конструкции является то, что в ней также не определена высота запреградного выступа.At the last stage, when the armor is pierced by a bullet, a backward protrusion forms on the back surface of the material and in most cases (more than 50%) the bullet turns around 60-90 °. A disadvantage of the known design is that it also does not determine the height of the protrusion.

Также известна броня для транспортных средств, содержащая слои полимерного композиционного материала и элементы ее крепления к обшивке транспортного средства, по заявке ФРГ №2853154 от 14.08.1980 г., МКП⁷ F41Н 5/04 [6]. Известная броня как наиболее близкая по технической сущности и достигаемому результату выбрана в качестве прототипа.Also known is armor for vehicles containing layers of polymer composite material and elements of its attachment to the vehicle skin, according to the application of Germany No. 2853154 from 08/14/1980, MKP ⁷ F41Н 5/04 [6]. Known armor as the closest in technical essence and the achieved result is selected as a prototype.

Недостатком известной брони является низкая надежность работы при применении ее в качестве дополнительной съемной бронезащиты для легких бронемашин из-за низкой эффективности использования защитных свойств штатной бронеобшивки и высоких нагрузок на элементы крепления при транспортных перегрузках и взаимодействии бронезащиты с поражающими элементами.A disadvantage of the known armor is its low reliability when used as an additional removable armor for light armored vehicles due to the low efficiency of using the protective properties of standard armor plating and high loads on fasteners during transport overloads and the interaction of armor with striking elements.

Технической задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является разработка дополнительной съемной бронезащиты повышенной надежности работы для легких бронемашин.The technical problem to be solved by the claimed invention is directed is the development of additional removable armor with increased reliability for light armored vehicles.

Технический результат, который может быть получен при решении технической задачи, заключается в повышении надежности работы бронезащиты за счет более эффективного использования защитных свойств штатной бронеобшивки и снижения нагрузок на элементы ее крепления к обшивке транспортного средства.The technical result that can be obtained by solving the technical problem is to increase the reliability of the armor protection due to more efficient use of the protective properties of the standard armor plating and reduce the load on the elements of its attachment to the vehicle skin.

Поставленная задача с достижением технического результата решается тем, что броня для транспортных средств содержит слои полимерного композиционного материала и элементы ее крепления к обшивке транспортного средства, при этом в соответствии с изобретением элементы крепления снабжены бонками, высотой опорных элементов которых обеспечены пределы зазора между тыльной поверхностью брони и обшивкой, для чего минимальная и максимальная высота опорных элементов определена из соотношений:The problem is achieved with the achievement of the technical result is solved by the fact that the armor for vehicles contains layers of a polymer composite material and its fastening elements to the vehicle skin, in accordance with the invention, the fastening elements are provided with bonkers, the height of the supporting elements of which are provided with clearance limits between the back surface of the armor and casing, for which the minimum and maximum height of the supporting elements is determined from the relations:

; h_max=h_min+k, где:

; h _max = h _min + k, where:

h_min - минимальная высота опорного элемента бонки, мм;h _min - the minimum height of the supporting element bonkoy, mm;

h_max - максимальная высота опорного элемента бонки, мм;h _max - the maximum height of the supporting element bonkoy, mm;

s - суммарная толщина слоев полимерного композиционного материала брони, мм;s is the total thickness of the layers of the polymer composite material of the armor, mm;

δ - относительное удлинение при разрыве армирующих волокон полимерного композиционного материала брони;δ is the elongation at break of the reinforcing fibers of the polymer composite material of the armor;

с=1,2...1,8 - опытный коэффициент, зависящий от физико-механических свойств материала брони;c = 1.2 ... 1.8 - experimental coefficient, depending on the physical and mechanical properties of the armor material;

k - калибр основного поражающего элемента, мм,k is the caliber of the main striking element, mm,

при этом опорные элементы снабжены прокладками, выполненными из эластичного материала, например из резины.while the supporting elements are provided with gaskets made of an elastic material, such as rubber.

Отличительными признаками являются следующие признаки:Distinctive features are the following features:

- элементы крепления снабжены бонками - признак предусматривает наличие нового элемента, направлен на решение технической задачи с достижением технического результата, на повышение работы бронезащиты за счет более эффективного использования защитных свойств штатной бронеобшивки, т.к. бонки предусматривают установку бронепанели на бронеобшивку с зазором, в котором образуется запреградный выступ и размещается пуля после пробития преграды с максимальной потерей кинетической энергии, таким образом, признак является существенным;- fasteners are equipped with bonnets - the sign provides for the presence of a new element, is aimed at solving a technical problem with achieving a technical result, to increase the work of armor protection due to more efficient use of the protective properties of standard armor plating, as bonkas provide for the installation of an armor plate on an armor plating with a gap in which a protruding protrusion is formed and a bullet is placed after breaking through an obstruction with a maximum loss of kinetic energy, thus, the sign is significant;

- высотой опорных элементов обеспечены пределы зазора между тыльной поверхностью брони и обшивкой - признак существенный, предусматривает наличие новых элементов и новое соотношение размеров, направлен на решение технической задачи с достижением технического результата, на повышение надежности работы бронезащиты за счет более эффективного использования защитных свойств штатной бронеобшивки,- the height of the supporting elements provides the limits of the gap between the back surface of the armor and the casing - an essential sign, provides for the presence of new elements and a new size ratio, is aimed at solving the technical problem with achieving a technical result, increasing the reliability of the armor protection due to more efficient use of the protective properties of standard armor plating ,

т.к. зазор обеспечивает образование запреградного выступа в полном объеме и размещение развернутой пули после пробития преграды, то есть для максимальной потери кинетической энергии пули необходимо, чтобы она начала взаимодействие со штатной обшивкой после выхода из пробитого материала и запреградного выступа, а увеличение зазора более чем для свободного размещения в нем развернутой пули малоэффективно, таким образом, признак является существенным;because the gap ensures the formation of the full-length protrusion in full and the deployment of the deployed bullet after the penetration of the barrier, that is, for the maximum loss of the kinetic energy of the bullet, it is necessary that it begins to interact with the standard casing after exiting the punched material and the protruding protrusion, and an increase in the gap is more than for free placement deployed bullet in it is ineffective, thus, the sign is significant;

- минимальная и максимальная высота опорных элементов определена из соотношений:- the minimum and maximum height of the supporting elements is determined from the relations:

; h_max=h_min+k, где:

; h _max = h _min + k, where:

k - калибр основного поражающего элемента, мм -k - caliber of the main striking element, mm -

признак существенный, предусматривает новое соотношение размеров, направлен на решение технической задачи с достижением технического результата, на повышение надежности работы бронезащиты за счет более эффективного использования защитных свойств штатной бронеобшивки, уточняет предыдущий признак, для доказательства существенности признака рассмотрим физическую модель взаимодействия пули с бронепреградой по аналогам [4 и 5]. На первом этапе взаимодействия пули и брони возникают ударно-волновые процессы с распространением ударной волны со сверхзвуковой скоростью. При этом для изотропного материала в объеме, равном конусу с вершиной в точке соприкосновения с углом при вершине ~90°, с высотой равной толщине брони, с радиусом основания соответственно равным высоте конуса или толщине брони, происходит повреждение материала брони. Для ортотропного материала (слоистого ПКМ) при высоких скоростях нагружения с технически приемлемыми допущениями, подтвержденными экспериментально на предприятии-заявителе, можно принять, что в аналогичном объеме материала брони происходит повреждение связующей матрицы ПКМ. На последнем этапе взаимодействия пуля проходит через коническую зону и выходит из материала с образованием конического запреградного выступа (см. фиг.2). Высоту запреградного выступа (h) определим из прямоугольных треугольников АВС и CBD из условия разрыва армирующего волокна ПКМ при растяжении.the sign is significant, provides for a new size ratio, is aimed at solving the technical problem with achieving a technical result, increasing the reliability of the armor protection due to the more efficient use of the protective properties of the standard armor plating, the previous sign clarifies, to prove the significance of the sign, we consider the physical model of the interaction of the bullet with the armor barrier by analogs [4 and 5]. At the first stage of the interaction between the bullet and the armor, shock wave processes arise with the propagation of the shock wave at supersonic speed. Moreover, for an isotropic material in a volume equal to a cone with a vertex at the point of contact with an angle at the apex of ~ 90 °, with a height equal to the thickness of the armor, with a radius of the base equal to the height of the cone or thickness of the armor, damage to the armor material occurs. For orthotropic material (layered PCM) at high loading speeds with technically acceptable assumptions confirmed experimentally at the applicant plant, it can be accepted that in the same volume of armor material, the PCM binder matrix is damaged. At the last stage of interaction, the bullet passes through the conical zone and exits the material with the formation of a conical protrusion protrusion (see figure 2). The height of the protrusion protrusion (h) is determined from the right-angled triangles ABC and CBD from the condition of rupture of the PCM reinforcing fiber under tension.

;

,

;

,

где δ - относительное удлинение волокна при разрыве;where δ is the elongation of the fiber at break;

при l_o=s, где s - толщина брони, имеем:when l _o = s, where s is the thickness of the armor, we have:

Для учета динамики процесса и эффекта вытягивания волокон из переплетения и связующей матрицы вводится опытный коэффициент, зависящий от физико-механических характеристик материала брони, с=1,2...1,8, таким образом

. Максимальная высота опорных элементов бонок определяется из условия свободного размещения в зазоре развернутой пули, т.е. ее калибром, таким образом h_max=h_min+k, где k - калибр пули, мм. Дальнейшее увеличение зазора малоэффективно и ведет к чрезмерному увеличению габаритов бронезащиты.To take into account the dynamics of the process and the effect of pulling the fibers from the weave and the binder matrix, an experimental coefficient is introduced, depending on the physicomechanical characteristics of the armor material, c = 1.2 ... 1.8, thus

. The maximum height of the supporting elements of the bonkos is determined from the condition of free placement in the gap of the deployed bullet, i.e. its caliber, thus h _max = h _min + k, where k is the bullet caliber, mm. A further increase in the gap is ineffective and leads to an excessive increase in the size of the armor protection.

- опорные элементы снабжены прокладками, выполненными из эластичного материала, например из резины - признак существенный, предусматривает наличие нового элемента, направлен на решение технической задачи с достижением технического результата, на повышение надежности работы бронезащиты за счет снижения нагрузок на элементы ее крепления к обшивке транспортного средства.- the supporting elements are provided with gaskets made of an elastic material, for example, rubber - an essential feature, provides for the presence of a new element, is aimed at solving a technical problem with achieving a technical result, increasing the reliability of armor protection by reducing the load on its fastening elements to the vehicle skin .

Указанные отличительные признаки являются существенными, поскольку каждый в отдельности и все совместно направлены на решение поставленной задачи с достижением технического результата. Использование единой совокупности существенных отличительных признаков в известных решениях не обнаружено, что характеризует соответствие технического решения критерию "новизна".These distinctive features are significant, since each individually and all together are aimed at solving the problem with the achievement of a technical result. The use of a single set of essential distinguishing features in the known solutions was not found, which characterizes the conformity of the technical solution to the criterion of "novelty."

Единая совокупность новых существенных признаков с общими известными обеспечивает решение поставленной задачи с достижением технического результата и характеризует предложенное техническое решение существенными отличиями по сравнению с известным уровнем техники и аналогами. Данное техническое решение является результатом научно-исследовательской и экспериментальной работы по повышению надежности работы бронезащиты транспортного средства без использования известных проектировочных решений, рекомендаций, материалов и обладает неочевидностью, что свидетельствует о его соответствии критерию "изобретательский уровень".A single set of new essential features with common known provides a solution to the problem with the achievement of the technical result and characterizes the proposed technical solution with significant differences compared with the prior art and analogues. This technical solution is the result of research and experimental work to improve the reliability of the vehicle armor without the use of well-known design solutions, recommendations, materials and has non-obviousness, which indicates its compliance with the criterion of "inventive step".

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 представлено сечение бронепанели в точке взаимодействия ее с пулей, на фиг.2 - схема взаимодействия.The invention is illustrated by drawings, where Fig. 1 shows a section of an armored panel at a point of its interaction with a bullet, and Fig. 2 is a diagram of an interaction.

Броня для транспортных средств содержит слои полимерного композиционного материала 1 и элементы 2 ее крепления к обшивке 3 транспортного средства, при этом элементы 2 крепления снабжены бонками 4, высотой опорных элементов 5 которых обеспечены пределы зазора 6 между тыльной поверхностью 7 брони и обшивкой 3. Опорные элементы 5 снабжены прокладками 8, выполненными из эластичного материала, например из резины.Armor for vehicles contains layers of polymer composite material 1 and elements 2 of its fastening to the skin of the vehicle 3, while the fastening elements 2 are provided with bonnets 4, the height of the supporting elements 5 of which are provided with a gap 6 between the back surface 7 of the armor and the skin 3. Support elements 5 are provided with gaskets 8 made of an elastic material, for example, rubber.

Работает бронезащита следующим образом. При взаимодействии пули 9 со слоями ПКМ 1 на начальном этапе при ударно-волновых процессах образуется коническая зона 10 повреждения связующей матрицы, на последнем этапе при выходе пули 9 из ПКМ на ее тыльной поверхности 7 образуется запреградный выступ 11. Далее пуля 9 выходит из запреградного выступа 11 с частичной потерей кинетической энергии, в большинстве случаев разворачивается с дальнейшей потерей энергии и с остатками энергии начинает взаимодействовать со штатной бронеобшивкой 3 транспортного средства, где останавливается.Works armored as follows. When the bullet 9 interacts with the PCM 1 layers at the initial stage during shock wave processes, a conical zone 10 of damage to the bonding matrix is formed; at the last stage, when the bullet 9 leaves the PCM, a backward protrusion 11 is formed on its back surface 7. Next, the bullet 9 leaves the backward protrusion 11 with a partial loss of kinetic energy, in most cases it unfolds with a further loss of energy and begins to interact with the remaining energy from the standard armor plate 3 of the vehicle, where it stops.

Использование предлагаемого технического решения позволит повысить надежность работы бронезащиты транспортных средств. В связи с этим новое техническое решение затребовано промышленностью, что соответствует и критерию "промышленная применимость", т.е. уровню изобретения.Using the proposed technical solution will improve the reliability of the armored vehicles. In this regard, a new technical solution is requested by industry, which also meets the criterion of "industrial applicability", i.e. level of invention.

Claims

1. Armor for vehicles containing layers of a polymer composite material and its fastening elements to the vehicle skin, characterized in that the fastening elements are equipped with bonnets, the height of the supporting elements of which corresponds to the gap between the back surface of the armor and the skin, with the minimum and maximum height of the supporting elements is determined from the ratios:

h _max = h _min + k;

where h _min - the minimum height of the supporting element bonks, mm;

h _max - the maximum height of the supporting element bonkoy, mm;

s is the total thickness of the layers of the polymer composite material of the armor, mm;

δ is the elongation at break of the reinforcing fibers of the polymer composite material of the armor;

c = 1.2 ... 1.8 - experimental coefficient, depending on the physical and mechanical properties of the armor material;

k is the caliber of the main striking element, mm

2. Armor according to claim 1, characterized in that the supporting elements are provided with gaskets made of an elastic material, for example, rubber.