RU2809956C1 - Элемент динамической защиты - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к сфере защиты бронетехники от противотанковых боеприпасов. Элемент динамической защиты содержит заполненный жидкостью герметичный корпус. Нижняя боковая стенка имеет выемку. Направленная в сторону поражающего боеприпаса торцевая стенка корпуса элемента защиты окаймлена клинообразным выступом. В жидкости до боевого применения может быть создано высокое давление. Достигается повышение защиты танков от поражающего действия бронебойных, подкалиберных и кумулятивных боеприпасов. 3 з.п. ф-лы.

Description

Изобретение относится к броневым объектам, бронетехнике, преимущественно, танкам для их защиты от поражающего действия снарядов.

Общеизвестно, например, что обеспечить не пробитие танка путем утолщения гомогенной брони невозможно из-за достижения критического значения массы изделия и потери по этой причине мобильности машины.

Применение композитной брони с использованием отражающих экранов, песчаных стержней, алюминия, стеклотекстолита, керамики, кевлара, обедненного урана кроме увеличения габаритов имеет неустранимый недостаток: одноразовость использования. Следствием этого является полная уязвимость танка при втором попадании снаряда в зону пробития.

Общеизвестна система активной защиты (САЗ) бронетехники. Ее задачей является уничтожение поражающих средств при их подлете к танку. В состав системы входят: радиолокационные датчики целей, компьютерная аппаратура, рассчитывающая координаты, скорость и направление целей, защитные боеприпасы, выстреливаемые в направлении целей, пусковые установки защитных боеприпасов. Недостатками САЗ являются: уязвимость от средств радиоэлектронной борьбы, высокая стоимость (300-400 т.долларов), сложность устройства, приводящая к уменьшению надежности, отклонение или уничтожение поражающих элементов на скорости до 1,2 км / сек, что недостаточно для защиты от современных кинетических снарядов и ударных ядер, летящих со скоростью 1,7 км/сек. и более.

Известны также устройства навесной и встроенной динамической (реактивной) защиты (ДЗ), например, по патенту RU 2405643. В этом техническом решении на башне и корпусе танка закреплены броневые плиты на деформируемых механических амортизаторах. При этом плита является элементом защиты и имеет площадь, превосходящую сечение атакующих средств. Недостатком устройства и способа является отсутствие конструкции и принципа создания деформируемого амортизатора броневой защиты с нужной по жесткости характеристикой, который (то есть амортизатор) выполняет функцию рабочего тела по превращению кинетической энергии снаряда в потенциальную энергию сжатия упругого средства. Примем патент RU 2405643 за аналог.

Известно также техническое решение, по которому устройство, элемент динамической защиты (ДЗ) содержит две металлические пластины с размещенным между ними слоем взрывчатого вещества (ВВ). (Воротилин М.С., Дорофеев С.В., Князева Л.Н., Чуков А.Н. Учебное пособие. Тула: ТулГУ, 2003 г., 168 с.). Конструктивно элемент (ячейка, модуль) ДЗ состоит из корпуса, имеющего форму параллелепипеда. Внутри размещены взрывчатое вещество и, метаемые взрывом в направлении поражающего средства, металлические пластины. Габаритные размера элемента ДЗ обычно составляют 270×150×40 мм. Корпус закрыт крышкой. Конструктивно элементы ДЗ имеют навесное и встраиваемое исполнение. После внедрении кумулятивной струи в элемент (модуль) ДЗ происходит (но не всегда) инициирование ВВ, приводящее к метанию металлических пластин газообразными продуктами детонации, которые при взаимодействии с кумулятивной струей повреждают ее и тем самым снижают эффективность действия на броню. Рабочим телом в этой конструкции являются газовые продукты детонации взрывчатки, кинетическая энергия которых преобразуется в полезную энергию движения метаемых пластин. Принимаем вышеуказанное техническое решение за прототип. Его принципиальными недостатками являются нестабильность инициирования детонации взрывчатого вещества ДЗ при ударе поражающего снаряда в крышку корпуса защитного устройства и запаздывание срабатывания взрывчатки динамической защиты. Известно, что скорость Уд детонации взрывчатых веществ составляет 4,5-7 км./сек. Скорость снаряда Vc=0,9 -1,7 км./сек. Расстояние S отточки встречи снаряда с конструкцией ДЗ до брони 40 - 100 мм. Расчеты показывают, что время подлета t_c до брони с момента контакта снаряда с крышкой ДЗ может составить: t_c=S:V_c=0,04: 1700=23 мкс, а время детонации t_Д=1: V_д=1: 4500=222 мкс. То есть, время детонации значительно больше времени подлета боеприпаса. Физическая сущность этого соотношения позволяет сделать вывод о значительном запаздывании срабатывания динамической защиты, которое происходит уже после внедрения снаряда в броню танка. Это основной недостаток ДЗ, приводящий к потере функции противодействия снарядам. Другим негативным свойством является неэффективность ДЗ против кинетических боеприпасов. Например, снаряд новой пушки, которой предполагается оснастить танки НАТО, имеет калибр 140 мм, массу около 40 кг и скорость приблизительно 1,5 км/сек. Импульс движения метаемых пластин ДЗ, масса которых на порядок ниже массы бронебойного снаряда при примерно равной скорости с ним, не может существенно понизить эффективность поражающего танк средства.

Целью изобретения является устранение недостатков аналога и прототипа. Указанная цель достигается тем, что элемент ДЗ содержит заполненный жидкостью герметичный, выполненный на давление не ниже 200 МПа. корпус, нижняя боковая стенка которого имеет нишу, а направленная в сторону поражающего боеприпаса торцевая стенка ДЗ окаймлена клинообразным выступом. Кроме того, жидкость в герметичном корпусе, то есть капсуле, имеет высокое давление, которое может быть создано предварительно, до выполнения устройством ДЗ своей функции. Кроме воды и ее растворов, капсула может быть заполнена негорючими синтетическими жидкостями, жидкими металлами. Возможно применение желе и геле- образных веществ. Значимая эффективность предлагаемого элемента динамической защиты осуществляется при давлении жидкости в капсуле равном 200 МПа.

Рассмотрим вариант функционирование стального элемента динамической защиты, имеющего форму параллелепипеда с размерами торцов 210x210 мм. и длиной 300 мм., при центральном ударе бронебойным снарядом под прямым углом к преграде. То есть, продольные оси боеприпаса и защитной конструкции ДЗ совпадают. При их смещении и не параллельности, изменения принципа работы и снижение эффективности не происходит. Толщину стенок примем равной 20 мм. Калибр бронебойного снаряда 140 мм., масса 25 кг., скорость 1,2 км/сек. Рабочим телом выберем воду.

При ударе боеприпаса в передней стенке ДЗ выдавливается отверстие и начинается вхождение наконечника поражающего средства в капсулу, то есть герметичную оболочку, которая образована внутренней полостью корпуса защитного устройства. Это первый этап фаза, то есть первая фаза действия элемента ДЗ, которая заключается в торможении снаряда, гашении его скорости. По мере проникновения снаряда происходит сжатие жидкого рабочего тела, которым является вода. Первоначальный ее объем был равен V_H=(21-2-2)×(21-2-2)×(30-2-2)=7,14 л. При условии полного вхождения тела снаряда в капсулу ее свободный объем уменьшится на объем места, занятого снарядом, то есть примерно на объем цилиндра диаметром 14 см и длиной равной расстоянию между торцами ДЗ, которое равно 26 см. Изменение объема составит V_c=3,14×7² ×26=4,4 л. Уменьшение объема произошло с 7,14 л. на 4,4 л., то есть на 61,6%. Вода считается практически несжимаемым веществом. Но при высоких давлениях любые тела, в том числе жидкие, уменьшаются в объеме. Исходя из физических свойств воды, модуля упругости 21000 кгс/см², ее сжатие на 61,6% приводит к росту давления в капсуле до Р_к=21000×0.616=12941 кгс/см². При таком давлении, сила сопротивления вхождению снаряда в капсулу составит: Р=12941×3,14×7²=1991129 кгс. Это вес 20 груженых железнодорожных вагонов. Увеличением габаритов капсулы можно снизить давление, например, до 3000-5000 кгс/см²., а уменьшением - повысить, например, до 15000 кгс/см². То есть рабочее тело капсулы является, сверхмощной, сверхжесткой гидравлической пружиной, обладающей уникальной способностью эффективно гасить кинетическую энергию бронебойного снаряда.

В нижней стенке корпуса ДЗ выполнено углубление (ниша), величиной 15 мм., длиной 180 мм и шириной 50 мм. Эта ниша расположено рядом с задней торцевой стенкой ДЗ. Место уменьшенной толщины позволяет значительно повысить защитную функцию устройства. Более тонкая стенка корпуса в области ниши является слабым местом капсулы. Фактически она (тонкая 5-мм стенка из броневой стали) выполняет функцию предохранительного клапана давления. Уменьшение ее толщины на 75% означает, что максимальное давление Р_кр, при котором задняя стенка ниши отрывается с образованием отверстия в капсуле размером S_ниши=50×180 мм=90 см². произойдет при Р_кр=5100 кгс/см². Такой параметр Р_кр создается при внедрении снаряда внутрь капсулы на 112 мм. Расчетная скорость истечения жидкости из отверстия нижней поверхности капсулы при давлении равном 5100 кг/см² составит 1000,3 м/сек. Возникшее реактивное усилие при выбрасывании воды в направлении снизу в верх, приводит к повороту в вертикальной плоскости корпус ДЗ вместе с находящимся в нем снарядом. Величина силы поворота F_пов определяется давлением в капсуле (герметичная полость, оболочка корпуса ДЗ) и разностью площадей верхней и нижней боковых ее стенок, которая равна S_ниши. Поэтому F_пов=Р_кр × S_ниши=5100×5×180=459000 кгс. После вскрытия ниши струя жидкости, вылетающая из отверстия ДЗ со скоростью 1 км/сек. вызывает его поворот вместе с находящимся внутри, полностью или частично, бронебойным снарядом. Это второй этап работы элемента ДЗ. В этой фазе работы устройства ДЗ к торможению им снаряда прибавляется функция принудительного поворота поражающего средства в вертикальной плоскости стенками совершающей поворот капсулы. Таким образом, защитное устройство, кроме уменьшения кинетической энергии, скорости боеприпаса, выполняет и роль его ловушки, фиксации, закрепления внутри корпуса снаряда и путем его поворота в вертикальной плоскости, изменяет траекторию движения. В результате снаряд ударяется о броню плашмя или с безопасным углом встречи, равным или меньшим угла рикошета.

Направленная в сторону поражающего боеприпаса торцевая стенка ДЗ окаймлена клинообразным выступом. Это позволяет при несовпадении траектории движения снаряда с продольной осью устройства защиты направить боеприпас внутрь капсулы, внутрь отверстия элемента динамической защиты.

При применении бронебойных подкалиберных снарядов возможно предварительное, принудительное создание в камере элемента ДЗ высокого давления величиной, например, 4500-5000 кг/см². Это объясняется тем, что уменьшенный поперечный габарит подкалиберного поражающего средства приводит к снижению его объема в 6 -11 раз и, как следствие, уменьшение силы торможения при вхождении внутрь капсулы в 4-10 раз. Поэтому целесообразно до боевого применения ДЗ создать в нем высокое гидравлическое давление. Этот способ, позволяет значительно повысить эффективность работы. При защите от обладающих наибольшей пробивной способностью подкалиберных снарядов игольчатой формы, кроме гашения скорости и перевода в режим рикошета, возможен и их излом при защемлении и повороте внутренними стенками движущегося вверх торца капсулы элемента ДЗ.

Предложенное устройство динамической, реактивной защиты имеет высокий полезный эффект и в борьбе с кумулятивными боеприпасами. Известно, что при больших скоростях пробить воду кумулятивной струе примерно также «тяжело» как и металл. Работает элемент ДЗ в этом случае следующим образом. При ударе снаряда в переднюю торцевую стенку капсулы срабатывает детонатор и происходит подрыв кумулятивного заряда. Его струя за 20 мкс. прошивает 20 мм брони и соединят полость капсулы ДЗ и полость воронки снаряда. Если рабочее тело элемента динамической защиты находится под высоким давлением, то жидкость легко пересиливает давление газовой струи боеприпаса, заполняет воронку и процесс образования кумулятивного эффекта останавливается на начальной стадии. Происходит подрыв ВВ первого снаряда перед броней элемента ДЗ и поражение второго кумулятивного снаряда тандемного поражающего средства. Если жидкое рабочее тело капсулы элемента динамической защиты не находится под предварительно созданным высоким давлением, то при проникновении лидера кумулятивной струи внутрь полости ДЗ мгновенно поднимается высокое давление. Это происходит по двум факторам. Первый связан со сжатием воды за счет занятия продуктами детонации части объема капсулы. Второй - с нагревом воды в герметичном объеме капсулы тепловой энергией взрыва, испарением жидкого рабочего тела, образованием перегретого пара давлением более 1000 ксг/см². Так как давление газов взрыва на боковой поверхности кумулятивной струи близко к нулю, то пар, остатки жидкой фазы рабочего тела устремляются со всех сторон к ее продольной оси. Возникшие сверхзвуковые турбулентные потоки в капсуле рассеивают, разрушают и уничтожают кумулятивную струю. При наличии в тандемной конструкции дополнительного, вспомогательного, не основного заряда, возможна установка внутри капсулы дополнительной перегородки.

Применение данного изобретения позволяет создать простой, дешевый, элемент реактивной защиты бронетехники, использующий кинетическую и тепловую энергию боеприпаса для ликвидации его кумулятивной струи, гашения скорости и поворота снаряда в вертикальной плоскости до безопасного угла атаки.

Claims (4)

1. Элемент динамической защиты бронированных объектов от противотанковых боеприпасов, содержащий корпус, заполненный жидкостью, отличающийся тем, что нижняя боковая стенка корпуса имеет углубление, уменьшающее толщину боковой стенки корпуса, выполненное с возможностью отрыва задней стенки углубления с образованием отверстия при внедрении боеприпаса внутрь корпуса, для поворота боеприпаса корпусом, изменения траектории движения боеприпаса с безопасным углом удара о броню.

2. Элемент динамической защиты по п. 1, отличающийся тем, что направленная в сторону поражающего боеприпаса торцевая стенка корпуса окаймлена клинообразным выступом.

3. Элемент динамической защиты по любому из пп. 1, 2, отличающийся тем, что в корпусе создано давление.

4. Элемент динамической защиты по любому из пп. 1-3, отличающийся тем, что корпус выполнен на давление не менее 200 мПа.