RU2816414C1 - Armoured capsule for personal protection - Google Patents
Armoured capsule for personal protection Download PDFInfo
- Publication number
- RU2816414C1 RU2816414C1 RU2023105360A RU2023105360A RU2816414C1 RU 2816414 C1 RU2816414 C1 RU 2816414C1 RU 2023105360 A RU2023105360 A RU 2023105360A RU 2023105360 A RU2023105360 A RU 2023105360A RU 2816414 C1 RU2816414 C1 RU 2816414C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- capsule
- basalt
- layer
- armored
- personal protection
- Prior art date
Links
- 239000002775 capsule Substances 0.000 title claims abstract description 78
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 37
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 37
- 239000004744 fabric Substances 0.000 claims abstract description 29
- 229920002748 Basalt fiber Polymers 0.000 claims abstract description 17
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 claims abstract description 8
- 229920001971 elastomer Polymers 0.000 claims abstract description 8
- 230000005672 electromagnetic field Effects 0.000 claims abstract description 7
- 239000004033 plastic Substances 0.000 claims abstract description 7
- 229920003023 plastic Polymers 0.000 claims abstract description 7
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 claims abstract description 5
- 239000000835 fiber Substances 0.000 claims description 20
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- 230000000254 damaging effect Effects 0.000 claims description 10
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 claims description 8
- 239000010439 graphite Substances 0.000 claims description 8
- BPQQTUXANYXVAA-UHFFFAOYSA-N Orthosilicate Chemical compound [O-][Si]([O-])([O-])[O-] BPQQTUXANYXVAA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims description 4
- 239000002826 coolant Substances 0.000 claims description 2
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims description 2
- 238000009423 ventilation Methods 0.000 claims description 2
- 230000001066 destructive effect Effects 0.000 abstract description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 3
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 15
- 230000001186 cumulative effect Effects 0.000 description 12
- 239000012634 fragment Substances 0.000 description 11
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 11
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 6
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 6
- 229920000049 Carbon (fiber) Polymers 0.000 description 5
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 5
- 239000000463 material Substances 0.000 description 5
- 210000003850 cellular structure Anatomy 0.000 description 4
- 239000004917 carbon fiber Substances 0.000 description 3
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000000034 method Methods 0.000 description 3
- 230000000149 penetrating effect Effects 0.000 description 3
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 3
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 3
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 description 2
- 238000004026 adhesive bonding Methods 0.000 description 2
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 description 2
- 239000004760 aramid Substances 0.000 description 2
- 229920003235 aromatic polyamide Polymers 0.000 description 2
- 238000007664 blowing Methods 0.000 description 2
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 2
- 210000004027 cell Anatomy 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 239000011152 fibreglass Substances 0.000 description 2
- 239000011888 foil Substances 0.000 description 2
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 2
- 239000003365 glass fiber Substances 0.000 description 2
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 2
- 230000035515 penetration Effects 0.000 description 2
- 229920005989 resin Polymers 0.000 description 2
- 239000011347 resin Substances 0.000 description 2
- 229910000838 Al alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 241000907903 Shorea Species 0.000 description 1
- 229910001069 Ti alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 229920006231 aramid fiber Polymers 0.000 description 1
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 1
- 238000005266 casting Methods 0.000 description 1
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 description 1
- 239000000805 composite resin Substances 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 239000003822 epoxy resin Substances 0.000 description 1
- 238000004880 explosion Methods 0.000 description 1
- 239000002360 explosive Substances 0.000 description 1
- 239000003733 fiber-reinforced composite Substances 0.000 description 1
- 229910001338 liquidmetal Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000014759 maintenance of location Effects 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 229920000647 polyepoxide Polymers 0.000 description 1
- 229920002635 polyurethane Polymers 0.000 description 1
- 239000004814 polyurethane Substances 0.000 description 1
- 239000012783 reinforcing fiber Substances 0.000 description 1
- 239000012763 reinforcing filler Substances 0.000 description 1
- 239000000565 sealant Substances 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 150000004760 silicates Chemical class 0.000 description 1
- -1 steel Chemical class 0.000 description 1
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 1
- 229920001187 thermosetting polymer Polymers 0.000 description 1
- 238000003466 welding Methods 0.000 description 1
Abstract
Description
Область техники, к которой относится изобретениеField of technology to which the invention relates
Заявляемое изобретение относится к области военной техники, и касается конструкции устройства индивидуальной защиты для каждого члена экипажа штурмового автомобиля, бронетранспортера и т.п., либо для робота или иного оборудования, предназначенного для использования, преимущественно, при штурме укрепленного района или для прорыва в плотной городской застройке.The claimed invention relates to the field of military equipment, and concerns the design of a personal protection device for each crew member of an assault vehicle, armored personnel carrier, etc., or for a robot or other equipment intended for use primarily during an assault on a fortified area or for breaking through a dense urban development.
Уровень техникиState of the art
Известно техническое решение защитной капсулы, устанавливаемой в кабине водителя бронетранспортера (см. патентная заявка ЕР3060874, опубл. 31.08. 2016), включающей цельный корпус из формованной композитной брони, содержащий доступное изнутри машины входное/выходное отверстие. Композитная броня капсулы представляет собой армированную волокном смолу, содержащую одно или несколько волокон, выбранных из группы, состоящей из Е-стекла, S-стекла, арамида и углерода. Изготавливают корпус методом литья под низким давлением в закрытой форме со складной оправкой, формирующей внутреннюю часть, и с многокомпонентной формой, формирующей внешний контур цельного корпуса. Эпоксидная смола втягивается в набор армирующих волокон, который занимает полость между оправкой и внешней формой за счет разницы давления между вакуумными портами, с одной стороны, и резервуаром для смолы, с другой.There is a known technical solution for a protective capsule installed in the driver’s cabin of an armored personnel carrier (see patent application EP3060874, published on August 31, 2016), which includes a one-piece body made of molded composite armor containing an inlet/outlet opening accessible from inside the vehicle. Composite capsule armor is a fiber-reinforced resin containing one or more fibers selected from the group consisting of E-glass, S-glass, aramid and carbon. The body is manufactured by low pressure casting in a closed mold with a folding mandrel forming the interior and a multi-piece mold forming the outer contour of the solid body. The epoxy resin is drawn into a set of reinforcing fibers that occupies the cavity between the mandrel and the outer mold due to the pressure difference between the vacuum ports on one side and the resin reservoir on the other.
Корпус защитной капсулы жестко прикреплен к раме бронетранспортера и сконфигурирован в соответствии с внутренним пространством, охватываемым этой рамой. Формованная композитная капсула предназначена для передачи на раму бронетранспортера нагрузок сжатия от взрыва, изгибающих моментов и скручивающих нагрузок, обусловленных воздействием противотанковых мин или самодельных взрывных устройств, что позволяет минимизировать деформацию кабины водителя и таким образом, усилить его защиту.The body of the protective capsule is rigidly attached to the frame of the armored personnel carrier and is configured in accordance with the internal space covered by this frame. The molded composite capsule is designed to transfer compressive loads from explosions, bending moments and torsional loads caused by anti-tank mines or improvised explosive devices to the armored personnel carrier frame, thereby minimizing deformation of the driver's cabin and thus increasing its protection.
Однако описанная выше композитная броня не является достаточно прочной, чтобы обеспечить защиту от проникновения кумулятивных зарядов, при этом такое защитное устройство не способствует эвакуации бойца в случае возгорания бронетранспортера, либо иных опасных для жизни ситуаций.However, the composite armor described above is not strong enough to provide protection against the penetration of shaped charges, nor does such a protective device facilitate the evacuation of a soldier in the event of an armored personnel carrier fire or other life-threatening situations.
Известны решения, раскрывающие конструкции и технологии изготовления защитных композитных материалов, которые составляют основу брони, и используются при производстве средств защиты военных служащих и военной техники (бронемашин, танков и т.п.) от пуль, осколков и гранатометных гранат, в том числе обеспечивающих защиту от кумулятивных зарядов.Solutions are known that reveal the designs and manufacturing technologies of protective composite materials that form the basis of armor, and are used in the production of means of protecting military personnel and military equipment (armored vehicles, tanks, etc.) from bullets, shrapnel and grenade launchers, including providing protection against shaped charges.
В частности, в патенте RU №2579585, опубл. 10.04.2016, раскрыт защитный композитный материал, включающий в себя, по меньшей мере, три склеенных между собой слоя. Первый и второй слои представляют собой монолиты, образованные из уголков титанового сплава или алюминиевого сплава. Третий слой защитного композита имеет сотовую конструкцию и изготавливается из полиуретана твердостью 60-100 ед. по ШоруА. Толщина третьего слоя от 10 до 20 мм. Слои композита соединены путем склеивания первого, второго и третьего слоев полимерным клеем. Для модульного наращивания бронезащитных свойств защитный композит может быть изготовлен путем склеивания из нескольких идентичных композитов общей толщиной до 150 мм.In particular, in patent RU No. 2579585, publ. 04/10/2016, a protective composite material is disclosed, which includes at least three layers glued together. The first and second layers are monoliths formed from corners of titanium alloy or aluminum alloy. The third layer of the protective composite has a honeycomb structure and is made of polyurethane with a hardness of 60-100 units. according to ShoreA. The thickness of the third layer is from 10 to 20 mm. The composite layers are connected by gluing the first, second and third layers with polymer adhesive. To modularly increase armor-protective properties, the protective composite can be made by gluing several identical composites with a total thickness of up to 150 mm.
Основным недостатком выше охарактеризованного решения является громоздкость и тяжеловесность брони, выполненной из такого композитного материала.The main disadvantage of the above-described solution is the bulkiness and heaviness of armor made from such a composite material.
Для производства композитной брони широко используются базальтовые и графитовые (углеродные) волокна в сочетании с металлами, в том числе сталью. Например, в изобретении по патенту RU №2374594 раскрыта конструкция пулезащитного средства, содержащая основу, включающую не менее трех пакетов в виде полимерного композиционного материала, состоящего из пропитанного термореактивным связующим многослойного армирующего наполнителя, выполненного из чередующихся слоев, выбранных из группы: стеклоткань, углеткань, базальтоткань, арамидная ткань и/или из группы: стекловолокно, базальтовое волокно, углеволокно, арамидное волокно. В патенте RU №35002 U1 указано, что «броневые листы выполнены из армированных полимерных композиционных материалов, содержащих углеродные и/или базальтовые волокна…». Однако выявленные заявителем обозначенные выше известные решения характеризуют защитный композитный материал, который предназначен для изготовления бронежилетов, либо иных защитных средств, которые могут приобретать определенную форму, но не являются цельными защитными капсулами.For the production of composite armor, basalt and graphite (carbon) fibers in combination with metals, including steel, are widely used. For example, the invention according to patent RU No. 2374594 discloses the design of a bulletproof product containing a base including at least three packages in the form of a polymer composite material consisting of a multilayer reinforcing filler impregnated with a thermosetting binder, made of alternating layers selected from the group: fiberglass, carbon fiber, basalt fabric, aramid fabric and/or from the group: glass fiber, basalt fiber, carbon fiber, aramid fiber. Patent RU No. 35002 U1 states that “armor sheets are made of reinforced polymer composite materials containing carbon and/or basalt fibers...”. However, the above-mentioned known solutions identified by the applicant characterize a protective composite material, which is intended for the manufacture of body armor or other protective equipment that can take on a certain shape, but are not solid protective capsules.
Известно решение броневых скафандров - бронекапсулов (см. патент RU №187511, опубл. 11.03.2019), закрепленных на катапультных бронированных самоходных сидениях, представляющих собой упрощенные транспортные средства, которые установлены на открытой транспортной платформе. Каждая бронекапсула предназначена для одного члена экипажа. В условиях боевого столкновения и огневого поражения катапульные самоходные сидения с находящимися в бронекапсулах членами экипажа покидают транспортную платформу и рассредотачиваются, что способствует повышению выживаемости членов экипажа.There is a known solution for armored spacesuits - armored capsules (see patent RU No. 187511, published on March 11, 2019), mounted on ejection armored self-propelled seats, which are simplified vehicles that are installed on an open transport platform. Each armored capsule is intended for one crew member. In conditions of combat collision and fire damage, self-propelled catapult seats with crew members in armored capsules leave the transport platform and disperse, which helps to increase the survivability of crew members.
Вместе с тем, в решении по патенту RU №187511 помимо бронекапсул используются дополнительные бронированные листы защиты: горизонтальные и вертикальные, из чего следует что прочность бронекапсулы не является достаточно высокой.At the same time, in the decision on patent RU No. 187511, in addition to armored capsules, additional armored protection sheets are used: horizontal and vertical, which means that the strength of the armored capsule is not high enough.
В качестве прототипа заявляемого конструктивного решения бронированной капсулы для индивидуальной защиты принято изобретение по патенту Великобритании GB №2479785, в котором раскрыта конструкция бронекапсулы, названной в опубликованном описании изобретения как «ячейка безопасности». Это ячейка безопасности, т.е. бронекапсула, представляет собой окружающую человека оболочку с овальным внешним профилем. Выполнена эта оболочка из армированных волокном композитных материалов, а именно, композитных материалов на основе смол, армированных углеродным волокном либо стекловолокном, характеризующиеся сотовой структурой. Внешняя часть бронекапсулы выполнена в виде корпусной конструкции, включающей внутреннюю и внешнюю металлические обшивки, пространство между которыми заполнено множеством трубчатых элементов, направленных радиально от центра оболочки. Трубчатые элементы могут быть полностью, либо частично полыми, концы этих элементов могут быть профилированы с целью лучшего контакта с внешней обшивкой корпусной конструкции. По сути, описанная корпусная конструкция формирует жесткую ячеистую структуру, обеспечивающую максимальную защиту от кумулятивной струи.As a prototype of the proposed design solution for an armored capsule for personal protection, the invention was adopted under the British patent GB No. 2479785, which discloses the design of an armored capsule, called in the published description of the invention as a “safety cell”. This is a security cell, i.e. armored capsule is a shell surrounding a person with an oval outer profile. This shell is made of fiber-reinforced composite materials, namely, resin-based composite materials reinforced with carbon fiber or glass fiber, characterized by a honeycomb structure. The outer part of the armored capsule is made in the form of a hull structure, including internal and external metal skins, the space between which is filled with many tubular elements directed radially from the center of the shell. Tubular elements can be completely or partially hollow, the ends of these elements can be profiled for better contact with the outer skin of the hull structure. In fact, the described hull design forms a rigid cellular structure that provides maximum protection against a cumulative jet.
Однако эффективность известной брони, выполненной по патенту Великобритании GB №2479785, по защите от кумулятивной струи может быть достигнута при строгой ориентации трубчатых элементов, что серьезно усложняет технологический процесс производства таких бронекапсул. Вместе с тем, конструкция такой бронекапсулы характеризуется низкой степенью защиты от динамического воздействия снарядов и малой живучестью.However, the effectiveness of the known armor, made according to British patent GB No. 2479785, in protecting against a cumulative jet can be achieved with strict orientation of the tubular elements, which seriously complicates the technological process of producing such armored capsules. At the same time, the design of such an armored capsule is characterized by a low degree of protection from the dynamic effects of projectiles and low survivability.
Раскрытие сущности изобретенияDisclosure of the invention
Заявляемым изобретением решается задача создания конструкции многослойной бронированной капсулы для индивидуальной защиты (далее по тексту допустимо применение терминов «бронированная капсула», либо «бронезащитная капсула», либо «бронекапсула»), окружающей полностью человека, обеспечивающей его защиту от любого вида поражающих средств, преимущественно от кумулятивных зарядов за счет послойного отвода в сторону поражающей энергии и распределения фрагментов кумулятивной струи на большой поверхности, что резко снижает ее пробивную способность.The claimed invention solves the problem of creating a design of a multilayer armored capsule for personal protection (hereinafter in the text it is permissible to use the terms “armored capsule”, or “armor-protective capsule”, or “armored capsule”), completely surrounding a person, ensuring his protection from any type of destructive weapons, mainly from shaped charges due to layer-by-layer removal of destructive energy towards the side and distribution of fragments of the shaped-charge jet over a large surface, which sharply reduces its penetrating ability.
Указанная задача решена тем, что в бронированной капсуле для индивидуальной защиты, имеющей яйцеобразную форму и выполненную многослойной с металлической обшивкой, согласно заявляемому изобретению бронированная капсула образована двумя половинами, связанными между собой с возможностью разъема, сформированными выложенными внутри металлической обшивки слоями. Эти слои, образующие совместно с металлической обшивкой капсульную оболочку, представляют собой, по меньшей мере, две комбинации слоев, и каждая комбинация включает размещенные последовательно в направлении поражающего воздействия слой базальтового полотна с однонаправленными волокнами и с закрепленными на его внутренней поверхности разнесенными между собой рассеивающими элементами, слой металла и слой высокопластичного связующего. Причем базальтовое волокно в последующей комбинации слоев уложено с угловым смещением направления волокон базальтового полотна предыдущей комбинации. Слой металла нанесен на базальтовое полотно в расплавленном состоянии при вращении заготовки половины капсулы в электромагнитном поле так, что рассеивающие элементы вклинены в металл. При этом, за счет воздействия центробежной силы происходит не только формирование слоя металла и его сцепление с базальтовым полотном, но и обеспечивается плотное прилегание внешнего базальтового слоя к наружной металлической обшивке без зазора. Предпочтительно, чтобы формирование слоя металла посредством центробежной силы осуществлялось в электромагнитном поле и с охлаждением, в частности посредством подачи на формируемую поверхность металла охлаждающей среды. Под действием электромагнитного поля в жидком металле наводятся вихревые токи, что позволяет сформировать в слое металла мелкозернистую структуру, характеризующуюся особыми свойствами кристаллической решетки.This problem is solved by the fact that in an armored capsule for personal protection, which has an egg shape and is made multi-layered with a metal casing, according to the claimed invention, the armored capsule is formed by two halves connected to each other with the possibility of detachment, formed by layers laid out inside the metal casing. These layers, which together with the metal lining form a capsule shell, represent at least two combinations of layers, and each combination includes a layer of basalt fabric with unidirectional fibers placed sequentially in the direction of the damaging effect and with scattering elements spaced apart from each other attached to its inner surface , a layer of metal and a layer of highly plastic binder. Moreover, the basalt fiber in the subsequent combination of layers is laid with an angular displacement of the direction of the fibers of the basalt fabric of the previous combination. A layer of metal is applied to a basalt sheet in a molten state when the half-capsule blank is rotated in an electromagnetic field so that the scattering elements are wedged into the metal. At the same time, due to the influence of centrifugal force, not only the formation of a metal layer and its adhesion to the basalt sheet occurs, but also a tight fit of the outer basalt layer to the outer metal sheathing without a gap is ensured. It is preferable that the formation of the metal layer by means of centrifugal force is carried out in an electromagnetic field and with cooling, in particular by supplying a cooling medium to the formed surface of the metal. Under the influence of an electromagnetic field, eddy currents are induced in the liquid metal, which makes it possible to form a fine-grained structure in the metal layer, characterized by the special properties of the crystal lattice.
Под указанным выше понятием «половина» подразумевается любая оболочка, форма которой приближена к чашеобразной, и которая при соединении с аналогичной оболочкой сформирует бронекапсулу яйцеобразной формы. Яйцеобразная форма сама по себе уменьшает поражающее воздействие снаряда, поскольку направление удара в любой точке бронекапсулы будет идти по касательной к ее поверхности.The above-mentioned concept of “half” means any shell, the shape of which is close to cup-shaped, and which, when combined with a similar shell, will form an egg-shaped armored capsule. The egg-shaped shape itself reduces the damaging effect of the projectile, since the direction of impact at any point of the armored capsule will be tangential to its surface.
Является предпочтительным укладывать базальтовое полотно так, чтобы направление волокон базальтового полотна одной комбинации слоев было смещено по отношению к направлению волокон базальтового полотна предыдущей комбинации слоев на угол, выбранный в пределах от 10° до 35°. При таком взаиморасположении слоев базальтового полотна волокна базальта размещены с более эффективным перекрытием по всей поверхности брони и одновременно с сохранением необходимой ячеистой структуры.It is preferable to lay the basalt web so that the direction of the fibers of the basalt web of one combination of layers is offset with respect to the direction of the fibers of the basalt web of the previous combination of layers by an angle selected in the range from 10° to 35°. With this mutual arrangement of layers of basalt fabric, the basalt fibers are placed with a more effective overlap over the entire surface of the armor and at the same time while maintaining the necessary cellular structure.
При реализации заявляемого изобретения рассеивающие элементы формируют из графита или силиката, а в качестве высокопластичного связующего используют резину.When implementing the claimed invention, the scattering elements are formed from graphite or silicate, and rubber is used as a highly plastic binder.
Достижение вышеуказанного технического результата обусловлено следующим. Применяемое при формировании бронекапсулы базальтовое полотно характеризуется наличием огромного количества воздушных микропор, заключенных между тонкими базальтовыми волокнами. Использование базальтового полотна с однонаправленным волокнами, и укладка полотен в оболочке бронекапсулы так, чтобы направление волокон базальтового полотна одной комбинации слоев было смещено по отношению к направлению волокон базальтового полотна предыдущей комбинации слоев на определенный угол, формирует в слоях базальта протяженные микропустоты, создающие в оболочке бронекапсулы множественные каналы с ослабленной прочностью материала, при том, что сами базальтовые волокна имеют высокие удельные характеристики по прочности и жесткости. Нанесенные на поверхность базальтового полотна рассеивающие элементы из высокопрочного материала, которые при реализации заявляемого решения выполнены либо из плотного графита, либо силиката, создают на пути кумулятивной струи препятствия, и совместно с базальтовым волокном разрушают ее на фрагменты, которые устремляются по пути наименьшего сопротивления, т.е. поражающая энергия растекается по множественным пустотным каналам базальтового полотна, что предопределяет ее отклонение в боковом направлении. Мелкозернистая структура слоя металла, нанесенного на слой базальта, развивает сложную дискретную структуру брони и способствует рассеиванию энергии снаряда по ее слоям, сводя проникающую способность к минимуму. Слой высокопластичного связующего, в частности резины, обеспечивает прочное сцепление комбинаций слоев в единую бронезащитную оболочку, кроме того этот слой характеризуется амортизирующим эффектом и гасит скорость движения фрагментов кумулятивной струи.The achievement of the above technical result is due to the following. The basalt fabric used to form the armored capsule is characterized by the presence of a huge number of air micropores enclosed between thin basalt fibers. The use of basalt fabric with unidirectional fibers, and laying the sheets in the armored capsule shell so that the direction of the fibers of the basalt fabric of one combination of layers is shifted relative to the direction of the fibers of the basalt fabric of the previous combination of layers at a certain angle, forms extended microvoids in the basalt layers, creating armored capsules in the shell multiple channels with weakened material strength, despite the fact that the basalt fibers themselves have high specific characteristics in terms of strength and rigidity. Dissipative elements made of high-strength material applied to the surface of the basalt fabric, which, when implementing the proposed solution, are made of either dense graphite or silicate, create obstacles in the path of the cumulative jet, and together with the basalt fiber destroy it into fragments that rush along the path of least resistance, i.e. .e. the damaging energy spreads through multiple hollow channels of the basalt sheet, which determines its deflection in the lateral direction. The fine-grained structure of the metal layer deposited on the basalt layer develops a complex discrete structure of the armor and helps dissipate the projectile energy across its layers, reducing penetration to a minimum. A layer of highly plastic binder, in particular rubber, provides strong adhesion of combinations of layers into a single armor-protective shell; in addition, this layer is characterized by a shock-absorbing effect and dampens the speed of movement of fragments of a cumulative jet.
Заявляемое техническое решение обеспечивает надежную защиту от поражающего воздействия бронебойных снарядов, в том числе кумулятивных, обеспечивая отвод кумулятивной струи в сторону, по касательной, при этом заявляемым изобретением решается задача распределить поражающую энергию по толщине брони, слой за слоем, направив ее по пути наименьшего сопротивления, посредством чередования участков наименьшего и наибольшего сопротивления, сформированных в оболочке бронезащитной капсулы.The claimed technical solution provides reliable protection from the damaging effects of armor-piercing projectiles, including cumulative ones, ensuring the removal of the cumulative jet to the side, tangentially, while the claimed invention solves the problem of distributing the damaging energy throughout the thickness of the armor, layer by layer, directing it along the path of least resistance , by alternating the areas of least and greatest resistance formed in the shell of the armor-protective capsule.
Краткое описание чертежейBrief description of drawings
Сущность заявляемого изобретения поясняется следующими чертежами:The essence of the claimed invention is illustrated by the following drawings:
На Фиг. 1 схематично показан общий вид бронированной капсулы для индивидуальной защиты;In FIG. 1 schematically shows a general view of an armored capsule for personal protection;
На фиг. 2 - укрупненно, фрагмент I фиг. 1;In fig. 2 - enlarged, fragment I of Fig. 1;
На фиг. 3 - сечение В-В на фиг. 2, показан принцип рассредоточения кумулятивной струи в слоях базальтового полотна и металла;In fig. 3 - section B-B in Fig. 2, the principle of dispersal of a cumulative jet in layers of basalt sheet and metal is shown;
На фиг. 4а, 4б, 4в - направление базальтовых волокон в слоях стенки капсулы;In fig. 4a, 4b, 4c - direction of basalt fibers in the layers of the capsule wall;
На фиг. 5 - схематично показано устройство с помощью которого возможно нанесение на базальтовое полотно металлического слоя.In fig. 5 - schematically shows a device with which it is possible to apply a metal layer to a basalt sheet.
Осуществление изобретенияCarrying out the invention
Представленная на прилагаемых чертежах бронированная капсула для индивидуальной защиты, имеющая яйцеобразную форму, образована двумя половинам 1 и 2 (см. фиг. 1), связанными между собой с возможностью разъема. Эта связь не является предметом заявляемого решения, поэтому не показана на чертежах. Она может быть выполнена любыми известными для среднего специалиста средствами, в частности в виде резьбового соединения с крупной резьбой, либо в виде байонетного замка, при этом необходимо, чтобы на внутренней поверхности бронекапсулы было выполнено средство, обеспечивающее возможность ручного поворота верхней половины относительно нижней, изнутри бронекапсулы, и следовательно, обеспечивающее ее раскрытие. Такие конструктивные решения гарантируют беспрепятственный выход бойца из объема бронекапсулы без помощи извне.The egg-shaped armored capsule for personal protection shown in the accompanying drawings is formed by two halves 1 and 2 (see Fig. 1), connected to each other with the possibility of a connector. This connection is not the subject of the proposed solution, and therefore is not shown in the drawings. It can be made by any means known to the average specialist, in particular in the form of a threaded connection with a large thread, or in the form of a bayonet lock, and it is necessary that on the inner surface of the armored capsule there be a means that allows manual rotation of the upper half relative to the lower one, from the inside armored capsule, and therefore ensuring its opening. Such design solutions guarantee the fighter’s unhindered exit from the armored capsule without outside help.
Обе половины, и, следовательно, бронекапсула в целом, выполнены многослойными с внешней металлической обшивкой 3 (см. фиг. 2). Эта обшивка 3 может быть сформирована сваркой из листов либо полос стали, предпочтительно марки 09 Г2С. Формирование обшивки из полос обеспечит получение нужной округлой формы. Округлость формы, уже сама по себе, снижает пробивную способность снаряда, так как в любой точке направление его движения не будет ортогональным к поверхности бронекапсулы. Многослойность сформирована повторяющейся комбинацией 4 слоев, каждая из которых состоит из размещенных последовательно в направлении поражающего воздействия слоя 5 из базальтового полотна с закрепленными на его внутренней поверхности разнесенными между собой рассеивающими элементами 6, слоя 7 из металла и слоя 8 из высокопластичного связующего, в частности, резины. Использовано базальтовое полотно с однонаправленными волокнами, при этом базальтовое полотно в последующей комбинации слоев уложено с угловым смещением направления волокон базальтового полотна предыдущей комбинации. При конкретной реализации заявляемого технического решения рекомендуется размещать базальтовое полотно с направлением волокон с угловым смещением в пределах от 10° до 35° по отношению к направлению волокон базальтового полотна предыдущей комбинации слоев, что предопределяет наиболее оптимальное структурирование слоев с целью формирования каналов с ослабленной прочностью, для направления фрагментов кумулятивной струи. Направление волокон базальтового полотна в комбинациях слоев проиллюстрировано фрагментами полотна, представленными на фиг. 4а, 4б, 4в. Рассеивающие элементы 6 закреплены на базальтовом полотне, разнесены по его поверхности, при этом положение рассеивающих элементов выбрано так, чтобы совместно с волокнами базальта формировать ячеистую структуру брони. Слой 7 металла, в качестве которого также может быть использована сталь 09Г2С, нанесен на слой 5 базальтового полотна в расплавленном состоянии при вращении заготовки половины капсулы в электромагнитном поле так, что рассеивающие элементы вклинены в металл.Both halves, and, consequently, the armored capsule as a whole, are made multilayer with an external metal skin 3 (see Fig. 2). This casing 3 can be formed by welding from sheets or strips of steel, preferably grade 09 G2S. Forming the skin from strips will ensure the desired rounded shape. The roundness of the shape, in itself, reduces the penetrating ability of the projectile, since at any point the direction of its movement will not be orthogonal to the surface of the armored capsule. The multi-layering is formed by a repeating combination of 4 layers, each of which consists of a layer 5 of basalt fabric placed sequentially in the direction of the damaging effect with scattering elements 6 mounted on its inner surface and spaced apart from each other, a layer 7 of metal and a layer 8 of a highly plastic binder, in particular, rubber. A basalt fabric with unidirectional fibers is used, while the basalt fabric in the subsequent combination of layers is laid with an angular displacement of the direction of the fibers of the basalt fabric of the previous combination. In a specific implementation of the proposed technical solution, it is recommended to place a basalt sheet with the direction of the fibers with an angular displacement in the range from 10° to 35° relative to the direction of the fibers of the basalt sheet of the previous combination of layers, which determines the most optimal structuring of the layers in order to form channels with weakened strength, for directions of fragments of the cumulative jet. The direction of the fibers of the basalt fabric in combinations of layers is illustrated by fragments of the fabric presented in Fig. 4a, 4b, 4c. The scattering elements 6 are fixed on the basalt sheet, spaced over its surface, and the position of the scattering elements is chosen so that, together with the basalt fibers, they form a cellular structure of the armor. Layer 7 of the metal, which can also be used as 09G2S steel, is applied to layer 5 of the basalt sheet in a molten state when the half-capsule workpiece is rotated in an electromagnetic field so that the scattering elements are wedged into the metal.
Изготовление бронированной капсулы осуществляется следующим образом.The manufacture of an armored capsule is carried out as follows.
На подложку, являющейся внешним слоем половины бронированной капсулы и являющейся внешней металлической обшивкой 3, выполненной из стальных сваренных полос, выкладываются листы однонаправленно тканного армированного базальтового волокна, и таким образом формируется слой 5. Предпочтительно использовать тканное базальтовое волокно марки Камафол. В его основе базальтовое супертонкое волокно толщиной не менее 5 мм, плотно прошитое гладкими нитями из стекловолокна, покрытое с двух сторон фольгой толщиной не менее 30 мкм. Направление волокон и прошивка создают ячеистую структуру этого слоя стенки капсулы, при этом фольга, которая сама по себе характеризуется слабыми защитными свойствами, способствует сохранению этой структуры.On the substrate, which is the outer layer of half of the armored capsule and is the outer metal skin 3, made of welded steel strips, sheets of unidirectionally woven reinforced basalt fiber are laid out, and thus a layer 5 is formed. It is preferable to use woven basalt fiber of the Kamafol brand. It is based on super-thin basalt fiber with a thickness of at least 5 mm, tightly stitched with smooth fiberglass threads, covered on both sides with foil with a thickness of at least 30 microns. The direction of the fibers and the stitching create a cellular structure of this layer of the capsule wall, while the foil, which itself is characterized by weak protective properties, helps preserve this structure.
Половина капсулы с выложенным базальтовым полотном помещается на стан центрифуги 9 (см. фиг. 5), обеспечивающий вращение относительно ее вертикальной оси 0. На базальтовую ткань, небольшими участками с учетом направления стежек и волокон базальта, наносится клеящее вещество и далее во вращающуюся половину капсулы высыпается графит, который прилипает на указанных участках и по направлению лунок- ячеек базальтового полотна. В результате на поверхности базальтового полотна формируются множество разнесенных округлых элементов 6, направленных выпуклой поверхностью в наносимый далее слой 7 металла.Half of the capsule with a lined basalt fabric is placed on the centrifuge mill 9 (see Fig. 5), which ensures rotation about its vertical axis 0. An adhesive is applied to the basalt fabric, in small sections, taking into account the direction of the stitches and fibers of the basalt, and then into the rotating half of the capsule graphite is poured out, which sticks in the indicated areas and in the direction of the holes-cells of the basalt sheet. As a result, a plurality of spaced apart rounded elements 6 are formed on the surface of the basalt sheet, directed with a convex surface into the metal layer 7 applied further.
При нанесении слоя 7 металла графит создает включения, ослабляющие его кристаллическую структуру. Однако вместо графитовых элементов возможно нанесение на базальтовое полотно выпуклых элементов из жаропрочных герметиков на основе силикатов. Их свойства обеспечат прочное сцепление с базальтовым полотном и при этом зоны соприкосновения силикатов и металла будут характеризоваться ослабленным сцеплением.When applying a layer 7 of metal, graphite creates inclusions that weaken its crystalline structure. However, instead of graphite elements, it is possible to apply convex elements made of heat-resistant silicate-based sealants to the basalt sheet. Their properties will ensure strong adhesion to the basalt fabric, and at the same time, the contact zones of silicates and metal will be characterized by weakened adhesion.
Полученную вышеописанным способом заготовку половины капсулы 1 либо 2 приводят во вращение в созданном электромагнитном поле, и в объем этой половины капсулы выливают расплавленную сталь, с разбрызгиванием при помощи специального лотка 10 и с обдуванием струей 11 воздуха из компрессора (на чертеже не показан), возможно с добавлением паров жидкого азота для скорейшего схватывания и застывания тонкого слоя стали. Благодаря центробежной силе и указанного обдува следующим, относительно слоя из базальтового полотна с нанесенными на его поверхности выпуклыми элементами, формируется металлический слой 7 заготовки. Далее в остывшую половину капсулы при ее вращении выливается при разбрызгивании жидкая резина с последующей подачей на нее катализатора отвердения. До схватывания слоя 8 резины полость половины капсулы выстилается очередным новым слоем базальтового полотна, который укладывается со смещением направления волокон базальта под углом, ориентировочно в 10-20 градусов, относительно направления волокон базальта предыдущего слоя. На поверхность базальта наносятся включения из графита либо силиката, далее слой металла, слой резины, и далее новый слой базальтового полотна со смещением под углом направлений волокон, и циклы повторяются до достижения необходимой толщины половины капсулы, обеспечивающей надежную защиту от поражающих снарядов.The blank of half of the capsule 1 or 2 obtained in the above-described method is rotated in the created electromagnetic field, and molten steel is poured into the volume of this half of the capsule, with splashing using a special tray 10 and blowing with a stream of air 11 from the compressor (not shown in the drawing), possibly with the addition of liquid nitrogen vapor for rapid setting and hardening of a thin layer of steel. Thanks to the centrifugal force and the specified blowing, a metal layer 7 of the workpiece is formed next, relative to the layer of basalt fabric with convex elements applied to its surface. Next, liquid rubber is poured into the cooled half of the capsule while it is rotating, followed by the supply of a hardening catalyst to it. Before layer 8 of rubber sets, the cavity of half the capsule is lined with another new layer of basalt fabric, which is laid with the direction of the basalt fibers shifted at an angle of approximately 10-20 degrees relative to the direction of the basalt fibers of the previous layer. Inclusions of graphite or silicate are applied to the surface of the basalt, then a layer of metal, a layer of rubber, and then a new layer of basalt cloth with an offset at the angle of the directions of the fibers, and the cycles are repeated until the required thickness of half the capsule is reached, providing reliable protection against damaging projectiles.
Две, полученные вышеописанным образом половины капсулы соединяются в цельную бронированную капсулу, как крышка с дном, при помощи резьбового соединения с крупным шагом резьбы (как вариант) либо иным известным образом, например, посредством байонетового соединения (на чертежах не показано). Снаружи бронекапсулы, к ее наружному металлическому корпусу могут быть приварены ребра жесткости 12. Внутри бронекапсулы выполнены приспособления для беспрепятственного разделения половин бойцом вручную, либо полуавтоматически, установлены приспособления для удобного положения бойца, в стенке капсулы выполнены защищенные проемы для оружия и смотровые окна. Конструкция бронекапсулы может быть снабжена системой вентиляции. Бронированные капсулы для индивидуальной защиты выполнены с возможностью установки на платформу транспортного средства, которое оборудовано устройствами их удержания и выброса в случае воздействия взрывной волны. На одно транспортное средство может быть установлено от 6 до 12 бронекапсул с бойцами. Все эти технические доработки осуществляются известными способами и не являются предметом данного изобретения, поэтому на чертежах не показаны.The two halves of the capsule obtained in the above-described manner are connected into a solid armored capsule, like a lid with a bottom, using a threaded connection with a large thread pitch (as an option) or in another known way, for example, through a bayonet connection (not shown in the drawings). Outside the armored capsule, stiffening ribs 12 can be welded to its outer metal body. Inside the armored capsule, devices are made for the smooth separation of the halves by a fighter manually or semi-automatically, devices are installed for a comfortable position of the fighter, protected openings for weapons and viewing windows are made in the capsule wall. The armored capsule design can be equipped with a ventilation system. Armored capsules for personal protection are designed to be installed on a vehicle platform, which is equipped with devices for their retention and ejection in the event of exposure to a blast wave. From 6 to 12 armored capsules with fighters can be installed on one vehicle. All these technical improvements are carried out by known methods and are not the subject of this invention, therefore they are not shown in the drawings.
Работает бронированная капсула индивидуальной защиты следующим образом.The armored personal protection capsule works as follows.
При поражении бронированной капсулы кумулятивным зарядом происходит пробитие внешней металлической обшивки 3, при этом заряд разрушается с образованием множества фрагментов кумулятивной среды. Эти фрагменты, попадая в слой базальтового полотна с множественными каналами, характеризующимися ослабленной прочностью, и сталкиваясь с элементами повышенной прочности (рассеивающие элементы и волокна базальта) еще больше фрагментируются, отклоняются от первоначального направления и распределяются по каналам в материале, характеризующимся ослабленной прочностью. Те фрагменты кумулятивной струи, которые прошли через первую комбинацию 4 слоев попадают в аналогичную среду, сформированную последующей комбинацией 4 слоев, которые также отклоняют или повреждают фрагменты кумулятивной струи, уменьшая тем самым ее проникающую способность. Основным техническим результатом, достигаемым заявляемым техническим решением, является рассеивание энергии удара на большую площадь.When an armored capsule is hit by a cumulative charge, the outer metal casing 3 is penetrated, and the charge is destroyed with the formation of many fragments of the cumulative medium. These fragments, falling into a layer of basalt fabric with multiple channels characterized by weakened strength, and colliding with elements of increased strength (scattering elements and basalt fibers), become even more fragmented, deviate from the original direction and are distributed along channels in the material characterized by weakened strength. Those fragments of the cumulative jet that passed through the first combination of 4 layers enter a similar environment formed by the subsequent combination of 4 layers, which also deflect or damage the fragments of the cumulative jet, thereby reducing its penetrating ability. The main technical result achieved by the claimed technical solution is the dissipation of impact energy over a large area.
Те, фрагменты, которые проникли через броню, обладают значительно меньшей энергией и не способны существенно повредить защищаемый объект.Those fragments that have penetrated the armor have significantly less energy and are not capable of significantly damaging the protected object.
Таким образом, заявляемое техническое решение позволяет обеспечить защиту человека, приборов и оборудования от поражающего воздействия снарядов.Thus, the claimed technical solution makes it possible to protect people, devices and equipment from the damaging effects of projectiles.
Claims (9)
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2816414C1 true RU2816414C1 (en) | 2024-03-28 |
Family
ID=
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CA2727776A1 (en) * | 2010-01-25 | 2011-07-25 | Falck Schmidt Defense Systems A/S | Pipe-shaped product with ballistic protection |
| GB2479785A (en) * | 2010-04-23 | 2011-10-26 | Barr Dynamics Ltd | Vehicle |
| RU2654254C1 (en) * | 2017-07-07 | 2018-05-17 | Общество С Ограниченной Ответственностью Нии Спецтехники (Ооо Нии Спецтехники) | Multilayer composite armored wall |
| RU2689905C1 (en) * | 2018-06-25 | 2019-05-29 | Общество с ограниченной ответственностью "Опытно-конструкторское бюро "Техника" (ООО "ОКБ "Техника") | Composite armor barrier |
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CA2727776A1 (en) * | 2010-01-25 | 2011-07-25 | Falck Schmidt Defense Systems A/S | Pipe-shaped product with ballistic protection |
| GB2479785A (en) * | 2010-04-23 | 2011-10-26 | Barr Dynamics Ltd | Vehicle |
| RU2654254C1 (en) * | 2017-07-07 | 2018-05-17 | Общество С Ограниченной Ответственностью Нии Спецтехники (Ооо Нии Спецтехники) | Multilayer composite armored wall |
| RU2689905C1 (en) * | 2018-06-25 | 2019-05-29 | Общество с ограниченной ответственностью "Опытно-конструкторское бюро "Техника" (ООО "ОКБ "Техника") | Composite armor barrier |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2413651C2 (en) | Aircraft fuselage | |
| FI97717C (en) | Tanks for use in aircraft for the protection of aircraft structures | |
| US8096223B1 (en) | Multi-layer composite armor and method | |
| US6703104B1 (en) | Panel configuration composite armor | |
| US7597040B2 (en) | Composite containment of high energy debris and pressure | |
| US9383175B2 (en) | Walking floor for an armored vehicle, armored vehicle having such a walking floor, and method for producing such a walking floor | |
| CA2431710C (en) | Laminated armor | |
| CA2864692C (en) | Enhanced ballistic protective system | |
| US4738893A (en) | Flexible and modular armor plating device | |
| JP2021185334A (en) | Multilayered composite ballistic article | |
| KR20010031397A (en) | Composite armor panel | |
| WO2009113120A1 (en) | Protective panel | |
| RU2816414C1 (en) | Armoured capsule for personal protection | |
| KR20170081870A (en) | Lightweight Armor | |
| KR101247948B1 (en) | Light Weight Layered Nano-Composites Hybrid Armor Material For Armored Vehicles | |
| CN108163135B (en) | Warship fire safe type composite armour structure | |
| Sliwinski et al. | Overview of polymer laminates applicable to elements of light-weight ballistic shields of special purpose transport means | |
| GB2090385A (en) | Armour plating with a multidirectional structure | |
| BR112021001640A2 (en) | armored composite panel comprising a shield wall, multilayer ballistic protection panel, use and manufacturing method thereof | |
| CN117858803A (en) | Method for producing composite resistant material and resistant material obtained | |
| JPS60152898A (en) | Guard plate | |
| WO2015084207A1 (en) | Radio-transparent armor |