RU2180426C1 - Multilayer armored obstacle - Google Patents

Abstract

FIELD: constructions of multilayer armored obstacles protecting against the effect of piercing-piercing bullets, applicable as armored plates of tanks, helicopters or other vehicles. SUBSTANCE: the multilayer armored obstacle has a backing of aluminum alloy, a layer of ceramic plates of aluminum oxide adjoining one another, and an outer facing. The thickness of the ceramic plates makes up 0.8 to 1.2 of the backing thickness, the backing is made of aluminum alloy with an ultimate strength of minimum 340 MPa, with an elongation at rupture of minimum 15% and hardness within 3.7 to 4.0 mm, and the ceramic plates are made of aluminum oxide with a density of 3.3 to 3.9 g/cu.cm. The ceramic plates are bound with the exterior facing, backing and one another in a layer in the points of adjoining of their ends with the aid of cement with a density of 1-2 g/cu.cm, the thickness of the cement layer between the ceramic plates does not exceed 0.5 mm, and that between these plates and the backing does not exceed 0.7 mm. The outer facing is made of two layers of fabric, for example, glass cloth. EFFECT: simplified construction and manufacturing methods, enhanced resistance to piercing-piercing bullets. 3 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к конструкции многослойной бронепреграды, защищающей от воздействия бронебойных пуль, для использования, например, в качестве бронепанелей танков, вертолетов или других транспортных средств. The invention relates to the construction of a multilayer armored barrier that protects against the effects of armor-piercing bullets, for use, for example, as armored panels of tanks, helicopters or other vehicles.

Современные конструкции многослойных бронепреград (патенты Германии N 2359122, МКИ Р 41 Н 5/04, 1987; США 4813334, НКИ 89-36.02, 1989; США 4928575, НКИ 89-36.02, 1994; США 5402703, НКИ 89-36.02, 1995) включают два основных элемента: высокотвердый лицевом слой, необходимый для дробления сердечника бронебойных пуль, и один или несколько слоев подложки, необходимых для поглощения осколков сердечника и частиц лицевого слоя. Использование в качестве высокотвердого лицевого слоя керамических пластин при действии бронебойных пуль, как правило, дает существенный, например по сравнению с высокотвердой сталью, выигрыш по весовым затратам, что особенно важно для транспортных средств и, в частности, для летательных аппаратов. Modern designs of multilayer armored barriers (German patents N 2359122, MKI R 41 H 5/04, 1987; USA 4813334, NCI 89-36.02, 1989; USA 4928575, NCI 89-36.02, 1994; USA 5402703, NCI 89-36.02, 1995) include two main elements: a high-hard face layer, necessary for crushing the core of armor-piercing bullets, and one or more layers of the substrate, necessary for absorbing core fragments and particles of the face layer. The use of ceramic plates as a high-hard face layer under the action of armor-piercing bullets, as a rule, gives a significant gain, for example, in comparison with high-hard steel, in weight costs, which is especially important for vehicles and, in particular, for aircraft.

В то же время эффективность работы бронепреграды в целом и ее стоимость существенно зависят от конструкции и материалов подложки, и получить минимальные весовые и стоимостные характеристики бронепреграды можно только при оптимальном сочетании параметров керамики и подложки. At the same time, the overall performance of the armored barrier as a whole and its cost significantly depend on the design and materials of the substrate, and the minimum weight and cost characteristics of the armored barrier can be obtained only with the optimal combination of ceramic and substrate parameters.

Достаточным препятствием к внедрению бронезащиты на основе керамики на реальном изделии могут также быть сложность ее изготовления и размещения, стоимость исходных материалов и бронезащиты в целом, тем более что сложность конструкции, как правило, приводит к уменьшению ее надежности и увеличению ее стоимости. A sufficient obstacle to the introduction of armored ceramics based on ceramics on a real product may also be the complexity of its manufacture and placement, the cost of raw materials and armor protection in general, especially since the complexity of the design, as a rule, leads to a decrease in its reliability and an increase in its cost.

Конструкция бронепреграды по патенту США 4928575 "Система повышения живучести" включает наружное эластичное покрытие из силиконо-резиновой основы с вкраплением материала, снижающего отражение электромагнитного, инфракрасного и т.п. излучений, и одного или двух слоев из керамических плиток. Подложкой служит тонкая стальная стенка корпуса танка. Для крепления эластичного покрытия к керамическим плиткам и плиток к стенке корпуса использована система из двух типов слоев материала: имеющего крючкообразные и имеющего петлеобразные элементы, позволяющие закреплять и отделять керамические плитки и наружное покрытие при необходимости их замены. The design of the armored barrier according to US patent 4928575 "System survivability" includes an external elastic coating of silicone-rubber base with interspersed material that reduces the reflection of electromagnetic, infrared, etc. radiation, and one or two layers of ceramic tiles. The substrate is a thin steel wall of the tank body. To attach the elastic coating to ceramic tiles and tiles to the casing wall, a system of two types of material layers was used: one with hook-shaped and one with loop-like elements, which allow fixing and separating ceramic tiles and the outer coating if necessary to replace them.

Кроме сложности и высокой стоимости конструкции необходимо отметить сомнительную возможность надежной установки новых керамических шестиугольных плиток в процессе ремонта. In addition to the complexity and high cost of construction, it is necessary to note the dubious possibility of reliable installation of new ceramic hexagonal tiles in the repair process.

Известная конструкция многослойной броневой панели, наиболее близкая к заявляемой (патент США 4813334; НКИ 89-36.2; публ. 1989), включает трехслойный сандвич из металлических пластин толщиной 2 мм, слой керамических плиток толщиной 8 мм с наружной стороны сандвича, слой армированного волокном пластика с тыльной стороны сандвича и возможный дополнительный металлический слой на лицевой стороне керамического слоя, связанные между собой с помощью сильного адгезива. The known design of the multilayer armor panel closest to the claimed one (US patent 4813334; NKI 89-36.2; publ. 1989) includes a three-layer sandwich of metal plates with a thickness of 2 mm, a layer of ceramic tiles with a thickness of 8 mm from the outside of the sandwich, a layer of fiber-reinforced plastic on the back side of the sandwich and a possible additional metal layer on the front side of the ceramic layer, bonded together with a strong adhesive.

Конструкция характерна весьма сложной технологией изготовления при достаточно большой удельной массе и, очевидно, высокой стоимостью. The design is characterized by a very complex manufacturing technology with a sufficiently large specific gravity and, obviously, high cost.

В предлагаемом изобретении решается задача создания бронепреграды для зашиты от бронебойных пуль, обладающей простотой конструкции и технологии изготовления, небольшой массой, невысокой стоимостью, стойкостью к внешним воздействиям в эксплуатационном диапазоне температур, влажности, вибраций, перегрузок, приемлемой для реализации на транспортных средствах, в особенности на вертолетах, и обеспечивающей стойкость по "6а" классу защиты по ГОСТ Р 50963-96 РФ и соответствующим классам стандартов США и Европы. The present invention solves the problem of creating armor barriers for protection against armor-piercing bullets, having a simplicity of design and manufacturing technology, low weight, low cost, resistance to external influences in the operating range of temperatures, humidity, vibration, overloads, acceptable for implementation on vehicles, in particular on helicopters, and providing durability according to "6a" protection class according to GOST R 50963-96 of the Russian Federation and the corresponding classes of US and European standards.

Поставленная задача достигается за счет того, что в многослойной бронепреграде, содержащей подложку из алюминиевого сплава, слой примыкающих друг к другу керамических пластин из оксида алюминия и наружную облицовку, склеенные между собой, - толщина керамических пластин составляет 0,8-1,2 толщины подложки, при этом подложка выполнена из алюминиевого сплава с пределом прочности при растяжении не менее 320 МПа, с относительным удлинением после разрыва не менее 15% и с твердостью по Бринелю d_отп=3,7-4,0 мм, а керамические пластины выполнены из оксида алюминия с плотностью 3,3•10³-3,9•10³кг/м.The problem is achieved due to the fact that in a multilayer armored barrier containing an aluminum alloy substrate, a layer of adjacent aluminum oxide ceramic plates and an outer cladding glued together, the thickness of the ceramic plates is 0.8-1.2 of the substrate thickness , wherein the substrate is made of an aluminum alloy with a tensile strength of at least 320 MPa with elongation after rupture of at least 15% and a Brinell hardness _TNA d = 3.7-4.0 mm and the ceramic plates are made of oxide aluminum with a density of 3.3 • 10 ³ -3.9 • 10 ³ kg / m.

Керамические пластины скреплены с наружной облицовкой, подложкой и между собой в слое в местах примыкания их торцев друг к другу с помощью клея с плотностью 1•10³-2•10³кг/м³, при этом толщина клеевого слоя между керамическими пластинами не превышает 0,5 мм, а между этими пластинами и подложкой не превышает 0,7 мм. Наружная облицовка выполнена из двух слоев ткани, например стеклоткани.Ceramic plates are bonded to the outer lining, the substrate and to each other in the layer at the places where their ends adjoin each other using glue with a density of 1 • 10 ³ -2 • 10 ³ kg / m ³ , while the thickness of the adhesive layer between the ceramic plates does not exceed 0.5 mm, and between these plates and the substrate does not exceed 0.7 mm. The outer lining is made of two layers of fabric, such as fiberglass.

Данные конструктивные соотношения и оптимальные характеристики материалов подложки, керамики и клеевого слоя получены на основании большого числа многофакторных экспериментов и неоднократно подтверждены экспериментально. В предложенной комбинации четырехслойной бронепреграды повышается эффективность работы материала подложки, которая поглощает энергии осколков сердечника пули и частей керамики за счет сочетания характеристик прочности, пластичности, твердости, а также толщины подложки. These structural relationships and the optimal characteristics of the substrate materials, ceramics, and adhesive layer were obtained on the basis of a large number of multifactor experiments and were repeatedly confirmed experimentally. The proposed combination of a four-layer armored barrier increases the efficiency of the substrate material, which absorbs the energy of the fragments of the bullet core and parts of ceramics by combining the characteristics of strength, ductility, hardness, and also the thickness of the substrate.

Материалы с требуемыми характеристиками могут быть подобраны среди существующих марок, например оксид алюминия марки Б-6 для керамических пластин, или получены путем технологической доработки существующих марок, например алюминиевый сплав АМГ-6 с требуемыми характеристиками может быть получен путем его отжига. Materials with the required characteristics can be selected among existing grades, for example, B-6 grade aluminum oxide for ceramic plates, or obtained by technological refinement of existing grades, for example, AMG-6 aluminum alloy with the required characteristics can be obtained by annealing it.

Как показывает опыт, площадь зоны стыков бронепреграды (в ней стойкость брони ниже, чем вне этой зоны) для пуль калибра 7,62 мм невелика. Эта площадь может быть еще больше уменьшена при малом зазоре между керамическими пластинами и при заполнении этого зазора составом с относительно высокой плотностью, а также при некотором увеличении общей толщины пластин керамики. Кроме того, проблема стыков при стрельбе по движущейся цели (транспортному средству и, в особенности, по летящему вертолету) практически отсутствует, так как угол встречи пули с броней, близкий к нормали, к поверхности брони весьма маловероятен. As experience shows, the area of the joints zone of the armored obstacle (in it the armor resistance is lower than outside this zone) for bullets of 7.62 mm caliber is small. This area can be further reduced with a small gap between the ceramic plates and when filling this gap with a composition with a relatively high density, as well as with a slight increase in the total thickness of the ceramic plates. In addition, the problem of junctions when firing at a moving target (a vehicle and, in particular, a flying helicopter) is practically absent, since the angle of the bullet with the armor close to the normal to the surface of the armor is very unlikely.

Таким образом, для дополнительного повышения эффективности работы сил сопротивления бронепреграды в целом по разрушению пуль и торможению их осколков пластины керамики должны быть уложены вплотную друг к другу. Технологический зазор между торцами этих пластин должен быть не более 0,5 мм и заполнен специальным клеем с плотностью 1•10³-2•10³кг/м, например герметикой ВИТЭФ-1. Это способствует определенному увеличению объема разрушающихся керамических элементов бронепреграды, вовлекаемых в процесс поглощения энергии пуль.Thus, in order to further increase the efficiency of the resistance forces of the armored obstacle as a whole in the destruction of bullets and the braking of their fragments, the ceramic plates should be laid close to each other. The technological gap between the ends of these plates should be no more than 0.5 mm and filled with special glue with a density of 1 • 10 ³ -2 • 10 ³ kg / m, for example, VITEF-1 sealant. This contributes to a certain increase in the volume of collapsing ceramic elements of the armored obstacle involved in the absorption of bullet energy.

Повышение стойкости бронепреграды достигается также за счет выполнения клеевого слоя между керамическими пластинами и подложкой толщиной не более 0,7 мм с заполнением его клеем с плотностью 1•10³-2•10³кг/м³, например герметикой ВИТЭФ-1.Increasing the resistance of the armored barrier is also achieved by performing an adhesive layer between ceramic plates and the substrate with a thickness of not more than 0.7 mm and filling it with adhesive with a density of 1 • 10 ³ -2 • 10 ³ kg / m ³ , for example, VITEF-1 sealant.

Лицевые осколки, образующиеся в результате взаимодействия пуль с бронепреградой, в большинстве своем удерживаются наружной облицовкой керамических пластин, выполненной из двух слоев ткани, например стеклоткани Т-10-80. Facial fragments resulting from the interaction of bullets with an armored obstacle are mostly held by the outer lining of ceramic plates made of two layers of fabric, for example T-10-80 fiberglass.

На чертеже изображено сечение фрагмента многослойной бронепреграды, где 1 - керамические пластины, 2 - подложка, 3 - клеевой слой, 4 - наружная облицовка. The drawing shows a cross section of a fragment of a multilayer armored barrier, where 1 is a ceramic plate, 2 is a substrate, 3 is an adhesive layer, 4 is an outer lining.

Керамические пластины 1 выполнены из оксида алюминия с плотность 3,3•10³-3,9•10³кг/м, например, марки Б-6. Пластины 1 имеют толщину А=7-8 мм. С помощью клея с плотность 1•10³-2•10³ кг/м³, например герметика ВИТЭФ-1, они прикреплены к подложке 2. Подложка 2 выполнена из алюминиевого сплава, например АМГ-6, с оптимальным сочетанием характеристик: предел прочности при растяжении (δ_в)-320 МПа, относительное удлинение после разрыва (δ) - 15%, твердость (НВ) d отп.=3,7-4,0 мм и толщиной В=7-8 мм. Соотношение толщины "А" керамической пластины 1 и толщины "В" металлической подложки 2 должно находиться в диапазоне А/В=0,8-1,2. Толщина "В" слоя герметика 3 между керамическими пластинами 1 и металлической подложкой 2 при плотности герметика 1•10³-2•10³кг/м³ не превышает 0,7 мм, а толщина слоя герметика в технологическом зазоре "а" между торцами примыкающих друг к другу керамических пластин 1 составляет не более 0,5 мм. Наружная облицовка 4 выполнена из двух слоев стеклоткани Т-10-80 и приклеена с наружной стороны керамических пластин 1.Ceramic plates 1 are made of aluminum oxide with a density of 3.3 • 10 ³ -3.9 • 10 ³ kg / m, for example, grade B-6. The plates 1 have a thickness of A = 7-8 mm. Using glue with a density of 1 • 10 ³ -2 • 10 ³ kg / m ³ , for example, VITEF-1 sealant, they are attached to the substrate 2. The substrate 2 is made of an aluminum alloy, for example AMG-6, with an optimal combination of characteristics: tensile strength tensile (δ _in ) -320 MPa, elongation after rupture (δ) - 15%, hardness (HB) d sp. = 3.7-4.0 mm and thickness B = 7-8 mm. The ratio of the thickness "A" of the ceramic plate 1 and the thickness "B" of the metal substrate 2 should be in the range A / B = 0.8-1.2. The thickness "B" of the sealant layer 3 between the ceramic plates 1 and the metal substrate 2 at a sealant density of 1 • 10 ³ -2 • 10 ³ kg / m ³ does not exceed 0.7 mm, and the thickness of the sealant layer in the technological gap "a" between the ends adjacent to each other ceramic plates 1 is not more than 0.5 mm The outer lining 4 is made of two layers of fiberglass T-10-80 and glued on the outside of the ceramic plates 1.

Проведенные многофакторные эксперименты показали, что указанные характеристики используемых материалов и приведенных соотношений толщин подложки, керамических пластин и клеевого слоя являются оптимальными для обеспечения требуемой стойкости бронепреграды. Бронепреграда, изготовленная согласно данной заявке, выдержала баллистические испытания на заявленную стойкость по "6а" классу защиты по ГОСТ Р 50963-96 РФ. Multivariate experiments have shown that the specified characteristics of the materials used and the given ratios of the thicknesses of the substrate, ceramic plates and the adhesive layer are optimal to ensure the required resistance of the armor barrier. An armored barrier made in accordance with this application has withstood ballistic tests for the declared resistance according to "6a" protection class according to GOST R 50963-96 of the Russian Federation.

Claims (3)

1. Многослойная бронепреграда, содержащая подложку из алюминиевого сплава, слой примыкающих друг к другу керамических пластин из оксида алюминия и наружную облицовку, склеенные между собой, отличающаяся тем, что толщина керамических пластин составляет 0,8-1,2 толщины подложки, при этом подложка выполнена из алюминиевого сплава с пределом прочности при растяжении не менее 320 МПа, с относительным удлинением после разрыва не менее 15% и с твердостью по Бринелю d_отп= 3,7-4,0 мм, а керамические пластины выполнены из оксида алюминия с плотностью 3,3•10³-3,9•10³ кг/м³.1. A multilayer armored barrier containing a substrate of aluminum alloy, a layer of adjacent to each other ceramic plates of aluminum oxide and the outer cladding glued together, characterized in that the thickness of the ceramic plates is 0.8-1.2 thickness of the substrate, while the substrate made of aluminum alloy with a tensile strength of at least 320 MPa with elongation after rupture of at least 15% and a Brinell hardness _TNA d = 3.7-4.0 mm and the ceramic plates made of alumina with a density of 3 , 3 • 10 ³ -3.9 • 10 ³ kg / m ³ . 2. Многослойная бронепреграда по п. 1, отличающаяся тем, что керамические пластины скреплены с наружной облицовкой, подложкой и между собой в слое в местах примыкания их торцев друг к другу с помощью клея с плотностью 1•10³-2•10³ кг/м³, при этом толщина клеевого слоя между керамическими пластинами не превышает 0,5 мм, а между этими пластинами и подложкой не превышает 0,7 мм.2. A multilayer armored barrier according to claim 1, characterized in that the ceramic plates are bonded to the outer lining, the substrate and to each other in the layer at the places where their ends adjoin each other using glue with a density of 1 • 10 ³ -2 • 10 ³ kg / m ³ , while the thickness of the adhesive layer between the ceramic plates does not exceed 0.5 mm, and between these plates and the substrate does not exceed 0.7 mm. 3. Многослойная бронепреграда по п. 1, отличающаяся тем, что наружная облицовка выполнена из двух слоев ткани, например, стеклоткани. 3. A multilayer armored barrier according to claim 1, characterized in that the outer lining is made of two layers of fabric, for example, fiberglass.