RU2260766C2 - Collision protecting device - Google Patents

Abstract

FIELD: personal protection-gear.

SUBSTANCE: collision protecting device comprises metallic plate and protecting plate made of a layered material. The thickness of the protecting plate is 0.2d_b < b₂ < 0.3d_b, and it is mounted on the face side of the metallic plate that undergoes shock. The metallic plate is made of a material whose rigidity is no less than 300 HB and thickness b₂ > 0.8d_b, where d_b is the diameter of the bullet, b₁ is the thickness of the metallic plate, and b₂ is the thickness of the protecting plate. The protecting plate can be made of a material with low specific density and high compression strength, say glass textolite.

EFFECT: enhanced reliability.

3 dwg

Description

Изобретение относится к области военной техники и может быть использовано для усиления защитных свойств бронежилетов и легкоуязвимых элементов конструкций транспортных средств и легкобронированной техники от поражения пулями штатного стрелкового оружия и высокоскоростными осколками.The invention relates to the field of military equipment and can be used to enhance the protective properties of bulletproof vests and easily vulnerable structural elements of vehicles and lightly armored vehicles from bullets from regular small arms and high-speed fragments.

Типичные защитные устройства, способные противостоять проникновению пуль и высокоскоростных осколков и предназначенные для защиты живой силы и легкоуязвимых элементов конструкций транспортных средств и легкобронированной техники, представляют собой слоистую конструкцию, например, состоящую из керамической лицевой пластины и расположенной за ней пластины из стекломатериала либо пластмассы для погашения остаточной энергии осколков [1, 2]. Недостатком таких защитный устройств является их дороговизна и способность выдерживать только один удар, т.к. керамическая пластина после воздействия ударника (пули, осколка) разрушается, а оставшийся тыльный слой, как правило, не выполняет прямую защитную функцию.Typical protective devices that can withstand the penetration of bullets and high-speed fragments and designed to protect manpower and vulnerable elements of vehicle structures and lightly armored vehicles are a layered structure, for example, consisting of a ceramic face plate and an adjacent plate made of glass material or plastic to extinguish residual energy of fragments [1, 2]. The disadvantage of such protective devices is their high cost and ability to withstand only one hit, because a ceramic plate after impact of a striker (bullet, fragment) is destroyed, and the remaining back layer, as a rule, does not perform a direct protective function.

Известна также группа устройств для защиты живой силы, конструкция которых состоит из нескольких слоев пуленепробиваемой ткани или арамидных волокон, скрепленных эпоксидным либо фенольным компаундом [3, 4]. Устройства такого типа для обеспечения защитной функции должны иметь большие габариты по толщине.A group of devices for protecting manpower is also known, the design of which consists of several layers of bulletproof fabric or aramid fibers bonded with an epoxy or phenolic compound [3, 4]. Devices of this type must have large dimensions in thickness to ensure a protective function.

Наиболее близким аналогом заявляемого изобретения является противоударное защитное устройство, выполненное в виде бронеплиты, состоящей из металлической (стальной) пластины, воспринимающей удар, и защитной пластины, расположенной с тыльной стороны, выполненной из слоистого материала с низкой степенью отслаивания [5].The closest analogue of the claimed invention is a shockproof protective device made in the form of an armor plate, consisting of a metal (steel) plate, perceiving impact, and a protective plate located on the back side made of a layered material with a low degree of delamination [5].

К недостаткам такого устройства относится следующее. Материалы с низкой степенью отслаивания (пластмассы, стеклопластики, текстолит) выдерживают нагрузку на растяжение значительно меньше, чем на сжатие. В этом случае в рассмотренном устройстве повышение защитных свойств обеспечивается за счет увеличения толщины либо металлической (стальной) пластины, либо из материала с низкой степенью отслаивания. Следовательно, это приводит к увеличению суммарного веса защиты на единицу площади, что нежелательно при использовании такого устройства для защиты живой силы.The disadvantages of such a device include the following. Materials with a low degree of exfoliation (plastics, fiberglass, textolite) withstand tensile stress much less than compression. In this case, in the device under consideration, an increase in the protective properties is provided by increasing the thickness of either a metal (steel) plate, or from a material with a low degree of delamination. Therefore, this leads to an increase in the total weight of the protection per unit area, which is undesirable when using such a device to protect manpower.

В настоящее время ведется поиск новых конструктивных решений защитных устройств, которые при оптимальном весе на единицу площади обеспечивали бы существенное понижение проникающей способности пуль и высокоскоростных осколков и исключали сквозное проникновение их за защиту.Currently, a search is underway for new design solutions for protective devices that, with optimal weight per unit area, would provide a significant reduction in the penetrating ability of bullets and high-speed fragments and exclude through penetration of them for protection.

Задачей настоящего изобретения является создание противоударного защитного устройства, обеспечивающего надежную защиту от пуль и осколков противопехотных боеприпасов при малом эквивалентном весе на единицу площади за счет использования известных конструкционных материалов.The objective of the present invention is to provide a shockproof protective device that provides reliable protection against bullets and fragments of anti-personnel ammunition with a small equivalent weight per unit area through the use of known structural materials.

Предложенное противоударное защитное устройство отличается от известного тем, что защитная пластина выполнена толщиной 0,2 d_п<b₂<0,3 d_п и расположена на лицевой поверхности металлической пластины, имеющей твердость по Бринеллю не менее 300 НВ, и выполненой толщиной b₁>0,8 d_п, где d_п - диаметр пули, b₁ - толщина металлической пластины, b₂ - толщина защитной пластины.The proposed shockproof protective device differs from the known one in that the protective plate is made with a thickness of 0.2 d _p <b ₂ <0.3 d _p and is located on the front surface of a metal plate having a Brinell hardness of at least 300 HB and made with a thickness of b ₁ > 0.8 d _p , where d _p is the diameter of the bullet, b ₁ is the thickness of the metal plate, b ₂ is the thickness of the protective plate.

На фиг.1 представлен один из конкретных вариантов выполнения противоударного защитного устройства, состоящего из стальной пластины 1, на лицевой поверхности которой расположена защитная пластина 2 из слоистого пластика с низкой степенью отслаивания, стеклотекстолита марки СТЭК [6].Figure 1 presents one of the specific embodiments of the shockproof protective device, consisting of a steel plate 1, on the front surface of which is a protective plate 2 of laminated plastic with a low degree of delamination, fiberglass brand STEC [6].

Противоударное защитное устройство работает следующим образом. При контакте пули 3 с защитной пластиной 2, материал которой имеет высокую прочность на сжатие, на начальной стадии взаимодействия происходит радиальное деформирование головной части пули, что приводит к увеличению площади контакта. Сила сопротивления при проникании пули в преграду пропорциональна произведению давления, являющегося функцией скорости внедрения, и площади контакта [7]. Вследствие этого при воздействии деформированной пули на металлическую пластину 1 вовлекается в процесс взаимодействия больший объем материала за счет увеличения площади контакта. Сила сопротивления внедрению ударника со стороны пластины 1 увеличивается, что обеспечивает интенсивное затухание скорости внедрения пули или осколка.Shock protective device operates as follows. When the bullet 3 contacts the protective plate 2, the material of which has high compressive strength, at the initial stage of interaction, the bullet head radially deforms, which leads to an increase in the contact area. The resistance force upon penetration of a bullet into an obstacle is proportional to the product of pressure, which is a function of the penetration rate, and the contact area [7]. As a result, when a deformed bullet acts on a metal plate 1, a larger volume of material is involved in the interaction process by increasing the contact area. The resistance to the penetration of the striker from the side of the plate 1 increases, which provides intensive attenuation of the speed of introduction of a bullet or a fragment.

Сущность изобретения иллюстрируется на фиг.2, где приведена фотография лицевой поверхности титановой пластины толщиной 6,7 мм, что составило 0,88d_п, и твердостью по Бринеллю 300 НВ после воздействия штатной пулей калибром d_п=7,62 мм со скоростью 670 м/с. В месте контакта пули с титановой пластиной без защитной пластины произошло ее сквозное пробитие при диаметре отверстия, равном 8 мм, превышающем диаметр пули, что иллюстрируется в верхней части фиг.2. В случае, когда титановая пластина защищена с лицевой стороны стеклотекстолитовой пластинкой марки СТЭК толщиной 2 мм, что составляет 0,26d_o, при действии пули с той же скоростью сквозное пробитие отсутствует, т.е. пуля не проникает через пластину. На лицевой поверхности титановой пластины вокруг места контакта наблюдаются сколы, просматриваемые в нижней части фиг.2, а на тыльной поверхности - выпучивание в направлении вектора скорости и сквозные радиальные трещины, расстояние между которыми значительно меньше диаметра сердечника пули. Развивающиеся напряжения и деформации в титановой пластине в процессе нагружения в первом случае приводят к образованию сквозного отверстия, формирующегося по типу выбивания "пробки", а во втором - только к деформированию и частичному радиальному разрыву материала титановой пластины в месте контакта без сквозного проникания пули через нее.The invention is illustrated in figure 2, which shows a photograph of the front surface of a titanium plate with a thickness of 6.7 mm, which amounted to 0.88d _p , and Brinell hardness of 300 HB after exposure to a regular bullet caliber d _p = 7.62 mm at a speed of 670 m /from. At the point of contact of the bullet with a titanium plate without a protective plate, it penetrated through when the diameter of the hole was 8 mm greater than the diameter of the bullet, which is illustrated in the upper part of figure 2. In the case when the titanium plate is protected on the front side with a STEK fiberglass plate of 2 mm thickness, which is 0.26 d _o , when the bullet is at the same speed, there is no through penetration, i.e. the bullet does not penetrate the plate. On the front surface of the titanium plate around the point of contact, chips are seen viewed in the lower part of FIG. 2, and on the back surface, bulging in the direction of the velocity vector and through radial cracks, the distance between which is much smaller than the diameter of the bullet core. The developing stresses and deformations in the titanium plate during loading in the first case lead to the formation of a through hole, which is formed as a knock-out knockout, and in the second only to deformation and partial radial rupture of the titanium plate material at the point of contact without through penetration of the bullet through it .

Проведены экспериментальные исследования по ударному взаимодействию штатной пули калибром 7,62 мм с противоударным защитным устройством, включающим пластину из высокопрочной стали толщиной 6,7 мм, что составило 0,88d_П, твердостью по Бринеллю 360 НВ, и лицевую пластину - стеклотекстолит марки СТЭК, толщиной от 1,5 до 3,0 мм, что составило 0,2d_П и 0,3 9d_П соответственно.Experimental studies were carried out on the impact interaction of a standard bullet with a caliber of 7.62 mm with a shockproof protective device, including a plate of high-strength steel with a thickness of 6.7 mm, which amounted to 0.88d _P , Brinell hardness of 360 HB, and a face plate - fiberglass of the STEC brand, thickness from 1.5 to 3.0 mm, which amounted to 0.2 d _P and 0.3 9 d _P, respectively.

Скорость пули регулировалась количеством порохового заряда и регистрировалась индукционным датчиком. Характер разрушения противоударного защитного устройства - сквозное пробитие либо деформационные изменения и формирование кратера - устанавливался визуально по его состоянию после опыта. Регистрировались линейные размеры разрушения в каждом опыте.The speed of the bullet was regulated by the amount of powder charge and was recorded by an induction sensor. The nature of the destruction of the shockproof protective device — through penetration or deformation changes and crater formation — was established visually by its state after the experiment. The linear sizes of fracture were recorded in each experiment.

Одной из важных характеристик динамики удара является предельная скорость пробития преграды. На фиг.3 представлена зависимость изменения предельной скорости пробития штатной пули от толщины лицевого защитного покрытия. Левая крайняя точка характеризует предельную начальную скорость пробития противоударного защитного устройства без лицевой пластины (V_o=693±5 м/с), а правая - с лицевой пластиной из стеклотекстолита СТЭК толщиной 3 мм (V_о=750±5 м/с).One of the important characteristics of impact dynamics is the ultimate penetration rate of an obstacle. Figure 3 shows the dependence of the change in the maximum penetration rate of a standard bullet on the thickness of the front protective coating. The left extreme point characterizes the limiting initial penetration rate of the shockproof protective device without a face plate (V _o = 693 ± 5 m / s), and the right one - with a face plate made of STEK fiberglass 3 mm thick (V _o = 750 ± 5 m / s).

Проведенный анализ экспериментальных данных по определению баллистического предела (предельная скорость пробития) противоударного защитного устройства с лицевой пластиной из различных марок стеклотекстолита позволил установить, что наиболее эффективным является стеклотекстолит марки СТЭК при оптимальном соотношении толщин лицевой и металлической пластин при минимальном весе устройства на единицу площади.The analysis of experimental data on the determination of the ballistic limit (maximum penetration rate) of a shockproof protective device with a face plate made of various grades of fiberglass made it possible to establish that STEKglass is the most effective with the optimum ratio of the thickness of the front and metal plates with a minimum weight per unit area.

В результате проведенных опытов установлено, что нанесение защитной пластины, изготовленной из стеклотекстолита с высокими прочностными характеристиками материала на сжатие, на лицевую поверхность металлической пластины с высокой твердостью обеспечивает повышение противоударной стойкости за счет потери кинетической энергии на деформационные процессы самой пули либо осколка и конструкции. Упругопластические свойства материалов противоударного защитного устройства способствуют его деформированию только в зоне контакта, не нарушая полной целостности. Учитывая этот факт, можно утверждать о том, что противоударное защитное устройство способно противостоять нескольким ударам пули либо эшелонированного потока высокоскоростных осколков. При этом необходимо учесть простоту изготовления противоударного защитного устройства, его эффективность и надежность.As a result of the experiments, it was found that applying a protective plate made of fiberglass with high strength characteristics of the material to compression on the front surface of a metal plate with high hardness increases the shock resistance due to the loss of kinetic energy on the deformation processes of the bullet itself or the fragment and the structure. The elastoplastic properties of the materials of the shockproof protective device contribute to its deformation only in the contact zone, without violating the complete integrity. Given this fact, it can be argued that the shockproof protective device is able to withstand several hits of a bullet or an echeloned stream of high-speed fragments. In this case, it is necessary to take into account the simplicity of manufacturing a shockproof protective device, its effectiveness and reliability.

Источники информацииSources of information

1. МПК F 41 H 5/04. США. Заявка №5361678 от 08.11.1994. Броня из композиционного материала с керамическим покрытием. // РЖ ИСМ. 1996. Вып.080. МПК F 41. №1. С.14.1. IPC F 41 H 5/04. USA. Application No. 5361678 dated 11/08/1994. Ceramic-coated composite armor. // RJ ISM. 1996. Iss. 080. IPC F 41. No. 1. S.14.

2. МКИ F 41 H 5/04. Великобритания. Заявка №2078913 от 13.01.1982. Усовершенствование, относящееся к защитным материалам. // РИ Изобретения в СССР и за рубежом. Вып.101 (МКИ F 41). №10-1982. С.10.2. MKI F 41 H 5/04. Great Britain. Application No. 2078913 dated 01/13/1982. Improvement related to protective materials. // RI Inventions in the USSR and abroad. Issue 101 (MKI F 41). No. 10-1982. S.10.

3. МКИ F 415/04. PCT (WO). Междунар. заявка №91/19951 от 26.12.1991. Многослойное устройство из композиционного материала для защиты от поражения пулями или осколками. // РЖ ИСМ. 1993. Вып.080. МПК F 41. №2.3. MKI F 415/04. PCT (WO). Int. application No. 91/19951 dated 12/26/1991. A multilayer device made of composite material to protect against damage by bullets or fragments. // RJ ISM. 1993. Iss. 080. IPC F 41. No. 2.

4. МКИ F 41 H 5/04, B 32 B 15/04, 7/00. ЕПВ (ЕР). Заявка №0237095 от 16.09.87. Бронированный композит с керамическим ударным слоем. // РИ ИСМ. 1988. Вып.104. МКИ F 41. №5. С.8.4. MKI F 41 H 5/04, B 32 B 15/04, 7/00. EPO (EP). Application No. 0237095 from 09.16.87. Armored composite with ceramic shock layer. // RI ISM. 1988. Issue 104. MKI F 41. No. 5. C.8.

5. МКИ F 41 H 7/04, 5/04. Франция. Заявка №2425046 А, опубликованная 30.11.1979. Броневые пластины для защиты от противопехотных боеприпасов. // РИ Изобретения в СССР и за рубежом. Вып.97 (МКИ F 41). №5-1980. С.7. ПРОТОТИП.5. MKI F 41 H 7/04, 5/04. France. Application No. 2425046 A, published on 11/30/1979. Armor plates for protection against anti-personnel ammunition. // RI Inventions in the USSR and abroad. Iss. 97 (MKI F 41). No. 5-1980. C.7. PROTOTYPE.

6. Филин А.П. Прикладная механика твердого деформируемого тела. Том I. // М.: Наука. 1975. С.223-380.6. Filin A.P. Applied mechanics of a solid deformable body. Volume I. // M.: Science. 1975. S. 223-380.

7. Высокоскоростные ударные явления. / Под ред. В.Н.Николаевского. // М.: Мир, 1973, 533 с.7. High speed shock phenomena. / Ed. V.N.Nikolaevsky. // M .: Mir, 1973, 533 p.

Claims (3)

1. Противоударное защитное устройство, включающее металлическую пластину и защитную пластину из слоистого материала с низкой степенью отслаивания, отличающееся тем, что защитная пластина выполнена толщиной 0,2 d_п<b₂<0,3 d_п и расположена на воспринимающей удар лицевой поверхности металлической пластины, при этом металлическая пластина выполнена твердостью не менее 300 НВ и толщиной b₁>0,8 d_п, где d_п - диаметр пули, b₁ - толщина металлической пластины, b₂ - толщина защитной пластины.1. Shockproof protective device comprising a metal plate and a protective plate of a layered material with a low degree of peeling, characterized in that the protective plate is made with a thickness of 0.2 d _p <b ₂ <0.3 d _p and is located on the front surface of the metallic surface plate, while the metal plate is made with a hardness of at least 300 HB and a thickness b ₁ > 0.8 d _p , where d _p is the diameter of the bullet, b ₁ is the thickness of the metal plate, b ₂ is the thickness of the protective plate. 2. Противоударное защитное устройство по п.1, отличающееся тем, что защитная пластина выполнена из материала с малой удельной плотностью и высокой прочностью на сжатие.2. The shockproof protective device according to claim 1, characterized in that the protective plate is made of a material with a low specific gravity and high compressive strength. 3. Противоударное защитное устройство по п.2, отличающееся тем, что защитная пластина выполнена из стеклотекстолита.3. The shockproof protective device according to claim 2, characterized in that the protective plate is made of fiberglass.

Images