RU2329455C1 - Composite armour - Google Patents

Abstract

FIELD: protective means.

SUBSTANCE: there are suggested a composite armour, containing a crushing-deflecting layer and an arresting layer. The crushing-deflecting layer consists of separate corundum components made as cylinders with one or two convex ends connected into a united panel by means of a binding on a polymer base and arranged with their axes along normal to an exterior surface of the armour. The arresting layer is made out of aluminium alloy or steel. The crushing-deflecting and arresting layers are arranged with a gap of more, than 1 mm, or a layer of a material with a coefficient of elasticity at compression less, than 40 GPa is placed between the said layers.

EFFECT: invention upgrades efficiency of armour.

3 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к средствам защиты техники от бронебойных пуль и снарядов, в частности к используемым для этих целей композитным броням.The invention relates to means of protecting equipment from armor-piercing bullets and shells, in particular to composite armor used for these purposes.

В течение многих лет для защиты человека и техники использовали металлическую броню из специальных броневых сталей. Эта броня была эффективна для защиты от пуль и снарядов с «мягким» сердечником, выполненным из свинца, медных сплавов или не легированных неупрочненных сталей. Однако после создания и внедрения бронебойных пуль и снарядов с сердечником из упрочненных сталей или специальных твердых материалов эта броня стала неэффективной; например, для защиты от бронебойной пули Б32 по 6а классу ГОСТ Р 50744-95 необходимо иметь слой стали толщиной более 13,5 мм, что соответствует массе более 100 кг/кв. м брони. Это обстоятельство стало причиной разработки новых типов конструкции брони, в частности композитной брони.For many years, to protect humans and equipment used metal armor from special armor steels. This armor was effective in protecting against bullets and soft-core shells made of lead, copper alloys, or non-alloy unreinforced steels. However, after the creation and introduction of armor-piercing bullets and shells with a core of hardened steels or special solid materials, this armor became ineffective; for example, to protect against armor-piercing bullet B32 according to class 6A GOST R 50744-95, it is necessary to have a layer of steel with a thickness of more than 13.5 mm, which corresponds to a mass of more than 100 kg / sq. m of armor. This circumstance led to the development of new types of armor designs, in particular composite armor.

Известны различные виды композитной брони, например слоистая броня по патенту США №6497966 [1], состоящая из наружного слоя, выполненного из керамики или сплава с твердостью выше 27HRC, промежуточного слоя из алюминиевого или другого сплава с твердостью менее 27HRC и тыльного слоя из полимерного композиционного материала, причем все три слоя скреплены между собой полимерным намоточным композиционным материалом. Недостатки этого технического решения - большой вес, низкая эксплуатационная надежность и малая живучесть конструкции. Низкая эксплуатационная надежность обусловлена тем, что при падении, ударах или вибрации происходит отслоение керамического слоя от остальных и резкое снижение баллистической стойкости. Аналогичное явление происходит при попадании пули, что обусловливает снижение баллистической стойкости при последующих попаданиях (низкая живучесть).Various types of composite armor are known, for example, layered armor according to US patent No. 6497966 [1], consisting of an outer layer made of ceramic or an alloy with a hardness higher than 27HRC, an intermediate layer of aluminum or another alloy with a hardness of less than 27HRC and a back layer of polymer composite material, and all three layers are bonded together by a polymer winding composite material. The disadvantages of this technical solution are the large weight, low operational reliability and low survivability of the structure. Low operational reliability is due to the fact that when falling, shock or vibration, the ceramic layer detaches from the others and a sharp decrease in ballistic resistance. A similar phenomenon occurs when a bullet hits, which leads to a decrease in ballistic resistance during subsequent hits (low survivability).

Наиболее близкой к предложенному изобретению по назначению и совокупности существенных признаков является композитная броня, известная из патента США №5972819 [2]. Эта броня содержит дробяще-отклоняющий и задерживающий слои. Дробящее-отклоняющий слой состоит из отдельных корундовых элементов, выполненных в виде цилиндров с выпуклыми торцами и соединенных в единую панель связующим на основе полимеров. Оси этих элементов расположены по нормали к наружной поверхности брони. Задерживающий слой выполнен из конструкционного материала на основе арамидных (Kevlar) или полиэтиленовых волокон (Dyneema) и полимерной матрицы. Броня обеспечивает эффективное поглощение и рассеивание энергии пули.Closest to the proposed invention for the purpose and combination of essential features is composite armor, known from US patent No. 59972819 [2]. This armor contains crushing-deflecting and retaining layers. The crushing-deflecting layer consists of individual corundum elements made in the form of cylinders with convex ends and connected to a single panel by a binder based on polymers. The axes of these elements are normal to the outer surface of the armor. The retaining layer is made of a structural material based on aramid (Kevlar) or polyethylene fibers (Dyneema) and a polymer matrix. Armor provides effective absorption and dispersion of bullet energy.

Это техническое решение принято заявителем в качестве наиболее близкого аналога заявленного изобретения. Недостатком его является то, что все положительные свойства такой брони реализуются лишь при использовании в качестве задерживающего слоя очень дорогих волокнистых материалов (Dyneema, Kevlar). Последнее обусловливается тем, что для эффективного поглощения и рассеивания энергии пули необходимо, чтобы после ее попадания в корундовый элемент этот элемент имел возможность хотя бы небольшого осевого перемещения. При этом корундовый элемент разворачивается и приводит в движение соседние элементы. Чем больше соседних элементов приведены в движение, тем меньше остаточная энергия пули и, следовательно, выше баллистическая прочность брони. Именно использование материалов типа Dyneema, Kevlar с низким модулем упругости при поперечном сжатии в качестве задерживающего слоя обеспечивает указанный эффект, но эти материалы очень дорогие.This technical solution was made by the applicant as the closest analogue of the claimed invention. Its disadvantage is that all the positive properties of such armor are realized only when very expensive fibrous materials (Dyneema, Kevlar) are used as a retaining layer. The latter is due to the fact that for effective absorption and dissipation of bullet energy, it is necessary that after it enters the corundum element, this element has the possibility of at least a small axial movement. In this case, the corundum element unfolds and drives neighboring elements. The more neighboring elements are set in motion, the lower the residual energy of the bullet and, therefore, the higher the ballistic strength of the armor. It is the use of materials such as Dyneema, Kevlar with a low modulus of transverse elasticity as a retaining layer that provides the indicated effect, but these materials are very expensive.

Задачей изобретения является создание композитной брони, сохраняющей положительные качества наиболее близкого аналога с одновременным снижением ее стоимости.The objective of the invention is the creation of composite armor, preserving the positive qualities of the closest analogue while reducing its cost.

Эта задача решается тем, что в композитной броне, имеющей общие с наиболее близким аналогом существенные признаки: «наличие дробяще-отклоняющего слоя, состоящего из отдельных корундовых элементов, выполненных в виде цилиндров с одним или двумя выпуклыми торцами, соединенных в единую панель связующим на основе полимеров и расположенных своими осями по нормали к наружной поверхности брони, а также наличие задерживающего слоя», дополнительно использованы следующие отличительные от этого аналога существенные признаки: «задерживающий слой выполнен из алюминиевого сплава или стали, дробяще-отклоняющий и задерживающий слои размещены с зазором более 1 мм или между дробяще-отклоняющим и задерживающим слоями размещен слой материала с модулем упругости при сжатии менее 40 ГПа».This problem is solved by the fact that in composite armor, which has essential features in common with the closest analogue: “the presence of a crushing-deflecting layer consisting of individual corundum elements made in the form of cylinders with one or two convex ends connected to a single panel by a binder based on polymers and located along their axes normal to the outer surface of the armor, as well as the presence of a retaining layer ", the following significant features distinguishing from this analogue were additionally used:" delaying layer made of aluminum alloy or steel, drobyasche-deflecting and retaining layers are arranged with a gap of 1 mm or more between drobyasche-deflecting and retarding layers is a layer of material with a modulus of elasticity under compression of less than 40 GPa. "

Использование в данном типе конструкций более дешевых конструкционных материалов в качестве задерживающего слоя, например алюминиевых сплавов или сталей, при плотном прилегании друг к другу обоих слоев само по себе неэффективно, так как они имеют высокий модуль упругости при поперечном сжатии, и при их использовании перемещение корундового элемента ограничено, в результате чего рассеяние энергии пули невелико, а сам корундовый элемент действует на задерживающий слой брони с большой силой, как пробойник, и вместе с пулей пробивает броню. Наличие зазора между вышеуказанными слоями устраняет этот дефект, так как дает возможность корундовому элементу развернуться вбок до его контакта с задерживающим слоем, в результате чего он эффективнее приводит в движение (расталкивает) смежные элементы, что, в свою очередь, обеспечивает лучшее рассеяние энергии пули, что было подтверждено соответствующими испытаниями.The use of cheaper structural materials in this type of structures as a retaining layer, for example, aluminum alloys or steels, when both layers are tightly adjacent to each other, is inefficient in itself, since they have a high modulus of elasticity under transverse compression, and corundum displacement element is limited, as a result of which the energy dissipation of the bullet is small, and the corundum element acts on the retaining layer of the armor with great force, like a punch, and together with the bullet penetrates the armor . The presence of a gap between the above layers eliminates this defect, since it allows the corundum element to turn sideways until it contacts the retaining layer, as a result of which it more efficiently moves (pushes) adjacent elements, which, in turn, provides better dispersion of bullet energy, which was confirmed by appropriate tests.

Использование дешевых материалов для задерживающего слоя позволяет решить поставленную задачу только при наличии зазора между этим и дробяще-отклоняющим слоем. Таким образом, только совокупность перечисленных существенных признаков позволяет решить задачу изобретения - создание композитной брони, сохраняющей положительные качества наиболее близкого аналога с одновременным снижением ее стоимости.The use of cheap materials for the retaining layer allows us to solve the problem only if there is a gap between this and the crushing-deflecting layer. Thus, only the combination of the essential features listed above allows us to solve the problem of the invention — the creation of composite armor that preserves the positive qualities of the closest analogue while reducing its cost.

В частном случае изобретения дополнительно к вышеизложенной совокупности существенных признаков используются следующие отличительные от наиболее близкого аналога признаки: «зазор между дробяще-отклоняющим и задерживающим слоями может образовываться распорками и/или крепежными элементами» и «задерживающий слой может выполняться из броневой стали». Это позволяет расширить диапазон вариантов использования предложенного изобретения.In the particular case of the invention, in addition to the above set of essential features, the following distinctive features are used from the closest analogue: "the gap between the crushing-deflecting and retaining layers may be formed by spacers and / or fasteners" and "the retaining layer may be made of armored steel". This allows you to expand the range of options for using the proposed invention.

Заявленное техническое решение композиционной брони является новым, так как вышеизложенная совокупность существенных признаков этого решения, в том числе и в частных случаях, не известна из уровня техники. Оно имеет изобретательский уровень, так как для специалиста явным образом не следует из уровня техники, а также промышленно применимо, так как может использоваться в промышленности для защиты различной техники от пуль и снарядов.The claimed technical solution of composite armor is new, since the above set of essential features of this solution, including in particular cases, is not known from the prior art. It has an inventive step, since it does not follow the prior art for a specialist, and is also industrially applicable, as it can be used in industry to protect various equipment from bullets and shells.

Изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 представлено схематичное изображение композитной брони, состоящей из дробяще-отклоняющего и задерживающего слоев с зазором между ними (пример 1). На фиг.2 представлен общий вид композитной брони с зазором между ними, заполненным материалом с низким модулем упругости при сжатии (пример 2). На фиг.З представлен пример использования композитной брони для защиты бронеавтомобиля.The invention is illustrated by drawings, where figure 1 shows a schematic representation of a composite armor consisting of crushing-deflecting and retaining layers with a gap between them (example 1). Figure 2 presents a General view of the composite armor with a gap between them, filled with a material with a low modulus of elasticity in compression (example 2). On Fig.3 presents an example of the use of composite armor to protect an armored car.

В примере 1 (фиг.1) броня имеет дробяще-отклоняющий слой 1, через зазор 2 соединенный с задерживающим слоем 3. Способ соединения указанных слоев не имеет принципиального значения, поэтому для упрощения на фиг.1 не показан. Дробяще-отклоняющий слой 1 образован набором отдельных корундовых элементов 4, связанных между собой полиуретановым полимером 5, при этом торцы 6 этих элементов имеют выпуклую форму, а оси этих элементов расположены по нормали к наружной поверхности брони, которая может быть не только плоской, но и выпуклой. Конструкция в целом крепится к корпусу защищаемого изделия любыми известными способами, например болтами (см. фиг.3). Для защиты от винтовочных бронебойных пуль Б32 предпочтительнее использовать корундовые элементы с размерами 13 мм в диаметре и 11 мм высотой, задерживающий слой из алюминиевого сплава АМг4 с толщиной листа 8 мм при величине зазора 30 мм. Эту же задачу можно решить, используя броневую сталь, например, марки Ц85, толщиной 4 мм в качестве задерживающего слоя.In example 1 (FIG. 1), the armor has a crushing-deflecting layer 1, through a gap 2 connected to the retaining layer 3. The method of connecting these layers is not of fundamental importance, therefore, it is not shown in FIG. 1 for simplicity. The shot-deflecting layer 1 is formed by a set of individual corundum elements 4, interconnected by a polyurethane polymer 5, while the ends 6 of these elements are convex in shape, and the axes of these elements are normal to the outer surface of the armor, which can be not only flat, but also convex. The design as a whole is attached to the body of the protected product by any known means, for example, bolts (see figure 3). To protect against B32 rifle armor-piercing bullets, it is preferable to use corundum elements with dimensions of 13 mm in diameter and 11 mm in height, a retaining layer of AMg4 aluminum alloy with a sheet thickness of 8 mm with a gap of 30 mm. The same problem can be solved using armor steel, for example, grade Ts85, with a thickness of 4 mm as a retaining layer.

В примере 2 броня имеет дробяще-отклоняющий слой 1, зазор 2, заполненный полиуретановым полимером, и задерживающий слой 3. В этом случае для защиты от винтовочных бронебойных пуль Б32 предпочтительнее использовать корундовые элементы с размерами 13 мм в диаметре и 11 мм высотой, задерживающий слой из алюминиевого сплава АМг4 с толщиной листа 8 мм при величине зазора, а следовательно, полиуретанового слоя - 3 мм. Все три указанных слоя соединены между собой клеем на основе полиуретана, но могут дополнительно скрепляться любыми известными средствами, например болтами.In example 2, the armor has a crushing-deflecting layer 1, a gap 2 filled with a polyurethane polymer, and a retaining layer 3. In this case, it is preferable to use corundum elements with dimensions of 13 mm in diameter and 11 mm in height, to hold back B32 rifle bullets from an aluminum alloy AMg4 with a sheet thickness of 8 mm with a gap value, and therefore, a polyurethane layer of 3 mm. All three of these layers are interconnected by adhesive based on polyurethane, but can be additionally fastened by any known means, for example, bolts.

Осуществление заявленного изобретения, показанное в приведенных примерах, позволяет решить основную задачу изобретения - создание композитной брони, сохраняющей положительные качества наиболее близкого аналога с одновременным снижением ее стоимости. Наличие зазора между дробяще-отклоняющим и задерживающим слоями обеспечивает при попадании пули в корундовый элемент брони возможность осевого перемещения этого элемента и его разворота, вызывающего движение соседних элементов, за счет чего происходит поглощение и рассеивание энергии пули и повышение защитных свойств брони.The implementation of the claimed invention, shown in the above examples, allows to solve the main task of the invention is the creation of composite armor that preserves the positive qualities of the closest analogue while reducing its cost. The presence of a gap between the crushing-deflecting and retaining layers provides, when a bullet enters the corundum armor element, the axial movement of this element and its rotation, causing the movement of neighboring elements, due to which the energy is absorbed and dissipated by the bullet and the protective properties of the armor increase.

В примере 3 в качестве задерживающего слоя используется материал корпуса 7 защищаемого изделия (бронетранспортера). В качестве элементов, удерживающих зазор (распорок), использованы шайбы 8, а в качестве элементов, соединяющих слои композитной брони между собой, а также крепящих броню на защищаемом изделии, использованы болтовые соединения 9.In example 3, the material of the body 7 of the protected product (armored personnel carrier) is used as the retaining layer. Washers 8 were used as elements holding the gap (spacers), and bolted joints 9 were used as elements connecting the composite armor layers to each other, as well as fastening the armor on the protected product.

В этом случае обеспечивается усиление защитных свойств уже существующей на защищаемом изделии брони при относительно малых затратах. При этом дробяще-отклоняющий слой как компонент композитной брони может быть съемным. Это позволяет более эффективно использовать защищаемое изделие в зависимости от обстановки, что особенно важно для подвижных изделий.In this case, the protective properties of the armor already existing on the protected product are enhanced at a relatively low cost. In this case, the crushing-deflecting layer as a component of composite armor can be removable. This allows more efficient use of the protected product depending on the situation, which is especially important for mobile products.

В представленных примерах у корундовых элементов 4 оба торца выполнены выпуклыми, но для решения задачи изобретения достаточно использовать корундовые элементы с одним выпуклым торцем, обращенным к наружной стороне брони.In the examples presented, for the corundum elements 4, both ends are convex, but to solve the problem of the invention, it is sufficient to use corundum elements with one convex end facing the outside of the armor.

Заявленное изобретение промышленно применимо, так как может использоваться в промышленности для защиты техники от пуль и снарядов.The claimed invention is industrially applicable, as it can be used in industry to protect equipment from bullets and shells.

Источники информацииInformation sources

1. Патент США №6497966, МКИ В32В 15/08, F41Н 5/02, Н Кл. 428/626, публ. 2002 г.1. US Patent No. 6497966, MKI B32B 15/08, F41H 5/02, N Cl. 428/626, publ. 2002 year

2. Патент США №5972819, МКИ С04В 35/10, Н Кл. 501/127, публ. 1999 г. (наиболее близкий аналог).2. US Patent No. 59972819, MKI C04B 35/10, N Cl. 501/127, publ. 1999 (the closest analogue).

Claims (3)

1. Композитная броня, содержащая дробяще-отклоняющий слой, состоящий из отдельных корундовых элементов, выполненных в виде цилиндров с одним или двумя выпуклыми торцами, соединенных в единую панель связующим на основе полимеров и расположенных своими осями по нормали к наружной поверхности брони, и задерживающий слой, отличающаяся тем, что задерживающий слой выполнен из алюминиевого сплава или стали, дробяще-отклоняющий и задерживающий слои размещены с зазором более 1 мм или между дробяще-отклоняющим и задерживающим слоями размещен слой материала с модулем упругости при сжатии менее 40 ГПа.1. Composite armor containing a crushing-deflecting layer, consisting of individual corundum elements made in the form of cylinders with one or two convex ends, connected to a single panel by a binder based on polymers and arranged with their axes normal to the outer surface of the armor, and a delay layer characterized in that the retaining layer is made of aluminum alloy or steel, the crushing-deflecting and retaining layers are placed with a gap of more than 1 mm, or a layer is placed between the crushing-deflecting and retaining layers material with an elastic modulus in compression of less than 40 GPa. 2. Композитная броня по п.1, отличающаяся тем, что зазор образован распорками и/или крепежными элементами.2. Composite armor according to claim 1, characterized in that the gap is formed by spacers and / or fasteners. 3. Композитная броня по п.1, отличающаяся тем, что задерживающий слой выполнен из броневой стали.3. Composite armor according to claim 1, characterized in that the retaining layer is made of armor steel.

Images