RU2559434C1 - Armour protection - Google Patents

Abstract

FIELD: weapons and ammunition.

SUBSTANCE: invention relates to military equipment, particularly, to armoured structures to be used individual and vehicle means of protection against bullets and high-energy fragments on the battlefield, in nuclear power industry, etc, as passive protection means. Armour protection substrate is composed of steel with expansion strength σ_"в" = 0.64-2.0 GPa and incorporates stiffness ribs made on side abutting on ceramic element. Ceramic element depth makes 1.3-1.8 of substrate depth.

EFFECT: decreased surface density of armour protection.

4 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к области вооружений и военной техники, в частности к броневым конструкциям, которые могут быть применены в индивидуальных и транспортных средствах для защиты от воздействия пуль стрелкового оружия и высокоэнергетических осколков поля боя, а также в атомной и других отраслях промышленности для применения в качестве средств пассивной защиты изделий.The invention relates to the field of weapons and military equipment, in particular to armored structures that can be used in individual and vehicles to protect against small arms bullets and high-energy fragments of the battlefield, as well as in nuclear and other industries for use as means passive protection of products.

Известна бронезащита (патент РФ 2204107; МПК F41H 5/04; опубл. 10.05.2003 г.), предназначенная для защиты от пуль со стальным сердечником объектов различного назначения.Known armor protection (RF patent 2204107; IPC F41H 5/04; publ. 05/10/2003), designed to protect against bullets with a steel core objects for various purposes.

Бронезащита от пуль со стальным сердечником включает защитные экраны, выполненные из металлических сеток с величиной ячеек от половины до одного калибра пули. При этом сетки выполнены из проволоки с твердостью не менее твердости сердечника пули.Armor protection from bullets with a steel core includes protective shields made of metal nets with mesh sizes from half to one caliber bullets. In this case, the mesh is made of wire with a hardness of at least the hardness of the bullet core.

Недостатками такой бронезащиты является следующее:The disadvantages of such armor protection is the following:

- большая толщина бронезащиты;- large thickness of armor;

- данное техническое решение не позволяет защитить объекты от пуль калибра более 7,62 мм и высокоэнергетических осколков поля боя.- this technical solution does not allow to protect objects from bullets of caliber more than 7.62 mm and high-energy fragments of the battlefield.

Известен броневой элемент для защитного жилета (патент РФ №2331038; МПК F41H 5/04, F41H 1/02; опубл. 10.08.2008 г.), предназначенный для защиты человека от поражения пулями с высокой кинетической энергией.Known armor element for a protective vest (RF patent No. 2331038; IPC F41H 5/04, F41H 1/02; publ. 08/10/2008), designed to protect a person from being hit by bullets with high kinetic energy.

Броневой элемент имеет три варианта исполнения. Броневой элемент для защитного жилета по варианту 1 содержит броневую плиту, на лицевой стороне которой выполнены полусферические углубления в шахматном порядке, и броневую подложку. Полусферические углубления выполнены с радиусом кривизны не менее половины калибра пули, но не более расстояния от начала наконечника пули до ее центра тяжести, а броневая подложка выполнена с углублением со стороны броневой плиты. Броневой элемент для защитного жилета по варианту 2 содержит броневую плиту, броневую подложку и демпфирующе-амортизационный элемент, размещенный с тыльной стороны броневой плиты. Броневая подложка выполнена с углублением со стороны демпфирующе-амортизационного элемента. Броневой элемент для защитного жилета по варианту 3 содержит броневую подложку и сформированные в блок броневые плиты и демпфирующе-амортизационные элементы, размещенные с лицевой и тыльной стороны броневых плит. Броневая подложка выполнена с углублением со стороны демпфирующе-амортизационного элемента.The armor element has three options. The armor element for the protective vest according to embodiment 1 comprises an armor plate, on the front side of which hemispherical recesses are made in a checkerboard pattern, and an armor plate. Hemispherical recesses are made with a radius of curvature of at least half the caliber of the bullet, but not more than the distance from the beginning of the bullet tip to its center of gravity, and the armor plate is made with a recess on the side of the armor plate. The armor element for the protective vest according to embodiment 2 comprises an armor plate, an armor plate and a damping-shock-absorbing element located on the back side of the armor plate. The armor plate is made with a recess on the side of the damping-cushioning element. The armor element for a protective vest according to embodiment 3 comprises an armor substrate and armor plates formed into a block and damping-damping elements placed on the front and back sides of the armor plates. The armor plate is made with a recess on the side of the damping-cushioning element.

Недостатками такого броневого элемента являются следующее:The disadvantages of this armor element are the following:

- данное техническое решение не позволяет защитить объекты от пуль со скоростями свыше 500 м/с и высокоэнергетических осколков поля боя;- this technical solution does not allow to protect objects from bullets with speeds above 500 m / s and high-energy fragments of the battlefield;

- высокая сложность изготовления броневого элемента;- high complexity of manufacturing an armor element;

- большая толщина характеристики.- large thickness characteristics.

Наиболее близким аналогом является многослойная бронепреграда (патент РФ №2180426; МПК F41H 5/04; опубл. 10.03.2002 г.), защищающая от воздействия бронебойных пуль для использования в качестве бронепанелей танков, вертолетов и других транспортных средств.The closest analogue is a multilayer armored obstacle (RF patent No. 2180426; IPC F41H 5/04; publ. 10.03.2002), which protects against armor-piercing bullets for use as armored panels of tanks, helicopters and other vehicles.

Многослойная бронепреграда содержит подложку из алюминиевого сплава, слой примыкающих друг к другу керамических пластин из оксида алюминия и наружную облицовку. Толщина керамических пластин составляет 0,8-1,2 толщины подложки, при этом подложка выполнена из алюминиевого сплава с пределом прочности не менее 340 МПа, с удлинением на разрыв не менее 15%, а керамические пластины выполненыThe multilayer armored barrier contains an aluminum alloy substrate, a layer of adjacent aluminum oxide ceramic plates and an outer lining. The thickness of the ceramic plates is 0.8-1.2 of the thickness of the substrate, while the substrate is made of aluminum alloy with a tensile strength of at least 340 MPa, with a tensile elongation of at least 15%, and the ceramic plates are made

из оксида алюминия с плотностью 3300-3900 кг/м³. Керамические пластины скреплены с наружной облицовкой, подложкой и между собой в слое в местах примыкания их торцов друг к другу с помощью клея с плотностью 100-200 кг/м³, 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.from aluminum oxide with a density of 3300-3900 kg / m ³ . 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 100-200 kg / m ³ , the thickness of the adhesive layer between the ceramic plates does not exceed 0.5 mm, and between these plates and substrate does not exceed 0.7 mm. The outer lining is made of two layers of fabric, for example, fiberglass.

Недостатками такой бронепреграды являются следующее:The disadvantages of such an armored barrier are the following:

- невысокая стойкость к бронебойным пулям крупнокалиберного стрелкового оружия вследствие применения подложки с низким пределом прочности и керамических пластин, обладающих не самыми высокими физико-механическими характеристиками;- low resistance to armor-piercing bullets of large-caliber small arms due to the use of a substrate with a low tensile strength and ceramic plates having not the highest physical and mechanical characteristics;

- достаточно высокая удельная масса вследствие применения керамических пластин из оксида алюминия с плотностью 3300-3900 г/см³.- a sufficiently high specific gravity due to the use of ceramic plates of aluminum oxide with a density of 3300-3900 g / cm ³ .

Задачей изобретения является разработка надежной защиты объекта от воздействия пуль до калибра 12,7 мм и высокоэнергетических осколков поля боя с поверхностной плотностью не более 90 кг/м² и толщиной не более 22 мм.The objective of the invention is to develop reliable protection of the object from bullets to a caliber of 12.7 mm and high-energy fragments of the battlefield with a surface density of not more than 90 kg / m ² and a thickness of not more than 22 mm.

Техническим результатом предлагаемого решения является уменьшение поверхностной плотности бронезащиты с сохранением защитных свойств за счет введения в конструкцию бронезащиты подложки из металлического материала с ребрами жесткости, что позволяет сохранить жесткость подложки и обеспечить минимальный вес конструкции бронезащиты.The technical result of the proposed solution is to reduce the surface density of body armor while maintaining protective properties due to the introduction of a substrate of metal material with stiffeners in the body armor structure, which allows to maintain the rigidity of the substrate and to ensure the minimum weight of the body armor structure.

Технический результат достигается тем, что бронезащита содержит подложку, керамический элемент и наружную облицовку, склеенные между собой. Подложка выполнена из стали с пределом прочности при растяжении σ_в=0,64-2,0 ГПа и имеет ребра жесткости, выполненные на стороне, прилегающей к керамическому элементу, высотой не более половины толщины подложки, ширина ребер жесткости и выборок не более половины калибра пули. Толщина керамического элемента составляет 1,3-1,8 толщины подложки. Между керамическим элементом и подложкой может быть установлен дополнительный слой подложки, при этом толщина подложки с ребрами жесткости составляет 0,3-0,7 суммарной толщины обеих подложек. Наружная облицовка выполнена из материала с прочностью σ50 МПа толщиной 0,2-2,5 мм. Керамический элемент состоит из примыкающих друг к другу пластин, склеенных между собой.The technical result is achieved in that the armor protection contains a substrate, a ceramic element and an outer lining glued together. The substrate is made of steel with a tensile strength σ _B = 0,64-2,0 GPa and has stiffening ribs formed on the side adjacent to the ceramic member, a height not exceeding half of the substrate thickness, width stiffeners and samples not more than half caliber bullets. The thickness of the ceramic element is 1.3-1.8 thickness of the substrate. An additional layer of the substrate can be installed between the ceramic element and the substrate, while the thickness of the substrate with stiffeners is 0.3-0.7 of the total thickness of both substrates. The outer cladding is made of material with a strength of σ50 MPa and a thickness of 0.2-2.5 mm. The ceramic element consists of plates adjacent to each other, glued together.

Керамические пластины могут быть выполнены из бронекерамики SiC, В₄С. Подложка может быть выполнена однослойной или многослойной. При многослойном исполнении, в зависимости от требуемого уровня защиты, толщина подложки с ребрами жесткости составляет 0,3-0,7 суммарной толщины обеих подложек. Ребра жесткости на подложке образованы путем выборки металла. Толщина подложки в зоне выборок должна быть достаточной для остановки вторичных осколков, образующихся при разрушении поражающего элемента, в слоях бронепреграды и недопущению их проникновения за пределы бронепреграды. Экспериментально установлено, что глубина выборки величиной не более половины толщины подложки обеспечивает остановку вторичных осколков поражающего элемента в слое облегченной подложки. Увеличение этого размера более половины толщины подложки не обеспечивает удержания вторичных осколков. Для сохранения необходимой жесткости подложки ширина ребер жесткости должна быть в пределах 0,4-0,6 от калибра пули, а для обеспечения минимальных весовых характеристик она должна быть как можно меньше. Для поражающих элементов с кинетической энергией до 20 кДж усредненная ширина ребер жесткости составляет половину калибра поражающего элемента. Ширина выборок должна быть не более половины калибра поражающего элемента для того, чтобы сформированный поражающий элемент по габариту не проходил в образованную выборкой ячейку. Подложка с ребрами жесткости устанавливается с тыльной стороны бронезащиты и соединяется с керамическими пластинами (либо с дополнительным слоем подложки) поверхностью с ребрами жесткости. Керамические пластины могут заневоливаться наружной облицовкой.Ceramic plates can be made of SiC, B ₄ C armored ceramics. The substrate can be single-layer or multi-layer. In multi-layer execution, depending on the required level of protection, the thickness of the substrate with stiffeners is 0.3-0.7 of the total thickness of both substrates. Stiffeners on the substrate are formed by sampling the metal. The thickness of the substrate in the sampling zone should be sufficient to stop the secondary fragments formed during the destruction of the striking element in the layers of the armor barrier and to prevent their penetration beyond the armor barrier. It was experimentally established that a sampling depth of no more than half the thickness of the substrate ensures the stop of the secondary fragments of the damaging element in the layer of lightweight substrate. An increase in this size of more than half the thickness of the substrate does not provide retention of secondary fragments. To maintain the necessary rigidity of the substrate, the width of the stiffeners should be within 0.4-0.6 of the caliber of the bullet, and to ensure minimum weight characteristics, it should be as small as possible. For striking elements with kinetic energies of up to 20 kJ, the average width of stiffeners is half the caliber of the striking element. The width of the samples should be no more than half the caliber of the striking element so that the formed striking element in size does not pass into the cell formed by the selection. The substrate with stiffeners is installed on the back of the armor and connects to ceramic plates (or with an additional layer of the substrate) with a surface with stiffeners. Ceramic plates may be overwhelmed by the outer lining.

Стойкость к воздействию бронебойно-зажигательных пуль стрелкового оружия и высокоэнергетических осколков поля боя и, как следствие, повышение надежности заявляемой защитной преграды достигается за счет того, что при воздействии пули или осколка на заневоленную с помощью облицовки керамическую пластину происходит эффективное воздействие на поражающий элемент за счет запасенной энергии, реализуемой в сходящемся к оси пробоины движении частиц керамической пластины. Запасание энергии «заневоленной» керамической пластиной происходит за счет энергии проникающего поражающего элемента. Благодаря высоким характеристикам упругости и прочности при сжатии керамические материалы способны кратковременно запасать значительную часть энергии при проникании поражающего элемента. Помимо энергетической составляющей происходит перераспределение энергии на большую площадь за счет образующего конуса разрушения в керамической пластине. Кроме того, за счет бокового ограничения керамической пластины облицовкой и соседними бронезащитными элементами, уменьшается (либо исключается) разгрузка (краевые эффекты) в керамическом слое. Образующиеся вторичные осколки улавливаются подложкой, при этом наличие подложки с пределом прочности при растяжении от 0,64 до 2,0 ГПа позволяет более эффективно взаимодействовать с поражающим элементом, снижая проникающее действие, уменьшая величину прогиба подложки и величину запреградного действия. Толщина керамических пластин из бронекерамики SiC, В₄С, обладающих высокими физико-механическими характеристиками, составляет от 1,3 до 1,8 толщины подложки, что позволяет останавливать крупнокалиберные пули стрелкового оружия и высокоэнергетические осколки поля боя. Образующиеся при выполнении ребер жесткости выборки в материале облегченной подложки позволяют уменьшить массу бронезащиты в тех же габаритах конструкции, при этом жесткостные характеристики подложек сохраняются на должном уровне.Resistance to the effects of armor-piercing incendiary bullets of small arms and high-energy fragments of the battlefield and, as a result, increasing the reliability of the claimed protective barrier is achieved due to the fact that when a bullet or a fragment is affected by a ceramic plate laced with cladding, an effective effect on the striking element occurs due to stored energy realized in the motion of particles of a ceramic plate converging to the axis of the hole. The energy is stored by a “stressed” ceramic plate due to the energy of a penetrating damaging element. Due to the high characteristics of elasticity and compressive strength, ceramic materials are capable of briefly storing a significant part of the energy upon penetration of the damaging element. In addition to the energy component, energy is redistributed over a large area due to the generatrix of the fracture cone in the ceramic plate. In addition, due to the lateral restriction of the ceramic plate by the lining and adjacent armored elements, the unloading (edge effects) in the ceramic layer is reduced (or eliminated). The resulting secondary fragments are captured by the substrate, while the presence of a substrate with a tensile strength from 0.64 to 2.0 GPa allows it to interact more effectively with the damaging element, reducing the penetrating effect, reducing the amount of deflection of the substrate and the magnitude of the restraint effect. The thickness of ceramic plates made of armored ceramics SiC, B ₄ C, with high physical and mechanical characteristics, ranges from 1.3 to 1.8 thicknesses of the substrate, which allows you to stop large-caliber bullets of small arms and high-energy fragments of the battlefield. Samples formed during stiffening ribs in the lightweight substrate material can reduce the mass of armor protection in the same dimensions of the structure, while the stiffness characteristics of the substrates are maintained at the proper level.

На фиг. 1 изображена бронезащита с облегченной подложкой, где: 1 - керамическая пластина, 2 - подложка с ребрами жесткости, 3 - дополнительный слой подложки, 4 - облицовка, 5 - ребро жесткости, А - высота ребер жесткости, Б - ширина ребер жесткости, В - ширина выборки.In FIG. 1 shows armor protection with a lightweight substrate, where: 1 - a ceramic plate, 2 - a substrate with stiffeners, 3 - an additional layer of the substrate, 4 - cladding, 5 - stiffener, A - height of stiffeners, B - width of stiffeners, B - sample width.

В качестве примеров конкретного исполнения бронезащиты с облегченной подложкой предложены следующие.The following are proposed as examples of a specific embodiment of body armor with a lightweight substrate.

1. Для защиты от бронебойно-зажигательной пули калибра 12,7 мм керамический элемент 1 выполнен из карбида бора толщиной 15 мм. Облегченная подложка (подложка с ребрами жесткости) 2 выполнена из стали 26ГСМ толщиной 6 мм. Облицовка 4 для фиксации керамического элемента 1 выполнена из стали 12Х18Н10Т толщиной 1 мм. Поверхностная плотность брони составляет 80,4 кг/м₂.1. To protect against armor-piercing incendiary bullet caliber 12.7 mm, the ceramic element 1 is made of boron carbide with a thickness of 15 mm. Lightweight substrate (substrate with stiffening ribs) 2 is made of steel 26ГСМ with a thickness of 6 mm. The lining 4 for fixing the ceramic element 1 is made of steel 12X18H10T 1 mm thick. The surface density of the armor is 80.4 kg / m ₂ .

2. Для защиты от пули Б-32 калибра 7,62 мм фронтальный керамический слой 1 выполнен из карбида бора толщиной 7 мм. Подложка 3 выполнена из АМгб толщиной 2 мм, облегченная подложка 2- из стали 12Х18Н10Т толщиной 4 мм. Облицовка 4 для фиксации керамического слоя 1 выполнена из стали 12Х18Н10Т толщиной 1 мм. Поверхностная плотность брони составляет 64,3 кг/м₂.2. To protect against a B-32 bullet of 7.62 mm caliber, the front ceramic layer 1 is made of boron carbide 7 mm thick. The substrate 3 is made of AMGB 2 mm thick, the lightweight substrate 2 is made of steel 12X18H10T 4 mm thick. The lining 4 for fixing the ceramic layer 1 is made of steel 12X18H10T with a thickness of 1 mm. The surface density of the armor is 64.3 kg / m ₂ .

Заявляемая конструкция позволяет решить поставленную задачу по разработке надежной бронезащиты от воздействия бронебойно-зажигательных пуль стрелкового оружия, высокоэнергетических осколков поля боя и получить новый технический результат, заключающийся в уменьшении поверхностной плотности бронезащиты с сохранением ее защитных характеристик.The claimed design allows us to solve the problem of developing reliable armor protection from the effects of armor-piercing incendiary bullets of small arms, high-energy fragments of the battlefield and to obtain a new technical result, which consists in reducing the surface density of armor protection while maintaining its protective characteristics.

Проведенные испытания на моделях подтвердили заявляемый технический результат.The tests on the models confirmed the claimed technical result.

Claims (4)

1. Бронезащита, содержащая подложку, керамический элемент и наружную облицовку, склеенные между собой, отличающаяся тем, что подложка изготовлена из стали с пределом прочности при растяжении σ_в=0,64-2,0 ГПа и имеет ребра жесткости, выполненные на стороне, прилегающей к керамическому элементу высотой не более половины толщины подложки, ширина ребер жесткости и выборок составляет не более половины калибра пули, а толщина керамического элемента 1,3-1,8 толщины подложки.1. Armor protection containing a substrate, a ceramic element and the outer cladding glued together, characterized in that the substrate is made of steel with tensile strength σ _in = 0.64-2.0 GPa and has stiffeners made on the side, adjacent to a ceramic element with a height of not more than half the thickness of the substrate, the width of the ribs and samples is not more than half the caliber of the bullet, and the thickness of the ceramic element is 1.3-1.8 thickness of the substrate. 2. Бронезащита по п.1, отличающаяся тем, что между керамическим слоем и подложкой установлен дополнительный слой подложки, при этом толщина подложки с ребрами жесткости составляет 0,3-0,7 суммарной толщины обеих подложек.2. Armor protection according to claim 1, characterized in that between the ceramic layer and the substrate an additional layer of the substrate is installed, while the thickness of the substrate with stiffening ribs is 0.3-0.7 of the total thickness of both substrates. 3. Бронезащита по п.1, отличающаяся тем, что наружная облицовка выполнена из материала с прочностью σ≥50 МПа толщиной 0,2-2,5 мм.3. Armor protection according to claim 1, characterized in that the outer cladding is made of a material with a strength of σ≥50 MPa with a thickness of 0.2-2.5 mm. 4. Бронезащита по п.1, отличающаяся тем, что керамический элемент состоит из примыкающих друг к другу пластин, склеенных между собой. 4. Armor protection according to claim 1, characterized in that the ceramic element consists of adjacent plates glued together.