Какие материалы используются для комбинированной брони. Гомогенная и композитная броня
С момента появления бронетехники извечное сражение между снарядом и броней обострилось. Одни конструкторы стремились увеличить пробивную способность снарядов, другие повышали стойкость брони. Борьба продолжается и сейчас. О том, как устроена современная танковая броня, «Популярной механике» рассказал профессор МГТУ им. Н.Э. Баумана, директор по науке НИИ стали Валерий Григорян
Поначалу атака на броню велась в лоб: пока основным видом воздействия был бронебойный снаряд кинетического действия, дуэль конструкторов сводилась к увеличению калибра пушки, толщины и углов наклона брони. Эта эволюция хорошо видна на примере развития танковых вооружений и брони во Второй мировой. Конструктивные решения того времени достаточно очевидны: сделаем преграду толще; если ее наклонить – снаряду придется пройти больший путь в толще металла, да и вероятность рикошета увеличится. Даже после появления в боекомплектах танковых и противотанковых пушек бронебойных снарядов с жестким неразрушающимся сердечником мало что изменилось.
Элементы динамической защиты (ЭДЗ)
Представляют собой «сэндвичи» из двух металлических пластин и взрывчатого вещества. ЭДЗ помещены в контейнеры, крышки которых защищают их от внешних воздействий и одновременно представляют собой метаемые элементы
Смертельный плевок
Однако уже в начале Второй мировой в поражающих свойствах боеприпасов произошла революция: появились кумулятивные снаряды. В 1941 году Hohlladungsgeschoss («снаряд с выемкой в заряде») начали применять немецкие артиллеристы, а в 1942-м и в СССР был принят на вооружение 76-мм снаряд БП-350А, разработанный после изучения трофейных образцов. Так были устроены и знаменитые фауст-патроны. Возникла проблема, не разрешимая традиционными способами из-за неприемлемого увеличения массы танка.
В головной части кумулятивного боеприпаса сделана коническая выемка в виде облицованной тонким слоем металла воронки (раструбом вперед). Детонация взрывчатого вещества начинается со стороны, ближайшей к вершине воронки. Детонационная волна «схлопывает» воронку к оси снаряда, а поскольку давление продуктов взрыва (почти полмиллиона атмосфер) превышает предел пластической деформации обкладки, последняя начинает вести себя как квазижидкость. Такой процесс не имеет ничего общего с плавлением, это именно «холодное» течение материала. Из схлопывающейся воронки выдавливается тонкая (сравнимая с толщиной оболочки) кумулятивная струя, которая разгоняется до скоростей порядка скорости детонации ВВ (а иногда и выше), то есть около 10 км/с и более. Скорость кумулятивной струи существенно превышает скорость распространения звука в материале брони (порядка 4 км/с). Поэтому взаимодействие струи и брони происходит по законам гидродинамики, то есть они ведут себя как жидкости: струя вовсе не прожигает броню (это широко распространенное заблуждение), а проникает в нее, подобно тому как струя воды под давлением размывает песок.
Слоеная защита
Первой защитой от кумулятивных боеприпасов стало применение экранов (двухпреградной брони). Кумулятивная струя формируется не мгновенно, для ее максимальной эффективности важно взорвать заряд на оптимальном расстоянии от брони (фокусное расстояние). Если перед основной броней поместить экран из дополнительных листов металла, то подрыв произойдет раньше и эффективность воздействия снизится. Во время Второй мировой для защиты от фаустпатронов танкисты крепили на свои машины тонкие металлические листы и сетчатые экраны (распространена байка об использовании в этом качестве панцирных кроватей, хотя в реальности применялись специальные сетки). Но такое решение было не слишком эффективным – прирост стойкости составлял в среднем всего 9–18%.
Поэтому при разработке нового поколения танков (Т-64, Т-72, Т-80) конструкторы применили другое решение – многослойную броню. Она состояла из двух слоев стали, между которыми помещался слой малоплотного наполнителя – стеклопластика или керамики. Такой «пирог» давал выигрыш в сравнении с монолитной стальной броней до 30%. Однако этот способ был неприменим для башни: у этих моделей она литая и поместить внутрь стеклопластик сложно с технологической точки зрения. Конструкторы ВНИИ-100 (ныне ВНИИ «Трансмаш») предложили вплавлять внутрь башенной брони шары из ультрафарфора, удельная струегасящая способность которого в 2–2,5 раза выше, чем у броневой стали. Специалисты НИИ стали выбрали другой вариант: между внешним и внутренним слоями брони помещались пакеты из высокопрочной твердой стали. Они принимали на себя удар ослабленной кумулятивной струи на скоростях, когда взаимодействие происходит уже не по законам гидродинамики, а в зависимости от твердости материала.
Полуактивная броня
Хотя затормозить кумулятивную струю достаточно непросто, она уязвима в поперечном направлении и легко может быть разрушена даже слабым боковым воздействием. Поэтому дальнейшее развитие технологии состояло в том, что комбинированная броня лобовых и бортовых частей литой башни образовывалась за счет открытой сверху полости, заполненной сложным наполнителем; сверху полость закрывалась приварными заглушками. Башни такой конструкции применялись на более поздних модификациях танков – Т-72Б, Т-80У и Т-80УД. Принцип действия вставок был разным, но использовал упомянутую «боковую уязвимость» кумулятивной струи. Такую броню принято относить к «полуактивным» системам защиты, поскольку в них используется энергия самого средства поражения.
Один из вариантов таких систем – ячеистая броня, принцип действия которой был предложен сотрудниками Института гидродинамики Сибирского отделения АН СССР. Броня состоит из набора полостей, заполненных квазижидким веществом (полиуретан, полиэтилен). Кумулятивная струя, попав в такой объем, ограниченный металлическими стенками, генерирует в квазижидкости ударную волну, которая, отражаясь от стенок, возвращается к оси струи и схлопывает каверну, вызывая торможение и разрушение струи. Такой тип брони обеспечивает выигрыш по противокумулятивной стойкости до 30–40%.
Еще один вариант – броня с отражающими листами. Это трехслойная преграда, состоящая из плиты, прокладки и тонкой пластины. Струя, проникая в плиту, создает напряжения, приводящие сначала к местному вспучиванию тыльной поверхности, а затем к ее разрушению. При этом происходит значительное вспучивание прокладки и тонкого листа. Когда струя пробивает прокладку и тонкую пластину, последняя уже начала движение в сторону от тыльной поверхности плиты. Поскольку между направлениями движения струи и тонкой пластины имеется некоторый угол, то в какой-то момент времени пластина начинает набегать на струю, разрушая ее. В сравнении с монолитной броней той же массы эффект от использования «отражающих» листов может достигать 40%.
Следующим усовершенствованием конструкции был переход на башни со сварной основой. Стало ясно, что разработки по увеличению прочности катаной брони более перспективны. В частности, в 1980-х годах были разработаны и готовы к серийному производству новые стали повышенной твердости: СК-2Ш, СК-3Ш. Применение башен с основой из проката позволило повысить защитный эквивалент по основе башни. В результате башня для танка Т-72Б с основой из проката обладала увеличенным внутренним объемом, рост массы составил 400 кг по сравнению с серийной литой башней танка Т-72Б. Пакет наполнителя башни выполнялся с применением керамических материалов и стали повышенной твердости или из пакета на основе стальных пластин с «отражающими» листами. Эквивалентная бронестойкость стала равна 500–550 мм гомогенной стали.
При пробитии элемента ДЗ кумулятивной струей взрывчатое вещество, находящееся в нем, детонирует и металлические пластины корпуса начинают разлетаться. При этом они пересекают траекторию струи под углом, постоянно подставляя под нее новые участки. Часть энергии расходуется на пробитие пластин, а боковой импульс от соударения дестабилизирует струю. ДЗ снижает бронепробивные характеристики кумулятивных средств на 50–80%. При этом, что очень важно, ДЗ не детонирует при обстреле из стрелкового . Применение ДЗ стало революцией в защите бронетехники. Появилась реальная возможность воздействовать на внедряющееся поражающее средство так же активно, как до этого оно воздействовало на пассивную броню
Взрыв навстречу
Тем временем технологии в области кумулятивных боеприпасов продолжали совершенствоваться. Если в годы Второй мировой войны бронепробиваемость кумулятивных снарядов не превышала 4–5 калибров, то позднее она значительно выросла. Так, при калибре 100–105 мм она уже составляла 6–7 калибров (в стальном эквиваленте 600–700 мм), при калибре 120–152 мм бронепробиваемость удалось поднять до 8–10 калибров (900–1200 мм гомогенной стали). Чтобы защититься от этих боеприпасов, требовалось качественно новое решение.
Работы над противокумулятивной, или «динамической», броней, основанной на принципе контрвзрыва, велись в СССР с 1950-х годов. К 1970-м ее конструкция уже была отработана во ВНИИ стали, но принять ее на вооружение мешала психологическая неподготовленность высокопоставленных представителей армии и промышленности. Убедить их помогло только успешное применение израильскими танкистами аналогичной брони на танках М48 и М60 в ходе арабо-израильской войны 1982 года. Поскольку технические, конструкторские и технологические решения были полностью подготовлены, основной танковый парк Советского Союза был оснащен противокумулятивной динамической защитой (ДЗ) «Контакт-1» в рекордный срок – всего за год. Установка ДЗ на танки Т-64А, Т-72А, Т-80Б, и без того уже обладавшие достаточно мощным бронированием, практически одномоментно обесценила существовавшие арсеналы противотанкового управляемого вооружения потенциальных противников.
Против лома есть приемы
Кумулятивный снаряд – не единственное средство поражения бронетехники. Гораздо более опасные противники брони – бронебойные подкалиберные снаряды (БПС). По конструкции такой снаряд прост – он представляет собой длинный лом (сердечник) из тяжелого и высокопрочного материала (обычно это карбид вольфрама или обедненный уран) с оперением для стабилизации в полете. Диаметр сердечника намного меньше калибра ствола – отсюда и название «подкалиберные». Летящий со скоростью 1,5–1,6 км/с «дротик» массой в несколько килограммов обладает такой кинетической энергией, что при попадании способен пробивать более 650 мм гомогенной стали. Причем описанные выше способы усиления противокумулятивной защиты практически не влияют на подкалиберные снаряды. Вопреки здравому смыслу, наклон броневых листов не только не вызывает рикошет подкалиберного снаряда, но даже ослабляет степень защиты от них! Современные «срабатывающиеся» сердечники не рикошетируют: при контакте с броней на переднем конце сердечника образуется грибовидный оголовок, играющий роль шарнира, и снаряд доворачивается в сторону перпендикуляра к броне, сокращая путь в ее толще.
Следующим поколением ДЗ стала система «Контакт-5». Специалисты НИИ стали проделали большую работу, решив множество противоречивых проблем: ДЗ должна была давать мощный боковой импульс, позволяющий дестабилизировать или разрушить сердечник БОПС, взрывчатое вещество должно было надежно детонировать от низкоскоростного (по сравнению с кумулятивной струей) сердечника БОПС, но при этом детонация от попадания пуль и осколков снарядов исключалась. С этими проблемами помогла справиться конструкция блоков. Крышка блока ДЗ выполнена из толстой (около 20 мм) высокопрочной броневой стали. При ударе в нее БПС генерирует поток высокоскоростных осколков, которые и детонируют заряд. Воздействие на БПС движущейся толстой крышки оказывается достаточным, чтобы снизить его бронепробивные характеристики. Воздействие на кумулятивную струю также увеличивается по сравнению с тонкой (3 мм) пластиной «Контакт-1». В результате установка ДЗ «Контакт-5» на танки повышает противокумулятивную стойкость в 1,5–1,8 раза и обеспечивает повышение уровня защиты от БПС в 1,2–1,5 раза. Комплекс «Контакт-5» устанавливается на российские серийные танки Т-80У, Т-80УД, Т-72Б (начиная с 1988 года) и Т-90.
Последнее поколение российской ДЗ – комплекс «Реликт», также разработанный специалистами НИИ стали. В усовершенствованных ЭДЗ удалось устранить многие недостатки, например недостаточную чувствительность при инициировании малоскоростными кинетическими снарядами и некоторыми типами кумулятивных боеприпасов. Повышенная эффективность при защите от кинетических и кумулятивных боеприпасов достигается за счет применения дополнительных метательных пластин и включения в их состав неметаллических элементов. В результате бронепробиваемость подкалиберными снарядами снижается на 20–60%, а благодаря возросшему времени воздействия на кумулятивную струю удалось добиться и определенной эффективности по кумулятивным средствам с тандемной боевой частью.
Сценарии будущих войн, включая уроки, выученные в Афганистане, будут создавать асимметрично-смешанные вызовы для солдат и их амуниции. Как результат, необходимость в более прочной и в то же время более легкой броне продолжит увеличиваться. Cовременные виды баллистической защиты для пехотинцев, автомобилей, летательных аппаратов и кораблей настолько разнообразны, что вряд ли можно охватить их все в рамках одной небольшой статьи. Остановимся на обзоре последних инноваций в этой области и очертим основные направления их развития. Композитное волокно - основа для создания композитных материалов. Наиболее прочные конструкционные материалы в настоящее время делаются из волокон, к примеру из углеволокна или сверхвысокомолекулярного полиэтилена (СВМПЭ, UHMWPE).
В течение последних десятилетий было создано или усовершенствовано много композитных материалов, известных под торговыми марками KEVLAR, TWARON, DYNEEMA, SPECTRA. Они изготовлены путем химического связывания или волокон параарамида, или высокопрочного полиэтилена.
Арамиды (Aramid) - класс термостойких и прочных синтетических волокон. Название происходит от словосочетания «ароматические полиамиды» (aromatic polyamide). В таких волокнах цепочки молекул строго ориентированы в определенном направлении, что позволяет управлять их механическими характеристиками.
К ним же принадлежат метаарамиды (например, NOMEX). Большую часть составляют сополиамиды, известные под маркой Тechnora производства японского химического концерна Teijin. Арамиды допускают большее разнообразие направлений волокон по сравнению с СВМПЭ. Параарамидные волокна, такие как KEVLAR, TWARON и Heracron, имеют великолепную прочность при минимальном весе.
Высокопрочное полиэтиленовое волокно DYNEEMA, выпускаемое компанией DSM Dyneema, считается самым прочным в мире. Оно в 15 раз прочнее стали и на 40% прочнее арамидов при том же весе. Это единственный композит, способный защитить от 7,62-мм пули АК-47.
KEVLAR - широко известная зарегистрированная торговая марка параарамидного волокна. Разработанное компанией DuPont в 1965 г., волокно выпускается в виде нитей или ткани, которые используются в качестве основы при создании композитных пластиков. При равном весе KEVLAR в пять раз прочнее стали, при этом более гибок. Для изготовления так называемых «мягких бронежилетов» используется KEVLAR XP, такая «броня» состоит из десятка слоев мягкой ткани, способной затормозить колюще-режущие предметы и даже пули с низкой энергетикой.
NOMEX - еще одна разработка DuPont. Огнеупорное волокно из метаарамида было разработано еще в 60-е гг. прошлого столетия и впервые представлено в 1967 году.
Полибензоимидазол (PBI) - синтетическое волокно с чрезвычайно высокой температурой плавления, которое практически невозможно поджечь. Используется для защитных материалов.
Материал под маркой Rayon представляет собой переработанные волокна целлюлозы. Поскольку Rayon создан на основе натуральных волокон, он не является ни синтетическим, ни натуральным.
SPECTRA - композитное волокно, выпускаемое компанией Honeywell. Является одним из прочнейших и легчайших волокон в мире. Используя фирменную технологию SHIELD, компания вот уже больше двух десятилетий производит баллистическую защиту для войсковых и полицейских подразделений на основе материалов SPECTRA SHIELD, GOLD SHIELD и GOLD FLEX. SPECTRA - ярко-белое полиэтиленовое волокно, устойчивое к химическим повреждениям, свету и воде. По заявлениям производителя, этот материал прочнее стали и на 40% прочнее арамидного волокна.
TWARON - торговое название прочного термоустойчивого параарамидного волокна производства компании Teijin. По оценкам производителя, использование материала для защиты бронетехники может снизить массу брони на 30–60% по сравнению с броневой сталью. Ткань Twaron LFT SB1, выпущенная по фирменной технологии ламинирования, состоит из нескольких слоев волокон, расположенных под различными углами друг к другу и связанных между собой наполнителем. Она используется для производства легких гибких бронежилетов.
Сверхвысокомолекулярный полиэтилен (СВМПЭ, UHMWPE), также называемый высокомолекулярным полиэтиленом - класс термопластичных полиэтиленов. Синтетические волоконные материалы под марками DYNEEMA и SPECTRA выдавливаются из геля через специальные фильеры, которые придают волокнам нужное направление. Волокна состоят из сверхдлинных цепочек с молекулярной массой, достигающей 6 млн. СВМПЭ обладают высокой устойчивостью к агрессивным средам. К тому же материал является самосмазывающимся и чрезвычайно устойчив к истиранию - до 15 раз больше, чем углеродистая сталь. По коэффициенту трения сверхвысокомолекулярный полиэтилен сравним с политетрафторэтиленом (тефлоном), но более износостоек. Материал не имеет запаха, вкуса, нетоксичен.
Комбинированная броня
Современная комбинированная броня может быть использована для индивидуальной защиты, бронирования транспортных средств, военно-морских судов, самолетов и вертолетов. Продвинутые технологии и небольшой вес позволяют создать бронезащиту с уникальными характеристиками. К примеру, компания Ceradyne, недавно вошедшая в состав концерна 3M, заключила контракт стоимостью $80 млн с Корпусом морской пехоты США на поставку 77 тыс. высокозащищенных шлемов (Enhanced Combat Helmets, ECH) как часть единой программы по замене средств защиты в Армии США, ВМС и КМП. В шлеме широко применяется сверхвысокомолекулярный полиэтилен вместо арамидных волокон, использовавшихся при изготовлении шлемов предыдущего поколения. Enhanced Combat Helmets похож на Advanced Combat Helmet, состоящий на вооружении в настоящий момент, но тоньше его. Шлем обеспечивает такую же защиту от пуль стрелкового оружия и осколков, что и предыдущие образцы.
Сержант Кайл Кинан (Kyle Keenan) демонстрирует вмятины от попаданий пистолетных 9-мм пуль с близкой дистанции на своем шлеме Advanced Combat Helmet, полученные в июле 2007 г. во время операции в Ираке. Шлем из композитного волокна способен эффективно защитить от пуль стрелкового оружия и осколков снарядов.
Человек - не единственное, что требует защиты отдельных жизненно важных органов на поле боя. К примеру, самолеты нуждаются в частичном бронировании, прикрывающем экипаж, пассажиров и бортовую электронику от огня с земли и поражающих элементов боевых частей ракет систем ПВО. В последние годы в этой области было сделано немало важных шагов: разработана инновационная авиационная и корабельная броня. В последнем случае применение мощной брони не получило широкого распространения, однако имеет решающее значение при оснащении судов, проводящих операции против пиратов, наркоторговцев и торговцев людьми: такие корабли сейчас подвергаются атакам не только стрелкового оружия разного калибра, но и обстрелам из ручных противотанковых гранатометов.
Изготовлением защиты для крупногабаритных транспортных средств занимается подразделение Advanced Armour компании TenCate. Ее серия авиационной брони создана, чтобы обеспечить максимальную защиту при минимальном весе, допускающем ее установку на летательные аппараты. Это достигается применением в линейках брони TenCate Liba CX и TenCate Ceratego CX - наилегчайших из существующих материалов. При этом баллистическая защита брони достаточно высока: к примеру, для TenCate Ceratego она достигает 4-го уровня по стандарту STANAG 4569 и выдерживает множественные попадания. В конструкции бронелистов применяются различные комбинации металлов и керамики, армирование волокнами арамидов, высокомолекулярного полиэтилена, а также угле- и стеклопластики. Спектр летательных аппаратов, использующих бронирование от TenCate, очень широк: от легкого многофункционального турбовинтового Embraer A-29 Super Tucano до «транспортника» Embraer KC-390.
TenCate Advanced Armour также изготавливает бронирование для малых и больших военных кораблей и гражданских судов. Бронированию подлежат критически важные части бортов, а также судовые помещения: оружейные погреба, капитанский мостик, информационный и коммуникационный центры, системы вооружения. Недавно компания представила т. н. тактический морской щит (Tactical Naval Shield) для защиты стрелка на борту судна. Он может быть развернут для создания импровизированной огневой точки или снят в течение 3 минут.
Комплекты авиационной брони LAST от компании QinetiQ North America исповедуют подход, применяемый в навесной броне наземных транспортных средств. Части летательного аппарата, требующие защиты, могут быть усилены в течение одного часа силами экипажа, при этом необходимый крепеж уже входит в поставляемые комплекты. Таким образом, могут быть оперативно модернизированы транспортные самолеты Lockheed C-130 Hercules, Lockheed C-141, McDonnell Douglas C-17, а также вертолеты Sikorsky H-60 и Bell 212, если условия выполнения миссии предполагают возможность обстрела из легкого стрелкового оружия. Броня выдерживает попадание бронебойной пули калибра 7,62 мм. Защита одного квадратного метра весит всего 37 кг.
Прозрачная броня
Традиционный и наиболее распространенный материал бронирования окон транспортных средств - закаленное стекло. Конструкция прозрачных «бронелистов» проста: между двумя толстыми стеклянными блоками запрессовывается прослойка из прозрачного ламината-поликарбоната. При попадании пули во внешнее стекло основной удар принимают на себя внешняя часть стеклянного «сэндвича» и ламинат, при этом стекло растрескивается характерной «паутиной», хорошо иллюстрируя направление рассеяния кинетической энергии. Слой поликарбоната препятствует проникновению пули во внутренний стеклянный слой.
Пулестойкое стекло часто называют «пуленепробиваемым». Это ошибочное определение, так как нет стекол разумной толщины, способных противостоять бронебойной пуле калибра 12,7 мм. Современная пуля такого типа имеет медную оболочку и сердечник из твердого плотного материала - например, обедненного урана или карбида вольфрама (по твердости последний сравним с алмазом). Вообще пулестойкость закаленного стекла зависит от многих факторов: калибр, тип, скорость пули, угол встречи с поверхностью и др., поэтому толщину пулестойких стекол зачастую выбирают с двойным запасом. В то же время его масса также увеличивается вдвое.
PERLUCOR - материал с высокой химической чистотой и выдающимися механическими, химическими, физическими и оптическими свойствами
Пулестойкое стекло имеет свои известные недостатки: оно не защищает от многочисленных попаданий и имеет слишком большой вес. Исследователи считают, что будущее в этом направлении принадлежит так называемому «прозрачному алюминию». Этот материал представляет собой специальный зеркально отполированный сплав, который вдвое легче и в четыре раза прочнее закаленного стекла. В его основе - оксинитрид алюминия - соединение алюминия, кислорода и азота, которое представляет собой прозрачную керамическую твердую массу. На рынке он известен под торговой маркой ALON. Производят его путем спекания изначально совершенно непрозрачной порошкообразной смеси. После того как смесь расплавится (температура плавления оксинитрида алюминия - 2140°C), ее резко охлаждают. Полученная твердая кристаллическая структура имеет такую же устойчивость к царапинам, как сапфир, то есть она практически не подвержена царапинам. Дополнительная полировка не только делает ее более прозрачной, но и укрепляет поверхностный слой.
Современные пулестойкие стекла изготавливаются трехслойными: снаружи расположена панель из оксинитрида алюминия, затем идет закаленное стекло, а завершается все слоем прозрачного пластика. Такой «сэндвич» не только прекрасно выдерживает попадания бронебойных пуль из ручного стрелкового оружия, но и способен противостоять более серьезным испытаниям, таким как огонь из пулемета калибра 12,7 мм.
Традиционно используемое в бронетехнике пулестойкое стекло царапает даже песок во время песчаных бурь, не говоря уже о воздействии на него осколков самодельных взрывных устройств и пуль, выпущенных из АК-47. Прозрачная «алюминиевая броня» гораздо устойчивее к подобному «выветриванию». Фактор, сдерживающий применение такого замечательного материала - его высокая стоимость: примерно в шесть раз выше, чем у закаленного стекла. Технология производства «прозрачного алюминия» разработана компанией Raytheon и сейчас предлагается под названием Surmet. При высокой стоимости этот материал все-таки дешевле сапфира, который применяется там, где нужна особенно высокая прочность (полупроводниковые приборы) или устойчивость к царапинам (стекла наручных часов). Поскольку для выпуска прозрачной брони привлекаются все большие производственные мощности, а оборудование позволяет выпускать листы все большей площади, ее цена в итоге может существенно снизиться. К тому же технологии производства все время совершенствуются. Ведь свойства такого «стекла», не пасующего перед обстрелом из пулемета БТР, слишком привлекательны. А если вспомнить, насколько «алюминиевая броня» снижает вес бронемашин, сомнений не остается: за этой технологией - будущее. Для примера: при третьем уровне защиты по стандарту STANAG 4569 типичное остекление площадью 3 кв. м будет весить около 600 кг. Такой излишек сильно влияет на ходовые качества бронемашины и, в итоге, на ее живучесть на поле боя.
Есть и другие компании, занимающиеся разработками в области прозрачной брони. CeramTec-ETEC предлагает PERLUCOR - стеклокерамику с высокой химической чистотой и выдающимися механическими, химическими, физическими и оптическими свойствами. Прозрачность материала PERLUCOR (свыше 92%) позволяет использовать его везде, где находит применение закаленное стекло, при этом он в три-четыре раза тверже стекла, а также выдерживает экстремально высокие (до 1600°C) температуры, воздействие концентрированных кислот и щелочей.
Прозрачная керамическая броня IBD NANOTech отличается меньшим весом, чем закаленное стекло той же прочности, - 56 кг/кв. м против 200
Компания IBD Deisenroth Engineering разработала прозрачную керамическую броню, сопоставимую по свойствам с непрозрачными образцами. Новый материал легче бронестекла примерно на 70% и может, по заявлениям IBD, выдерживать множественные попадания пуль в одни и те же области. Разработка является побочным продуктом процесса создания линейки бронекерамики IBD NANOTech. В процессе разработки компания создала технологии, позволяющие склеивать «мозаику» большой площади из мелких бронеэлементов (технология Mosaic Transparent Armour), а также ламинировать склейки укрепляющими подложками из фирменных нановолокон Natural NANO-Fibre. Такой подход дает возможность выпускать прочные прозрачные бронепанели, которые значительно легче традиционных из закаленного стекла.
Израильская компания Oran Safety Glass нашла свой путь в технологиях изготовления прозрачных бронелистов. Традиционно на внутренней, «безопасной» стороне стеклянной бронепанели расположен армирующий слой пластика, предохраняющий от разлетающихся осколков стекла внутрь бронемашины при попадании в стекло пуль и снарядов. Такой слой может постепенно покрываться царапинами при неаккуратных протирках, теряя прозрачность, а также имеет свойство отслаиваться. Запатентованная технология ADI укрепления слоев брони не требует такого армирования при соблюдении всех норм безопасности. Другая инновационная технология от OSG - ROCKSTRIKE. Хотя современная многослойная прозрачная броня защищена от ударов бронебойных пуль и снарядов, она подвержена растрескиванию и царапанью от попадания осколков и камней, а также постепенному расслоению бронелиста, - в итоге дорогостоящую бронепанель придется заменить. Технология ROCKSTRIKE является альтернативой армированию металлической сеткой и предохраняет стекло от повреждений твердыми предметами, летящими со скоростью до 150 м/с.
Защита пехотинцев
Современный бронежилет комбинирует специальные защитные ткани и твердые броневставки для дополнительной защиты. Такая комбинация может защитить даже от винтовочных 7,62-мм пуль, однако современные ткани уже способны самостоятельно остановить пистолетную пулю калибра 9 мм. Основной задачей баллистической защиты является поглощение и рассеяние кинетической энергии удара пули. Поэтому защита делается многослойной: при попадании пули ее энергия тратится на растяжение длинных прочных композитных волокон по всей площади бронежилета в нескольких слоях, изгиб композитных пластин, и в итоге скорость пули падает с сотен метров в секунду до нуля. Чтобы замедлить более тяжелую и острую винтовочную пулю, летящую со скоростью порядка 1000 м/с, наряду с волокнами требуются вставки из твердых металлических или керамических пластин. Защитные пластины не только рассеивают и поглощают энергию пули, но и притупляют ее наконечник.
Проблемой для применения композитных материалов в качестве защиты может стать чувствительность к температуре, повышенной влажности и соленому поту (некоторых из них). По мнению экспертов, это может вызвать старение и разрушение волокон. Поэтому в конструкции таких бронежилетов необходимо предусмотреть защиту от влаги и хорошую вентиляцию.
Важные работы ведутся и в области эргономичности бронежилетов. Да, нательная броня защищает от пуль и осколков, но может быть тяжелой, громоздкой, стеснять движения и замедлить передвижение пехотинца настолько, что его беспомощность на поле боя может стать едва ли не большей опасностью. Но в 2012 году в вооруженных силах США, где, согласно статистике, каждый седьмой военнослужащий - женского пола, начались испытания бронежилетов, разработанных специально для женщин. До этого военнослужащие-женщины носили мужскую «броню». Новинка отличается уменьшенной длиной, что предотвращает натирание бедер при беге, а также регулируется в области груди.
Бронежилеты, использующие вставки из керамической композитной брони от Ceradyne, экспонируются на мероприятии Special Operations Forces Industry Conference 2012
Решение другого недостатка - значительного веса бронежилета - может произойти с началом применения т. н. неньютоновских жидкостей в качестве «жидкой брони». Неньютоновская жидкость- такая, вязкость которой зависит от градиента скорости ее течения. В настоящий момент большинство бронежилетов, как писалось выше, использует комбинацию мягких защитных материалов и твердых броневставок. Последние и создают основной вес. Если заменить их на контейнеры с неньютоновской жидкостью, это и облегчило бы конструкцию, и сделало бы ее более гибкой. В разное время разработкой защиты на базе такой жидкости вели разные компании. Британское отделение BAE Systems даже представило работающий образец: пакеты со специальным гелем Shear Thickening Liquid, или пулестойким кремом, обладали примерно такими же показателями защиты, что 30-слойный кевларовый бронежилет. Очевидны и недостатки: такой гель после попадания пули просто вытечет через пулевое отверстие. Однако разработки в этой области продолжаются. Возможно использование технологии там, где требуется защита от удара, а не пуль: к примеру, сингапурская компания Softshell предлагает спортивную экипировку ID Flex, спасающую от травм и созданную на основе неньютоновской жидкости. Вполне реально применять такие технологии для внутренних амортизаторов шлемов или элементов пехотной брони - это может уменьшить вес защитного снаряжения.
Для создания легких бронежилетов компания Ceradyne предлагает броневставки, изготовленные из карбидов бора и кремния, соединенных горячим прессованием, в которые впрессованы волокна композитного материала, ориентированные специальным образом. Такой материал выдерживает множественные попадания, при этом твердые керамические соединения разрушают пулю, а композиты рассеивают и гасят ее кинетическую энергию, обеспечивая структурную целостность бронеэлемента.
Существует природный аналог волоконных материалов, который может быть применим для создания чрезвычайно легкой, упругой и прочной брони, - паутина. К примеру, волокна паутины крупного мадагаскарского паука Дарвина (Caerostris darwini) обладают ударной вязкостью, до 10 раз превосходящей аналогичный показатель кевларовых нитей. Создать искусственное волокно, схожее по свойствам с такой паутиной, позволила бы расшифровка генома паучьего шелка и создание специального органического соединения для изготовления сверхпрочных нитей. Остается надеяться, что биотехнологии, активно развивающиеся последние годы, предоставят когда-нибудь такую возможность.
Броня для наземной техники
Продолжает повышаться и защищенность бронетехники. Одним из распространенных и проверенных способов защиты от снарядов противотанковых гранатометов является применение противокумулятивного экрана. Американская компания АmSafe Bridport предлагает свой вариант - гибкие и легкие сетки Tarian, выполняющие те же функции. Помимо малого веса и простоты установки такое решение имеет еще одно преимущество: в случае повреждения сетка легко заменяется силами экипажа, не требуя применения сварки и слесарных работ в случае выхода из строя традиционных металлических решеток. Компания заключила контракт на поставку Минобороны Соединенного Королевства нескольких сотен таких систем в части, находящиеся сейчас в Афганистане. Аналогичным образом работает комплект Tarian QuickShield, предназначенный для оперативного ремонта и заделывания брешей в традиционных стальных решетчатых экранах танков и БТР. QuickShield поставляется в вакуумной упаковке, минимально занимая обитаемый объем бронетехники, и также проходит сейчас обкатку в «горячих точках».
Противокумулятивные экраны TARIAN компании АmSafe Bridport могут быть легко установлены и отремонтированы
Уже упоминавшаяся выше компания Ceradyne предлагает модульные комплекты бронирования DEFENDER и RAMTECH2 для тактических колесных автомобилей, а также грузовиков. Для легких бронеавтомобилей используется композитная броня, максимально защищая экипаж при жестких ограничениях по размеру и весу бронепластин. Ceradyne работает в тесном контакте с производителями бронетехники, давая ее конструкторам возможность в полной мере пользоваться своими разработками. Примером такой глубокой интеграции может служить бронетранспортер BULL, совместная разработка Ceradyne, Ideal Innovations и Oshkosh в рамках тендера MRAP II, объявленного командованием Корпуса морской пехоты США в 2007 г. Одним из его условий было обеспечение защиты экипажа бронемашины от направленных взрывов, случаи применения которых участились в то время в Ираке.
Германская компания IBD Deisenroth Engineering, специализирующаяся на разработке и изготовлении средств защиты объектов военной техники, разработала концепцию Evolution Survivability («Эволюция живучести») для средних бронемашин и основных боевых танков. Комплексная концепция использует последние разработки в области наноматериалов, используемые в линейке апгрейдов защиты IBD PROTech и уже проходящие испытания. На примере модернизации систем защиты ОБТ Leopard 2 это противоминное усиление днища танка, боковые защитные панели для противодействия самодельным взрывным устройствам и придорожным минам, защита крыши башни от боеприпасов воздушного подрыва, системы активной защиты, поражающие управляемые противотанковые ракеты на подлете и др.
Бронетранспортер BULL - пример глубокой интеграции защитных технологий Ceradyne
Концерн Rheinmetall, один из крупнейших производителей оружия и бронемашин, предлагает собственные комплекты апгрейда баллистической защиты различных транспортных средств серии VERHA - Versatile Rheinmetall Armour, «Универсальная броня Rheinmetall». Диапазон ее применения чрезвычайно широк: от броневставок в одежду до защиты военных кораблей. Используются как новейшие керамические сплавы, так и арамидные волокна, высокомолекулярный полиэтилен и др.
Алюминиевая композитная броня
Этторе ди Руссо
Профессор Ди Руссо является научным руководителем фирмы "Алюми-ниа", входящей в состав итальянской группы MCS консорциума EFIM.
Фирма "Алюминиа", входящая в состав итальянской группы MCS разработала новый тип композитной броневой плиты, пригод-ной для использования на легких боевых бронированных машинах (AFV). Она состоит из трех основных слоев различных по соста-ву и механическим свойствам алюминиевых сплавов, соединенных вместе в одну плиту посредством горячей прокатки. Эта композит-ная броня обеспечивает лучшую баллистическую защиту, чем любая стандартная монолитная броня из алюминиевых сплавов, используе-мых в настоящее время: алюминиево-магниевого (серии 5ХХХ) либо алюминиево-цинково-магниевого (серии 7ХХХ).
Эта броня обеспечивает такое сочетание твердости, ударной вязкости и прочности, которое обеспечивает высокое сопротивление баллистическому внедрению снарядов кинетического действия, а также сопротивление образованию отколов брони с тыльной поверх-ности в районе удара. Она также может свариваться при использо-вании обычных методов дуговой сварки в среде инертного газа, что делает ее пригодной для изготовления элементов боевых бронирован-ных машин.
Центральный слой этой брони изготовлен из алюминиево-цинково-магниево-медного сплава (Al-Zn-Mg-Cu), который обладает высокой механической прочностью. Передний и задний слои изготов-лены из поддающегося сварке ударновязкого Al-Zn-Mg сплава. Между двумя внутренними контактными поверхностями добавляются тонкие слои из технически чистого алюминия (99,5% Al). Они обеспечивают лучшую ацгезию и повышают баллистические свойства композитной плиты.
Такое композитное строение сделало возможным впервые исполь-зовать очень прочный Al-Zn-Mg-Cu сплав в сварной броневой конструкции. Сплавы этого типа обычно используются в конструкции самолетов.
Первым легким материалом, широко используемым в качестве броневой защиты в конструкции БТР, например, М-113, является не поддающийся термообработке Al-Mg сплав 5083. Трехкомпонентные Al-Zn-Mg сплавы 7020, 7039 и 7017 представляют второе поко-ление легких броневых материалов. Характерными примерами примене-ния этих сплавов являйте: английские машины "Скорпион", "Фокс", MCV-80 и "Феррет-80" (сплав 7017), французская АМХ-10Р (сплав 7020), американская "Брэдли" (сплавы 7039+5083) и испанская BMR -3560 (сплав 7017).
Прочность Al-Zn-Mg сплавов, полученная после термооб-работки, значительно выше прочности Al-Mg сплавов (например, сплава 5083), которые термообработке не поддаются. Кроме того, способность Al-Zn-Mg сплавов в отличие от Al-Mg сплавов к дисперсионному твердению при комнатной температуре позволяет в значительной мере восстанавливать прочность, которую они могут потерять при нагреве во время сварки.
Однако более высокая сопротивляемость Al-Zn-Mg сплавов пробиванию сопровождается их повышенной склонностью к образованию отколов брони из-за пониженной ударной вязкости.
Композитная трехслойная плита, благодаря наличию в ее составе слоев с различными механическими свойствами, является примером оптимального сочетания твердости, прочности и ударной вязкости. Она имеет коммерческое обозначение Tristrato и запатенто-вана в Европе, США, Канаде, Японии, Израиле и Южной Африке .
Рис.1.
Справа: образец броневой плиты Tristrato;
слева: поперечное сечение, показывающее твер-дость по Бринелю (НВ) каждого слоя.
Баллистические характеристики
На нескольких военных полигонах в Италии и за ее пределами были проведены испытания плит Tristrato толщиной от 20 до 50 мм обстрелом различными типами боеприпасов (различные типы 7,62-, 12,7-, и 14,5-мм бронебойных пуль и 20-мм бронебойных снарядов).
В процессе испытаний определились следующие показатели:
при различных фиксированных ударных скоростях определялись значения углов встречи, соответствующих частостям пробития 0,50 и 0,95;
при различных фиксированных углах встречи определялись ударные скорости, соответствующие частости пробития 0,5.
Для сравнения параллельно проводились испытания монолитных контрольных плит из сплавов 5083, 7020, 7039 и 7017. Результаты испытаний показали, что броневая плита Tristrato обеспечива-ет повышенное сопротивление пробитию выбранными бронебойными средствами калибром до 20 мм. Это позволяет значительно уменьшить массу на единицу защищаемой площади по сравнению с традиционными монолитными плитами при обеспечении одинаковой стойкости. Для слу-чая обстрела 7,62-мм бронебойными пулями при угле встречи 0 о обеспечивается следующее уменьшение массы, необходимой для обеспече-ния равной стойкости:
на 32% по сравнению со сплавом 5083
на 21% по сравнению со сплавом 7020
на 14% по сравнению со сплавом 7039
на 10% по сравнению со сплавом 7017
При угле встречи 0 о ударная скорость, соответствующая час-тости пробития 0,5, повышается по сравнению с монолитными плитами из сплавов 7039 и 7017 на 4...14% в зависимости от типа базисного сплава, толщины брони и типа боеприпаса Композитная плита особен-но эффективна для защиты от 20-мм снарядов FSP , при обстре-ле которыми указанная характеристика возрастает на 21%.
Повышенная стойкость плиты Tristrato объясняется соче-танием высокой сопротивляемости внедрению пули (снаряда) из-за наличия твердого центрального элемента со способностью удерживать осколки, возникающие при пробитии центрального слоя, пластичным тыльным слоем, который сам осколков не дает.
Пластичный слой с тыльной стороны Tristrato играет важ-ную роль в предотвращении отколов брони. Этот эффект усиливается возможностью отслоения пластичного тыльного слоя и его пластичес-ким деформированием на значительной площади в районе попадания.
Это важный механизм сопротивления пробитию плиты Tristrato . Процесс отслоения поглощает энергию, а пустота, образуемая между сердцевиной и тыльным элементом, может улавливать снаряд и осколки, образуемые при разрушении высокотвердого материала сердцевины. Подобным же образом, расслоение на границе раздела между передним (лицевым) элементом и центральным слоем может способствовать раз-рушении снаряда или направлять снаряд и осколки вдоль границы раздела.
Рис.2.
Слева: схема, показывающая механизм сопротивления образованию отколов брови плиты Tristrate;
справа: результаты удара тупоносым бронебойным
снарядом по толстой плите Tristrato;
Производственные свойства
Плиты Tristrato можно сварить, пользуясь теми же мето-дами, которые применяются для соединения традиционных монолитных плит из Al - Zn - Mg сплавов (методами TIG и MIG ). Структура композитной плиты требует, чтобы были все же приняты некоторые специфические меры, определяемые особенностями хими-ческого состава центрального слоя, который следует рассматривать как "нехороший для сварки" материал, в отличие от переднего и тыльного элементов. Следовательно, при разработке сварного соединения следует учитывать тот факт, что основной вклад в механи-ческую прочность соединения должен вноситься наружным и тыльным элементами плиты.
Геометрия сварных соединений должна локализовать сварочные напряжения по границе и в зоне сплавления наплавленного и основного металлов. Это является важным для разрешения проблем корро-зионного растрескивания наружного и тыльного слоев плиты, которое иногда обнаруживается в Al - Zn - Mg сплавах. Центральный элемент благодаря высокому содержанию меди обнаруживает высокое сопротивление коррозионному растрескиванию.
Rrof. ETTORE DI RUSSO
ALUMINIUM COMPOSITE ARMOUR.
INTERNATIONAL DEFENSE REVIEW, 1988, No12, p.1657-1658
Все защитные структуры бронеодежды можно разделить на пять групп, в зависимости от применяемых материалов:
Текстильная (тканая) броня на основе арамидных волокон
Сегодня баллистические ткани на основе арамидных волокон являются базовым материалом для гражданских и военных бронежилетов. Баллистические ткани производятся во многих странах мира и существенно различаются не только названиями, но характеристиками. За границей это — кевлар (США) и тварон (Европа), а в России - целый ряд арамидных волокон, заметно отличающихся от американских и европейских по своим химическим свойствам.
Что же представляет собой арамидное волокно? Выглядит арамид как тонкие волокна-паутинки желтого цвета (очень редко используют другие цвета). Из этих волокон сплетаются арамидные нити, а уже из нитей впоследствии изготавливается баллистическая ткань. Арамидное волокно имеет очень высокую механическую прочность.
Большинство специалистов в области разработки бронеодежды считают, что потенциал российских арамидных волокон до сих пор полностью не реализован. Например, броневые структуры из наших арамидных волокон превосходят зарубежные в соотношении «характеристики защиты/вес». А некоторые композитные структуры по этому показателю ничуть не хуже структур из сверхвысокомолекулярного полиэтилена (СВМПЭ). При этом, физическая плотность СВМПЭ в 1,5 раз меньше.
Марки баллистических тканей :
- Кевлар ® (Дюпон, США)
- Тварон ® (Тейджин Арамид, Нидерланды)
- СВМ, РУСАР® (Россия)
- Херакрон® (Колон, Корея)
Металлическая броня на основе стали (титан) и алюминиевых сплавов
После длительного перерыва со времен средневековых доспехов, бронепластины изготавливались из стали и широко использовались во время Первой и Второй Мировых войн. Легкие сплавы стали применяться позже. Например, во время войны в Афганистане получили распространение бронежилеты с элементами из броневого алюминия и титана. Современные броневые сплавы позволяют уменьшить толщину панелей в два-три раза по сравнению с панелями, изготовленными из стали, и, следовательно, в два-три раза уменьшают вес изделия.
Алюминиевая броня. Алюминий превосходит стальную броню, обеспечивая защиту от бронебойных пуль калибра 12,7 или 14,5 мм. Кроме того, алюминий обеспечен сырьевой базой, более технологичен, хорошо сваривается и обладает уникальной противоосколочной и противоминной защитой.
Титановые сплавы. Основным преимуществом титановых сплавов считается сочетание коррозионной стойкости и высоких механических свойств. Чтобы получить сплав титана с заранее определенными свойствами, его подвергают легированию хромом, алюминием, молибденом и другими элементами.
Керамическая броня на основе композиционных керамических элементов
С начала 80-х годов в производстве бронеодежды применяются керамические материалы, превосходящие металлы по соотношению «степень защиты/вес». Однако, использование керамики возможно только в сочетании с композитами из баллистических волокон. При этом необходимо решать проблему низкой живучести подобных бронепанелей. Также не всегда удается эффективно реализовать все свойства керамики, поскольку такая бронепанель требует бережного обращения.
В Российском Минобороны задачу высокой живучести керамических бронепанелей обозначили еще в 1990-х годах. До тех пор керамические бронепанели сильно проигрывали стальным по этому показателю. Благодаря такому подходу сегодня российские войска имеют надежную разработку - бронепанели семейства «Гранит-4».
Основная масса бронежилетов за границей состоит из композитных броневых панелей, которые изготавливаются из цельных керамических монопластин. Причина этого в том, что для солдата во время боевых действий шанс быть многократно пораженным в область одной и той же броневой панели крайне мал. Во-вторых, такие изделия гораздо более технологичны, т.е. менее трудоемки, а значит, и стоимость их гораздо ниже стоимости набора из плиток меньшего размера.
Используемые элементы:
- Оксид алюминия (корунд);
- Карбид бора;
- Карбид кремния.
Композитная броня на основе высокомодульного полиэтилена (слоистого пластика)
На сегодняшний день наиболее передовым видом бронеодежды с 1 по 3 класс (с точки зрения веса) считаются броневые панели на основе волокон СВМПЭ (сверхвысокомодульного полиэтилена).
Волокна СВМПЭ имеют высокую прочность, догоняя арамидные. Баллистические изделия из СВМПЭ имеют положительную плавучесть и не теряют при этом своих защитных свойств, в отличие от арамидных волокон. Однако СВМПЭ совершенно не подходит для изготовления бронежилетов для армии. В военных условиях велика вероятность контакта бронежилета с огнем или раскаленными предметами. Более того, зачастую бронежилет используется в качестве подстилки. А СВМПЭ, какими бы свойствами он ни обладал, остается все же полиэтиленом, предельная температура эксплуатации которого не превышает 90 градусов Цельсия. Однако СВМПЭ отлично подходит для изготовления полицейских жилетов.
Стоит заметить, что мягкая бронепанель, изготовленная из волокнистого композита, не способна обспечить защиту от пуль с твердосплавным или термоупрочненным сердечником. Максимум, что может обеспечить мягкая структура из ткани — защита от пистолетных пуль и осколков. Для защиты от пуль длинноствольного оружия необходимо использовать бронепанели. При воздействии пули длинноствольного оружия создается высокая концентрация энергии на малой площади, к тому же такая пуля является острым поражающим элементом. Мягкие ткани в пакетах разумной толщины их уже не удержат. Именно поэтому целесообразно использовать СВМПЭ в конструкции с композитным основанием бронепанелей.
Основными поставщиками арамидных волокон из СВМПЭ для баллистических продуктов являются:
- Дайнима® (ДСМ, Нидерланды)
- Спектра® (США)
Комбинированная (многослойная) броня
Материалы для бронежилетов комбинированного типа подбираются в зависимости от условий, в которых будет эксплуатироваться бронеодежда. Разработчики СИБ комбинируют применяемые материалы и используют их вместе — таким образом удалось значительно улучшить защитные свойства бронеодежды. Текстильно-металлическая, керамикоорганопластиковая и другие виды комбинированной брони на сегодняшний день широко используются во всем мире.
Уровень защиты бронеодежды варьируется в зависимости от материалов, которые в ней используются. Однако, сегодня решающую роль играют не только сами материалы для бронежилетов, но и специальные покрытия. Благодаря достижениям нанотехнологии, уже разрабатываются модели, удароустойчивость которых многократно повышена при значительном уменьшении толщины и веса. Такая возможность возникает благодаря нанесению на гидрофобизированный кевлар специального геля с наночистицами, повышающего стойкость кевлара к динамическому удару в пять раз. Такая броня позволяет существенно уменьшить размеры бронежилета, сохраняя тот же класс защиты.
О классификации СИЗ читайте .
Изобретение относится к области разработки средств защиты техники от бронебойных пуль.
Прогресс в создании высокоэффективных поражающих средств и определяемое им повышение требований к бронезащите обусловило создание многослойной комбинированной брони. Идеология комбинированной защиты заключается в сочетании нескольких слоев разнородных материалов с приоритетными свойствами, включающем фронтальный слой из особотвердых материалов и высокопрочный энергоемкий тыльный слой. В качестве материалов фронтального слоя используют керамику высшей категории твердости, при этом задача ее сводится к разрушению закаленного сердечника, вследствие напряжений, возникающих при их высокоскоростном взаимодействии. Тыльный удерживающий слой предназначен для погашения кинетической энергии и блокировки осколков, образующихся в результате ударного взаимодействия пули с керамикой.
Известны технические решения, предназначенные для защиты поверхностей, имеющих сложный геометрический рельеф, - патенты США №5972819 А, 26.10.1999; №6112635 А, 05.09.2000, №6203908 В1, 20.03.2001; патент РФ №2329455, 20.07.2008. Общим в этих решениях является использование в фронтальном высокотвердом слое малоразмерных керамических элементов, как правило, в виде тел вращения, наибольшее распространение среди которых получили элементы в виде цилиндров. При этом эффективность работы керамики повышают за счет использования выпуклых покатых торцов с одной или обеих сторон цилиндров. В этом случае при встрече поражающего средства с овальными поверхностями керамики действует механизм увода или сбивания пули с траектории полета, существенно затрудняющий работу по преодолению керамической преграды. Кроме того, использование в этом случае малоразмерной керамики обеспечивается более высокий по сравнению с плиточным вариантом уровень живучести за счет существенного уменьшения зоны поражения и весьма важная для практики частичная локальная ремонтопригодность конструкций.
Вместе с тем высокая эффективность работы многослойной брони определяется не только свойствами материалов основных слоев, но и условиями их взаимодействия при высокоскоростном ударе, в частности акустическим контактом керамического и тыльного слоев, обеспечивающим возможность частичной передачи упругой энергии в тыльную подложку.
Современные представления о механизме ударного взаимодействия бронебойного сердечника и комбинированной защиты состоят в следующем. На первоначальном этапе при встрече сердечника с броней внедрения его в керамику не происходит ввиду того, что последняя обладает существенно большей твердостью по сравнению с таковой у сердечника, далее происходит разрушение сердечника за счет генерирования в нем высоких напряжений, возникающих при торможении о керамическую преграду, и определяется сложными волновыми процессами, происходящими при этом. Степень разрушения сердечника в основном определяется временем взаимодействия до момента разрушения керамики, при этом акустический контакт между слоями играет ключевую роль в увеличении этого времени за счет частичной передачи упругой энергии в тыловой слой с последующим поглощением и рассеиванием ее.
Известно техническое решение, изложенное в патенте США №6497966 В2, 24.12.2002, где предложена многослойная композиция, состоящая из лицевого слоя, выполненного из керамики или сплава с твердостью выше 27 HRC, промежуточного слоя из сплавов с твердостью менее 27HRC и тыльного слоя из полимерного композиционного материала. При этом все слои скреплены между собой полимерным намоточным материалом.
По сути дела, в этом случае речь идет о двухслойной композиции разрушающего фронтального слоя, изготовленной из материалов, отличающихся по твердости. В рекомендациях авторов этого технического решения предлагается в менее твердом слое использовать углеродистые стали, при этом вопросы об энергетическом обмене фронтального и тыльного слоев не рассматриваются, а предложенный класс материалов не может по своим свойствам служить активным участником переноса упругой энергии в тыловой слой.
Решение вопросов взаимодействия фронтального и тыловых слоев предложено в патенте РФ №2329455, 20.07.2008, который по совокупности общих признаков является наиболее близким аналогом к предлагаемому изобретению и выбран в качестве прототипа. Авторы предлагают использование промежуточного слоя в виде воздушного зазора или упругого материала.
Однако предложенные решения обладают рядом существенных недостатков. Так, на начальном этапе взаимодействия с керамикой упругий волновой предвестник разрушения достигает тыльной поверхности ее и вызывает ее перемещение.
При схлопывании зазора удар внутренней поверхности керамики о подложку может вызывать досрочное разрушение керамики и, следовательно, ускоренное пробитие керамической преграды. Чтобы избежать этого, необходимо или существенно увеличивать толщину керамики, что приведет к неприемлемому увеличению массы брони, или увеличивать толщину зазора, что снизит эффективность защиты из-за раздельного (поэтапного) разрушения отдельных слоев.
Во втором варианте авторы прототипа предлагают поместить между слоями упругую прослойку, которая должна предохранить керамику от разрушения при ударе о тыльную броню. Однако из-за низкого характеристического импеданса упругого материала прослойка не сможет обеспечить акустического контакта слоев, что приведет к локализации энергии в хрупкой керамике и ее досрочному разрушению.
Задачей, на решение которой направлено изобретение, является повышение бронестойкости комбинированной брони.
Техническим результатом изобретения является повышение бронестойкости комбинированной брони за счет увеличения плотности акустического контакта между слоями.
Недостатки прототипа можно устранить, если промежуточный слой будет выполнен из пластичного материала с определенными свойствами, обеспечивающего акустический контакт слоев и передачу упругой энергии в тыл. Вышеуказанное достигается если предел текучести промежуточного слоя составляет 0,05-0,5 от предела текучести материала тыльного слоя.
При наличии промежуточного слоя, выполненного из пластичного материала с пределом текучести 0,05-0,5 от предела текучести материала тыльного слоя, в процессе перемещения керамики под действием упругого волнового предвестника происходит устранение неплотностей и мелких зазоров в прилегающих слоях благодаря пластической деформации последнего. Кроме того, под действием волн напряжений возрастает его плотность, а следовательно, его характеристический импеданс. Все это в совокупности приводит к увеличению плотности акустического контакта между слоями и повышает долю энергии, передаваемой и рассеиваемой в тыльном слое. В результате, за счет наличия промежуточного слоя, выполненного из пластичного материала с пределом текучести 0,05-0,5 от предела текучести материала тыльного слоя, энергия ударного взаимодействия распределяется по всем слоям комбинированной брони, при этом эффективность ее работы существенно возрастает, так как время взаимодействия до разрушения керамики повышается, что, в свою очередь, обеспечивает более полное разрушение высокотвердого сердечника.
Промежуточный слой с пределом текучести более 0,5 предела текучести тыльного слоя не обладает достаточной пластичностью и не приводит к желаемому результату.
Выполнение промежуточного слоя из пластичного материала с пределом текучести менее 0,05 от значения предела текучести материала тыльного слоя не приведет к желаемому результату, так как его выдавливание в процессе ударного взаимодействия происходит слишком интенсивно и описанное выше влияние на механику процессов взаимодействия не оказывается.
Предложенное техническое решение было опробовано в условиях испытательного центра НПО СМ г. Санкт-Петербург. Керамический слой в опытном образце 200×200 мм был изготовлен из корундовых цилиндров марки AJI-1 диаметром 14 мм и высотой 9,5 мм. Тыльный слой изготовили из броневой стали марки Ц-85 (предел текучести = 1600 МПа) толщиной 3 мм. Промежуточный слой изготовили из алюминиевой фольги марки АМЦ (предел текучести=120 МПа) толщиной 0,5 мм. Соотношение пределов текучести промежуточного и тыльного слоев составляет 0,075. Керамические цилиндры и все слои были склеены между собой полимерным связующим на основе полиуретана.
Результаты натурных испытаний показали, что предложенный вариант комбинированной бронезащиты имеет бронестойкость на 10-12% выше по сравнению с прототипом, где промежуточный слой выполнен из упругого материала.
Многослойная комбинированная броня, содержащая высокотвердый фронтальный слой из керамического блока или элементов, соединенных связующим в монолит, высокопрочный энергоемкий тыльный слой и промежуточный слой, отличающаяся тем, что промежуточный слой выполнен из пластичного материала, имеющего предел текучести 0,05-0,5 от предела текучести тыльного слоя.
Похожие патенты:
Изобретение относится к системам реактивной защиты для защиты неподвижных и движущихся объектов от поражающих элементов. Система неподвижно или подвижно установлена или может устанавливаться на обращенной к поражающему элементу (3) стороне подлежащего защите объекта (1) и содержит по меньшей мере одну расположенную под некоторым углом (2) наклона относительно направления поражающего элемента защитную поверхность (4).
Изобретение относится к прокатному производству и может быть использовано при изготовлении броневых листов из (α+β)-титанового сплава. Способ изготовления броневых листов из (α+β)-титанового сплава включает подготовку шихты, выплавку слитка состава, мас.%: 3,0-6,0 Al; 2,8-4,5 V; 1,0-2,2 Fe; 0,3-0,7 Mo; 0,2-0,6 Cr; 0,12-0,3 О; 0,010-0,045 С; <0,05 N; <0,05 Н;<0,15 Si; <0,8 Ni; остальное - титан.
Группа изобретений относится к области транспортного машиностроения. Способ установки стекол при бронировании автомобиля по первому варианту заключается в том, что бронированные стекла устанавливаются за штатными при помощи рамки, соединяемой с заходной частью стекла и повторяющей форму стекла, и крепежных элементов.
Изобретение относится к бронированным объектам, преимущественно к электрифицированным танкам с динамической (реактивной) броневой защитой. Бронированный объект содержит защитное устройство динамического типа, которое включает в себя элементы с корпусом и крышкой, установленные на части площади внешней поверхности объекта.
Группа изобретений относится к производству многослойных гибких броневых материалов для средств индивидуальной защиты. Способ противодействия многослойной брони движению пули, осколка заключается в том, что чередуют слои высокомодульных волокон с веществами, усиливающими противодействие, которые размещают в ячейках, образованных слоями высокомодульных волокон.
Изобретение относится к оборонной технике и предназначено для проведения испытаний лицевых металлических преград - основы гетерогенных защитных структур. Способ включает выстреливание бойков со скоростью, большей скорости удара, определение и замер глубины ударного внедрения бойка диаметром d в поверхность металла h (глубина каверны). При этом скорость удара больше или меньше ожидаемой минимальной скорости сплошных пробитий. Определение предельной (минимальной) скорости сплошных пробитий, выше которой получаются сплошные пробития, а ниже - только закономерные пробития, на фоне линейной зависимости малых значений глубины каверны h от скорости удара; преимущества квантованных скоростей удара; однозначных и малых двузначных квантовых чисел n для всех скоростей, на которых получены пробития или каверны увеличенной глубины. Достигается определение наличия и преимущества квантованных скоростей удара, а также повышение точности определения минимальной скорости сплошных пробитий. 4 ил.
Изобретение относится к военной технике, в частности к конструкции броневой защиты, предназначенной для противодействия кумулятивным боеприпасам. Динамическая защита содержит корпус, в котором расположены две параллельные металлические пластины, детонаторы, равномерно расположенные в зазоре между металлическими пластинами, датчики определения координат проникающей кумулятивной струи, закрепленные на внутренних поверхностях пластин. В зазоре между металлическими пластинами расположены сосуды, заполненные жидкостью, внутри сосудов жестко закреплены детонаторы, выполненные в виде управляемых электрических разрядников, силовые электроды которых соединены проводами с выходом электрического накопителя энергии, а поджигающие электроды электрически соединены с выходом генератора поджигающих импульсов, вход которого электрически соединен с датчиками определения координат кумулятивной струи. Достигается повышение надежности работы динамической защиты. 1 ил.
Изобретение относится к средствам защиты техники и экипажа от пуль, осколков и гранатометных гранат. Защитный композитный материал содержит сэндвич, включающий в себя по меньшей мере три слоя, склеенных между собой. Первый и второй слои сэндвича включают в себя по меньшей мере два препрега и уголки титанового сплава или алюминиевого сплава. Третий слой защитного композита имеет сотовую конструкцию и изготавливается из полиуретана. Первый и второй слои сэндвича включают в себя монолиты, образованные из углового профиля. Полки углового профиля расположены под углом 45° к плоскости рабочей поверхности защитного композита. Уголки титанового сплава или алюминиевого сплава соединены между собой по меньшей мере двумя препрегами. Волокна препрега содержат корундовые нанотрубки на поверхности волокна из полиэтиленовой нити, или из стеклонити, или из базальтовой нити, или из ткани, или жгута, или ленты. Достигается повышение защитных свойств за счет конструкции брони. 3 з.п. ф-лы, 1 ил.
Изобретение относится к бронированным объектам, главным образом к танкам с динамической броневой защитой, и одновременно к средствам маскировки военных объектов с помощью маскировочного покрытия, закрепленного на поверхности объекта. Защитное устройство бронированного военного объекта содержит съемно закрепляемые на участках брони объекта маскировочные квадратные элементы-модули с камуфляжным рисунком в цветовом ассортименте и с выбором той или иной индивидуальной четырехпозиционной ориентацией. В устройстве предусмотрены распределенные по поверхности объекта элементы динамической защиты со съемными квадратными крышками, а маскировочные элементы-модули выполнены в виде жестких пластин, взаимозаменяемых с упомянутыми крышками элементов динамической защиты, с возможностью оперативного изменения камуфляжного рисунка путем замены и/или перестановки двухфункциональных, таким образом, элементов-модулей между элементами динамической защиты. Достигается оперативность замены средств маскировки путем частного применения принципа многофункциональности узлов и деталей машин к элементам динамической защиты и средств маскировки. 5 з.п. ф-лы, 4 ил.
Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для контроля качества композитных броневых преград. Заявлено устройство теплового контроля качества композитных броневых преград на основе анализа энергии поглощения поражающего элемента, включающее устройство для стрельбы, расположенное между подложкой и устройством для стрельбы на траектории полета поражающего элемента устройство для измерения скорости полета поражающего элемента на выходе устройства для стрельбы, подложку из пластичного материала. Устройство дополнительно снабжено тепловизионной системой, компьютерной системой и устройством регистрации начала полета поражающего элемента. Тепловизионная система расположена таким образом, чтобы поле обзора ее оптической части охватывало место соприкосновения поражающего элемента и композитной броневой преграды. Вход устройства регистрации начала полета поражающего элемента подключен к выходу устройства измерения скорости поражающего элемента на выходе устройства для стрельбы. Выход устройства регистрации начала полета поражающего элемента подключен к входу тепловизионной системы, а выход тепловизионной системы подключен к входу компьютерной системы. Технический результат - повышение информативности и достоверности результатов испытаний. 9 ил.
Изобретение относится к области транспортного машиностроения. Энергопоглощающая структура для защиты днища наземных транспортных средств состоит из внутреннего и наружного слоев защиты, выполненных из броневых и/или конструкционных сплавов. Между слоями защиты расположена прослойка. Прослойка выполнена в виде двух одинаковых рядов U- или W-образных энергопоглощающих профилей, зеркально обращенных друг к другу и сдвинутых на полшага относительно друг друга. Торцевые ребра энергопоглощающих профилей одного ряда опираются на торцевые ребра соседних энергопоглощающих профилей противоположного ряда. Достигается повышение эффективности энергопоглощения при подрыве. 3 ил.
Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для контроля качества композитных броневых преград. Способ включает установку броневой преграды перед пластиной из пластичного материала, направление с заданной скоростью поражающего элемента на броневую преграду. Дополнительно регистрируют температурное поле поверхности композитной броневой преграды, имеющей минимальные температурные аномалии, которое принимается за аномальное, определяют пространственное разрешение для регистрации температурного поля, исходя из обнаружения минимальных по размеру температурных аномалий с пространственным периодом, определяемым размерами минимальной температурной аномалии. После воздействия на композитную броневую преграду поражающим элементом с заданной скоростью одновременно измеряют температурное поле в области соприкосновения поражающего элемента с композитной броневой преградой, начиная с момента соприкосновения поражающего элемента с композитной броневой преградой и с противоположной стороны, по отношению к стороне соприкосновения с поражающим элементом, на основании анализа температурного поля, зарегистрированного с двух поверхностей, определяют техническое состояние композитной броневой преграды по вектору характеристик броневой преграды и ее энергию поглощения минимизацией функционала по вектору характеристик контролируемой броневой пластины путем решения системы уравнений и на основании анализа температурного поля определяют энергию поглощения композитной броневой преградой. Раскрыто устройство стендовых испытаний композитных броневых преград. Технический результат - повышение информативности и достоверности результатов испытаний. 2 н. и 3 з.п. ф-лы, 3 ил., 1 табл.
Изобретение относится к стойкому к проникновению изделию, которое может использоваться для производства защитной одежды, такой как бронежилеты, шлемы, а также щитов или элементов брони, а также к способу его производства. Изделие содержит по меньшей мере одну тканую тканевую структуру (3), имеющую термопластические волокна и высокопрочные волокна с прочностью по меньшей мере 1100 МПа, в соответствии со стандартом ASTM D-885. Высокопрочные волокна соединены вместе для формирования тканой ткани (2) тканой тканевой структуры (3), а термопластические волокна имеют массовый процент относительно массы тканой тканевой структуры (3), составляющий от 5 до 35%. Причем термопластические волокна предпочтительно в виде негофрированной ткани (6) лежат на тканой ткани (2) и соединены с тканой тканью (2) основной нитью и/или уточной нитью тканой ткани (2) из высокопрочных волокон. При этом отсутствуют какие-либо дополнительные соединительные нити или нетекстильные соединительные средства для соединения между тканой тканью (2) и термопластическими волокнами. Стойкое к проникновению изделие обладает свойствами защиты от удара и/или антибаллистическими свойствами. 3 н. и 11 з.п. ф-лы, 7 ил.
Изобретение относится к пуленепробиваемым композитным изделиям, характеризующимся улучшенным сопротивлением к изнаночной деформации. Пуленепробиваемое изделие содержит вакуумную панель, которая состоит из первой поверхности, второй поверхности и корпуса. Вакуумная панель ограничивает по меньшей мере часть внутреннего объема, в котором создают разрежение. Пуленепробиваемое изделие содержит по меньшей мере одно пуленепробиваемое основание, которое соединяют с первой или второй поверхностью вакуумной панели. Пуленепробиваемое основание содержит волокна и/или ленты с удельной прочностью приблизительно 7 г/денье или более и модулем упругости при растяжении приблизительно 150 г/денье или более. Также пуленепробиваемое основание изготавливают из жесткого материала не на основе волокон или лент. Предлагается также способ формирования пуленепробиваемого изделия, при котором пуленепробиваемое основание располагают так, чтобы оно находилось с внешней стороны пуленепробиваемого изделия, а указанную вакуумную панель располагают позади указанного по меньшей мере одного пуленепробиваемого основания для того, чтобы принять любую ударную волну, которая возникает в результате удара поражающего элемента об указанное пуленепробиваемое основание. Обеспечивается ослабление воздействия ударных волн, генерируемых в результате ударного воздействия поражающего элемента, снижение величины изнаночной деформации, предотвращение или минимизация травм от запредельного действия пуль. 3 н. и 7 з.п. ф-лы, 9 ил., 2 табл., 19 пр.
Группа изобретений относится к области измерительной техники, а именно к способу контроля качества композитных броневых преград из ткани и устройству для его осуществления. Способ включает установку композитной броневой преграды перед пластиной из пластичного материала, направление с заданной скоростью поражающего элемента на броневую преграду и определение энергии поглощения поражающего элемента. С момента взаимодействия броневой преграды и поражающего элемента регистрируют одновременно два пространственных поля на поверхности броневой преграды: температурное поле поверхности броневой преграды и поле видеоизображения поверхности. Накладывают контур видеоизображения на температурное поле, формируют новое измеренное температурное поле, а энергию поглощения композитной броневой преградой определяют на основе анализа нового температурного поля. Раскрыто устройство контроля качества композитных броневых преград из ткани для осуществления способа. Достигается повышение информативности и достоверности результатов контроля. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 5 ил.
Изобретение относится к области разработки средств защиты техники от бронебойных пуль. Многослойная комбинированная броня содержит высокотвердый фронтальный слой из керамического блока или элементов, соединенных связующим в монолит, высокопрочный энергоемкий тыльный слой и промежуточный слой. Промежуточный слой выполнен из пластичного материала, имеющего предел текучести 0,05-0,5 от предела текучести тыльного слоя. Достигается повышение бронестойкости комбинированной брони за счет увеличения плотности акустического контакта между слоями.