Система зменшення кінетичної енергії кулі або осколка снаряду

Реферат: Система для зменшення кінетичної енергії кулі або осколка снаряду, містить одношарову металеву пластину. Складається з набору пластин твердого матеріалу і простору між ними, який наповнений пружним матеріалом. UA 103484 U (54) СИСТЕМА ЗМЕНШЕННЯ КІНЕТИЧНОЇ ЕНЕРГІЇ КУЛІ АБО ОСКОЛКА СНАРЯДУ UA 103484 U UA 103484 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 Корисна модель належить до області машинобудування, зокрема, до галузі "елементу індивідуального захисту людини", її принцип дії побудований на зменшенні ефективної дії кінетичної енергії кулі чи осколка снаряду на об'єкт захисту і призначена для використання замість одношарових металевих бронеплит. У ній врахована вага пластин, пружність матеріалу між пластинами, вага та швидкість кулі. Усе це впливає на характеристики куленепробивності бронежилету. Також корисна модель може бути застосована в галузі "Військова техніка", для підвищення захисту окремих важливих ділянок броньованих корпусів бойових машин. Відомі способи зменшення кінетичної енергії куль та осколків снарядів пластинами бронежилета базуються на підвищенні запасів міцності бронежилету за рахунок твердості матеріалу, його в'язкості та геометричних параметрів. Але, на жаль, на сьогодні наука досі не спромоглася винайти броню, яка б надійно захищала від всіх типів куль. Відповідно до різних фізичних властивостей броні, бронежилети можуть витримувати влучання одних і не витримувати зовсім інших типів набоїв, які останнім часом вдосконалюються в бік підвищення пробивної дії кулі. В основу корисної моделі поставлена задача підвищити пробивну стійкість бронежилета за допомогою використання в ньому системи пластин твердих і пружних матеріалів, які забезпечують зменшення кінетичної енергії куль та осколків снарядів, оскільки початкова кінетична енергія кулі витрачається на деформацію пластини та надання їй швидкості. Суть запропонованої корисної моделі представлена на фіг. 1 (Удар кулі в нерухому тверду пластину), фіг. 2 (Удар кулі в рухому тверду пластину), фіг. 3 (Рекомендована конструкція системи), де: 1 - куля, 2 - тверда пластина. Поставлена задача вирішується таким чином: Вищезазначена механічна система складається з набору пластин твердого матеріалу і просторів між ними, які заповнені пружним матеріалом. Якщо куля має значну кінетичну енергію, то вона може пробити перший шар бронежилету і частково його зруйнувати. Під час пробиття першого шару початкова кінетична енергія кулі зменшується завдяки тому, що вона витрачається на пробиття і руйнування цього шару, надання йому швидкості руху та деформації пружного матеріалу між першою і другою пластинами. mбр Vбр 2 m1V102   опр   р    стиск проміжного шару . 2 2 При руйнуванні або зупиненні стального сердечника кулі, або осколка снаряду на наступній твердій пластині і можливої її деформації, наступний шар пружного елементу дає змогу мінімізувати удар від деформації попереднього шару твердого елементу та розподілити його силу тиску кулі на об'єкт. Ця система забезпечує: а) зменшення початкової кінетичної енергії кулі або осколків снаряду за рахунок використання демпферного шару та деформації (руйнування) твердого (их) шару (ів) системи; б) стійкість і надійність бронежилета для збереження життя і здоров'я людини; в) підвищення захисту окремих важливих ділянок броньованих корпусів бойових машин. Підтвердженням запропонованої моделі є наступні математичні викладки: Задача 1. Куля випущена із снайперської гвинтівки Драгунова влучає в нерухомий бронежилет на віддалі L=500м і в ньому застрягає. Визначити силу удару кулі, якщо маса кулі m=9,6г і її швидкість в момент удару до бронежилета V1(0) = 486м/с. Розв'язування. Розглядаємо рух тіла 1. Для розв'язування задачі використаємо інтегральну форму запису теореми про зміну кількості руху матеріальної точки    t k    0   50   Si t k  , (1)    0   m1V10  - кількість руху матеріальної точки в початковий момент часу (до співудару  тіл) і V1(0) = 486·м/с;  t k  = 0 - кількість руху матеріальної точки в кінцевий момент часу (після співудару тіл) і V1(tk) = 0, оскільки куля нерухома.   У момент удару кулі до бронежилета на неї діють: 1 - вага кулі,  - нормальна реакція  бронежилету, F - сила опору, яка діє зі сторони бронежилету. 1 UA 103484 U  S i t k    1    Fdt  tk    - сума всіх імпульсів сил за проміжок часу від початку співудару до 0 повного завершення співудару тіл. Враховуючи попередні твердження співвідношення (1) набере вигляду: tk      m1V1 0    1    F dt .   0 5 Проектуючи це рівняння на вісь Ох, отримаємо: tk  m1  V1 0    F  dt . 0 Вважаючи, що сила опору є стала за величини F=const, попереднє рівняння набуде вигляду m1V10  F  t k , 10 15 20 де tk - тривалість часу в продовж якого швидкість кулі зменшиться від V 1(0) до нуля, з рівняння (2) отримаємо:  m V 0 F 1 1 . tk Отже: сила удару залежить від величини початкової швидкості кулі, маси кулі і що суттєво зменшується з тривалістю дії кулі на бронежилет. Задача 2. Куля випущена із снайперської гвинтівки Драгунова влучає в рухомий бронежилет на віддалі L=500м і в ньому застрягає. Визначити швидкість кулі та бронежилета після удару, якщо маса кулі m=9,6г та її швидкість V1(0) = 486м/с. Розв'язування. Розглядаємо механічну систему, яка складається з двох тіл 1 і 2. Для розв'язування задачі використаємо інтегральну форму запису теореми про зміну кількості руху механічної системи    t k    0   25 30 (2)   S ie t k  , (3)     0  m1V10  m 2 V2 0 - кількість руху механічної системи в початковий момент часу (до співудару тіл) і V1(0) = 486 м/с, V2(0) = 0.     t k   m1V1t k   m 2 V2 t k  - кількість руху механічної системи в кінцевий момент часу (після співудару тіл).    На механічну систему діють зовнішні сили: 1 - вага кулі, 2 - вага бронежилету,   нормальна реакція горизонтальної площини. Сила опору бронежилету F є внутрішньою силою механічної системи, тому матиме вигляд: tk     S e t k    1  P2   dt .   i  0 Враховуючи попередні твердження співвідношення (3) набуде вигляду: tk       m1V1 t k   m 2 V2 t k   m1V1 0    1  P2   dt .   0 Проектуючи цю залежність на вісь Ох отримаємо, що       m1V1t k   m 2 V2 t k   m1  V10   0 , (4) 35 Оскільки куля застрягла в бронежилеті, то кінцеві швидкості кулі та бронежилета однакові, тобто V1(tk) = V2(tk) = Vk. Враховуючи це твердження із рівняння (4) отримаємо, що Vk  m1V10 , m1  m2 (5) 40 2 UA 103484 U Аналізуючи формулу (5) можемо стверджувати, що пробиваючи рухому пластину бронежилета швидкість кулі суттєво зменшується. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 5 Система для зменшення кінетичної енергії кулі або осколка снаряду, яка містить одношарову металеву пластину, яка відрізняється тим, що складається з набору пластин твердого матеріалу і простору між ними, який наповнений пружним матеріалом. 3 UA 103484 U Комп’ютерна верстка Л. Ціхановська Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4