Бронезахист

Реферат: Бронезахист складається із лицьового шару і тильного шару. Лицевий шар виготовлено з твердого матеріалу і підкріплено тиловим шаром з пружного матеріалу. UA 110456 U (54) БРОНЕЗАХИСТ UA 110456 U UA 110456 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до вдосконаленої броні до області машинобудування, зокрема до галузі "елементу індивідуального захисту людини". Її принцип дії побудований на трансформуванні кінетичної енергії кулі при її зіткненні з двошаровою пластиною в пружно-пластичну енергію деформації переднього твердого шару та тилового пружного (в'язкопружного) шару, з подальшим розподіленням сили удару бронеплити через пружний шар на захищуваний об'єкт та обмеженням тепловіддачі від захищуваного об'єкта до бронеплити, і запропонована для використання замість одношарових металевих бронеплит. У ній врахована вага конструкції, фізико-механічні властивості шарів, вага та швидкість кулі. Все це впливає на характеристики куленепробивності бронежилета. Також корисна модель може бути застосована в галузі "Військова техніка" для підвищення захисту окремих важливих ділянок легкоброньованих корпусів бойових машин. Відомі способи зменшення кінетичної енергії куль та осколків снарядів пластинами бронежилету базуються на підвищенні запасу міцності бронежилету за рахунок твердості матеріалу, його в'язкості та геометричних параметрів. Меншу увагу розробники приділяють іншим способам розсіювання енергії уражаючих факторів, зокрема, витратам енергії на деформування та переміщення захисних броньових листів внаслідок пружного чи в'язкопружного підкріплення пластини бронежилету. Мало уваги приділяється також можливостям створення умов відхилення уражаючого фактора від захищуваного об'єкта. Захист особового складу, військових машин і об'єктів від куль та осколків (уражаючих факторів) є однією з найважливіших військових проблем. Захист повинен відповідати певним вимогам, зокрема, бути якомога легшим за достатнього рівня захисту. Суміщення цих вимог є мистецтвом розробників захисних конструкцій. На жаль, на сьогодні наука досі не спромоглася розробити броню, яка б надійно захищала від всіх типів куль. Відповідно до різних фізикомеханічних властивостей броні, бронежилети можуть витримувати влучання одних типів набоїв і не витримувати зовсім інших, які останнім часом вдосконалюються в напрямку підвищення пробивної дії кулі. В основу корисної моделі поставлена задача підвищити пробивну стійкість бронежилета, створити умови більш повного розсіювання енергії уражаючого фактора в захисній конструкції, зменшити заброньову дію уражаючого фактора, підвищити теплоізоляцію захисного об'єкта, що можна реалізувати з використанням в захисній конструкції додаткового пружного (в'язкопружного) шару. Поставлена задача вирішується тим, що бронезахист, який складається із лицьового шару і тильного шару, згідно з корисною моделлю, лицевий шар виготовлений з твердого матеріалу і підкріплений тиловим шаром з пружного матеріалу. Якщо куля має значну кінетичну енергію, то вона може пробити твердий шар бронежилета і частково його зруйнувати. Під час пробиття твердого шару початкова кінетична енергія кулі зменшується внаслідок того, що вона витрачається на пробиття і руйнування цього шару, а за рахунок пружного шару здійснюється поглинання осколків снаряду і розподіляється тиск конструкції на поверхню захищуваного об'єкта, разом з тим пружний шар зменшує теплообмін між конструкцією та захищуваним об'єктом. Суть запропонованої корисної моделі представлена на фіг. 1 одношаровий бронежилет у розрізі а) до удару об тіло, б) під час удару об тіло, фіг. 2. двошаровий бронежилет у розрізі а) до удару об тіло, б) під час удару об тіло, де: 1 - твердий шар, 2 - пружний (в'язкопружний) шар. Найбільш небезпечним для захисту є ударна взаємодія уражаючого фактора (кулі) з плоским броньовим листом за перпендикулярності напрямку швидкості кулі до площини листа. Запропонована броня, що заявляється, працює наступним чином. При проведенні аналітичних досліджень розглядались умови розсіювання енергії уражаючого фактора броньовим листом, підкріпленим пружним (в'язкопружним) шаром. Проведено кількісне оцінювання впливу підпружинюючих елементів на величину розсіюваної енергії. Підтвердженням запропонованої моделі є наступні математичні викладки: Вважається, що початкова кінетична енергія кулі достатня для проникнення у броньовий лист. Рух системи вважається одновимірним. Матеріал броні має достатні пластичні властивості, так що проникнення (пробій листа) кулі у перешкоду відбувається за механізмом вибивання корка або пластичного розширення отвору у ній. Вслід за іншими дослідниками нехтуємо енергією ударних хвиль, які виникають при ударі кулі об перешкоду, тому енергію деформації броні визначаємо інтегральною роботою, виконаною силою опору конструкції для проникнення кулі. Для визначення величини сили опору конструкції використані експериментальні дані пробивання броні різної товщини, які наведені в літературі. За такого 1 UA 110456 U наближення отримуємо систему диференціальних рівнянь для конструкції куля - твердий шар пружний шар. m11  2   Rоп , x x m11  2   m22  Fпр x x x 5 . Закон руху кулі відносно конструкції описується рівнянням    1  cos t c    m2      ,  а закон руху конструкції відносно нерухомої системи координат матиме вигляд R t 2 Rop x1t   V10 t  оп  2m1 c    1  cos t c    m2      .  Швидкість кулі відносно рухомої системи координат змінюється за законом x 2 t   10 Rоп с  R t R c    x1t   V10  оп  oп sin t  m2  m1 cm2  , а швидкість кулі відносно нерухомої системи координат, дорівнює R t Vку ліt   V10  оп   Vку ліt   x1t   x 2 t  m1 . або Проміжок часу, за який куля проб'є конструкцію, визначають з рівняння R t 2 Rop  оп k  2m1 c 15   c  1  cos t    V10tk  l2  k m2       , де l2 - товщина конструкції. Знаючи проміжок часу, за який куля пробиває конструкцію, визначаємо швидкість кулі в момент вильоту кулі з неї, тобто R t Vку ліt   V10  оп k m1 . За проміжок часу 0; tk  - конструкція пройде шлях   c  1  cos t   k m2       і матиме швидкість x 2 tk   20 25 Rоп с  Roп c    x 2 tk   sin tk  m2  cm2  . Використовуючи теорему про зміну кінетичної енергії матеріальної точки Tк  Т0   Аі , визначимо максимальну величину тиску тилової поверхні конструкції (пружного шару), на поверхню захищуваного об'єкта. Кінетична енергія конструкції при максимальному стиску пружного шару дорівнює нулеві, тобто Tк  0 , оскільки в момент максимального стиску пружного шару конструкція нерухома. Кінетична енергія конструкції в момент вильоту кулі з неї дорівнює 30  m2 x 2 tк 2 2 . Робота, яку виконують сили, прикладені до конструкції, залежить лише від стискання пружного шару і тому T0  хmax  Аі    cx2dx 2   х 2к 35  2 c xmax  x2к 2 2  , xmax - максимальна деформація пружного шару конструкції, де переміщення конструкції в момент вильоту кулі з неї. 2 x 2k - величина UA 110456 U Отже, максимальна величина тиску пружного шару на нерухому поверхню захищуваного об'єкта дорівнює Fтиску  c x 2к  2 5  m2 x 2 tк 2 c . Визначимо числові значення тривалості руху tk кулі в конструкції, швидкість кулі V1k після  вильоту з неї, швидкість конструкції x 2k після вильоту з неї кулі, шлях x 2k , який пройде конструкція за час tk , величину абсолютної деформації пружного шару x2абс та силу тиску Fтиску 10 на нерухому поверхню захищуваного об'єкта. Проведено кількісний аналіз з наступними даними: куля випущена із снайперської гвинтівки V 0  700 м с , в момент удару до конструкції, масою m  9,6 г Драгунова, маючи швидкість 1 влучає в конструкцію товщиною l2 3 см і вагою m2  500 гр та з силою опору конструкції Rop  40000 н. Аналізуючи результати таблиці 1, можна стверджувати, що вплив сумарної жорсткості  пружного шару с конструкції на швидкість вильоту кулі V1k з неї, швидкість конструкції x 2k і шлях пройдений нею x 2k за час tk є несуттєвий. Однак зі збільшенням жорсткості пружного 15 шару величина абсолютної деформації його x2абс зменшується, а величина сили тиску F пружного шару тиску на поверхню захищуваного об'єкта зростає. Таблиця  м c н 0 40 400 4000 40000 400000 4000000 20 25 30 tk с  0,000050775 0,000050775 0,000050775 0,000050775 0,000050775 0,000050775 0,000050774  с  x2k м x2k м x 2абс м Fтиску н 488,44 488,44 488,44 488,44 488,44 488,44 488,44 4,06 4,06 4,06 4,06 4,06 4,06 4,06 0,0001 0,0001 0,0001 0,0001 0,0001 0,0001 0,0001 0,4541 0,1436 0,0454 0,0144 0,0045 0,0014 18 57 182 574 1816 5740 V1k м  с Встановлено динаміку залежності сили тиску на поверхню захищуваного об'єкта від пружності конструкції та товщини пружного шару, характеристики бронелиста і кулі. Проведені дослідження можуть бути корисними при створенні захисних конструкцій, збалансованих за співвідношенням маса-рівень захисту. Запропонований бронезахист забезпечує: а) зменшення початкової кінетичної енергії кулі або осколків снаряду за рахунок деформації руйнування переднього твердого шару конструкції та перетворення частини кінетичної енергії кулі в пружну енергію деформації пружного шару; б) стійкість, надійність бронежилета та зменшує теплообмін між нею та захищуваним об'єктом, що сприяє збереженню життя і здоров'я людини; в) підвищення захисту окремих важливих ділянок легкоброньованих корпусів бойових машин за рахунок її використання. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 35 Бронезахист, що складається із лицьового шару і тильного шару, який відрізняється тим, що лицевий шар виготовлений з твердого матеріалу і підкріплений тиловим шаром з пружного матеріалу. 3 UA 110456 U Комп’ютерна верстка Л. Бурлак 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