CC BY
184
БРОНЕЖИЛЕТ С КЕРАМИЧЕСКИМИ БРОНЕЭЛЕМЕНТАМИ СОТОВОЙ КОНСТРУКЦИИ
Гуськов Анатолий Васильевич
к.т.н., доцент кафедры газодинамических импульсных устройств Милевский Константин Александрович
к.т.н., доцент кафедры газодинамических импульсных устройств
Павлова Ольга Владимировна студент факультета летательных аппаратов «Новосибирский Государственный Технический Университет», г. Новосибирск
Ещё в самые древние времена человек начал защищать своё тело от внешних воздействий. В том числе, человек создал одежду для защиты от оружия, им же созданного. Различные латы, доспехи, кольчуги издревле делали из стали - прочного, но тяжелого материала. [2]
По мере бурного развития оружия, развивались и средства защиты. Их постоянно упрочняют и совершенствуют.
Распространение огнестрельного оружия и увеличившаяся мощь поражающих элементов стали причиной того, что латы и доспехи вышли из употребления, поскольку для пуль они перестали быть преградой и лишь служили обузой для своих владельцев. Им на смену пришли бронежилеты.
Бронежилет — современное специальное защитное снаряжение, прикрывающее верхнюю часть торса военнослужащего, милиционера, сотрудника специальных служб от поражения огнестрельным или холодным оружием. Бронежилеты имеют различные конструкции и модификации. Для их изготовления используют специальные ткани (например, кевлар), металлические (титановые и стальные) прокладки, бакелит, наполнители из керамики, "склеенные" с мягким алюминием и др. [3]
Бронежилет не только защищает от огня противника, но и позволяет более смело и эффективно использовать собственное оружие.
Ткань, металл и керамика — вот основные материалы, из которых изготавливают бронежилеты. Используются эти материалы по-разному, в зависимости от целей и условий эксплуатации. Рассмотрим материалы более подробно.
Тканевая бронезащита.
Революция в разработке средств индивидуальной бронезащиты началась с появлением кевлара (высокомодульной арамидной нити) в США. По прочности она превосходила равновесомую нить из стали в 10 раз, а ткань,
изготовленная из неё, обладала баллистическими характеристиками, вдвое лучшими, чем нейлон.
Несколько позднее в России была разработана ткань СВМ - аналог Кевлара.
К недостаткам тканевых бронежилетов можно отнести их стоимость — производство арамидных волокон довольно-таки дорого обходится. Еще одним недостатком является то, что баллистические ткани не способны выдержать пулю штурмовой винтовки, их предел — с первого по третий класс защиты.
Металлы — титан и сталь.
Бронепластины из титана и стали применяются в современных бронежилетах 4-5 классов защиты. Такие металлы обладают повышенной стойкостью и способны выдержать многократные попадания. Кроме того, производство бронеодежды с элементами из стали сравнительно недорого.
Недостаток применения металлоэлементов заключается в том, что они не спасают от заброневого действия пули. Когда бронежилет не пробит, пуля, имеющая интенсивное запреградное воздействие, наносит мощный удар по телу человека. Как следствие — тяжелое ранение с полной потерей боеспособности или смерть бойца в результате внутреннего кровотечения и повреждения жизненно важных органов.
Также к основным недостаткам можно отнести увеличение массы бронежилета до 8-10 килограмм, что существенно понижает подвижность бойца.
Керамика.
Конструкция бронежилета может включать в себя бронеэлементы из керамических материалов, которые обладают меньшим весом в сравнении со стальными, одновременно с этим, не уступая в прочности броневой стали, а в чем-то даже превосходя ее.
Таблица 1
Физико-механические свойства керамики [1]
Марка Группа Плотность, г/см3 Твердость, HRA Предел прочности при изгибе, МПа
ВО-13 I 3,85-3,95 90 300
В0-130 3,94-3,98 91 550
ВО-18 4,16-4,18 91 600
В0-180 4,16-4,18 91 750
ВОК-71 II 4,20-4,30 93 637
ВОК-200 4,20-4,30 93 650
ВОКС-300 III 4,25 93 950
ТВИН-200 IV 3,45 93,5 750
ТВИН-400 V 3,70-3,80 94 850
Броня из керамических материалов эффективно противостоит высокоскоростным (в том числе бронебойным) пулям, так как скорость распространения трещин в керамике меньше, чем скорость проникновения пули. Высокоскоростная пуля, попадая в такой бронеэлемент, тратит массу энергии на то, чтобы раздробить керамику. Вследствие того что керамика разрушается это и является ее основным недостатком при использовании в виде броневых элементов.
Для того чтобы избежать раскола керамической пластины, существует идея использования матрицы, имеющей сотовидную геометрию. Матрица выполнена из вяз-коупругого сплава, несквозные отверстия которой заполнены различными наполнителями. [4]
Такая идея, использования сотовой конструкции в изготовлении бронеэлементов позволит деформироваться
материалу без разрушения в результате избыточного давления пули, за счет чего сохраняется защитная площадь бронежилета.
Чтобы увеличить прочностные качества бронежилета со вставками, выполненными с использованием таких бронеэлементов, поставлена задача, изготовить сотовую конструкцию бронеэлементов многослойной, заполненной несколькими видами высокопрочных керамических сплавов.
Для решения данной задачи предлагается изготовить бронежилет, состоящий из тканевого чехла, в котором расположены гибкие слоистые защитные пакеты из высокопрочной ткани, бронеэлементы выполнены из многослойной сотовидной конструкции, заполненной послойно (Рис. 1), высокопрочными керамическими сплавами.
Рисунок 1. Наложение слоев в строении керамического бронеэлемента
Размер ячеек сотовой конструкции выбран в соответствии с диапазоном калибров общевойскового стрелкового оружия, а толщина составляющих слоев бронеэле-мента имеет различные величины. Каждый слой расположен так, что бы ребра его ячеек не совпадали с ребрами ячеек соседних слоев. (Рис. 1).
В результате наложения слоев и смещения ячеек керамического бронеэлемента друг относительно друга достигается увеличение надежности защиты и исключается возможность выбивания отдельных сегментов ячеек и проникновения пули в запреградное пространство.
На внутренних стенках сот нарезаются рубцы, и обеспечивается высокая шероховатость, для более прочной сцепки керамики с ячейкой сотовой конструкции.
Первый слой ячеек сотовой конструкции заполняется керамическим сплавом марки ВОКС-300. Второй слой заполняется керамикой марки ТВИН-400, а третий слой заполняется керамикой В0-180. Физико - механические свойства данных слоев указаны в таблице 1. За счет такой многослойности и различных физико-механических свойств керамических сплавов, значительно увеличиваются прочностные свойства бронеэлемента.
Снаружи на бронеэлементы устанавливаются про-тиворикошетные пластины, выполненные из пластичного металла или, как слоистые пакеты, из высокопрочной ткани, что позволит снизить осколочное действие при попадании пули.
Результатом данного решения является то, что при попадании пули в бронеэлемент, керамическая пластина вся не раскалывается под действием избыточного давле-5.
ния, а лишь выкрашивается несквозная частичка поверхности. Так как вероятность попадания пули в одно и то же место очень мала, то смело можно говорить о том, что, при использовании подобных бронеэлементов в конструкции бронежилетов, защитная площадь сохраняется значительно дольше, чем у бронежилетов с литыми керамическими бронеэлементами.
Изготовление бронеэлементов многослойным, и наполнение слоев различными композициями из керамики, позволяет повысить прочностные характеристики бронежилета с сохранением таких важных качеств, как масса и обеспечение нужного класса защиты. Данный бронежилет способен противостоять многочисленным попаданиям, сохраняя при этом жизнь бойца.
Библиографический список
1. А.Н. Белобородько, Н.С. Дорохов и др., Под ред. В.А. Григоряна «Частные вопросы конечной баллистики»: - М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2006. - 592с.
2. Егоров И. Доспехи 21 века: // член Общественной Организации "Гражданская безопасность". 2006 -2007. URL: http://sec4all.net/modules/myarticles/article.php7story id=485. (Дата обращения: 08.04.2014.)
3. Орленко Л.В., Терминологический словарь одежды. 1996.
4. Патент № 94044829, РФ, МПК F41H1/02, F41H1/04 «Силовой элемент для индивидуального средства защиты»).
