CC BY
111
ВОЕННО-СПЕЦИАЛЬНЫЕ НА УКИ
УДК 623.445.1
ПРИМЕНЕНИЕ НАНОСТРУКТУРИРУЕМЫХ МАТЕРИАЛОВ В ЗАЩИТНЫХ КОМПОЗИЦИЯХ СРЕДСТВ ИНДИВИДУАЛЬНОЙ
БРОНЕЗАЩИТЫ
С.Н. Курков, С.А. Куканов, Ю.М. Зайцев
Рассматривается возможность применения покрытия защитного элемента общевойскового бронежилета из полимерных нанокомпозитных материалов с добавкой углеродных нанотрубок. Рассмотрен механизм воздействия на сердце бойца, экипированного общевойсковым бронежилетом с защитным элементом с покрытием из полимера марки «Виксинт ПК-68» с добавлением углеродных нанотрубок марки «Де-алтом» при процентных соотношениях 0,5 % и выше.
Ключевые слова: общевойсковой бронежилет, полимерный нанокомпозитный материал, углеродные нанотрубки, закрытая контузионная травма, высокочастотный и низкочастотный импульсы, ударное давление.
Анализ опыта применения общевойсковых бронежилетов (ОБЖ) показывает, что выход из строя пехотинца наблюдается не только при пробитии поражающим элементом (ПЭ) защитной композиции ОБЖ, но и при условии ее непробития, вызывающего закрытую контузионную травму (ЗКТ). Поэтому вторым фактором, определяющим эффективность защиты ОБЖ, является ЗКТ, которую получает боец в бронежилете, когда в него попадает пуля или осколок.
Достижения современных нанотехнологий в получении полимерных композитов, сочетающих такие недостижимые в однородном материале свойства, как прочность, пластичность и эластичность, вызывают необходимость проведения исследований, направленных на определение возможности применения полимерных композитных материалов в практике броневой защиты ЖС.
В настоящее время углеродные нанотрубки (УНТ) являются одними из самых многообещающих материалов в области нанотехнологий [1].
Одним из путей совершенствования ОБЖ является применение конструкций защитных элементов (ЗЭ), содержащих покрытие из полимерных нанокомпозитных материалов с добавкой УНТ.
Анализ отечественной [3], [4] и зарубежной литературы [5], [6] по проблеме ЗКТ позволяет утверждать, что при обстреле и непробитии защитной композиции за преградой образуется временная полость, порождаемая переданным импульсом давления.
Из представленных на рис. 1 экспериментальных данных видно, что в момент удара пули о бронежилет в мягких тканях бойца возникают два пика ударного давления Р1 и Р2. Для первого пика характерны, во-первых, большая максимальная амплитуда Рт1 = 7288 кПа, во-вторых, практически мгновенное (т = 4 мкс) нарастание давления Рт1 до максимального и в-третьих, малая продолжительность во времени, составляющая порядка 0,1...1,0 мс. По данным многочисленных исследований [2], в это время развитие временной полости в подлежащих мягких тканях еще не происходит - фиксируются только взаимодействия пули с бронежилетом.
О 1 2 3 4 5 В 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18
Рис. 1. Типовые осциллограммы кривых давлений в желатиновых блоках при обстреле и непробитии тканевого бронежилета
из 9,0-мм пистолета ПМ
Практически сразу же после затухания первого пика имеет место развитие второго импульса ударного давления Р2, во-первых, более низкочастотного, во-вторых, с существенно меньшей амплитудой Рт2, составляющей 798кПа, и, в-третьих, значительной продолжительностью (до 15 мс).
Во всех случаях имеют место возникновения двух импульсов ударного давления: первого - кратковременного, высокочастотного с большой амплитудой и второго - более продолжительного по времени, низкочастотного и с малой амплитудой. Однако единого и однозначного мнения о том, который из них определяет тяжесть ЗКТ, до сих пор не существует.
Поражающими факторами при непробитии бронежилета являются высокочастотный и низкочастотный импульсы ударного давления. Первый образуется от удара пули по бронежилету, второй - от удара бронежилета по мягким тканям человека. Для высокочастотного импульса максимальное давление составляет порядка 10000...20000 кПа, длительность - порядка 0,05 .0,5 мс, частота спектра - 0,05 .1,0 МГц. Для низкочастотного импульса максимальное давление составляет порядка 800.1200 кПа, длительность - порядка 5,0.15,0 мс, частота спектра - 50.300 Гц.
Высокочастотный импульс ударного давления приводит к патологии водителя сердечного ритма сердца [7]. Водитель сердечного ритма -участок сердечной мышцы, в котором генерируются импульсы, определяющие частоту сердечных сокращений. У человека в норме основным водителем ритма является синусно-предсердный узел (рис. 2) - особый участок на своде правого предсердия, расположенный у места впадения верхней полой вены. Узел состоит из небольшого числа сердечных мышечных волокон, иннервированных окончаниями нейронов из вегетативной нервной системы. В узле зарождается каждая волна возбуждения, которая приводит к сокращению сердечной мышцы и служит стимулом для возникновения следующей волны. Возбуждающе-проводящая система сердца обеспечивает ритмичную работу сердечной мышцы, синхронизируя сокращения предсердий и желудочков. Высокочастотный импульс ударного давления разрушает синусно-предсердный узел на молекулярном уровне, что приводит к аритмии и полной остановке сердца [7].
Для защиты от высокочастотного импульса давления при непробитии бронежилета будем использовать композит на основе полимера с добавлением УНТ. Композит в полосе частот высокочастотного импульса обладает значительным поглощением волновой энергии (рис. 3).
Для описания защитных свойств композита на основе полимера с добавлением УНТ в ЗЭ ОБЖ будем использовать коэффициент прохождения волновой энергии, который определяется как Кпр = Епрош / Епад, где
ЕП - энергия прошедшей волны; Епад - энергия падающей волны. Коэффициент прохождения изменяется в пределах от 0 до 1. При Кщр = О полная защита, при Кпр = 1 нет защиты (вся волновая энергия проходит в мягкие ткани и органы человека).
Рис. 2. Схематическое изображение проводящей системы сердца (выделено синим цветом): 1 - синусо-предсердный узел; 2 - предсердно-желудочковый узел
Рис. 3. Защитная композиция от высокочастотного импульса давления: 1 - бронежилет; 2 - подложка (полимер с добавлением УНТ);
3 - мягкие ткани человека
На рис. 4 показана зависимость коэффициента прохождения от спектральной плотности высокочастотного импульса ударного давления через композит на основе полимера с добавлением углеродных нанотру-бок. Коэффициент прохождения Кпр=1прош/ 1пгд, где - интенсивность
падающей волны; /прош - интенсивность прошедшей волны. Интенсивность
звука I = ^Ке(Рт ут)9 где Рт - амплитуда давления проходящей волны, Ут
- амплитуда скорости частиц проходящей волны.
Ослабление высокочастотного импульса ударного давления существенно зависит от процентных соотношений массовых долей УНТ к полимеру. Чем больше это соотношение, тем значительней ослабление высокочастотного импульса. Полоса спектра высокочастотного импульса 0,05... 1,0 МГц, в этой полосе ослабление соответственно составляет 45... 64 дБ.
В бронежилетах используется в качестве климатически-амортизационной подложки (КАП) ударный пенополистирол. Для получения ослабления высокочастотного импульса до 45...64 дБ толщина ударного пенополистирола должна быть в два раз больше (с/ = 20мм) [8].
Рис. 4. Зависимость коэффициента прохождения волнового процесса через композит КАП на основе полимера с добавлением углеродных нанотрубок от частоты при различных процентных соотношениях массовых долей УНТ к полимеру: </=Юмм - толщина подложки; полимер - Виксинт ПК-68, углеродные нанотрубки - «Деалтом»
Таким образом, исходя из полученных результатов, перспективность использования композитов на основе полимеров с добавлением углеродных нанотрубок в конструкциях КАП для защиты мягких тканей бойца от
57
высокочастотного импульса ударного давления, возникающего при не пробитии ОБЖ, становится очевидной. Подана заявка на предполагаемое изобретение.
Список литературы
1. Наноматериалы, нанокомпозиты, нанотехнологии / Н. А. Азарен-ков, В.М. Береснев, А. Д. Погребняк, Л.В. Маликов, П.В. Турбин. Харьков: ХНУ имени В.Н. Каразина, 2009. 209 с.
2. Концептуальные основы создания средств индивидуальной защиты. / В.И. Байдак [и др.]. М.: Изд-во «Вооружение. Политика. Конверсия», 2003. 340 с.
3. Панов В.П. Оптимизация конструкции бронежилета для обеспечения безопасности личного состава (по результатам медико-экспериментальных исследований): дис.... канд. мед. наук. СПб., 2001. 126 с.
4. Тюрин М.В. Морфофункциональная характеристика тупой грудной клетки, защищенной бронежилетом дис.. канд. мед. наук. Л., 1987. 146 с.
5. Gotts P.L. The Transfer of Momentum: A Suitable Measurement for Behind Armour Blunt Trauma? // Proceedings of Personal Armour Systems Symposium (PASS'98). Colchester. UK, 1998. P. 423 - 432.
6. van Bree, Nico van der Heider. Behind Armour Blunt Trauma. Analysis of Compression Waves // Proceedings of Personal Armour Systems Symposium (PASS'98). Colchester. UK, 1998. P. 433 - 440.
7. Klabunde R.E. Cardiovascular Physiology Concepts. Baltimore / Philadelphia: Wolter Kluwer / Lippincott, Williams and Wilkins, 2012. 256 p.
8. Тюмин А. А. Проблемные вопросы оценки эффективности осколочного действия боеприпасов по живой силе с учетом использования средств индивидуальной бронезащиты // Материалы 36-й НТК «Проектирование систем»: сб. МГТУ им. Н.Э. Баумана. М., 2009. С. 65-69.
Курков Сергей Николаевич, д-р техн. наук, проф., doc.kurkovamail.ru, Россия, Пенза, Филиал Военной академии материально-технического обеспечения,
Куканов Сергей Анатольевич, канд. техн. наук, доц., kuk_76a mail.ru, Россия, Пенза, Филиал Военной академии материально-технического обеспечения,
Зайцев Юрий Михайлович, адъюнкт, kristik301a mail.ru, Россия, Пенза, Филиал Военной академии материально-технического обеспечения
APPLICATION NANOCOMPOSITE PROTECTIVE COMPOSITION IN PERSONAL
BODY ARMOR
S.N. Kurkov, S.A. Kukanov, Y.M. Zaitsev 58
The possibility of applying a protective coating element (WE) Combined Arms vest (life safety) of polymer nanocomposite materials with the addition of carbon nanotubes (CNT). The mechanism of the effects on the heart of a fighter, equipped with GE OBZH coated polymer grade "Viksint PC-68" with the addition of CNT brand "Dealtom" with percentages of 0.5 % and higher.
Key words: combined arms body armor, a polymer composite material, carbon na-notubes, closed contusion, treble and bass pulses, impact pressure.
Kurkov Sergej Nikolaevich, doctor of technical sciences, professor, doc.kurkov@,mail.ru, Russia, Penza, Branch of the Military Academy of Logistics,
Kukanov Sergej Anatol'evich, candidate of technical sciences, docent, kuk [email protected] Russia, Penza, Branch of the Military Academy of Logistics,
Zajcev Jurij Mihajlovich, associate, [email protected], Russia, Penza, Branch of the Military Academy of Logistics
УДК [623.419 + 623.463] (091)
ИСТОРИКО-ТЕХНИЧЕСКИЕ ЭТАПЫ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ РЕАКТИВНОЙ АРТИЛЛЕРИИ
В РОССИИ
С.В. Гуров
Рассмотрены основные моменты историко-технического развития реактивной артиллерии в России в период с 10-х гг. XIX века до наших дней.
Ключевые слова: ракета, реактивный снаряд, ракетный двигатель, установка, боевая машина, транспортно-заряжающая машина, залповый огонь, грузовой автомобиль, пуск, реактивная артиллерия, реактивная система залпового огня.
Проведённое исследование развития реактивной артиллерии в России в период с 10-х гг. XIX века до наших дней позволило выделить четыре хронологических этапа.
Первый этап: начало 10-х гг. Х1Х века - начало 30-х гг. ХХ века.
Второй этап: начало 30-х гг. ХХ века - конец Великой Отечественной войны.
