RU160711U1

RU160711U1 - MULTILAYER ARMOR

Info

Publication number: RU160711U1
Application number: RU2015137584/11U
Authority: RU
Inventors: Дмитрий Геннадиевич Купрюнин; Михаил Олегович Алексеев; Владимир Тимофеевич Бебешев; Николай Вячеславович Самылкин
Original assignee: Открытое Акционерное Общество "Научно-Исследовательский Институт Стали" (Оао "Нии Стали")
Priority date: 2015-09-03
Filing date: 2015-09-03
Publication date: 2016-03-27

Abstract

Многослойная броня, содержащая лицевой слой, выполненный в виде листа из высокопрочной стали, промежуточный слой, состоящий из отдельных керамических элементов, и слой-подложку из алюминиевого сплава, отличающаяся тем, что керамические элементы состоят из выполненных за одно целое квадратного основания и установленной на нем цилиндрической части с выпуклым торцом, а лист лицевого слоя выполнен с отверстиями, в которых цилиндрической частью расположены керамические элементы.Multilayer armor containing a front layer made in the form of a sheet of high-strength steel, an intermediate layer consisting of separate ceramic elements, and an aluminum alloy substrate layer, characterized in that the ceramic elements consist of a square base made in one piece and installed on it a cylindrical part with a convex end, and a sheet of the front layer is made with holes in which ceramic elements are located in a cylindrical part.

Description

Полезная модель относится к броневым конструкциям, а именно к средствам защиты от воздействий бронебойных пуль стрелкового оружия, и может быть использована при бронировании объектов различного назначения, в том числе при изготовлении бронированных транспортных и плавательных средств.The utility model relates to armored structures, namely to means of protection against the effects of armor-piercing bullets of small arms, and can be used when booking objects for various purposes, including the manufacture of armored vehicles and swimming vehicles.

Из уровня техники известна композитная броня (см. RU 232955 C1, опубл. 20.07.2008), содержащая дробяще-отклоняющий слой и задерживающий слой. Дробяще-отклоняющий слой состоит из отдельных корундовых элементов, выполненных в виде цилиндров с одним или двумя выпуклыми торцами, соединенных в единую панель связующим на основе полимеров и расположенных своими осями по нормали к наружной поверхности брони, задерживающий слой выполнен из алюминиевого сплава или стали.The prior art composite armor (see RU 232955 C1, publ. 20.07.2008) containing a crushing-deflecting layer and a retaining layer. The crushing-deflecting layer consists of individual corundum elements made in the form of cylinders with one or two convex ends, connected to a single panel by a binder based on polymers and arranged with their axes normal to the outer surface of the armor, the retaining layer is made of aluminum alloy or steel.

Известна многослойная бронепреграда (см. RU 2393416 C1, опубл. 27.06.2010), состоящая из подложки, слоя примыкающих друг к другу керамических пластин и наружной облицовки. Керамические пластины скреплены с наружной облицовкой, подложкой и между собой в слое герметиком. Подложка выполнена из алюминиевого сплава, или титана, или органокомпозита на основе высокомодульной органической ткани, или их комбинации. Облицовка выполнена из двух слоев высокомодульной органической ткани, пропитанной клеем на эпоксидном связующем.Known multi-layer armored barrier (see RU 2393416 C1, publ. 06/27/2010), consisting of a substrate, a layer of adjacent ceramic plates and an outer lining. Ceramic plates are bonded with the outer cladding, the substrate and with each other in a layer of sealant. The substrate is made of aluminum alloy, or titanium, or an organocomposite based on high-modulus organic fabric, or a combination thereof. The lining is made of two layers of high-modulus organic fabric, impregnated with glue on an epoxy binder.

Также известна многослойная бронезащита (см. RU 68674 U1, опубл. 27.11.2007), состоящая из последовательно размещенных в направлении поражающего воздействия слоя из высокопрочной броневой стали, слоя из отдельных керамических элементов, соединенных высокоэластичным связующим типа полиуретана или резины, и слоя-подложки из стали пластичной марки либо из алюминиевого сплава. Данная бронезащита является наиболее близким техническим решением к предлагаемой полезной модели и выбрана в качестве прототипа.Also known is multilayer armor protection (see RU 68674 U1, publ. 11/27/2007), consisting of a layer of high-strength armor steel sequentially placed in the direction of the damaging effect, a layer of individual ceramic elements connected by a highly elastic binder such as polyurethane or rubber, and a substrate layer plastic steel or aluminum alloy. This armor protection is the closest technical solution to the proposed utility model and is selected as a prototype.

Недостатком всех вышеприведенных решений является трудность, а также большая материалозатратность при проведении монтажа брони в случае ее повреждения, связанные с тем, что из-за наличия связующего материала замене подлежит весь фрагмент брони, включая, в том числе, и неповрежденные керамические элементы, причем такая замена в полевых условиях практически невозможна.The disadvantage of all the above solutions is the difficulty, as well as the high cost of mounting the armor in case of damage, due to the fact that due to the presence of a binder material, the entire fragment of the armor must be replaced, including, but not limited to, ceramic elements, such field replacement is virtually impossible.

Техническим результатом заявленного технического решения является повышение ремонтопригодности брони.The technical result of the claimed technical solution is to increase the maintainability of the armor.

Для достижения указанного результата предлагается многослойная броня, содержащая лицевой слой из высокопрочной стали, промежуточный слой из отдельных керамических элементов, состоящих из выполненных за одно целое квадратного основания и установленной на нем цилиндрической части с выпуклым торцом, и слой-подложку из алюминиевого сплава, при этом лицевой слой выполнен с отверстиями, в которых цилиндрической частью располагаются керамические элементы.To achieve this result, we propose a multilayer armor containing a front layer of high-strength steel, an intermediate layer of individual ceramic elements consisting of a square base made in one piece and mounted on it with a cylindrical part with a convex end, and an aluminum alloy substrate layer, while the front layer is made with holes in which ceramic elements are located in the cylindrical part.

В предлагаемой полезной модели фиксация керамических элементов в броне происходит без использования связующего элемента. Они фиксируется лицевым слоем, имеющим отверстия, в которые цилиндрической частью устанавливаются керамические элементы. В случае повреждения брони необходимо будет снять лицевой слой фрагмента брони и заменить только поврежденные керамические элементы. Такую замену можно будет проводить даже в полевых условиях, имея в наличии целые керамические элементы соответствующего размера.In the proposed utility model, the fixing of ceramic elements in the armor occurs without the use of a bonding element. They are fixed by the front layer having holes in which ceramic elements are installed by the cylindrical part. In case of damage to the armor, it will be necessary to remove the front layer of the fragment of the armor and replace only damaged ceramic elements. Such a replacement can be carried out even in the field, having available the whole ceramic elements of the appropriate size.

Полезная модель поясняется следующими фигурами:The utility model is illustrated by the following figures:

Фиг. 1 - схема предлагаемой многослойной брони;FIG. 1 is a diagram of the proposed multilayer armor;

Фиг. 2 - фронтальный вид многослойной брони;FIG. 2 - front view of the multilayer armor;

Фиг. 3 - форма керамического элемента.FIG. 3 - the shape of the ceramic element.

Многослойная броня (см. фиг. 1) состоит из лицевого слоя 1, представляющего собой лист из высокопрочной стали с отверстиями, промежуточного слоя в виде набора отдельных керамических элементов 2, имеющих квадратное основание и цилиндрическую часть с выпуклым торцом, и слоя-подложки 3, выполненного из алюминиевого сплава.Multilayer armor (see Fig. 1) consists of a front layer 1, which is a sheet of high-strength steel with holes, an intermediate layer in the form of a set of separate ceramic elements 2, having a square base and a cylindrical part with a convex end, and a substrate layer 3, made of aluminum alloy.

Лицевой слой 1 выполняется из листа высокопрочной стали, твердость которой соответствует 48…50 HRC, например, из стали марки 30ХГСА. Он предназначен для фиксации керамических элементов в броне, а также для уменьшения воздействия средств поражения, таких как сердечники пуль, осколки боеприпасов и т.п., в случае попадания их между выпуклыми торцами керамических элементов. Отверстия в листе выполняют лазером или штамповкой, если лист перед этим не подвергался термообработке.The front layer 1 is made of a sheet of high-strength steel, the hardness of which corresponds to 48 ... 50 HRC, for example, steel grade 30KhGSA. It is designed to fix ceramic elements in the armor, as well as to reduce the impact of weapons, such as cores of bullets, fragments of ammunition, etc., if they fall between the convex ends of ceramic elements. The holes in the sheet are laser or stamped if the sheet has not previously been heat treated.

Керамические элементы 2 изготавливают посредством спекания, например, оксида алюминия, карбида бора, карбида кремния, нитрида кремния или иных неорганических соединений. Они предназначены для нарушения целостности сердечника пули: скалывания, дробления, частичного или полного разрушения.Ceramic elements 2 are made by sintering, for example, alumina, boron carbide, silicon carbide, silicon nitride or other inorganic compounds. They are designed to violate the integrity of the core of the bullet: chipping, crushing, partial or complete destruction.

Керамические элементы 2 представляют собой выполненное за одно целое квадратное основание, на котором расположен цилиндр с выпуклым торцом. Квадратное основание располагается между лицевым слоем 1 и слоем-подложкой 3, а квадратная форма обеспечивает отсутствие зазоров между элементами 2 в слое и не позволяет керамическим элементам 2 выпадать через отверстия в лицевом слое 1. Цилиндрическая часть с выпуклым торцом устанавливается в предварительно вырезанные отверстия в листе лицевого слоя 1, при этом установка в отверстия осуществляется с натягом для исключения возможности перемещения элементов 2. Высота цилиндрической части керамических элементов 2 выбирается таким образом, чтобы выпуклый торец выступал за пределы лицевого слоя 1, т.е. длина образующей цилиндра не должна быть меньше толщины лицевого слоя 1. Выпуклый торец на цилиндрической части керамического элемента, имеющий, например, вид сферической поверхности радиуса R, обеспечивает изменение траектории движения сердечника пули при соударении, в результате чего рассеивается часть кинетической энергии сердечника пули, тем самым уменьшая его силу воздействия.Ceramic elements 2 are made in one whole square base, on which a cylinder with a convex end is located. The square base is located between the face layer 1 and the substrate layer 3, and the square shape ensures that there are no gaps between the elements 2 in the layer and prevents the ceramic elements 2 from falling out through the holes in the face layer 1. The cylindrical part with a convex end is installed in the pre-cut holes in the sheet the front layer 1, while the installation in the holes is tightened to exclude the possibility of movement of the elements 2. The height of the cylindrical part of the ceramic elements 2 is selected in such a way so that the convex end protrudes beyond the front layer 1, i.e. the length of the generatrix of the cylinder should not be less than the thickness of the front layer 1. The convex end on the cylindrical part of the ceramic element, having, for example, a spherical surface of radius R, provides a change in the trajectory of the bullet core during impact, as a result of which part of the kinetic energy of the bullet core is dissipated, thereby thereby reducing its effect.

Слой-подложка 3 выполняется из листа алюминиевого броневого сплава, например, АБТ. Слой-подложка 3 обеспечивает гашение кинетической энергии, образовавшейся при взаимодействии пули с броней, и блокировку осколков средств поражения или брони. В качестве слоя -подложки может выступать корпус бронемашины.The substrate layer 3 is made of a sheet of aluminum armor alloy, for example, ABT. Layer-substrate 3 provides the cancellation of kinetic energy generated by the interaction of a bullet with armor, and blocking fragments of weapons or armor. As a layer-substrate can be the body of the armored vehicle.

Внешний вид многослойной брони показан на фиг.2.The appearance of the multilayer armor is shown in figure 2.

На фиг. 3 показана форма используемых керамических элементов 1.In FIG. 3 shows the shape of the used ceramic elements 1.

Толщина (H) и длина (г) основания керамического элемента должныThe thickness (H) and length (g) of the base of the ceramic element must

быть не менее 7 мм и 30 мм соответственно, т.к. при их меньших значениях керамический элемент будет иметь низкие удерживающие характеристики. Высота (д) и диаметр (D) цилиндра соответствуют 0,3-0,6 (H) и 0,5-0,7 (г) соответственно. Для упрощения изготовления керамического элементаbe at least 7 mm and 30 mm, respectively, because at their lower values, the ceramic element will have low holding characteristics. The height (d) and diameter (D) of the cylinder correspond to 0.3-0.6 (H) and 0.5-0.7 (g), respectively. To simplify the manufacture of ceramic element

радиус сферической поверхности выпуклого торца берется больше D/2, однако он не должен превышать размера 3D, т.к. в этом случае выпуклая часть принимает форму, близкой к плоской, что отрицательно скажется на защитных свойствах брони.the radius of the spherical surface of the convex end is taken greater than D / 2, however, it should not exceed the size of 3D, because in this case, the convex part takes on a shape close to flat, which will negatively affect the protective properties of the armor.

Как показано на фиг. 1, имеются несколько вариантов (а, б, в) попадания сердечника пули в броню. В первом варианте (а), сердечник попадает по нормали к торцевой поверхности керамического элемента. В этом случае весь удар принимает на себя один элемент, в результате чего разрушается только он один. В варианте (б) происходит рикошет сердечника от торцевой поверхности элемента и его воздействие распространяется на несколько элементов, которые разрушаются в меньшей степени по сравнению с попаданием варианта (а). В случае попадания варианта (в), сердечник частично гасит импульс на лицевом слое 1, скалывая кромки соседних торцов, при этом основной удар сердечника принимают основания соседних керамических элементов, в результате которого они разрушаются. Слой-подложка во всех вариантах попадания гасит энергию взаимодействия и блокирует осколки сердечника, а также осколки брони, образовавшиеся при ударе.As shown in FIG. 1, there are several options (a, b, c) for getting the bullet core into the armor. In the first embodiment (a), the core falls normal to the end surface of the ceramic element. In this case, the whole blow takes on one element, as a result of which only he is destroyed. In option (b), the core ricochets from the end surface of the element and its effect extends to several elements that are destroyed to a lesser extent compared with the hit of option (a). In the case of falling into option (c), the core partially dampens the pulse on the front layer 1, chipping off the edges of adjacent ends, while the core is taken by the bases of neighboring ceramic elements, as a result of which they are destroyed. The substrate layer in all hit variants extinguishes the interaction energy and blocks core fragments, as well as armor fragments formed upon impact.

Для защиты от пуль калибра 5.45 (АК-74) и 5.56 (М16А1) многослойная броня будет выглядеть следующим образом: лист лицевого слоя толщиной 2 мм из высокопрочной стали марки 30ХГСА твердостью 48…50 HRC, керамические элементы с минимальной высотой основания (Н) равной 7 мм, минимальным радиусом (R) 10 мм, минимальным диаметром (D) цилиндра 19.6 мм и длиной основания (г) 33.32 мм и слой-подложка из алюминиевого сплава АБТ толщиной не менее 8 мм.To protect against bullets of caliber 5.45 (AK-74) and 5.56 (M16A1), multilayer armor will look like this: a sheet of the front layer 2 mm thick of high-strength steel grade 30KhGSA with a hardness of 48 ... 50 HRC, ceramic elements with a minimum base height (N) equal to 7 mm, with a minimum radius (R) of 10 mm, a minimum diameter (D) of a cylinder of 19.6 mm and a base length (g) of 33.32 mm and a substrate layer of ABT aluminum alloy with a thickness of at least 8 mm.

Для защиты от пуль калибра 7.62 (СВД) предпочтительно использовать лицевой слой из высокопрочной стали 30ХГСА с твердостью 48…50 HRC толщиной 4 мм, керамические элементы с радиусом (R) 12 мм, минимальной высотой основания (Н) равной 8.4 мм, минимальным диаметром (D) цилиндра 23.52 мм и длиной основания (г) 39.98 мм и слой-подложку из алюминиевого сплава АБТ толщиной не менее 10 мм.To protect against bullets of caliber 7.62 (SVD), it is preferable to use the front layer of high-strength steel 30KhGSA with a hardness of 48 ... 50 HRC with a thickness of 4 mm, ceramic elements with a radius (R) of 12 mm, a minimum base height (N) of 8.4 mm, and a minimum diameter ( D) a cylinder of 23.52 mm and a base length (g) of 39.98 mm and a substrate layer of aluminum alloy ABT with a thickness of at least 10 mm.

В случае повреждения брони замене будет подлежать не весь ее фрагмент, а только те элементы, которые получили повреждение. Для этого необходимо будет снять лицевой слой фрагмента брони, заменить поврежденные керамические элементы на цельные и установить лицевой слой обратно на место, при этом, в зависимости от степени повреждения, сам лист лицевого слоя может замене не подвергаться. Таким образом, ремонт предлагаемой конструкции брони упрощается, проводится с минимальной материалозатратностью в короткий срок и его возможно осуществить даже в полевых условиях.In case of damage to the armor, not all of its fragment will be replaced, but only those elements that have received damage. To do this, it will be necessary to remove the front layer of the armor fragment, replace the damaged ceramic elements with solid ones and put the front layer back in place, while depending on the degree of damage, the sheet of the front layer itself may not be replaced. Thus, the repair of the proposed armor design is simplified, carried out with minimal material consumption in a short time and it is possible to carry out it even in the field.

Claims

Multilayer armor containing a front layer made in the form of a sheet of high-strength steel, an intermediate layer consisting of separate ceramic elements, and an aluminum alloy substrate layer, characterized in that the ceramic elements consist of a square base made in one piece and installed on it a cylindrical part with a convex end, and a sheet of the front layer is made with holes in which ceramic elements are located in a cylindrical part.