Материалы и защитные структуры для локального и индивидуального бронирования

Материалы и защитные структуры для локального и индивидуального бронирования

Для индивидуальной и локальной бронезащиты от воздействия высокоскоростных пуль и осколков используется широкий круг защитных противопульных и противоосколочных броневых структур с поверхностной плотностью, не превышающей 50...80 кг/м². Очень часто такую броневую защиту называют легкой броней. Легкая броня применяется в средствах индивидуальной бронезащиты - бронежилетах, бронещитах и бронешлемах, для локального бронирования автомобилей, самолетов и вертолетов. Требование минимальности массы защиты приводит к использованию в качестве брони необычных материалов. Так, для защиты от низкоэнергетических средств поражения - револьверных и пистолетных пуль - широко используется текстильная броня из высокомодульных и высокопрочных полиарамидных или полиэтиленовых волокон. Эффективная защита от высокоэнергетических средств поражения с высокой проникающей способностью - бронебойных винтовочных пуль с термоупрочненными сердечниками - невозможна без использования в качестве элемента защитной структуры керамики - высокотвердого, но очень хрупкого материала, что, казалось бы, полностью исключает его применение для защиты от ударно- проникающего действия.

В настоящей книге в систематизированном виде излагается комплекс вопросов, связанных с баллистической стойкостью легкой брони. Подробно рассмотрены основные типы легкой брони: текстильной, органопластиковой, металлической, керамической, комбинированной многослойной и прозрачной. Представлены фи зические и математические модели процессов высокоскоростного взаимодействия пуль и осколков с различными типами бронеэле ментов, приведены количественные зависимости и расчетные ме тодики для оценки их баллистической стойкости. Изложены совре менные представления о механизмах заброневого действия балли стического удара пуль при непробитии бронезащиты, описаны ос новные методы их баллистических испытаний, сформулированы основные принципы проектирования бронежилетов.

Для расширения кругозора читателей в книге содержится раз дел о возможностях использования наноматериалов для изготовле ния легкой брони. Многие ведущие научно-исследовательские ла боратории мира имеют весьма обширные планы и хорошо финан сируемые программы разработки новых бронематериалов на осно ве использования достижений нанотехнологий. Но сегодня нанома териалы весьма дороги, хотя интенсивные поиски новых материа лов и технологий производства быстро ведут к их удешевлению.

В ближайшее десятилетие можно ожидать появления принци пиально новых материалов для баллистической защиты. Несмотря на это комбинированные многослойные преграды с внешним кера мическим или металлическим слоями и тогда сохранят свое значе ние для защиты от бронебойных пуль, обладающих максимальной проникающей способностью в ряду других боеприпасов стрелково го оружия.

Книга написана на основе результатов исследований и разра боток, выполненных в Научно-исследовательском институте стали, и лекций по дисциплине «Защита от действия взрыва и баллисти ческого удара», читаемых в МГТУ им. Н.Э. Баумана одним из ав торов книги.

Книга состоит из 12 глав и приложений.

В главе 1 рассмотрены характеристики пуль стрелкового ору жия, обсуждаются основные понятия отечественного стандарта на бронеодежду, дается сравнение его с наиболее популярными зару бежными стандартами, приведены сведения об устройстве броне жилетов, бронешлемов и бронещитов.

В главе 2 рассмотрены основные полимерные материалы, из которых изготовляется текстильная броня, обсуждаются свойства волокон, нитей и тканей - основных элементов дискретной струк туры текстильной брони.

Глава 3 посвящена подробному анализу механизмов взаимо действия пуль с текстильной броней. Изложение материала начи нается с анализа ударно-волновых процессов уплотнения текстиль ного бронепакета на начальной стадии взаимодействия пули с бро непакетом. Далее на примере классических задач о поперечном ударе по упругим нитям объясняются механизмы торможения пули и разрушения текстильных бронепакектов. На основе энергетиче ского анализа процесса взаимодействия пули с текстильной броней разработан подход к определению ее баллистической стойкости, позволяющий получить аналитическую зависимость предельной скорости пробития бронепакета от его конструктивных характеристик и физико-механических свойств ткани. Приведен критерий выбора оптимальных тканей, объясняется влияние влажности бронепакета на его баллистическую стойкость. Значительный интерес могут представить экспериментальные данные по баллистической стойкости бронепакетов из различных тканей.

В главе 4, посвященной полимерной композиционной броне, рассмотрены особенности строения броневых органопластиков, проанализирована их баллистическая стойкость, приведена аналитическая зависимость для определения предельной скорости пробития. Особое внимание уделено анализу влияния кривизны оболочки бронешлема на его баллистическую стойкость, получена аналитическая зависимость для расчета предельной скорости не- пробития.

Глава 5 посвящена металлической броне. Поскольку в настоящее время готовится к изданию специальная монография под редакцией В.А. Григоряна, посвященная металлической броне, то в этой главе приведены лишь основные сведения о броневых сталях, высокопрочных титановых и алюминиевых сплавах, проанализированы механизмы пробития металлических бронеэлементов, рассмотрены аналитические зависимости для оценки их баллистической стойкости.

В главе 6 изложены концептуальные вопросы баллистической стойкости керамической брони. Приведены сведения об основных керамических материалах, используемых в легкой броне, выполнен подробный анализ процесса взаимодействия пуль с керамическими бронеэлементами, на основании которого выявлены механизмы, обеспечивающие их высокую баллистическую стойкость.

В главе 7, посвященной анализу баллистической стойкости многослойной комбинированной брони с внешним керамическим слоем, осуществляется синтез знаний о различных типах брони, рассмотренных в предыдущих главах. Подробно описывается инженерная методика расчета противопульной стойкости многослойной комбинированной брони с внешним керамическим слоем и следующими за ним текстильным или органо-пластиковым и металлическим слоями, соединенными между собой. Приведены примеры использования этой методики для анализа баллистической стойкости двух- и трехслойной комбинированной брони.

В главе 8, посвященной прозрачной броне, рассмотрены основные прозрачные материалы - стекла, керамики, полимеры и

способы их компоновки в многослойные защитные структуры - триплексы, обеспечивающие защиту от воздействия пуль и осколков.

Глава 9 содержит обзор информации о возможностях и перспективах использования наноматериалов для изготовления легкой брони.

В главе 10 с позиций инженера-механика подробно изложены современные представления о механизмах заброневого действия баллистического удара пуль при непробитии бронезащиты. В гидродинамическом приближении выполнен анализ физических процессов, сопровождающих заброневое действие, получено аналитическое выражение для максимального радиуса пульсирующей полости. С использованием энергетического подхода разработан количественный критерий недопущения заброневой травмы выше второй степени тяжести. В одномерном приближении выполнен математический анализ ответной реакции грудной клетки на удар бронепластины, ускоренной ударом пули. Проанализировано ударно-волновое нагружение мягких тканей, создаваемое ударом деформационного купола текстильного бронепакета.

В главе 11 описаны основные методы баллистических' испытаний бронезащиты и статистической обработки результатов испытаний.

В главе 12 сформулированы основные принципы проектирования бронежилетов.

В приложениях 1-3 приведены основные характеристики СИБ, производимых на территории России.

В приложении 4 представлены данные о падении скорости пуль на траектории.

Труд по написанию книги распределился следующим образом: главы 1-10 написаны И.Ф. Кобылкиным; глава 11 написана В.А. Григоряном и В.М. Марининым, глава 12 написана В.А. Григоряном и Е.Н. Чистяковым. В написании отдельных глав принимали участие: главы 1 - В.М. Маринин и Е.Н. Чистяков, главы 3 - В.М. Маринин, главы 5 - В.А. Григорян, Е.Н. Чистяков. Приложения написаны В.А. Григоряном, В.М. Марининым, Е.Н. Чистяковым. Научно- методическое редактирование книги осуществлено В.А. Григоряном.

Доктор технических наук, профессор, академик РАРАН В.А. Григорян