Комбинированная многослойная броня

Защищающая способность преграды по отношению к действию ударно-проникающих средств поражения, например, пуль стрелкового оружия, обычно характеризуют ее толщиной или поверхностной плотностью, при которых обеспечивается «кондиционный» характер поражения преграды. Кондиционному поражению соответствует не только непробитие преграды, но и отсутствие в ней сквозных трещин. Наиболее эффективными считаются преграды, которые при заданном уровне воздействия средств поражения обеспечивают кондиционное поражение при минимальных массовых и габаритных характеристиках.

Основной проблемой при разработке защитных структур СИБ является обеспечение необходимого уровня их противопульной стойкости при минимальной массе и допустимом тыльном прогибе. Именно требование минимальности массы защиты приводит к использованию в СИБ в качестве брони несколько необычных материалов. Так для защиты от низкоэнергетических средств поражения - револьверных и пистолетных пуль широко используется текстильная броня из высокомодульных и высокопрочных полиара- мидных или полиэтиленовых нитей (1 и 2 классы защитных структур по ГОСТ Р 50744-95 [7.1]). Эффективная защита от высокоэнергетических средств поражения с высокой проникающей способностью - бронебойных винтовочных пуль с термоупрочненными сердечниками (ТУС) (6-ой класс защитных структур по ГОСТ Р 50744-95) немыслима 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 настоящее время ведутся исследования по созданию сверхпрочных металлических, керамических и композитных броневых материалов с применением новейших нанотехнологий. В ближайшее десятилетие можно ожидать появления принципиально новых материалов для баллистической защиты. Однако, несмотря на это, комбинированные многослойные преграды с внешним керамическим слоем и тогда сохранят свое значение для защиты от бронебойных пуль, обладающих максимальной проникающей способностью, в ряду других боеприпасов стрелкового оружия.

Настоящий раздел посвящен расчетному анализу противо- пульной стойкости многослойных защитных структур СИБ с внешним керамическим слоем. В общем случае анализируемые защитные структуры состоят из керамического, текстильного или органопластикового и металлического слоев, соединенных между собой. Обычно слои, следующие за керамическим слоем, называют подложкой. Защищающие способности керамической, текстильной, органо-пластиковой и металлической брони были рассмотрены выше.

Защитное действие внешнего керамического слоя (см. главу 6) сводится к разрушению головной части пули, увеличению площади воздействия на последующие слои преграды и поглощению части кинетической энергии остатков пули в процессе ее торможения в уже разрушенной керамике. Поскольку ударно-проникающее воздействие пули сопровождается (через некоторое время задержки) образованием разрушенного керамического конуса, то для его удержания в сжатом состоянии и предотвращения разлета образующихся фрагментов необходима достаточно прочная и энергоемкая подложка, поглощающая остаточную кинетическую энергию пули и керамического конуса в процессе своего деформирования.

Поглощение остаточной кинетической энергии воздействия осуществляется путем ее преобразования в работу деформирования подложки, в результате чего образуется запреградная (тыльная) выпучина, характеризуемая величиной максимального прогиба w. От величины прогиба w зависит степень тяжести травмы защищаемого объекта. В зависимости от вида СИБ и их конструкции допустимые величины максимальных прогибов wдon изменяются в достаточно широких пределах. В защитных касках величина wдоn не должна превосходить, по-видимому, 10 мм, а в бронежилетах с антитравматической прокладкой wдоп может достигать 20 мм. Приведенные величины допустимых прогибов следует рассматривать как ориентировочные.

Защитное действие текстильного или органо-пластикового слоя рассмотрено в главе 3. Для последующего анализа необходимо выражение для силы сопротивления органо-пластикового слоя движению керамического конуса. Пусть радиус большего основания движущегося керамического конуса равен R, тогда суммарное число нитей пн во всех слоях ткани, проходящих через круговую область радиуса R, будет равно

Комбинированная многослойная броня

Суммарная сила сопротивления органо-пластикового слоя движению керамического конуса с учетом (3.4) будет равна

Комбинированная многослойная броня
 

Не представляет труда учесть уменьшение этой силы сопротивления вследствие обрыва нитей при достижении ими предельного удлинения.

В трехслойной защитной структуре основное назначение металлического слоя состоит в уменьшении тыльного прогиба. Как правило, толщина металлического слоя не превышает 1,5...2 мм. В качестве материала металлического слоя возможно использование высокопрочных сталей, броневых алюминиевых и титановых сплавов. Требования к физико-механическим свойствам материалов металлических подложек отличаются от требований к материалам противопульной брони только в одном - они могут обладать несколько большей пластичностью и меньшей твердостью.

Наилучшим сочетанием свойств обладают подложки из титановых сплавов. Имея небольшую плотность (4400...4500 кг/м3), что принципиально важно для достижения минимальной поверхностной плотности защитной структуры, титановые сплавы по удельной прочности (отношение прочности к плотности) значительно превосходят броневые стали.

Работу образования выпучины иногда называют энергоемкостью подложки. Оценим энергоемкость металлического слоя подложки толщиной δМ, предполагая, что выпучина образуется в результате пластического деформирования и имеет форму сферического сегмента высотой w и радиусом основания R. Работа образования сферического сегмента состоит из работы напряжений растяжения материала слоя Ар и работы его изгиба Aтг [7.2].Комбинированная многослойная броня

Средняя деформация удлинения εг материала подложки в вы- пучине вдоль радиального направления равна
 
Комбинированная многослойная броня
С использованием этой формулы для εг можно получить следующее выражение
 
Комбинированная многослойная броня
Для малых прогибов w, разлагая подкоренное выражение в ряд и оставляя только первый член разложения, получим

Комбинированная многослойная броня




 

 

Смотрите также