Материалы и защитные структуры для локального и индивидуального бронирования

Синтез защитных структур на основе текстильной брони представляет собой сложную многопараметрическую задачу, решение которой, как правило, осуществляется эмпирически и требует проведения большого количества экспериментов. Несмотря на надежность получаемой в экспериментах информации, всегда остается сомнение в том, что выбранный вариант защитной структуры является оптимальным. Кроме этого, полученные экспериментальные данные всегда имеют частный характер. Для их обобщения необходима физико-математическая модель взаимодействия пули с текстильной броней.

В соответствии с современным подходом к анализу сложных явлений, исчерпывающее описание процесса взаимодействия пули с текстильной броней, в том числе и определение предельной скорости пробития, может быть достигнуто компьютерным моделированием процесса, для чего, кроме адекватной физико-математической модели, необходимо знание тех конкретных характеристик текстильных материалов, которые определяют баллистическую стойкость текстильной брони.

Работы, посвященные компьютерному моделированию взаимодействия пуль с текстильной броней, условно можно разделить на две группы. Работы первой группы посвящены разработке специализированных программ типа «IMPACT» [3.16], с помощью которых можно рассчитывать кинематические и динамические характеристики процесса нормального соударения недеформируемых пуль с текстильным бронепакетом вплоть до определения количества пробитых слоев и предельной скорости пробития. Эти программы используют упрощенные модели тканей из невзаимодействующих нитей. Сила сопротивления движению пули вычисляется аналогично рассмотренному выше способом. Несмотря на то, что в модели не учитывается ряд важных составляющих процесса взаимодействия пули с текстильной броней, путем подбора подходящих значений прочностных и деформационных характеристик тканей удается достичь удовлетворительного согласия расчетных и экспериментальных данных.

В начальный момент взаимодействия часть кинетической энергии пули расходуется на ускорение присоединенной массы текстильного бронепакета М_тп по механизму неупругого удара. Исходя из законов сохранения импульса и энергии, примененных к неупругому соударению пули массой т с телом массой М_ТП (рис. 3.10), для скорости V₁ и кинетической энергии W₁ объединенной системы массой m + М_тп можно получить следующие соотношения

Оценить предельную скорость пробития бронепакета можно, приравняв кинетическую энергию пули и присоединенной массы W₁ к максимальной упругой энергии, которую может запасти бро- непакет без разрушения. Полагая, что все нити, формирующие силу сопротивления движению пули, испытывают одинаковую деформацию, получим следующее соотношение

Массу М деформированного объема ткани можно определить исходя из введенных выше понятий эквивалентных нитей (рис. 3.11). Из этого рисунка следуе

Исходя из соображений размерности, будем считать, что на пределе пробития при
v₀ = v_ncn максимально достижимый прогиб w_max пропорционален
предельной деформации нитей при растяжении w_max = γε_рd_п, где
у≈(2...4)ε_р'- коэффициент пропорциональности, зависящий от
свойств нитей ткани.

Подставляя в исходное соотношение (3.6) выражения для М, t_т и w_max, для оценки предельной скорости пробития получим следующее соотношение

Понятно, что в этой формуле коэффициент К, зависящий от предположений, положенных в основу расчетной модели, по существу, является подгоночным и его вычисление с помощью приведенных выше оценочных зависимостей может дать только порядок величины. Поскольку значение величины βX≈ 0,1 в большинстве практически важных случаях, то в дальнейшем при проведении анализа баллистической стойкости текстильных бронепакетов считается,

1. Предельная скорость пробития пропорциональна произведению скорости продольных волн в нитях на предельную деформацию их удлинения v_ncn ~ сε_р.
2. Предельная скорость пробития пропорциональна кубическому корню из поверхностной плотности текстильного бронепа- кета v_ncn ~ ³√т_тп . Поскольку поверхностная плотность бронепакетов пропорциональна произведению поверхностной плотности ткани m_т и количеству п содержащихся в нем слоев ткани m_Tn = nm_T, то предельная скорость пробития бронепакетов из одинаковых тканей одинаковыми ударниками пропорциональна кубическому корню из числа слоев ткани v_ncn ~  ³√n.
3. Отношение предельных скоростей пробития v_ncn1 и v_ncn2 бронепакетов, содержащих n₁ и n₂ слоев ткани ударниками соответственно массой и диаметром т₁, d₁ и m₂, d₂ в соответствии со сделанными выводами должно быть равно
   
4. Для геометрически подобных ударников диаметром d₁ и d₂ отношение предельных скоростей пробития текстильных бронепакетов, содержащих п₁ и           п₂ слоев одинаковой ткани, должно быть равно

В подразделе 3.2.6 было показано, что минимальная масса деформированного объема М, а, следовательно, и минимальная поверхностная плотность текстильного бронепакета т_тл достигается для таких нитей и тканей, у которых произведение сε_р, характеризующее способность нитей накапливать упругую энергию, максимально. Из формул (3.6) и (3.7) следует, что максимуму произведения сε_р соответствует максимальное значение параметра J = v₅₍₎ / ³√пт_т , который можно рассматривать в качестве количественного критерия выбора оптимального материала для текстильной брони по конструктивным характеристикам бронепакетов (п, т_т) и результатам их баллистических испытаний (v₅₀).

При взаимодействии деформируемых пуль со свинцовыми сердечниками с текстильными бронепакетами в общем энергетическом балансе необходимо учитывать работу деформирования пуль А_п и увеличение их диаметра в процессе торможения. В этом случае простой модели для расчета предельной скорости пробития разработать не удается. В работе [3.21] для 9 мм оболочечных пуль НАТО М882 со свинцовым сердечником экспериментально определены скорости v₅₀ для текстильных бронепакетов, состоящих из кевларовой ткани КМ2 с поверхностной плотностью 180 г/м². Для бронепакетов с числом слоев ткани n от 10 до 30, эти данные можно аппроксимировать зависимостью

Для описания экспериментальных данных использовалась следующая зависимость

• Список основных сокращений
• Основные понятия и определения
• Текстильная броня
• Механизмы взаимодействия пули с текстильной броней
• Полимерная композитная броня
• Металлическая броня
• Керамическая броня
• Анализ противопульной стойкости многослойных преград с внешним керамическим слоем
• Прозрачная броня
• Броня из наноматериалов - возможности и перспективы
• Заброневое действие высокоскоростного удара пуль при непробитии бронезащиты
• Баллистические испытания средств индивидуальной бронезащиты
• Общие принципы конструирования бронежилетов
• Приложение 1
• Приложение 2
• Приложение 3
• Приложение 4

Материалы и защитные структуры для локального и индивидуального бронирования › Механизмы взаимодействия пули с текстильной броней › Методы расчета предельной скорости пробития текстильного бронепакета