Аналіз броньованих структур, які використовуються для підвищення захищеності автомобілів багатоцільового призначенняронированных стр

Істотним недоліком захисних структур із зовнішнім керамічним шаром є  їх низька живучість – здатність  зберігати захисну здатність  при попаданні декількох куль. Тому керамічний шар багатошарових  захисних структур виготовляють з окремих керамічних елементів з розмірами сторін 50-100 мм, товщиною 10-15 мм, які приклеюються до металевої підложки. Для попередження передавання тріщин сусіднім елементам між ними залишають невеликий зазор (біля 0,5 мм), який заповнюється еластоміром. З метою утримання фронтальних осколків, які утворюються при руйнуванні  кулі та кераміки, до зовнішньої поверхні керамічного шару приклеюють декілька шарів балістичної тканини.

Відомі також дискретні структури  керамічного шару, який складається  з невеликих керамічних елементів, що заповнюють шар суцільно (керамічні елементи у вигляді квадратних або шестикутних призм) або з зазорами (циліндричні або сферичні керамічні елементи). Зазори між окремими елементами заповнюють полімерним або металевим матричним матеріалом, який надає зсувну міцність керамічному шару. Прикладом можуть бути пронепанелі LIBA (Light Improved Ballistic Armor), розроблені ізраїльською фірмою Mofet Etzion Ltd. Аналогічні панелі випускає французька фірма «ARES».

 

4. ПРОЗОРА БРОНЯ

 

Прозора протикульна та протиосколочна броня використовується для виготовлення кулезахисних вікон АБП. Крім протикульної стійкості, прозора броня повинна мати необхідний рівень прозорості.

В якості матеріалів для виготовлення прозорої броні найбільш широко використовуються неорганічне скло (в подальшому – просто скло) та прозорі полімери, які називають органічним склом. Найбільш високі захисні властивості мають прозорі керамічні матеріали високої твердості: сапфір – монокристалічний оксид алюмінію Al₂O₃, полікристалічний оксидонітрид алюмінію Al₂₃O₂₇N₅, магнійалюмінієвий шпінель MgAl₂O₄.

Широкому застосуванню цих матеріалів в броньованих структурах перешкоджає  їх висока вартість.

Для виготовлення прозорої броні необхідно  використовувати зміцнене скло. Зміцнення скла здійснюють стисненням поверхневих шарів скла при хімічно-термічній обробці та поверхневому загартуванні дефектного шару. Для збереження міцності скла необхідні захисні шари з прозорих полімерних плівок.

Оскільки скло є пружно-крихким  матеріалом високої твердості, то закономірності його пробиття такі ж як у кераміки. Після початкової стадії взаємодії ударника з перешкодою попереду кулі утворюється хвиля руйнування, яка являє собою сітку тріщин. Щоб зупинити розповсюдження фронту хвилі руйнування, необхідно використовувати багатошарові прозорі перешкоди. При підході до поверхні розділу з невисокою міцністю на розтягування тріщина не може передаватися на наступний шар перешкоди та буде зупиненою. Однією з відомих багатошарових прозорих перешкод є триплекс, який представляє собою багатошарову перешкоду, в якій скляні та полімерні шари склеєні прозорим полімерним клеєм (рис. 4.1).

Рис. 4.1 -  Схема багатошарової прозорої броні: 1 − високоміцний зовнішній шар; 2 − шари скла; 3 − шар полікарбонату; 4 − прозорий клей

 

В якості клею використовують полівінілбутіраль, акрил, поліуретановий клей та ін. Плівка, яка утворюється після полімеризації  клею є бар’єром для тріщин, що розповсюджуються. Роль зовнішнього шару скла полягає: по-перше, в локалізації високого піку тиску, який сформувався на початковій стадії взаємодії кулі з перешкодою, по-друге, в руйнуванні засобу ураження, впливу в розподіленні на велику площину та поглинанні частини кінетичної енергії засобу ураження. Тому зовнішній шар доцільно виготовляти з зміцненого скла або прозових керамік. Для попередження  проникнення вторинних осколків тильний шар необхідно виготовлювати з прозорого пластичного полімеру – полікарбонату або покривати захисною прозорою полімерною плівкою.

Органічне скло має приблизно в 2 рази меншу щільність у порівнянні з мінеральним склом. Внаслідок невисокої твердості та малої міцності переваг щодо кулестійкості органічне скло не має, тому що для забезпечення захисту за їх допомогою від типових засобів ураження необхідна велика товщина перешкоди. Тому їх використовують в багатошаровій прозорій броні в якості проміжних та тильних шарів. При правильно підібраній товщині зовнішнього скляного шару тильний полікарбонатний шар не пробивається, але утворюється характерний деформаційний конус.

Для захисту від автоматних та гвинтівкових куль необхідно використовувати  броньоване скло з 4-8 шарами та з тильним  шаром з полікарбонату або  полімерної плівки, яка утримує осколки. В залежності від якості скла, що використовується, товщина бронепакету може змінюватись в межах: клас захисту ПСЗА-5 – 5-6 шарів, 36-60 мм; ПСЗА-6 – 7-8 шарів, 55-90 мм.

При впливі куль зі сталевим загартованим осердям, наприклад, Б-32, зовнішній шар  перешкоди повинен мати твердість, яка істотно перевищує твердість  матеріалу ударника (NV до 8 ГПа), а межа пружності повинна перевищувати ударно-хвильовий тиск в перешкоді, що виникає на початковій стадії. Тільки в цьому випадку вдається забезпечити жорсткість перешкоди, яка достатня для руйнування сталевих загартованих осердь високошвидкісних куль без проникнення в перешкоду.

В роботі  в якості зовнішнього  шару високої твердості використовувались  пластини сапфіру товщиною 4,6 та 2х4 мм. Куля Б-32 калібру 7,62 мм при швидкості 836 м/с не пробиває багатошарову перешкоду, яка складається з пластини сапфіру товщиною 6 мм, 3 мм звичайного, 10 мм зміцненого скла та 4 мм шару полікарбонату. Використання в зовнішньому шарі двох 4 мм пластин сапфіру забезпечує стійкість до впливу кулі Б-32 при швидкості 855 м/с. Таким чином, введення зовнішнього шару з сапфіру та використання зміцненого скла дозволяє більш ніж в 3 рази зменшити товщину та масу багатошарової прозорої броні, що забезпечує захист за класом ПСЗА-6.

До аналогічних висновків прийшли  в праці,  в якій в експериментах  щодо досліджень стійкості багатошарових прозорих перешкод замість сапфіру використовували непрозору мілкозернисту кераміку Al₂O₃ високої щільності. В якості засобу ураження використовувались бронебійні кулі калібру 7,62 мм зі сталевим осердям. Швидкість удару складала 850 м/с. Перешкоди, що досліджувались, мали поверхневу щільність 48-59 кг/м³, розмір 100х100 та 150х150 мм, складалися з зовнішнього керамічного шару товщиною 1-8 мм, одного або двох шарів скла сумарною товщиною 5-20 мм та тильного шару з полікарбонату товщиною 4 мм. Шари між собою не склеювались, а піджимались один до одного двома сталевими рамками та стягувались болтами.

В результаті проведення експериментів  було встановлено:

1. Наявність 2 мм шару кераміки істотно покращувало балістичні ефективність перешкоди у порівнянні з багатошаровими прозорими перешкодами зі скла та полікарбонату, які широко використовуються, та зупиняють кулю при поверхневій щільності 135 кг/м³ (боросілікатне скло) та 163 кг/м³ (натрійсилікатне скло);

2. Балістична стійкість перешкоди істотно зростає при збільшенні товщини керамічного шару до 4 мм. При подальшому її збільшенні до 8 мм приріст балістичної стійкості незначний.

3. Повністю запобігти проникненню через прозору перешкоду з розмірами 150х150 мм вдається при товщині керамічного шару більше 4 мм та сумарній поверхневій щільності перешкоди 56-59 кг/м³.

Балістична стійкість багатошарової  прозорої перешкоди з зовнішнім  шаром високої твердості залежить не тільки від її твердості, але і  від жорсткості наступних шарів, повздовжніх розмірів перешкоди, довжини осердя та інших параметрів.

 

 

ВИСНОВОК

 

Таким чином, проведено аналіз основних типів легкої броні, які доцільно використовувати для підвищення рівня захисту конструктивних елементів АБП.