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

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

РЕФЕРАТ

«Аналіз броньованих  структур, які використовуються для  підвищення захищеності автомобілів  багатоцільового призначення»

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ЗМІСТ

 

 

1. ТЕКСТИЛЬНА БРОНЯ……………………………………………………….3

2. МЕТАЛЕВА БРОНЯ………………………………………………………….5

3. КЕРАМІЧНА, КОМБІНОВАНА БАГАТОШАРОВА БРОНЯ…………….10

4. ПРОЗОРА БРОНЯ…………………………………………………………….12

ВИСНОВОК……………………………………………………………………...14

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Броньовані деталі автомобілів  багатоцільового призначення (в  тому числі і броньоване скло) повинні бути виготовлені з матеріалів (або композиції матеріалів), які відповідають певному класу захисту.

Для бронювання автомобілів багатоцільового  призначення (АБП) з метою збереження їх ТТХ використовують широке коло захисних та протиосколкових броньових структур з поверхневою щільністю, яка не перевищує 50 – 80 кг/м². Такий броньовий захист називають легкою бронею.

Основними типами легкої броні є: текстильна, органопластикова, металева, керамічна, комбінована багатошарова та прозора.

 

1. ТЕКСТИЛЬНА БРОНЯ

 

Текстильну броню, основою якої є високоміцні синтетичні волокна, на броньованих АБП доцільно використовувати  як протиосколкову та шумопоглинальну  оббивку в кабіні (модулі). Це дозволяє при незначному збільшенні маси істотно  підвищити стійкість і зменшити дію заброньового осколкового уражаючого потоку при пробитті броньованих структур АБП.

Фізико-механічні характеристики арамідних волокон, в тому числі  їх торгові назви, наведені в  таблиці 1.1.

Таблиця 1.1 – Фізико­механічні характеристики арамідних волокон

 

Марка матеріалу (країна)	Щільність, кг/м3	Міцність на  розтяг, МПа	Подовження при розриві, %	Модуль пружності, ГПа
Параарамідні волокна
Армос (Росія)	1450	5000­5500	3,4­4,5	140­142
СВМ (Росія)	1430	3800­4200	4,0­4,5	120­135
Терлон (Росія)	1450	3100	2,0­3,5	100­150
Кевлар­29 (США)	1440	2920	3,6	69­77
Кевлар­129 (США)	1440	3200	3,6	75­98
Тварон (Нідерланди)	1440	2800	3,3­3,5	80­120
Технора (Японія)	1390	3000­3400	4,2	71­83
Поліетиленові волокна
Спектра­900 (США)	960	2700	4,5	124
Спектра­1000 (США)	970	3200	­	177
Дайнема SK­60 (Голландія)	970	2700	3,5	87
Дайнема SK­66 (Голландія)	970	3100	3,5	100
Текмилон (Японія)	960	2500­2900	5,1	100
Эспелен (Росія)	970	2900	6,0	130­170

 

Поєднання високого модуля пружності  та відносно низької щільності полімеру, з якого отримують такі волокна, дозволяє отримати високі значення повздовжньої швидкості звуку у волокнах (9-10 км/с), що забезпечує швидке перетворення кінетичної енергії кулі в деформацію достатньо великого об’єму захисного матеріалу. Це, разом з винятковою високою міцністю волокон, визначає ефективність текстильної броні.

Поліетиленові волокна мають високі характеристики міцності при низькій  їх щільності (0,94-0,97 г/см³) та за питомими значеннями (на одиницю маси) значно випереджають параарамідні волокна. Ці якості дозволяють вважати поліетиленові волокна перспективним матеріалом для виготовлення захисних структур. До недоліків поліетиленових волокон у порівнянні з параарамідними відноситься обмежена температура експлуатації (до 90-110 ºС) та вогненебезпечність.

Як правило, текстильна броня складається  з великої кількості шарів  тканини. Характеристики закордонних  тканин наведені в таблиці 1.2.

 

Таблиця 1.2 – Характеристики закордонних тканин

Тип тканини	Поверхнева щільність, г/м2	Кількість ниток на 10 см, основа/уток	Розривне навантаження, Н, основа/уток	Подовження на розтяг, %, основа/уток	Товщина тканини, мм
СМВ арт. 56319	130	222/212	2825/3010	11/11	0,18…0,23
СМВ арт. 56319Р	125	210/210	2090/2100	5/4	0,22
СМВ арт. 8601	186	­	3500/2900	10/6	0,26
Терлон	190­200	163/150	2760/4340	11/6	0,25
Армос арт. 5363/11­91	250±20	120/120	2190/200	6/7	0,25
Кевлар 439G	140	­	2380/2390	­	­
Кевлар 129	214	­	­	7/5	0,25…0,27
Тварон 750	265	­	4020/3810	­	­
Тварон 709	190	­	4500/4500	6/5	0,22

 

Розглянемо механізм взаємодії  кулі з текстильною бронею. Як перешкода, текстильна броня представляє собою  складну дискретну структуру  з внутрішніми ступенями свободи, оскільки нитки, з яких складається  текстильний броньований пакет (броне  пакет), мають здатність до зміщення як у напрямку впливу кулі, так і в площині тканини. Саме здатність ниток тканини зазнавати зміщення під час ударно-проникливого впливу куль забезпечує можливість перетворення кінетичної енергії куль в енергію пружного розтягування ниток тканини.

Аналіз експериментів дозволяє виділити такі стадії взаємодії кулі з багатошаровим текстильним  бронепакетом:

1. Початкова стадія взаємодії – ущільнення тканини в зовнішньому шарі пакету, стиснення та прискорення матеріалу у напрямку руху кулі. Руйнування ниток тканини на цій стадії має зсувний характер. У зв’язку з швидкоплинністю початкової стадії зміщення пробитих шарів тканини та гальмування кулі не значне.

2. Стадія проникання кулі в бронепакет з розтягуванням, витягуванням та подальшим обривом ниток шарів тканини. Повздовжнє зміщення шарів велике, деформація розтягування ниток перевищує граничну. На цій стадії відбувається гальмування кулі та поглинання частини її кінетичної енергії.

3. Стадія гальмування кулі з утворенням тильного деформаційного купола без руйнування шарів тканини. Одночасно з деформацією матеріалу поглинається енергія кулі, яка залишилась, та куля зупиняється.

Зазначеним стадіям відповідає структура текстильного бронепакету, наведена на рисунку 1.2.

Рис. 1.2 - Структура текстильного бронепакету після гальмування кулі: 1 − зовнішні шари бронепакету; 2 − середні шари бронепакету; 3 − тильні шари бронепакету

Балістична ефективність текстильної  броні визначається не значеннями її характеристик міцності, а здатністю  тканини запасати пружну енергію – добутком максимального значення деформації розтягування ниток та швидкості повздовжньої хвилі, яка розповсюджується по нитках. Для параарамідних волокон цей добуток складає 280-320 м/с, для поліетиленових волокон – 350-400 м/с. Це обумовлює доцільність застосування на АБП захисних структур з  поліетиленових волокон.

З метою забезпечення необхідного  рівня захисту АБП необхідно  використовувати металеві або комбіновані  захисні структури, які містять  металеві, композиційні або керамічні броньовані елементи.

 

2. МЕТАЛЕВА БРОНЯ

 

Металева броня, як клас, включає  броньові сталі, високоміцні алюмінієві та титанові сплави. Найбільш широко використовується сталева броня, з використанням  якої можливо забезпечення захисту  до класу захисту ПСЗА-5 відповідно до ДСТУ 3975-2000. При цьому товщина броньованого елемента може бути 5,0 - 6,5 мм, що відповідає поверхневій щільності 39-51 кг/м³. Перевищення зазначеної товщини сталевих броньованих елементів не допускається через велику вагу, яка впливає на технічні характеристики АБП.

Броньова сталь представляє  середньовуглецеву, середньолеговану сталь мартенситного класу. Високі характеристики міцності броньових  сталей досягаються в результаті термообробки.

Крім термообробки, зміцнення сталей здійснюється шляхом легування та з допомогою термомеханічної обробки – поєднання термообробки з деформаційним зміцненням.

Механізми легування сталей достатньо  складні на ґрунтуються на тому, що легуючі елементи змінюють температуру  поліморфних перетворень заліза, впливають на розчинність вуглецю в аустеніті та на хімічний склад сталей. Після введення у склад сталей таких легуючих елементів як марганець і нікель вони мають високі значення характеристик міцності, ударної в’язкості та мають здатність до деформованого зміцнення.

Для підвищення рівня захисту АБП  необхідно використовувати так  звані протикульні броньові сталі  високої міцності, в яких у якості легуючих елементів використовуються хром, молібден, вольфрам, ванадій, кремній. Введення зазначених елементів в якості легуючих сприяє збільшенню межі текучості, межі міцності та твердості сталей.

Складність створення таких  сталей обумовлена необхідністю поєднання  високих значень твердості та міцності, які забезпечують опір проникненню  кулі, та достатнього рівня пластичності та в’язкості для запобігання крихкого руйнування стального броньованого елементу.

Як крихкі сталі високої твердості, так і в’язкі пластичні сталі  не високої твердості характеризуються низькою протикульною стійкістю.

Номінальна система легування, спосіб отримання та механічні властивості деяких броньових сталей високої твердості  наведені в таблиці 2.1.

Порівняння механічних характеристик  броньових сталей з характеристиками середньо вуглецевих сталей показує, що міцність броньових сталей визначається вмістом вуглецю.

Застосування в засобах індивідуального  захисту броньованих елементів  з сталі «44» товщиною 5,5 мм забезпечує захист під час обстрілу «в притул» звичайними кулями АКМ, АК74 та СВД. Для захисту від куль зі сталевим загартованим осердям з твердістю більше 60 HRC, необхідно збільшення товщини бронеелементів на 15-20%.

Збільшити кулестійкість броньової  сталі можна було б шляхом збільшення її твердості. Але при твердості  перешкоди з гомогенної вуглецевої сталі більше 55 HRC вона стає крихкою та під час обстрілу звичайними сталевими кулями уражається за типом пролому або розколювання.

Кращими закордонними зразками гомогенних броньових сталей є MARS-300 (Франція), ARMOX-600 (Швеція), 4340 TOD (США), сталь «44С» (Росія, НДІ сталі).

 

Таблиця 2.1 – Характеристики основних броньових сталей високої твердості

Марка сталі	Спосіб виплавки	Номінальна системa легування	Твердість НВ/(HRC)	Межа міцності МПа	Межа текучості, МПа	Відносне подовження, %	Відносне звуження, %	Ударна в’язкість, МДж/м2
1	Мартен,ЕДП	0,26С­1,4Мn­1,4Si­0,2Mo	388…477	­	­	­	­	70
77Ш	ЕШП+ТМО	0,35C­1,4Si­1,1Cr­2,4Ni­0,3Mo	477…522	1900	1600…1700	10…12	40…50	80
88Ш		0,40C­1,4Si­1,1Cr­2,4Ni­0,3Mo	495…555	2000	­	­	­	70
КВК­37	ЕДП+ВІП або ВДП	0,37C­0,8Mn­2,0Cr­1,0Ni­0,5Mo­ 0,7W­0,03Nb­0,02B	447…555	2000	­	­	­	­
КВК­43		0,42C­0,8Mn­2,0Cr­1,0Ni­0,5Mo­ 0,7W­0,03Nb­0,02B	495…578	2100	­	­	­	­
«44»	ЕДП, ЄШП	44ХНМФА	560…610 / (51…52)	2050…2100	1550…1700	8…10	30…40	50…60
«46»	­	0,4C­1,0Cr­1,5Ni­0,25Mo­1,4V	(54…56)	2150…2250	­	­	­	­
«56»	­	0,50C­3,0Cr­1,7Ni­1,95Mo­0,3V	(57…58)	2250…2350	­	­	­	­
CПC­43	ЕДП	0,43C­1,65Si­1,2Cr­1,3Ni­0,45Mo	444…552	2050	­	­	­	­
«96»	ЕДП	0,48C­1,6Si­1,0Ni­0,5Mo­0,25V	(52…54)	2100…2150	­	­	­	­
Ц85	ЕДП	0,42C­1,5Si­1,1Cr­1,2Ni­0,45Mo	485…522	2050	­	­	­	­
Ф110	ЕДП	0,46C­1,3Si­1,5Cr­1,6Ni­0,3Mo	(53…54)	2100	1900	­	­	­
МARS 300 Франція	ЕДП + позапічне вакуумування та рафінування	0,50C­0,8Si­4,0Ni­0,4Mo	578…655 / (56…60)	2180	­	­	­	­
ARMOX 600S Швеція		0,45C­0,8Mn­0,8Cr­2,5Ni­ 0,65Mo­0,002B	570…640 / (50…60)	­	­	­	­	­
XH­206 Німеччина	ЕДП+позапічна обробка	35Х2Н2,5МФ	450…500	1700	­	­	­	­
XH­113 Німеччина		42ХГМ1Ф	480…530	1900	­	­	­	­
4340 США	­	40ХН2МФ	477…514	1900	­	­	­	­