БИОЛОГИЧЕСКИЕ НАУКИ/11.Биоинженерия и биоинформатика

¹Есаулова Т.И., ²Козяр В.В.

¹Национальный технический университет Украины «Киевский политехнический институт», Кафедра биобезопасности и здоровья человека,

²Национальный технический университет Украины «Киевский политехнический институт», Кафедра биомедицинской инженерии

ПУСТОТЕЛЫЙ ЗАЩИТНЫЙ ЭЛЕМЕНТ

ДЛЯ БРОНЕЖИЛЕТА

Создание индивидуальных средств бронезащиты в комплексе, и бронеэлементов в частности, сопровождается рядом трудностей, обусловленных требованиями обеспечения защиты от разнообразных факторов в различных условиях и постоянным совершенствованием огнестрельного оружия. Конструирование бронежилетов является сложной и комплексной проблемой и, несмотря на многолетние исследования, многие вопросы индивидуальной бронезащиты до сих пор не имеют однозначного решения. В результате реализации концепции слоистой преграды проведена разработка броневого защитного элемента, который способен поглощать значительную часть кинетической энергии пули и при этом имеет меньшую массу по сравнению с аналогами.

Конструктивно предлагаемый защитный элемент выполнен из стали марки 44С в виде плоской герметичной емкости, внутри которой находится воздух под давлением. При попадании пули ее энергия расходуется на упругий контакт [1], на деформацию фронтальной пластины, имеющей тыльный подпор воздушной прослойки, и на адиабатическое сжатие воздуха в емкости, исходно имеющего избыточное давление. Расчеты показывают, что при этом потери кинетической энергии пули могут составить 50 – 60% от исходной. Оставшейся энергии пули будет недостаточно для пробития тыльной пластины и даже для значительной ее деформации, поэтому заброневая травма защищаемого объекта будет нелетальной.

В качестве материала для изготовления защитного элемента выбрана сталь марки 44С, которая имеет сбалансированные свойства и предел текучести σ_т=2000 МПа. Благодаря этому она стоит на одном уровне с такими броневыми сталями, как 4340 (США), ARMOX (Франция) и др. В литературе [2] приведены значения толщины стальной преграды (σ_т=1700 МПа), которая предотвращает пробитие пулей калибра 5,45х39 мм, выпущенной из АК-74. Графики, представленные на рис. 1, показывают, что в случае использования для бронезащиты стали марки 44С, толщина преграды, при обеспечении той же степени защиты, может быть уменьшена. Вследствие этого достигается снижение общей массы бронежилета на 30%.

Рисунок 1. Работа, необходимая на формирования выпучины в стальной преграде различной толщины

Вычисления по аналитическим формулам из [3], дали значения, необходимые для моделирования в среде ANSYS 14.5 с помощью специального модуля расчетов высокоскоростных динамических процессов. В результате моделирования была получена картина распределения волн деформации в слоях защитного элемента вследствие удара пули, имеющей скорость 850 м/с (рис.2). Расчетная остаточная скорость пули, по результатам моделирования, после прохождения двух первых слоев защитного элемента составляет 45,6 м/с, что недостаточно для нанесения серьезных увечий телу человека.

Рисунок 2. Распределение скорости волны деформации в броневом защитном элементе

При анализе и конструировании бронеэлементов используемые расчетные формулы, отражающие взгляд авторов на тот или иной процесс, часто имеют существенные различия или носят эмпирический характер. Кроме того, не все моменты взаимодействия пули с преградой поддаются аналитическому описанию в силу неполного знания, а ряд данных недоступен из-за закрытости тематики. Результаты привлеченного для конструкторских разработок компьютерного моделирования также не могут однозначно использоваться в работе в силу ограниченности количества или неверного выбора исходных показателей, упрощенного толкования взаимосвязей. Окончательную оценку средству бронезащиты могут дать полигонные испытания. Практическая проверка конструкции является логическим последующим шагом разработки.

Литература:

1.Исследование влияния конструкции пули на процесс пробивания стальной преграды [Текст] / В. В. Калашников, С. Е. Алексенцева // Вестник Самарского государственного технического университета. Сер.: Технические науки. - 2009

2. Частные вопросы конечной баллистики [Текст] / В. А. Григорян [и др.]; под ред. В. А. Григоряна. - М. : Изд-во МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2006. - 591 с.