защитная конструкция

Формула изобретения

Защитная конструкция, содержащая корпус и крышку, состоящие из наружного кожуха, внутренней облицовки с наполнителем из материала, изменяющего фазовое состояние при нагреве, изоляционного слоя, расположенного между наружным кожухом и внутренней облицовкой, и уплотнения между корпусом и крышкой, отличающаяся тем, что наружный кожух выполнен из металлического материала с температурой плавления не менее 1000°С и полированными поверхностями, внутренняя облицовка выполнена из двух разных материалов, слой внутренней облицовки, прилегающий к изоляционному слою, выполнен из термостойкого неметаллического материала, а противолежащий слой - из металлического материала с температурой плавления не менее 600°С, относительным удлинением не менее 15% и прочностью при растяжении не менее 100 МПа, в наполнитель введен слой из высокотвердого неметаллического материала, к противолежащему слою внутренней облицовки установлены демпфирующий слой из пористого материала и демпфирующий металлический элемент.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к средствам защиты транспортных и стационарных устройств от аварийных воздействий: пули стрелкового оружия, падения и пожары, включая террористические акты, и может использоваться в различных областях техники и промышленности - в атомной, машиностроении, в банковском деле и др.

Известен несгораемый контейнер (патент США №3709169, МПК E 05 G 1/02, НКИ 109-29, опубл. 09.01.1973), предназначенный для защиты ценных вещей, например, ценных бумаг от воздействия огня или интенсивного теплового воздействия. Внутри контейнера предусмотрена теплоизоляционная защита, состоящая из наружного слоя теплостойкого материала, например керамического волокна, и внутреннего слоя абсорбирующего материала, например стеклянной бумаги, насыщенной водой. Внутренний слой помещен в водонепроницаемый кожух, например из полиэтилена, который разрушается под воздействием повышенных температур. Как правило, вентиляционные устройства позволяют пару, который образуется под действием интенсивного тепла во внутреннем слое теплоизоляционной защиты, переходит внутрь емкости и вызывает дальнейшее замедление температуры путем поглощения тепла. Вентиляционные устройства обеспечивают медленный выход пара из емкости через канал, образованный между крышкой и собственно емкостью, благодаря чему замедляется распространение тепла внутрь через этот канал. В предпочтительном варианте насыщенный водой удлиненный волокнистый абсорбирующий материал располагается между наружной рамой и внутренней емкостью, в месте, подверженном передаче тепла с высокой скоростью, например, вдоль стойки между наружной рамой и внутренней емкостью. Недостатками такой защиты являются:

- возможность испарения воды через отверстия в кожухе, образованные при механическом повреждении, что при последующем нагреве не будет приводить к замедлению повышения температуры путем поглощения тепла от процесса парообразования, тем самым ухудшаются теплозащитные свойства и исключается возможность многократного использования защиты;

- контейнер не является стойким к комплексному воздействию различных средств взлома (механического, пулевого, теплового).

Известен теплозащитный корпус для предохранения одного из нескольких термочувствительных изделий от воздействия повышенной температуры окружающей среды (заявка ФРГ №3432789, МПК G 12 B 17/06, опубл. 11.04.1985). Термочувствительное изделие или несколько таких изделий помещены во внутреннюю полость наружного каркаса. По поверхности первой внутренней полости распределен первый термоизолятор в форме термооблицовки, создающий вторую внутреннюю полость. Термочувствительное изделие удерживается на расстоянии от стенок второй внутренней полости. Первый термоизолятор изготовлен из твердого вещества, сохраняющего свое состояние при воздействии на корпус повышенной температуры окружающей среды. По меньшей мере, часть второй внутренней полости занимает второй термоизолятор, в котором предохраняемые термочувствительные изделия размещены, как в кожухе. При определенной температуре второй термоизолятор переходит из твердого состояния в жидкое. Температура фазового перехода подобрана таким образом, чтобы второй термоизолятор оставался в твердом состоянии, пока на корпус не воздействует повышенная температура. При повышении температуры окружающей среды термоизолятор переходит в жидкое состояние.

Недостатком такого теплозащитного корпуса является следующее:

- при комплексном воздействии на корпус поражающих факторов (прострел, просверливание с последующим разогревом и т.д.) может произойти быстрое вытекание жидкого термоизолятора из корпуса и теплозащитные свойства корпуса резко ухудшаются.

Известен защищенный от пожара сейф (заявка Великобритании №2168402, МПК E 05 G 1/00, опубл. 18.06.1986). Сейф содержит контейнер и крышку. Каждый из элементов имеет наружный кожух, внутреннюю облицовку и промежуточный изоляционный слой из стойкого и огнеупорного материала. Внутренняя облицовка имеет наполнитель из изменяющего фазовое состояние материала, например парафина, обладающего свойством поглощать тепло.

Недостатками известного устройства являются:

- неспособность противостоять воздействиям в виде прострела, различных механических средств взлома;

- пониженные теплозащитные свойства при механическом повреждении элементов конструкции из-за возможного обмятия теплостойкого материала и вытекания материала, меняющего фазовое состояние при нагреве;

- в конструкции отсутствуют элементы, отводящие тепло от материала, поглотившего его при нагреве в результате фазового перехода из одного состояния в другое, при этом возможна закачка тепла внутрь сейфа при его остывании, что является недопустимым;

- изменение фазового состояния материала связано с изменением его объема, что может привести к повреждению или разрушению самого сейфа, поскольку в нем не предусмотрены конструктивные элементы, исключающие или уменьшающие этот эффект.

Защита сейфа от пожара по заявке Великобритании №2168402 выбрана в качестве прототипа.

Задачей, стоящей перед авторами предлагаемого изобретения, является разработка надежной защиты объекта от комплексного воздействия пуль стрелкового оружия, высокотемпературного пожар с температурой до 1000°С в течение одного часа и более и высокоинтенсивных ударных нагрузок при падении.

Техническим результатом предлагаемого решения является повышение защитных свойств защитной конструкции за счет введения в конструкцию новых защитных слоев и определенного расположения их в ней, приводящих к уменьшению повреждения внутренних слоев устройства и к обеспечению стойкости к воздействию пуль стрелкового оружия, высокотемпературного пожар с температурой до 1000°С в течение одного часа и более и высокоинтенсивных ударных нагрузок при падении.

Технический результат достигается тем, что в защитную конструкцию, содержащую корпус и крышку, каждый из которых состоит из наружного кожуха, внутренней облицовки с наполнителем из материала, изменяющего фазовое состояние при нагреве, и изоляционного слоя, расположенного между наружным кожухом и внутренней облицовкой, наружный кожух выполнен из металлического материала с температурой плавления не менее 1000°С и полированными поверхностями. Внутренняя облицовка выполнена из двух разных материалов. Слой внутренней облицовки, прилегающий к изоляционному слою, выполнен из термостойкого неметаллического материала, а противолежащий слой - из металлического материала с температурой плавления не менее 600°С, относительным удлинением не менее 15% и прочностью при растяжении не менее 100 МПа. В наполнитель введен слой из высокотвердого неметаллического материала. К противолежащему слою внутренней облицовки установлены демпфирующий слой из пористого материала и демпфирующий металлический элемент. Между корпусом и крышкой расположено уплотнение.

Стойкость к воздействию пуль стрелкового оружия достигается за счет того, что в наполнитель защитной конструкции введен слой из высокотвердого неметаллического материала. Слой из твердого неметаллического материала дробит пулю и гасит ее энергию, а слой внутренней облицовки, противолежащий к изоляционному слою, останавливает весь поток осколков, вызванный дроблением пули и твердого слоя. Причем эта стойкость сохраняется при воздействии высокотемпературного пожара за счет наполнителя внутренней облицовки из материала, изменяющего фазовое состояние при нагреве, и изоляционного слоя, расположенного между наружным кожухом и внутренней облицовкой, а также наружного кожуха, выполненного из металлического материала с температурой плавления не менее 1000°С и полированными поверхностями. Наружный кожух при нагреве не плавится из-за высокой температуры плавления при воздействии пожара, а за счет того, что его поверхности выполнены полированными, интенсивно отражает лучистую составляющую теплового потока. Это приводит к существенному снижению нагрева изоляционного слоя и прохождения теплового потока внутрь конструкции. Наполнитель при нагреве изменяет свое фазовое состояние, интенсивно поглощает тепло и тем самым защищает слои облицовки от расплавления или термодеструкции. Выполнение слоя внутренней облицовки, прилегающий к изоляционному слою, из термостойкого неметаллического материала позволяет предотвратить вытекание наполнителя наружу при нагреве и изменении фазового состояния. Стойкость защищаемого объекта к ударным воздействиям при падениях защитной конструкцией обеспечивается демпфирующим слоем из пористого материала и демпфирующим металлическим элементом, прикрепленных к слою внутренней облицовки из металлического материала с температурой плавления не менее 600°С, относительным удлинением не менее 15% и прочностью при растяжении не менее 100 МПа. Демпфирующий слой из пористого материала деформируется при падении и тем самым снижает ударные нагрузки на защищаемый объект до допустимых величин. Демпфирующий металлический элемент ограничивает деформацию слоя из пористого материала. При этом достигаются минимальные габариты (толщина) защитной конструкции и ее максимальные демпфирующие свойства.

Таким образом, заявляемое техническое решение обеспечивает надежную защиту объекта от высокотемпературного пожара с температурой до 1000°С в течение одного часа и более, воздействия пуль стрелкового оружия и ударов при падении, т.е. защищает объект от комплексного воздействия.

На фиг.1 показан общий вид защитной конструкции, на фиг.2 - защитная конструкция после воздействия на нее поражающих факторов, где:

1 - корпус;

2 - крышка;

3 - наружный кожух;

4 - внутренняя облицовка;

5 - наполнитель из материала, изменяющего фазовое состояние при нагреве;

6 - изоляционный слой;

7 - уплотнение между корпусом 1 и крышкой 2;

8 - слой внутренней облицовки, прилегающий к изоляционному слою;

9 - слой внутренней облицовки, противолежащий слою, прилегающему к изоляционному слою;

10 - слой из высокотвердого неметаллического материала;

11 - демпфирующий слой из пористого материала;

12 - демпфирующий металлический элемент;

13 - пуля;

14 - пламя пожара;

15 - твердая поверхность, на которую падает защитная конструкция.

Защитная конструкция содержит корпус 1 и крышку 2. Корпус 1 и крышка 2 состоят из наружного кожуха 3, внутренней облицовки 4 с наполнителем 5 из материала, изменяющего фазовое состояние при нагреве, и изоляционного слоя 6, расположенного между наружным кожухом 3 и внутренней облицовкой 4. Между корпусом 1 и крышкой 2 расположено уплотнение 7. Наружный кожух 3 выполнен из металлического материала с температурой плавления не менее 1000°С и полированными поверхностями. Внутренняя облицовка 4 выполнена из двух разных материалов (слои 8, 9). Слой 8 внутренней облицовки, прилегающий к изоляционному слою 6, выполнен из термостойкого неметаллического материала, а противолежащий слой 9 - из металлического материала с температурой плавления не менее 600°С, относительным удлинением не менее 15% и прочностью при растяжении не менее 100 МПа. В наполнитель 5 введен слой 10 из высокотвердого неметаллического материала. К противолежащему слою 9 внутренней облицовки 4 установлены демпфирующий слой 11 из пористого материала и демпфирующий металлический элемент 12.

Защитная конструкция работает следующим образом:

При воздействии пули 13, как правило, пробивается наружный кожух 3, изоляционный слой 6, слой 8 внутренней облицовки, прилегающий к изоляционному слою 6, наполнитель 5. Слой 10 из твердого неметаллического материала дробит пулю 13 и гасит ее энергию. Слой 9 внутренней облицовки, противолежащий к изоляционному слою 6, останавливает весь поток осколков, вызванный дроблением пули 13 и твердого слоя 10. При падении защитной конструкции на твердую поверхность 15 происходит деформация наружного кожуха 3, изоляционного слоя 6 и частично слоя 8 внутренней облицовки 4. Основную нагрузку воспринимают демпфирующий слой 11 из пористого материала и демпфирующий металлический элемент 12. При этом демпфирующий металлический элемент 12 ограничивает величину деформации слоя 11 из пористого материала. При воздействии пожара защита от нагрева с неповрежденной стороны обеспечивается изоляционным слоем 6, расположенным между наружным кожухом 3 и внутренней облицовкой 4, а также наружного кожуха 3, выполненного из металлического материала с температурой плавления не менее 1000°С и полированными поверхностями. Наружный кожух 3 интенсивно отражает лучистую составляющую теплового потока, что приводит к существенному снижению нагрева изоляционного слоя 6 и прохождению теплового потока внутрь конструкции. Изменения фазового состояния наполнителя 5 не достигается. С поврежденной стороны от воздействия пуль и падения на твердую поверхность защита обеспечивается преимущественно за счет наполнителя 5 из материала, изменяющего фазовое состояние при нагреве. При нагреве наполнитель 5 интенсивно поглощает тепло, переходит в жидкую (и газообразную) фазу и начинает вытекать наружу, интенсивно отводя тепло от слоя 9 внутренней облицовки, демпфирующего слоя 11 из пористого материала и демпфирующего металлического элемента 12.

В качестве примера конкретного промышленного выполнения защитной конструкции предложено следующее исполнение.

В состав корпуса 1 и крышки 2 защитной конструкции входят наружный кожух 3 из стали 12Х18Н9Т, внутренняя облицовка 4 с наполнителем 5 на основе эпоксидного связующего, изменяющего фазовое состояние при нагреве, и изоляционный слой 6 из ПНТБ, расположенный между наружным кожухом 3 и внутренней облицовкой 4. Между корпусом 1 и крышкой 2 расположено уплотнение 7 из термостойкого неметаллического материала на основе стекловолокна. Поверхности наружного кожуха 3 отполированы. Внутренняя облицовка 4 выполнена из двух разных материалов (слои 8, 9). Слой 8 внутренней облицовки, прилегающий к изоляционному слою 6 из ПНТБ, выполнен из термостойкого неметаллического материала на основе стекловолокна, а противолежащий слой 9 - из стали 12Х18Н9Т с температурой плавления 1650°С, относительным удлинением не менее 38% и прочностью при растяжении 216 МПа. В наполнитель 5 введен слой 10 из керамики карбида кремния. К противолежащему слою 9 внутренней облицовки 4 установлены демпфирующий слой 11 из пенопласта ПС-1 и демпфирующий элемент 12 из алюминиевого сплава Амг6.

Заявляемая конструкция позволяет решить поставленную задачу по разработке надежной защиты объекта от комплексного воздействия пуль стрелкового оружия, высокотемпературного пожара с температурой до 1000°С в течение одного часа и более и высокоинтенсивных ударных нагрузок при падении.

Проведенные испытания на моделях подтвердили заявляемый технический результат.