бронезащита для бронежилета

Формула изобретения

Бронезащита для бронежилета, включающая бронеэлемент переда и бронеэлемент спины из многослойной баллистической ткани, выполненный в виде многоугольника со скрепляющим кантом по его периметру, отличающаяся тем, что бронеэлемент переда состоит из грудной бронепанели, выполненной в виде криволинейной трапеции со скругленными углами, выпуклой с внешней стороны и несимметричной относительно своих вертикальной и горизонтальной осей, и из торсовой бронепанели, выполненной в виде выпуклого с внешней стороны прямоугольника и размещенной внахлест относительно грудной бронепанели, при этом площадь каждого из бронеэлементов переда и спины (S _бэ, дм²) рассчитана по формуле S _бэ=S_{пр.ж.в.о}×k _р.с, где S_{пр.ж.в.о} - проекционная площадь защиты жизненноважных органов человека, дм ², a k_р.с - коэффициент размерного соответствия, определяемый в соответствии с антропологическими особенностями человека и равный 1,1-1,2.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области военной техники и может быть использовано при разработке и изготовлении бронезащиты для средств индивидуальной защиты, в частности для бронежилетов, используемых службой охраны, оперативными работниками или гражданским населением для защиты жизненно важных органов от пулевых, осколочных и колющих воздействий.

Известна бронезащита для бронежилета, состоящая из бронепластин, установленных встык, и бронеполос, установленных над стыками бронепластин в пересекающихся направлениях, при этом бронеполосы выполнены из набора отдельных бронеэлементов, причем бронеэлементами бронеполос одного направления перекрыты стыки между четырьмя соседними бронепластинами, а бронеэлементами бронеполос другого направления перекрыты стыки между двумя соседними бронепластинами, при этом бронеэлементы бронеполос выполнены с сечением в виде сегмента и обращены плоской поверхностью к бронепластинам, при этом бронеэлементы бронеполос одного направления выполнены в продольном направлении с кривизной, равной кривизне внешней поверхности бронепластин, а ширина бронеполос выбрана из условия перекрывания стыка между бронепластинами при максимальном его раскрытии, причем бронепластины и бронеэлементы бронеполос установлены в карманах из высокомодульной органической ткани (см. патент РФ №2091693, кл. F41H 1/02 от 07.06.94 г.).

Недостатком данной бронезащиты является сложность ее изготовления и достаточно высокий вес. Изготовленные с использованием данной бронезащиты бронежилеты тяжелы и неудобны при эксплуатации.

Известна также принятая за прототип бронезащита для бронежилета, включающая бронеэлемент переда и бронеэлемент спины, выполненный из многослойной баллистической ткани в виде многоугольника, снабженного по периметру скрепляющим кантом (см. Средства индивидуальной бронезащиты (Руководство службы), Введено в действие приказом начальника ГРАУ МО РФ №166 от 16 апреля 2004 года, М., 2004, с.41-43, Бронежилет 6Б23-1).

Недостатком данной бронезащиты является недостаточное уменьшение веса, так как не использованы возможности снижения веса бронеэлементов за счет оптимального выполнения их формы, закрывающей только жизненно важные органы верхнего отдела туловища человека. Избыточный вес бронежилета с использованием данной бронезащиты не отвечает современным требованиям эксплуатационных удобств. Кроме того, монолитное выполнение бронеэлементов не позволяет повысить двигательную функцию человека в боевой обстановке.

Техническим результатом настоящего изобретения является уменьшение веса бронезащиты и улучшение эксплуатационных свойств, не снижая ее защитных характеристик.

Указанный технический результат достигается за счет того, что в бронезащите для бронежилета, включающей бронеэлемент переда и бронеэлемент спины, выполненный из многослойной баллистической ткани в виде многоугольника, снабженного по периметру скрепляющим кантом, бронеэлемент переда состоит из грудной бронепанели, выполненной в виде криволинейной трапеции со скругленными углами, выпуклой с внешней стороны и несимметричной относительно своих вертикальной и горизонтальной осей, и из торсовой бронепанели, выполненной в виде прямоугольника выпуклого с внешней стороны и размещенного внахлест относительно грудной бронепанели бронеэлемента переда, при этом площадь каждого из бронеэлементов переда и спины рассчитана по формуле

S_бэ=S_{пр.ж.в.о} ×k_p.c,

где S _бэ - площадь каждого из бронеэлементов; S _{пр.ж.в.о} - проекционная площадь защиты жизненно важных органов человека; k_p.с - коэффициент размерного соответствия, определяемый в соответствии с антропологическими особенностями человека и равный _kp.с=1,1-1,2.

При исследовании технического уровня предлагаемого изобретения не было обнаружено технического решения, обладающего признаками предлагаемой бронезащиты, на основании чего можно считать, что предлагаемое решение соответствует критерию «технический уровень».

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 представлена грудная бронепанель бронеэлемента переда (вид спереди), на фиг.2 - грудная бронепанель бронеэлемента переда (вид сбоку), на фиг.3 - торсовая бронепанель бронеэлемента переда (вид спереди), на фиг.4 - торсовая бронепанель бронеэлемента переда (вид сбоку), на фиг.5 - бронеэлемент переда (относительное размещение грудной и торсовой бронепанелей), на фиг.6 - бронеэлемент спины (вид спереди), на фиг.7 - бронеэлемент спины (вид сбоку), на фиг.8 - декартовая система координат с криволинейной трапецией для интегрального исчисления.

Бронезащита для бронежилета состоит из бронеэлементов переда 1 и спины 2. Бронеэлемент переда 1 состоит из грудной бронепанели 3, выполненной в виде криволинейной трапеции со скругленными углами 4 выпуклой с внешней стороны и несимметричной относительно своих вертикальной 5 и горизонтальной 6 осей, а также из торсовой бронепанели 7, выполненной в виде прямоугольника выпуклого с внешней стороны и размещенного внахлест относительно грудной бронепанели 3 бронеэлемента переда 1. Выполнение бронеэлемента переда 1 немонолитным, а составным позволяет повысить двигательную функцию человека в боевой обстановке. Бронезащита для бронежилета содержит также бронеэлемент спины 2, выполненный из многослойной баллистической ткани 8, например, Руссара, Тварона или Кевлара, в виде многоугольника снабженного по периметру скрепляющим кантом 9.

Бронеэлемент переда 1 выполнен металлическим или из других материалов, например керамики. Радиусы углов округления 4 криволинейной трапеции Ri, где i равно от 1 до 16.

При определении оптимальной формы бронеэлементов переда 1 и спины 2, позволяющей снизить их вес, не снижая при этом их защитных свойств, определяется площадь каждого из бронеэлементов переда 1 и спины 2 по формуле

S_бэ=S _{пр.ж.в.о}×k_p.c,

где S _бэ - площадь каждого из бронеэлементов;

S _{пр.ж.в.о} - проекционная площадь защиты жизненно важных органов человека;

k_p.с - коэффициент размерного соответствия, определяемый в соответствии с антропометрическими особенностями человека и равный

k_p.c =1,1-1,2.

Коэффициент размерного соответствия k _p.с позволяет учитывать изменения бронеэлементов (степень выпуклости, размер) в зависимости от размера бронежилета. Коэффициент определялся эмпирическим путем в соответствии с антропометрическими особенностями человека:

k_p.c=1,1-1,2.

При определении коэффициента размерного соответствия k _p.с бронежилеты I-II размера (рост 164-182) и III-IV размера (рост 186-194) надевались на военнослужащих соответствующего роста с проведением последующих замеров и нанесением грудной и спинной секций площадей защиты жизненно важных органов (ЖВО) человека на плоскостную фигуру человека.

Под площадью защиты бронеэлемента будем понимать площадь внешней «лицевой» поверхности защитной структуры бронеэлемента, сориентированной в направлении к ожидаемому подлету поражающих средств. Площадь защиты стального «формованного» бронеэлемента будем считать равной площади его развертки, а также площади плоской заготовки бронеэлемента перед технологической операцией формования, например, методом штамповки.

Площадь защиты бронеэлемента, имеющего простую геометрическую форму, можно определить как сумму площадей составляющих ее простых геометрических фигур - прямоугольников, трапеций, треугольников и т.п. Расчет площади производится по извесному в математике методу измерения площади класса квадрируемых фигур по Жордану. Средства интегрального исчисления по этому методу позволяют производить вычисления площади любой плоской квадрируемой фигуры.

Грудную бронепанель 3 бронеэлемента переда 1 можно представить в виде криволинейной трапеции, т.е. фигуры, ограниченной графиком заданной на некотором сегменте [а, b] непрерывной и неотрицательной функции f(x), ординатами, проведенными в точках а и b, и отрезком координатной оси Ох между точками а и b.

В соответствии с данным определением криволинейной трапеции и для удобства вычислений разместим фигуру трапеции в первом квадранте декартовой прямоугольной системы координат таким образом, чтобы нижний край фигуры трапеции находился на координатной оси Ох, а один из боковых краев - на координатной оси Oy. Таким образом, вычисления будут вестись на сегменте [0, L], где L - ширина фигуры трапеции.

Верхняя граница фигуры трапеции задана в виде дуг окружностей и отрезков прямых линий, причем прямые являются либо внешними, либо внутренними касательными к этим окружностям, т.е. может быть аналитически задана в виде кусочно-непрерывной функции f(x), которая для различных участков сегмента [0, L] принимает вид решенных относительно ординаты уравнений окружностей

(где Х₀, Y ₀ - координаты центра окружности, R - радиус окружности)

или прямых линий

y=kx+b

Каждая из площадей, равная значению определенного интеграла от соответствующей кусочно-непрерывной функции на сегменте [0, L], может быть выражена как сумма определенных интегралов от функций, описывающих кусочно-непрерывную функцию, на всех участках сегмента [0, L].

где L - ширина, Н - высота фигуры бронепанели;

координаты центров дуг окружностей Y_i , Х_i, радиусы R_i указаны на чертеже, а знак - плюс или минус - перед радикалом в уравнении окружности определяется тем, какой частью полусферы - верхней или нижней - задается дуга;

коэффициенты k _i, b_i уравнений прямых, а также пределы интегрирования L_i определяются либо по чертежу, либо решением отдельной задачи об отыскании общих касательных к двум окружностям. Данная задача для фигуры, заявляемой криволинейной трапеции имеет аналитические решения.

Расчет площади проекции жизненно важных органов человека S_{пр.ж.в.о} производили как расчет площади, имеющей простую геометрическую форму, которую можно определить как сумму площадей составляющих ее простых геометрических фигур - прямоугольников, трапеций, треугольников и т.п.

Заметим, что полученные интегралы могут быть представлены в виде элементарных функций, поэтому для площади S_{пр.ж.в.о} имеется точное решение. Подставляя полученное числовое значение S_{пр.ж.в.о} и k_p.с по предложенной формуле S _бэ=S_{пр.ж.в.о}×k _p.с производился расчет площадей каждого бронеэлемента.

Результаты соответствующих расчетов и измерений приведены в таблице.

Условный размер по паспорту на БЖ для роста человека, см	Фронтальная (грудная)часть бронежилета			Дорзальная (спинная) часть бронежилета
	S пр.ж.в.о, дм2	kp.с	S бэ, дм2	S пр.ж.в.о, дм2	kp.c	S бэ, дм2
I-II (164-182)	9	1,1	9,1	8	1,1	8,8
III-IV (186-194)	9	1,2	10,8	8,1	1,2	9,7

В соответствии с полученными результатами определяется форма каждого из бронеэлементов переда 1 и спины 2.

Работа бронезащиты для бронежилета заключается в следующем.

При попадании пули, осколков или колюще-режущего оружия на поверхность бронеэлемента переда 1 или спины 2 они задерживаются в ней, не поражая человека. При этом кинетическая энергия поражающего элемента (клинок, пуля, осколок и т.д.) растрачивается на преодоление сил сопротивления со стороны бронезащиты.

Промышленную применимость заявляемого технического решения подтвеждают опытные данные.

Пример.

Испытания бронезащиты для бронежилета по определению ее защитных свойств проводились при температуре окружающего воздуха 20±10°С. Требования к полигону, оружию и патронам по ГОСТ В 23958-91.

Масса металлического бронеэлемента переда 1 равна 2,9 кг при толщине, равной 6,3 мм и площадью 9,1 дм² , а бронеэлемента спины 2 массой, равной 4,3 кг, при толщине, равной 6,3 мм, и площадью, равной 8,6 дм² . Масса всего бронежилета не более 7,9 кг.

Испытываемый образец бронезащиты в бронежилете закреплялся на плоском манекене, изготовленном из дерева толщиной 30-40 мм, покрытом войлоком ГОСТ 6308-71 толщиной 20±5 мм. Для равномерного обстрела проводилось периодическое изменение положения бронежилета, поворачивая его на 180° через каждые 10 мин обстрела.

На расстоянии 1,5 м от дульного среза оружия устанавливался манекен с бронежилетом. Расстояние от дульного среза оружия до места намечаемого попадания (дистанция обстрела) выдерживался с погрешностью не более 50 мм.

На расстоянии 0,8 и 1,2 м от бронезащиты устанавливались датчики устройства замера скорости, обеспечивающие измерение скорости с погрешностью не более 5%.

Измеренную скорость поражающего элемента (V 0,75) принимали за скорость встречи с бронезащитой (ударная скорость). Допускаются другие способы измерения скорости поражающего элемента с погрешностью не более 0,5%.

После каждого выстрела производили оценку поражения: пробитие/непробитие. При обследовании бронезащиты бронежилета после испытаний установлено, что бронеэлементы не пробиты насквозь и, следовательно, надежно защитили при обстреле.

Проведенные испытания показали, что предложенная бронезащита обеспечила комплекс защитных характеристик от указанных видов воздействия.

Заявляемое техническое решение позволит за счет использования отличительных признаков:

- уменьшить вес бронезащиты, а следовательно, и бронежилета, что позволит повысить двигательную функцию человека в боевой обстановке;

- обеспечить надежную защиту человека;

- повысить эксплуатационные удобства бронежилета, изготовленного с использованием предлагаемой бронезащиты;

- улучшить сочетаемость с экипировкой.