RZECZPOSPOLITA POLSKA (12) OPiS PATENTOWY (19) PL (11) 170573 (13) B1 (21) Numer zgłoszenia- 305977 (22) data zgłoszenia: 10.03.1003 Urząd Patentowy Rzeczypospolitej Polskiej (86) Data i numer zgłoszenia międzynarodowego: 10.03.1993, PCT/RU93/00061 (87) Data i numer publikacji zgłoszenia międzynarodowego 15.09.1994, W094/20810, PCT Gazette nr 21/94 (51) IntCl6: F41H 5/007 (54)Urządzenie do ochrony przed wysokoprędkościowymi środkami rażenia (30) Pierwszeństwo: 04.03.1993,RU,93008272 (43) Zgłoszenie ogłoszono: 20.02.1995 BUP 04/95 (45) O udzieleniu patentu ogłoszono: 31.01.1997 WUP 01/97 (73)Uprawniony z patentu: AKTSIONERNOE OBSCHESTVO OTKRY- TO G O Tl PA "NAUCHNO-ISSLEDOVA- TELSKY INSTITUT STALI", Moskwa, RU Twórcy wynalazku: Sergey A. Bodrov, Moskwa, RU Sergey V. Korolev, Moskwa, RU Mikhail I. Maresev, Moskwa, RU Bronislav V. Matseevich, Krasnoarmeisk, RU Alexandr i. Platov, Moskwa, RU Dmitry A. Rototaev, Moskwa, RU Vladimir D. Chubarov, Moskwa, RU Alexandr Y. Shepov, Kaliningrad, RU (74) Pełnomocnik: (74)Słomińska-Dziubek Anna, PHZ POLSERVI- CE PL 170573 B1 (57) 1. Urządzenie do ochrony przed wysokoprędkościowymi środkami rażenia, zawierające co najmniej jeden zamknięty kontener, którego dwie przeciwległe ścianki mają posiać płyt ochronnych zamocowanych z możliwością wzajemnego przemieszczania się, a przestrzeń między nimi wypełniona jest warstwą materiału wybuchowego, znamienne tym, że każda z pozostałych ścianek (5) kontenera (1) jest wielowarstwowa 1 składa się z co najmniej trzech warstw, przy czym stosunek sztywności akustycznej sąsiednich warstw (6 i 7, 7 i 8, 8 i 9) wynosi co najmniej 2. FIG.1
Urządzenie do ochrony przed wysokoprędkościowymi środkami rażenia Zastrzeżenia patentowe 1. Urządzenie do ochrony przed wysokoprędkościowymi środkami rażenia, zawierające co najmniej jeden zamknięty kontener, którego dwie przeciwległe ścianki mają postać płyt ochronnych zamocowanych z możliwością wzajemnego przemieszczania się, a przestrzeń między nimi wypełniona jest warstwą materiału wybuchowego, znamienne tym, że każda z pozostałych ścianek (5) kontenera (1) jest wielowarstwowa i składa się z co najmniej trzech warstw, przy czym stosunek sztywności akustycznej sąsiednich warstw (6 i 7,7 i 8,8 i 9) wynosi co najmniej 2. 2. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że grubość każdej z warstw wielowarstwowej ścianki (5) wynosi 0,0005-0,4 odległości między płytami ochronnymi (3, 4), 3. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że wielowarstwowa ścianka (5) zawiera trzy warstwy, przy czym dwie z nich stanowią zagięte krawędzie (13,14) płyt ochronnych (3, 4), z których jedna styka się z warstwą (2) materiału wybuchowego, a w szczelinie pomiędzy zagiętymi krawędziami (13, 14) jest umieszczona trzecia warstwa (15) materiału niemetalicznego. 4. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że stosunek masy materiału wybuchowego i obojętnego środka wiążącego w warstwie (2) materiału wybuchowego wynosi co najmniej 4:1. 5. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że co najmniej dwa kontenery (1) są zestawione ze sobą w postaci zwartej osłony. Przedmiotem wynalazku jest urządzenie do ochrony przed wysokoprędkościowymi środkami rażenia. Urządzenie według wynalazku nadaje się zwłaszcza do ochrony obiektów przed ładunkami kumulacyjnymi i przeciwpancernymi pociskami podkalibrowymi. Znane jest urządzenie do ochrony przed wysokoprędkościowymi środkami rażenia stanowiące zamknięty kontener, którego wnętrze wypełnione jest materiałem wybuchowym (PCT/SE/00132). Dwie przeciwległe ścianki tego kontenera wykonane są w postaci płyt ochronnych, mających możliwość wzajemnego przemieszczania się. Przy urządzeniu ładunku kumulacyjnego w ten kontener, struga kumulacyjna powoduje detonację ładunku materiału wybuchowego wypełniającego wnętrze kontenera. Powstające przy wybuchu gazowe produkty detonacji powodują przemieszczanie się płyt ochronnych, które przecinając tor strugi kumulacyjnej, powodują jej degradację obniżając zdolność przebijania pancerza. Tak więc, urządzenie to zapewnia ochronę obiektu przed kumulacyjnymi środkami rażenia. Jednakowoż detonacja ładunku wybuchowego wypełniającego wnętrze kontenera może oddziaływać nie tylko degradacyjnie na strugę kumulacyjną, oddziałuje ona również na kontenery sąsiednie. Powstająca przy wybuchu fala uderzeniowa rozprzestrzenia we wszystkich kierunkach się od miejsca wybuchu. Docierając do materiału wybuchowego wypełniającego wnętrze kontenera sąsiedniego, fala uderzeniowa może zainicjować detonację jego ładunku. Dalszy rozwój tego procesu może prowadzić do niekontrolowanego rozprzestrzenienia się detonacji na ładunki z materiałem wybuchowym we wszystkich kontenerach zainstalowanych na ochranianym obiekcie. Tak więc, przy pojedynczym trafieniu kumulacyjnym środkiem rażenia mogą ulec zniszczeniu wszystkie kontenery zainstalowane na ochranianym obiekcie. *
170 573 3 Przy tym obiekt nie tylko zostaje pozbawionych ochrony przeciwkumulacyjnej, lecz może również doznać uszkodzeń od równoczesnego wybuchu na jego powierzchni dużej masy materiału wybuchowego. Analogiczne efekty mogą występować również przy trafieniu kontenera przeciwpancernym pociskiem podkalibrowym, jeżeli ładunek materiału wybuchowego w kontenerze ma czułość wystarczającą do zainicjowania w nim detonacji pod działaniem takiego pocisku. Dla likwidacji wspomnianych niekorzystnych efektów proponuje się umieszczenie we wspomnianym urządzeniu, między sąsiednimi kontenerami, materiału silnie obniżającego parametry fali uderzeniowej. Jednakowoż wprowadzony do konstrukcji urządzenia wspomniany materiał stanowi dodatkowy element konstrukcyjny, co komplikuje konstrukcję tego znanego urządzenia. Poza tym. przy zastosowaniu tego materiału, ładunki materiału wybuchowego sąsiednich kontenerów oddzielone są od siebie odstępami, z reguły znacznie większymi od średnicy strugi kumulacyjnej, a często również średnicy przeciwpancernego pocisku podkalibrowego. Struga kumulacyjna lub przeciwpancerny pocisk podkalibrowy trafiając w przegrodę z tego materiału może przeniknąć do ochranianego obiektu nie powodując przy tym detonacji ładunków materiału wybuchowego w kontenerach. Ochrona obiektu wykonana we wspomniany powyżej sposób ma zatem charakter dyskretny: dobrze ochraniane fragmenty występują na przemian ze strefami osłabionymi, których powierzchnia, zależnie od grubości stosowanego materiału, może stanowić do 30% ochranianej powierzchni obiektu. Zadaniem technicznym niniejszego wynalazku jest opracowanie urządzenia do ochrony przed wysokoprędkościowymi środkami rażenia, o takiej konstrukcji ścianek zamkniętego kontenera, jaka pozwalałaby na znaczne zmniejszenie powierzchni stref osłabionych i tym samym podwyższenie poziomu ochrony obiektu. Urządzenie do ochrony przed wysokoprędkościowymi środkami rażenia, zawierające co najmniej jeden zamknięty kontener, którego dwie przeciwległe ścianki mają postać płyt ochronnych zamocowanych z możliwością wzajemnego przemieszczania się, a przestrzeń między nimi wypełniona jest warstwą materiału wybuchowego, według wynalazku charakteryzuje się tym, że każda z pozostałych ścianek kontenera jest wielowarstwowa i składa się z co najmniej trzech warstw, przy czym stosunek sztywności akustycznej sąsiednich warstw wynosi co najmniej 2. Korzystnie grubość każdej z warstw wielowarstwowej ścianki wynosi 0,0005-0,4 odległości między płytami ochronnymi. Korzystnie wielowarstwowa ścianka zawiera trzy warstwy, przy czym dwie z nich stanowią zagięte krawędzie płyt ochronnych, z których jedna styka się z warstwą materiału wybuchowego, a w szczelinie pomiędzy zagiętymi krawędziami jest umieszczona trzecia warstwa materiału niemetalicznego. Korzystnie stosunek masy materiału wybuchowego i obojętnego środka wiążącego w warstwie materiału wybuchowego wynosi co najmniej 4:1. Korzystnie co najmniej dwa kontenery są zestawione ze sobą w postać zwartej osłony. Takie rozwiązanie znacznie upraszcza całą konstrukcją proponowanego urządzenia, jak i technologię wykonania zamkniętego kontenera. Dla zapewnienia niezawodnego inicjowania materiału wybuchowego przy trafieniu w urządzenie wysokoprędkościowego środka rażenia konieczne jest, aby stosunek masy materiału wybuchowego i obojętnego środka wiążącego w materiale ładunku wynosił co najmniej 4:1. Przedmiot wynalazku jest uwidoczniony w przykładach wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia urządzenie do ochrony przed wysokoprędkościowymi środkami rażenia, w przekroju wzdłużnym, a fig. 2 - urządzenie z fig. 1, z wykorzystaniem innego przykładu wykonania zamkniętego kontenera, w przekroju wzdłużnym. Urządzenie do ochrony przed wysokoprędkościowymi środkami rażenia, według wynalazku, zawiera zamknięty kontener 1, którego wnętrze wypełnione jest warstwą 2 materiału wybuchowego. Kontener 1 ma kształt równoległościanu, graniastosłupa lub walca, którego dwie przeciwległe ścianki mają postać płyt ochronnych 3, 4, zamocowanych z możliwością wzajemnego
4 170 573 przemieszczania się. Pozostałe ścianki 5 kontenera 1 są wielowarstwowe, i składają się z czterech warstw 6.7,8 i 9. Minimalna liczba warstw wynosi trzy. Stosunek sztywności akustycznej materiałów sąsiednich warstw 6 i 7, 7 i 8, 8 i 9 wynosi co najmniej 2. Grubość każdej warstwy 6, 7, 8, 9 wspomnianych ścianek 5 wynosi 0,0005-0,4 odległości między płytami ochronnymi 3,4. Urządzenie działa w następujący sposób. Przy przedostaniu się do urządzenia według wynalazku strugi kumulacyjnej pochodzącej od ładunku kumulacyjnego lub przeciwpancernego pocisku podkalibrowego, ten wysokoprędkościowy środek rażenia przebija płytę ochronną 3, i przedostaje się do warstwy 2 materiału wybuchowego powodując zainicjowanie jego detonacji. Pod działaniem gazowych produktów detonacji płyty ochronne 3.4 zaczynają się przemieszczać ruchem, którego kierunek jest w przybliżeniu prostopadły do powierzchni płyt ochronnych 3,4. W procesie przemieszczania się płyt ochronnych 3, 4 przecinają one tor ruchu wysokoprędkościowego środka rażenia. Wraz z rozchodzącymi się gazowymi produktami detonacji ładunku 10 materiału wybuchowego, płyty ochronne 3, 4 powodują rozdrobnienie strugi kumulacyjnej na oddzielne fragmenty i odchylają je od pierwotnego kierunku ruchu. W rezultacie takiego oddziaływania, poszczególne fragmenty strugi kumulacyjnej nie trafiają w dno wnęki ukształtowanej w ochranianym obiekcie (nie pokazany) przez wyprzedzające części strugi kumulacyjnej. Tak więc, głębokość tej wnęki nie zwiększa się, a w związku z tym ulega redukcji zdolność przebijania pancerza przez strugę kumulacyjną. Uderzenie płyt ochronnych 3, 4 w korpus przeciwpancernego pocisku podkalibrowego powoduje powstanie w nim mikro- i makrodefektów. Przy tym pocisk otrzymuje pewną kątową prędkość obrotu, w wyniku czego obniża się jego działanie przeciwpancerne. Równocześnie z przemieszczaniem się płyt ochronnych 3,4 fala detonacyjna rozprzestrzeniająca się przez warstwę 2 materiału wybuchowego dociera do ścianek 5 kontenera 1. Powstająca w wewnętrznej warstwie 9 ścianki 5 fala uderzeniowa rozchodzi się w kierunku zewnętrznych powierzchni 10 ścianki 5. Przy tym przecina ona kolejno granice rozdziału warstw 9 i 8, 8 i 7, 7 i 6, wykonanych z materiałów o różnej sztywności akustycznej. Na granicy rozdziału warstw, przy przejściu na przykład z materiału o większej sztywności akustycznej (warstwa 9) do materiału o mniejszej sztywności akustycznej (warstwa 8) następuje tak zwany "podział spowodowany nieciągłością": w materiale warstwy 8, o mniejszej sztywności akustycznej powstaje wnikająca fala uderzeniowa, a w materiale warstwy 9, o większej sztywności akustycznej powstaje fala uderzeniowa odciążająca. Fala odciążająca porusza się od granicy rozdziału warstw 8 i 9 w kierunku wewnętrznej powierzchni 11 ścianki 5, odciążając ściśnięty udarowo materiał warstwy 9 do stanu wyjściowego. Wnikająca fala uderzeniowa w materiale warstwy 8 ma niższe wartości parametrów na jej froncie (ciśnienie, prędkość masowa), od parametrów występujących poprzednio na froncie fali uderzeniowej w warstwie 9. Różnica wielkości parametrów na froncie fali uderzeniowej przechodzącej z ośrodka o większej sztywności akustycznej do ośrodka o mniejszej sztywności jest proporcjonalna do stosunku sztywności akustycznych ośrodków. Doświadczalnie stwierdzono, że stosunek ten powinien wynosić przynajmniej 2. Poza tym zmniejszenie wartości parametrów na froncie wnikającej fali uderzeniowej w warstwie 8 związane jest z nieodwracalnymi stratami energii padającej fali uderzeniowej występujących w procesie ściskania udarowego warstwy 9. Dalsze rozprzestrzenianie się fali uderzeniowej związane jest z przechodzeniem jej przez granice rozdziału warstw 8 i 7,7 i 6, gdzie opisany proces "podziału spowodowanego nieciągłością" powtarza się, i wartości parametrów na froncie fali uderzeniowej w dalszym ciągu się obniżają. Wskutek rozchodzenia się bocznych fal odciążających, począwszy od powierzchni ścianki 5, przylegających do płyt ochronnych 3, 4, następuje również zmniejszenie rozmiarów frontu fali uderzeniowej. Wiadomo, że w ściankach wielowarstwowych boczne fale odciążające rozchodzą się pod kątem około 30-50, czyli większym niż w ściankach jednowarstwowych. Tak więc w procesie rozprzestrzeniania się fali uderzeniowej przez warstwy 9, 8, 7,6 ścianki 5, następuje zmniejszenie zarówno parametrów na froncie fali uderzeniowej, jak i rozmiarów samego frontu fali uderzeniowej. Po dojściu przez falę uderzeniową do powierzchni zewnętrznej 10 ścianki 5, fala uderzeniowa dochodzi do takiej samej ścianki kontenera sąsiedniego 12 (jeżeli
170 573 5 taki kontener występuje), w której proces rozchodzenia się fali uderzeniowej przebiega w sposób analogiczny. W rezultacie wielokrotnego przejścia przez granice rozdziału, ze wspomnianą wartością stosunku sztywności akustycznych, a także strat na uderzeniowofalowe ściskanie materiałów warstw ścianek 5, i zmniejszenia rozmiarów frontu fali uderzeniowej, dochodząca do materiału wybuchowego w sąsiednim kontenerze 12 fala uderzeniowa traci właściwość inicjowania detonacji tego materiału wybuchowego, nawet w przypadku, jeśli stosunek masy materiału wybuchowego i spoiwa obojętnego w materiale ładunku jest większy od 4:1. Doświadczalnie stwierdzono, że w przypadku warstwy 2 wypełniającej przestrzeń kontenera 1, zawierającej materiał wybuchowy i spoiwo obojętne w proporcji co najmniej 4:1, osiąga się niezawodną inicjację przy trafieniu wysokoprędkościowym środkiem rażenia, a równocześnie brak inicjacji przy oddziaływaniu fali uderzeniowej wybuchu kontenera sąsiedniego 12. Przy doborze grubości warstw 6, 7, 8, 9 ścianki 5 kontenera 1 należy uwzględnić następujące stwierdzenie. Z jednej strony minimalna grubość każdej z warstw 6.7,8,9, powinna być dostateczna do niezbędnego zmniejszenia parametrów fali uderzeniowej powstającej przy detonacji warstwy 2 materiału wybuchowego wypełniającego wnętrza kontenera 1. W związku z tym, minimalna grubość wspomnianych warstw jest określona rozmiarami przestrzeni wewnętrznej kontenera 1 oraz parametrami materiału wybuchowego (prędkością detonacji, ciepłem jednostkowym wybuchu), wypełniającego tę przestrzeń wewnętrzną. Poza tym, minimalna grubość wspomnianych warstw określona jest warunkiem technologiczności ich produkcji. Z drugiej strony, maksymalna grubość tych warstw powinna być taka, aby przy trafieniu strugi kumulacyjnej lub przeciwpancernego pocisku podkalibrowego w strefę styku dwóch sąsiednich kontenerów 1,12 nastąpiło zadziałanie przynajmniej jednego z nich. W związku z tym maksymalna grubość każdej ze wspomnianych warstw określona jest średnicą przeciwpancernego pocisku podkalibrowego lub średnicą strugi kumulacyjnej, z uwzględnieniem naturalnego jej rozproszenia w obszarze ograniczonym stożkiem o wierzchołkowym kącie bryłowym wynoszącym 1-1,5 rozmiar tego obszaru rozpraszania zależy od odległości między ładunkiem kumulacyjnym i kontenerem 1. Wspomniana zależność określa również niezbędność kontaktu materiału wybuchowego 2 z wewnętrzną powierzchnią 11 ścianki 5. Uwzględniając powyższe uwagi, grubość warstw 6,7, 8, 9 ścianki 5 dobiera się z zakresu 0,0005-0,4 odległości między płytkami ochronnymi 3, 4. W niektórych przypadkach, urządzenie według wynalazku, do ochrony przed wysokoprędkościowymi środkami rażenia, wykorzystuje kontener 1 ze wspomnianymi wielowarstwowymi ściankami 5, jak to pokazano na fig. 2. Ścianki 5 stanowią zagięte krawędzie 13, 14 płyt ochronnych 3 i 4, szczelina między którymi wypełniona jest całkowicie materiałem niemetalicznym 15, na przykład lakierniczym, przy czym jedna zagięta krawędź, mianowicie 13, styka się z warstwą 2 materiału wybuchowego 2. Takie rozwiązanie konstrukcyjne znacznie upraszcza technologię produkcji kontenera 1. Urządzenie według wynalazku przy takim rozwiązaniu konstrukcyjnym kontenera 1 działa w sposób analogiczny do opisanego powyżej. Korzystnie urządzenie według wynalazku zawiera dwa lub więcej kontenerów 1 zestawionych ze sobą w postaci zwartej osłony, która jest instalowana na ochranianym obiekcie. Liczbę kontenerów 1 dobiera się w zależności od danych warunków ostrzału i wielkości obiektu. Proponowane urządzenie nadaje się do wykorzystania zwłaszcza w zestawie pancerza reakcyjnego,instalowanego na opancerzonych obiektach naziemnych: czołgach bojowych, samochodach piechoty, transporterach opancerzonych, działach samobieżnych, urządzeniach budowlanych, środkach transportowych, jak również na statkach rzecznych i okrętach.
170 573 FIG.1 FIG.2 Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 90 egz. Cena 2,00 zł