РОССИЙСКАЯ ФЕДЕРАЦИЯ ФЕДЕРАЛЬНАЯ СЛУЖБА ПО ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ	(19) RU (11) 216 503 (13) U1
	(51) МПК F41H 1/02 (2006.01) F41H 5/02 (2006.01) (52) СПК F41H 1/02 (2022.08) F41H 5/02 (2022.08)

Статус:	прекратил действие, но может быть восстановлен (последнее изменение статуса: 18.04.2024)
Пошлина:	Срок подачи ходатайства о восстановлении срока действия патента до 16.08.2026.

(21)(22) Заявка: 2022117520, 27.06.2022 (24) Дата начала отсчета срока действия патента: 27.06.2022 Дата регистрации: 10.02.2023 Приоритет(ы): (22) Дата подачи заявки: 27.06.2022 (45) Опубликовано: 10.02.2023 Бюл. № 4 (56) Список документов, цитированных в отчете о поиске: RU 2651476 C2, 19.04.2018. US 9228805 B1, 05.01.2016. EA 200601154 A1, 27.04.2007. RU 2008124031 A, 20.12.2009. RU 126114 U1, 20.03.2013. Адрес для переписки: 440005, г. Пенза-5, филиал ВА МТО (г. Пенза), ПАИИ, отдел организации научной работы и подготовки научно-педагогических кадров, Устинову Евгению Михайловичу

(72) Автор(ы): Королев Владимир Анатольевич (RU), Полухин Юрий Александрович (RU), Устинов Евгений Михайлович (RU) (73) Патентообладатель(и): Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военная академия материально-технического обеспечения имени генерала армии А.В. Хрулева" Министерства обороны Российской Федерации (RU)

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОВЫШЕНИЯ БРОНЕСТОЙКОСТИ ЭЛЕМЕНТОВ БРОНЕЗАЩИТЫ

Предлагаемая полезная модель относится к военной технике и может быть использована для повышения ударной прочности защитной композиции.

В современных условиях на успешное ведение боевых действий и их результат наряду с техническим обеспечением большое влияние оказывает человеческий (профессиональный) фактор. Поэтому сохранение жизни и здоровья военнослужащих-профессионалов имеет приоритетное значение.

Известны средства индивидуальной бронезащиты (СИБ) личного состава от ударного воздействия пуль и осколков - это защитные шлемы (ЗШ), бронежилеты (БЖ) и боевые защитные комплекты (БЗК) [1].

Защитный шлем (Фиг. 1) обеспечивает защиту головы военнослужащих от пистолетных пуль и осколков.

Бронежилет (Фиг. 2) в зависимости от вида (легкий - тяжелый) может обеспечивать защиту, начиная от холодного оружия до пуль винтовочных патронов. Бронежилет может применяться в штурмовой комплектации с фартуком и противоосколочными наплечниками.

Броневой защитный комплект (Фиг. 3) применяется для защиты конечностей (рук и ног) и лица военнослужащего от осколков снарядов, мин и гранат, для защиты в области плечевых, локтевых и коленных суставов, бедер от пуль пистолета и механических повреждений. В состав БЗК могут входить следующие элементы:

- комбинезон, который обеспечивает защиту от осколков;

- экраны защитные бедер, которые обеспечивают защиту от осколков и пуль пистолета;

- комплект экранов усиления, который обеспечивает защиту плечевых, коленных и локтевых суставов и прилегающих к ним участков голени и предплечий, а также паха от осколков и пуль пистолета;

- экран защитный лицевой, который обеспечивает защиту от осколков;

- перчатки защитные, которые обеспечивают защиту от осколков.

Полный вес комплекта в расширенной комплектации, но без боевого запаса и оружия, может составлять до 22 кг.

Однако использование СИБ не гарантирует живой цели стопроцентную защиту от пробивного действия пуль и осколков, что обусловлено уязвимостью бронезащитной композиции и отдельных элементов СИБ к пробивному действию поражающих элементов.

Установлено, что при использовании шлема и бронежилета, в максимальной комплектации, вероятность поражения составляет 13,5%, а у незащищенного человека вероятность поражения равна 26,5% [1].

В настоящее время ведутся широкие исследования по совершенствованию средств защиты, которые основываются на научно-техническом прогрессе в материаловедении и областях конечной баллистики, посвященных синтезу и оптимизации защитных структур. Элементы бронезащиты выполняются в виде интегрированной защитной композиции, в состав которой могут входить: материалы на основе сверхвысокомодульных органических волокон - нейлон, арамиды (кевлар), полиэтилен; различные композиционные материалы - керамика (спеченный корунд, реакционно связанный карбид кремния, горячепрессованный карбид бора), прозрачная броня (неорганические и органические стекла); металлы и сплавы - сталь марки СПС-43, высокопрочный алюминиевый сплав типа 102, высокопрочные титановые сплавы типа ВТ-6 и ВТ-23.

Основными недостатками подобных средств индивидуальной защиты личного состава от ударного воздействия пуль и осколков являются:

-относительно большая масса от 5 до 22 кг в зависимости от класса защиты и комплектации, что сказывается на маневренности военнослужащего при выполнении боевой задачи (скорости передвижения, времени выполнения задачи [1]);

- высокая себестоимость изготовления, так стоимость листового проката высокопрочного алюминиевого сплава примерно в 5 раз, а титановых - в 25 раз превышает стоимость стального проката.

Задачей, на решение которой направлена предлагаемая полезная модель, является повышение бронестойкости элемента бронезащиты, обеспечивающая более высокую ударную прочность при неизменных или меньших массогабаритных и худших прочностных параметрах бронеэлемента, за счет снижения динамической нагрузки. Что достигается оптимизацией амплитудно-частотных характеристик колебаний, совершаемых операндами контактирующей пары «пуля - бронеэлемент».

Указанная техническая задача решается путем сообщения одному из операндов механической колебательной системы «пуля - бронеэлемент» - бронеэлементу, собственных колебаний с амплитудно-частотными характеристиками, зависящими от частоты возмущающего воздействия второго операнда - пули (осколка).

Установлено, что механическая система «пуля - бронеэлемент» относится к колебательной системе, сочетающей в себе два вида колебаний:

- автономные колебания - установившиеся колебания преграды, которые определяются свойствами самой системы и возникают при постороннем источнике энергии;

- вынужденные колебания, вызванные внешним воздействием пули на преграду.

Известно, что ударные или динамические нагрузки пули вызывают напряжения и деформации в материале преграды [2]. Отмечается, что на характер деформаций двух соударяющихся тел, каждое из которых имеет свои физические и механические характеристики, оказывают влияние параметры колебаний (частот и длин волн), совершаемых пулей и преградой.

Согласно [2] уравнение вынужденных колебаний системы с одной степенью свободы имеет вид:

где Δ - деформация системы от удара пули; ω - частота собственных колебаний преграды; ϕ - частота вынужденных колебаний пули; S - наибольшее значение возмущающей силы (удара).

Первый член правой части формулы определяет собственные колебания (автоколебания) преграды, а второй характеризует вынужденные колебания. Вынужденные колебания имеют туже частоту, что и возмущающая сила S.

Количественной характеристикой отклика системы на удар выступает так называемый динамический коэффициент [2]

где ω - частота собственных колебаний мишени; ϕ - частота возмущающей силы.

Чем выше динамический коэффициент, тем значительнее деформации преграды.

Известно, что частота возмущающей силы ϕ функционально определяется скоростью встречи пули с преградой, а собственная частота преграды ω рассчитывается исходя из значений частоты возмущающей нагрузки ϕ [3, 4].

Как видно из выражения (2), величина динамического коэффициента зависит от отношения ϕ²/ω² - квадрата частоты возмущающей силы пули ϕ к квадрату частоты собственных колебаний преграды бронеэлемента ω. Так при частоте ϕ возмущающей силы, превышающей собственную частоту ω, динамический коэффициент отрицателен. Это означает, что знак возмущающей силы в каждый момент времени противоположен знаку перемещения, а величина амплитуды вынужденных колебаний определяется путем умножения напряжения от статически действующей силы S на динамический коэффициент.

Установлено, что при весьма большой частоте возмущающей нагрузки ϕ (по сравнению с частотой собственных колебаний ω) динамический коэффициент близок к нулю. В этом случае возмущающая сила практически не вызывает деформации преграды.

Таким образом, за счет оптимизации отношения частоты возмущающей нагрузки, вызванной пулей (осколком), и собственной частоты бронеэлемента достигается уменьшение величины динамической нагрузки системы, а, следовательно, повышение бронестойкости защитного элемента.

Целью полезной модели является реализация технической задачи по повышению бронестойкости защитного элемента при неизменных или меньших массогабаритных и худших прочностных параметрах бронеэлемента. Это достигается за счет того, что устройство, состоящее из бронеэлемента, датчика измерения ускорений, вибромотора, платы Arduino, резистора и транзистора, под действием возмущающего воздействия пули (осколка) на бронеэлемент вырабатывает управляющий сигнал, который заставляет бронеэлемент совершать такое колебательное движение, которое позволяет снизить динамическую нагрузку, оказываемую пулей (осколком). Данное техническое решение поясняется графическими материалами.

На Фиг. 4 представлена функциональная схема устройства для повышения ударной прочности бронеэлемента.

Устройство включает следующие элементы:

- бронеэлемент 7, входящий в состав защитной композиции СИБ;

- мини датчик вибрации для MEAS 3, включающий в себя чувствительный элемент и электронный преобразователь;

- плоский вибромотор MTR-VIBRATING для Arduino проектов 4;

- плата Arduino 5, включающая в себя: микроконтроллер Atmel, USB-интерфейс для программирования и передачи данных, стабилизатор напряжения и выводы питания, контакты входов вывода-ввода; индикаторные светодиоды (Debug, Power, Rx, Tx), кнопку сброса и встроенный последовательный интерфейс программирования (ICSP);

- резистор MFR 6 номиналом 1 кОм;

- биполярный n-p-n транзистор PN 2222 7, имеющий три контакта (эмиттер, коллектор и базу);

- внешний источник питания напряжением 12 В.

Устройство для повышения бронестойкости элементов бронезащиты действует следующим образом.

После контакта пули 2 с преградой 7 мини датчиком вибрации 3 фиксируется ударный импульс. С аналогового выхода мини датчика вибрации 3 результат в виде аналогового сигнала поступает на входы аналогово-цифрового преобразователя платы 5. С помощью аналогово-цифрового преобразователя платы 5 сигнал приводится к цифровому виду. Далее сигнал с помощью скомпилированного программного кода обрабатывается встроенным в плату 5 микроконтроллером Atmel (определяются время ударного импульса, частота возмущающей нагрузки и частота собственных колебаний бронеэлемента). После чего на цифровом выходе платы 5 формируется широтно-импульсный управляющий сигнал (ШИМ) напряжением 5 В.

С помощью резистора 6 и ШИМ изменяется ток базы транзистора 7. От которого зависит величина тока текущего между коллектором и эмиттером транзистора 7. То есть транзистор 7 работает в качестве простого электрически управляемого переключателя. Таким образом, изменяя ток базы, можно регулировать ток через транзистор и менять параметры колебаний бронеэлемента.

Далее управляющий сигнал поступает на вход вибромотора 4. Вибромотор 4 преобразует электрический сигнал в механические колебания, которые передаются взаимодействующему с пулей бронеэлементу (преграде).

Предлагаемая конструкция позволяет:

- обеспечить более высокую ударную прочность элемента бронезащиты при меньшей массе индивидуального защитного комплекта, что влияет на маневренность военнослужащего при выполнении боевых задач;

- использовать в качестве бронеэлементов материалы с низкой себестоимостью, что позволит снизить стоимость используемых технологических решений.

Источники информации

1. Экипировка военнослужащего: Учебное пособие / В.А. Знахурко, В.В. Егоров, О.М. Данилович и др. - Пенза, ПАИИ, 2005. - 150 с.

2. Дарков А.В., Шапиро Г.С. Сопротивление материалов. Учебник для втузов. Изд. 4-е. «Высш. Школа», 1975 - 654 с.

3. ГОСТ 2821-89 (МЭК 68-2-27-87). Межгосударственный стандарт. Основные методы испытаний на воздействие внешних факторов. Часть 2. Испытания. Испытания ЕА и руководство: Одиночный удар.

4. Ильинский B.C. Защита РЭА и прецизионного оборудования от динамических воздействий. - М.: Радио и связь, 1982. - 296 с.

Формула полезной модели

Устройство для повышения бронестойкости элементов бронезащиты, состоящее из бронеэлемента, отличающееся тем, что бронеэлемент содержит датчик вибрации и вибромотор, при этом датчик вибрации выполнен с возможностью преобразования ударного импульса от пули/осколка в аналоговый электрический сигнал, с последующей возможностью преобразования аналогового сигнала датчика вибрации в цифровой посредством платы, выполненной с возможностью соединения с внешним источником питания и обработки цифрового сигнала с помощью микроконтроллера, выполненного с возможностью формирования широтно-импульсного управляющего сигнала, а также с помощью резистора, выполненного с возможностью управления широтно-импульсным сигналом работой транзистора, выполненного в качестве электрически управляемого переключателя вибромотора, при этом вибромотор выполнен с возможностью преобразования управляющего электрического сигнала в механические колебания бронеэлемента, причем вибромотор выполнен с возможностью соединения с внешним источником питания.

ИЗВЕЩЕНИЯ

MM9K Досрочное прекращение действия патента из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе

Дата прекращения действия патента: 17.02.2023

Дата внесения записи в Государственный реестр: 17.04.2024

Дата публикации и номер бюллетеня: 17.04.2024 Бюл. №11