РОССИЙСКАЯ ФЕДЕРАЦИЯ ФЕДЕРАЛЬНАЯ СЛУЖБА ПО ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ

(19) RU (11) 2 827 535 (13) C1 (51) МПК F41H 11/02 (2006.01) B60J 11/00 (2006.01) E04F 10/00 (2006.01) E04F 15/00 (2006.01)

(54) Способ защиты кузова автомобильной техники и защитное сетчатое устройство от падающих снарядов с малоразмерных беспилотных летательных аппаратов

Изобретение относится к области воздушных заграждений, предназначенных для механической и маскировочной защиты открытой кузовной части автомобильной техники типа КАМА3-4320 от средств воздушного нападения противника, а именно от малокалиберных снарядов, падающих с целью поражения с малоразмерных беспилотных летательных аппаратов (далее - МБПЛА).

Способ защиты кузова автомобильной техники с использованием защитного сетчатого устройства (далее - устройство) от падающих снарядов с МБПЛА предназначен для выполнения защитных функций военной техники от падающих малокалиберных снарядов с малых высот, доставляемых с помощью МБПЛА.

Целью данного способа является снижение (предотвращение) поражающего действия малокалиберными снарядами, доставляемыми с помощью МБПЛА, объектов, находящихся в кузовной части автомобильной техники.

Одним из известных аналогов заявленного изобретения является защитное ограждение для улавливания падающих объектов, содержащее сетку с закрепленными внешней и внутренней сторонами, по меньшей мере, две опорные балки, закрепленные на элементах здания, при этом по своей внешней стороне соединенную с выступающим за элементы здания упомянутыми опорными балками, отличающиеся тем, что внутренняя сторона сетки соединена с введенным канатом, расположенным горизонтально и связанным с элементами здания [1].

Известно изобретение, заключающееся в том, что устройство воздушного заграждения, содержащее аэростат заграждения, тросы, удерживающие аэростат на высоте 120… 150 м, тонкую капроновую сеть с ячейками 1,0… 1,2 м, легкие осколочные противопехотные мины направленного действия, дополнительно снабжено датчиками обнаружения средств воздушного нападения противника. Капроновая сеть выполнена в виде усеченной пирамиды, грани которой закреплены на основании под углом 30… 60°. Технический результат изобретения состоит в возможности многократного применения устройства и повышении оперативности его установки [2].

Известна защитная сетка, по большей части, выполненная из входящих в зацепление друг с другом сеточных элементов. Максимальная полная протяженность данной защитной сетки параллельно направлению основной протяженности защитной сетки во внешней области защитной сетки, которая содержит, прежде всего, по меньшей мере, один крайний ряд сеточных элементов, существенно превышает минимальную полную протяженность защитной сетки параллельно направлению основной протяженности в отличной от внешней области и внутренней области защитной сетки [3].

Недостатком рассмотренных технических решений является тот факт, что сетчатое полотно, в отличие от существующих, предназначено не для улавливания падающего малокалиберного снаряда, а для предотвращения попадания их во внутреннее пространство защитного устройства, непосредственного ударного соприкосновения с внешней поверхностью объекта и отбрасывании его в сторону от объекта, тем самым обеспечивая защиту от действия прямых осколков. Очередным недостатком рассмотренных технических решений является наличие в структуре сетки больших размеров ячейки, что не позволяет механически защитить от непосредственного прямого действия малокалиберных снарядов, падающих с небольших высот с помощью малоразмерных летательных аппаратов. Также трудоемкость и дороговизна технического исполнения известных устройств, содержащих в своем составе аэростаты заграждения, тросы, датчики и т.д., заставляют задуматься о целесообразности их производства. Кроме того, известное функциональное предназначение похожих устройств не направлено на защиту и маскировку от возможного поражения малокалиберными снарядами, а на улавливание тяжелых грузов, предпочтительно динамичных тел соударения, прежде всего камней.

Наиболее близким аналогом к заявленному изобретению по совокупности признаков и принятого за прототип является защитный маскировочный экран, состоящий из размещенного на трансформируемом сборно-разборном каркасе гибкого комплексного покрытия, имеющего слоистую конструкцию, верхний слой которой свободно, без закрепления, уложенный на нижний слой, изготовлен из маскировочного материала, а нижний - из скрепленных между собой посредством гибких петель полос проволочной плетеной металлической сетки, окантованных по всему периметру гибким и прочным материалом, при этом металлическая сетка выполнена с размером ячейки в свету не более 30 мм из проволоки толщиной не менее 2,5 мм при массе не менее 0,0030 кГс²/м² [4].

Все вышеперечисленные недостатки известных технических решений присущи и прототипу. Также необходимо отметить, что в прототипе существует необходимость стационарного крепления защитного маскировочного экрана в грунт почвы, что приводит к необходимости использования крепежных устройств, а также к увеличению времени монтажа и массы конструкции устройства.

Сущность изобретения заключается в защите кузова автомобильной техники от падающих с малых высот малокалиберных снарядов, доставляемых с помощью МБПЛА, в оперативной установке на кузов техники каркаса на опорах, состоящего из тросов и защитной сети из полиамидного материала, а также выполненного в форме пирамиды, боковые грани которой расположены под углом 45-60°, являющимся оптимальным интервальным значением, обеспечивающим отбрасывание снаряда на безопасное расстояние, за счет натяжения сети вследствие монтажа каркаса на пяти опорах из углепластика. Опоры жестко, узлами по обе стороны, закреплены в тросах. Четыре опоры установлены по углам бортов кузова в штатные технологические отверстия, пятая жестко закреплена в верхней точке пересечения тросов, натянутых под углом 45-60° как боковые ребра пирамиды, и в нижней точке - в центре пересечения тросов, натянутые как средние линии двух осей плоскости основания каркаса. Верхнее значение угла, равного 45-60° позволяет осуществить отскок снаряда от сети с максимально высоким значением его отбрасывания от боковой грани пирамиды. Значения угла ниже 45° и выше 60° препятствуют отскоку снаряда от сети, а значит, способствует уменьшению расстояния его отбрасывания от боковой грани пирамиды и защищаемого объекта.

Технический результат изобретения состоит в обеспечении эффективной механической и маскировочной защиты автомобильной техники от малокалиберных снарядов, падающих с целью поражения с МБПЛА.

Технический результат достигается за счет того, что данное устройство, содержащее опоры, сеть и троса из энантного волокна (разновидность полиамидного волокна), способно обеспечить эффективную механическую и маскировочную защиту автомобильной техники от малокалиберных снарядов, падающих с целью поражения с МБПЛА.

Волокно энант относится к полиамидным волокнам. Для получения волокна энант сырьем служит аминоэнантовая кислота. Свойства волокна энант сходны со свойствами других полиамидных волокон. Волокно энант в отличие от других полиамидных волокон менее гигроскопично (2,4%), более устойчиво к действию воды и к длительному воздействию температур (при длительном воздействии температуры 150°С прочность у капрона снижается на 75-80%, у анида на 50%, у энанта всего на 20%), обладает большей светостойкостью и кислотостойкостью, но несколько меньшей растяжимостью (12-15%). Упругость его выше, выдерживает в два с лишним раза больше двойных изгибов, в полтора раза больше устойчивость к истиранию. Устройство выполнено на каркасе в форме пирамиды, боковые грани (сеть из энантного волокна) которой держатся на жестко закрепленных боковых ребрах, выполненных из энантных тросов, и расположены под углом 45-60° к плоскости основания пирамиды. Ячейки из энантного волокна квадратной формы, со стороной не более 25 мм, и энантных тросов большего диаметра волокна нити (структуры нити, с более высоким показателем текс), чем сама энантная сеть. Основание данного устройства представляет собой полый прямоугольник с натянутыми из энантных тросов по его периметру и средней линии по двум осям. Энантная сеть жестко закреплена на тросах, натянутых на углепластиковых опорах, четыре из которых установлены по углам кузова в штатные отверстия (по длине расстояние между соседними стойками 4,89 м, по ширине 2,5 м) высотой по 3 м, а пятая опора высотой 2,5-3 м жестко закреплена в верхней точке пересечения тросов, являющихся боковыми ребрами пирамиды, и в нижней точке - в центре пересечения тросов, являющихся средними линиями двух осей плоскости основания каркаса. Пятая опора расположена от края борта кузова по длине на расстоянии 2,45 м и по ширине на расстоянии 1,25 м.

На фигуре 1 изображен вид сбоку КАМА3-4320 с установленным сетчатым устройством.

На фигуре 2 изображен вид сзади КАМА3-4320 с установленным сетчатым устройством.

На фигуре 3 изображен вид сверху КАМА3-4320 с установленным сетчатым устройством.

На фигуре 4 изображено сцепление энантного троса с опорой из углепластика.

Сеть 1 (фиг. 1, 2, 3) выполнена из энантного материала. Сеть натянута на тросы 2 (фиг. 1-4) из полиамидного материала. Тросы обеспечивают натяжение сети и жестко закреплены на опорах из высокопрочного материала 3 (фиг. 1-4) и закреплены узловыми соединениями 4 (фиг. 3, 4).

Каркас устройства устанавливается на четырех периметровых опорах по углам кузова в штатные технологические отверстия. Пятая опора жестко закрепляется в верхней точке пересечения тросов, являющихся боковыми ребрами пирамиды, и в нижней точке - в центре пересечения тросов, являющихся средними линиями двух осей плоскости основания пирамиды, вследствие чего энантная сеть натягивается.

Указанный технический результат достигается тем, что изготовление данного устройства из энантного волокна и опор из углепластика позволяет добиться требуемой прочности и упругости конструкции. Снаряды типа ВОГ-17, сбрасываемые с высоты 50 м, способны достичь максимальной скорости свободного падения, равной 31,3 м/с.

Для энантной сети будет подходить структура нити с минимальными значениями 29×2 текс, условным диаметром 0,36 мм (данные размеры сети являются минимальными для нашего устройства) разрывная нагрузка нити в сухом и мокром виде варьируется от 24 до 27 Н, что, в свою очередь, более чем в 2 раза выше силы, которая действует на падающий снаряд. Для энантных тросов будет подходить структура нити с минимальными значениями 29×6 текс, с условным диаметром 0,66 мм, что является в 3,2 раза прочнее характеристик энантной сети, в 6,4 раза выше силы, которая действует на падающий снаряд, что позволяет сохранить общую прочность и упругость энантного волокна.

Таким образом, доказываем прочность энантного волокна при непосредственном прямом контакте свободно падающего снаряда типа ВОГ-17, доставляемого МБПЛА, с высоты не более 50 м.

Углепластики обладают достаточно высокой длительной прочностью и низкой ползучестью благодаря высокой жесткости и низкой деформативности углеродных волокон. Коэффициент длительного сопротивления эпоксидных углепластиков при 80-90°С и длительности нагружения τ = 500 - 1000 ч при растяжении и сжатии составляет 0,5-0,9% от величины кратковременной прочности материала. Одной из основных прочностных характеристик углепластика является прочность при растяжении σ⁺ однонаправленных углеволокнитов в направлении укладки волокон. Например, если принять за материал наполнитель в однонаправленном прессованном эпоксидном углепластике ЭЛУР-0,08 (ленты шириной 250-260 мм), для которой величина σ⁺ составляет 0,7-0,9 ГПа (предел 1,0-1,1), что при грубой оценке в пересчете на силу, приложенную к опорам крепления устройства, составит 28-36 МН.

При падении снаряда типа ВОГ-17 энантная сеть способна сдержать удар, проявив свойство упругости, тем самым вероятное инициирование срабатывания снаряда произойдет не при непосредственном соприкосновении с поверхностью устройства, а тем более объекта, а на удалении от объекта, защищаемого энантной сетью.

Предлагаемый способ защиты объектов с использованием данного устройства от падающих снарядов с МБПЛА отличается длительностью в эксплуатации за счет лучшей износостойкости материала, легкостью и малогабаритными размерами в сложенном транспортном состоянии, удобством монтажа в отличие от известных аналогов.

Известно, что снаряд ВОГ-17, сбрасываемый с высоты 50 м способен достичь следующей максимальной скорости свободного падения:

где h =50 - высота свободного падения снаряда ВОГ-17 с МЛА, м;

g = 9,81 - ускорение свободного падения снаряда ВОГ-17, м/с².

Силу, которая действует на падающий снаряд, рассчитываем по следующей формуле:

где F - сила падения тела, Н;

m - масса снаряда ВОГ-17 в килограммах, кг;

V₁ - скорость свободного падения снаряда ВОГ-17 в момент соприкосновения с землей, м/с;

V₂ - скорость снаряда ВОГ-17 после соприкосновения с сетчатым заграждением, м/с;

dt - время контакта снаряда ВОГ-17 с сетчатым заграждением, с.

В соответствии с нормативными документами и размерами нити разрывная нагрузка нити в сухом и мокром виде варьируется от 24 до 27 Н, что, в свою очередь, более чем в 2 раза выше силы, которая действует на падающий снаряд:

24-27 Н>11 Н.

В соответствии с известными данными прочность при растяжении σ⁺ однонаправленных углеволокнитов в направлении укладки волокон для наполнителя в однонаправленном прессованном эпоксидном углепластике ЭЛУР-0,08 (ленты шириной 250-260 мм) составляет 0,7-0,9 ГПа (предел 1,0-1,1), что при грубой оценке в пересчете на силу (в Ньютонах), получаем:

S = πD²/4 ≈ 3,14 × 0,1²/4 ≈ 0,008 м²,

где S - площадь сечения углепластиковой стойки, м²;

D - диаметр цилиндрического сечения углепластиковой стойки, м.

S_общ. = S × 5 = 0,008 × 5 = 0,04 м²,

где S_общ. - общая площадь поверхности, на которую прикладывается давление падающего снаряда, м²;

5 - общее число стоек.

F = Р × S_общ. = (0,7 - 0,9)⋅10⁹ × 0,04 = 28 - 36 МН;

где F - сила, действующая на углепластиковые стойки при падении снаряда, МН;

Р - прочность при растяжении углепластиковых стоек, ГПа.

28 - 36МН >> 11 Н.

Таким образом, применение энантного волокна и углепластиковых опор позволяет защитить открытую кузовную часть автомобильной техники типа КАМА3-4320 от падающих с малых высот снарядов типа ВОГ-17, доставляемых с помощью МБПЛА.

Допускается окрашивание энантной сети, тросов, опор с целью выполнения маскировочных функций устройства в любое время года в зависимости от особенностей рельефа и растительности местности, что способствует снижению заметности объекта, при наблюдении с верхней полусферы.

Способ защиты осуществляется следующим образом:

1. Устройство разворачивается на местности рядом с объектом.

2. Устанавливаются четыре опоры устройства по углам бортов кузова в штатные технологические отверстия, а пятая опора выставляется самостоятельно за счет жесткого скрепления по обе стороны с энантными тросами, которые натягиваются и представляют собой боковые ребра пирамиды. Вследствие чего натягивается энантная сеть, представляющая собой боковые грани пирамиды.

Предлагаемое техническое решение является новым, поскольку в известных аналогах отсутствует использование каркаса в форме пирамиды, боковые грани которой расположены под углом 45-60°, который, в свою очередь, выполнен из энантного волокна в сочетании с углепластиковыми опорами. А также нет аналогов по принципу действия устройства, основанного на отбрасывании малокалиберных снарядов.

В отличие от известных способов, предлагаемый способ позволяет быстро установить, закрепить и приступить к эксплуатации устройства в целях защиты открытой кузовной части автомобильной техники типа КАМА3-4320 от падающих с малых высот снарядов типа ВОГ-17, доставляемых с помощью МБПЛА.

Предлагаемое техническое решение имеет изобретательский уровень, поскольку из опубликованных научных данных и известных технических решений явным образом не следует, что заявленные способы защиты объектов с использованием сетчатого заграждения от падающих снарядов с МБПЛА позволяют оперативно, надежно и эффективно приступить к эксплуатации устройства по предназначению.

Предлагаемое техническое решение промышленно применимо, так как для его реализации могут быть использованы промышленно выпускаемые энантные и углепластиковые (карбоновые) материалы.

Предлагаемый способ может быть реализован техническими средствами из энантных и углепластиковых материалов с помощью минимального набора слесарного инструмента.

Для реализации предлагаемого способа защиты не требуется дорогостоящие технологическое оборудование и материалы, многочисленные трудозатраты. В качестве углепластиковых опор возможно использование трубок на основе лыжных палок. Энантное волокно в катушках имеется в свободной продаже, рыночная стоимость которой, не значительно превышает аналогичную катушку из капронового волокна.

Источники информации

1. Патент РФ на полезную модель №61322 U1 от 27.02.2007 г. «Защитное ограждение для улавливания падающих объектов».

2. Патент РФ на изобретение №2260166, 10.09.2005 г. «Устройство заграждения».

3. Патент РФ на изобретение №2742679 С1, 09.02.2021 г. «Защитная сетка».

4. Патент РФ на изобретение №2476810 С2, 27.02.2013 г. «Защитный маскировочный экран».

Формула изобретения

1. Способ защиты кузова автомобильной техники с использованием защитного сетчатого устройства от падающих снарядов с малоразмерных беспилотных летательных аппаратов, отличающийся тем, что защитное сетчатое устройство, содержащее опоры и каркас в форме пирамиды, состоящий из тросов и защитной сети, установлено на кузов автомобильной техники, при этом угол пирамиды устанавливают равным 45-60°, а натяжение сети осуществляют до состояния, обеспечивающего отброс снаряда от боковой грани сети.

2. Защитное сетчатое устройство, содержащее опоры, каркас в форме пирамиды, состоящий из тросов и защитной сети, при этом тросы выполнены из полиамидного материала, опоры выполнены из высокопрочного материала, жестко закрепленные узлами тросов и установленные по четырем углам бортов кузова в штатные технологические отверстия пятой опоры, закрепленной в верхней точке пересечения тросов, линии которых проходят под углом 45-60° по отношению к плоскости основания пирамиды, и в нижней точке - в центре пересечения тросов, проходящих через средние линии двух осей плоскости основания пирамиды, а защитная сеть выполнена из полиамидного волокна с условным диаметром нити волокна меньшим тросов в два раза и квадратной ячейкой со стороной не более 25 мм.

3. Защитное сетчатое устройство по п. 2, отличающееся тем, что защитная сеть и тросы, а также опоры окрашены в маскировочную защитную расцветку, снижающую заметность объекта при наблюдении с верхней полусферы.

4. Защитное сетчатое устройство по п. 2 или 3, отличающееся тем, что тросы и защитная сеть выполнены из энантного волокна, а пять опор, формирующих каркас в виде прямоугольной пирамиды, - из углепластика.