Интеллектуальная композиционная броня с волоконно-оптическими матрицами

Интеллектуальная композиционная броня с волоконно-оптическими матрицами

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Предлагаемое изобретение относится к области машиностроения, в частности к способам защиты различных объектов, в том числе протяженных мобильных, таких как железнодорожные цистерны, вагоны, автомобильные контейнеры, летательные аппараты, от высокоскоростных кинетических ударников - пуль, осколков, металлических микрометеоритов. Эта проблема актуальна в связи с ростом объемов перевозок опасных грузов, реальностью террористических угроз, а также обеспечением безопасности полетов летательных аппаратов.

Известны средства защиты объектов, принцип действия которых основан на отборе кинетической энергии, изготовленных из броневой стали, многослойных композиционных - металлических или волокнистых органических и неорганических материалов [1, 2].

Известны способы измерения физических параметров объектов, в том числе целостности, основанные на применении волоконно-оптических датчиков [3-5].

Прототипом предлагаемого средства защиты является композиционный бак для агрессивной жидкости повышенной живучести с волоконно-оптической матрицей [6].

Недостатками прототипа являются недостаточно высокая эффективность активной защиты, так как его конструкция не позволяет оценить параметры (например, направление воздействия, скорость ударника, примерные калибр и тип оружия) воздействующих на него кинетических ударников.

При этом в технике зачастую возникает потребность достоверно оценить параметры кинетических ударников для сбора информации и организации эффективного противодействия [7].

Задача повышения активной защиты бака может быть решена следующим образом.

Интеллектуальная композиционная броня на основе волоконно-оптических матриц, представленная схематично на фиг.1-3, выполнена в виде композитного бака 1. Броня содержит генератор 2 и приемник 3 световых импульсов, соединенные между собой волоконными матрицами 4 из оптически прозрачного материала. В состав конструкции входят блок управления 5, источник питания 6, связанные с генератором 2 и приемником 3 световых импульсов. При этом одни концы оптических волокон матриц 4 собраны в пучок на днище бака 7 и оптически соединены с генератором 2 световых импульсов, другие концы оптических волокон собраны в пучок на противоположном днище бака 8 и оптически соединены с приемником 3 световых импульсов. Конструкция снабжена устройством наведения 9 и техническим средством воздействия 10, связанными с блоком управления 5. Интеллектуальная броня состоит из внешнего 11 и внутреннего 12 броневых слоев из арамидного волокна, размещенных между ними двумя слоями волоконных матриц 4. В каждой волоконной матрице 4 один ряд 13 (m_1i, m_2i) оптических волокон расположен в композите эквидистантно вдоль бака, а другой ряд 14 (n_1i, n_2i) оптических волокон - эквидистантно по одновитковым винтовым линиям, где i - номер оптического волокна. Оптико-волоконные матрицы разделены прослойкой 15 из пенопласта.

Работа данной интеллектуальной композиционной брони на основе волоконно-оптических матриц происходит следующим образом: при сквозном пробитии высокоскоростным кинетическим ударником стенки бака 1 нарушается целостность нескольких (m_1i, m_2i) оптических волокон из ряда, расположенного в композите эквидистантно вдоль оси вращения бака, также нескольких (n_1i, n_2i) оптических волокон из ряда, расположенного эквидистантно по одновитковым винтовым линиям. Световые импульсы от генератора 3 к приемнику 4 продолжают поступать за исключением импульсов, проходивших по рядам (m_1j, m_2j) и (n_1j, n_2j), где j - номер поврежденного оптического волокна. Блок управления 5 получает значения поврежденных рядов волокон (m_1j, m_2j) и (n_1j, n_2j) в каждом слое оптической матрицы 4. Значение расстояния между слоями волоконных матриц 4 заложено в памяти компьютера блока управления 5. Время между повреждением первого и второго слоев матрицы 4 фиксируется компьютером блока управления 5 по разнице времен пробития каждого слоя t₁ и t₂ соответственно. По известному отношению определяется скорость кинетического ударника (пули). По количеству поврежденных рядов волокон (m_1j, m_2j) и (n_1j, n_2j) в каждом слое оптической матрицы 4 определяется примерные калибр, вид оружия. По определенной совокупности поврежденных рядов волокон (m_1j, m_2j) и (n_1j, n_2j) и скорости кинетического ударника определяются баллистические координаты места вылета ударника (точки ведения стрельбы), необходимые для задания исходных данных разворота устройства наведения 9, связанного с техническим средством воздействия 10. По окончании угловых разворотов устройства наведения 9 блок управления 5 автоматически или по команде оператора выдает команду на задействование технического средства воздействия 10. Внешний 11 и внутренний 12 броневые слои из арамидного волокна служат пассивной защитой.

Положительный эффект состоит:

- в высокой эффективности предотвращения значительных проливов токсичных жидкостей при применении известных материалов (пассивная защита) и технических устройств (активная защита) при стационарном расположении бака или во время его транспортировки;

- конструкция позволяет оценить параметры высокоскоростного кинетического ударника: направление воздействия, скорость ударника, примерные калибр и тип оружия.

Предлагаемая интеллектуальная броня на основе волоконно-оптических матриц позволяет значительно уменьшить проливы токсичных жидкостей, уменьшить последующее опасное воздействие транспортируемых грузов на окружающую среду. При этом повышается эффективность применения периметровых средств охраны [7] (стационарное хранение), а при движении автоматически обеспечивается защита объектов от масштабного поражения высокоскоростными кинетическими ударниками или иного оружия, когда использование существующих средств охраны практически невозможно.

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ

1. Справочник по композиционным материалам: в 2-х кн. / Под ред. Дж.Любина; Пер. с англ. А.Б.Геллера, М.М.Гельмонта; Под ред. Б.Э.Геллера. - М.: Машиностроение, 1988.

2. ”Цистерны”, Устройство, эксплуатация, ремонт. Справочное пособие, М., Транспорт, 1990.

3. Волоконная оптика в авиационной и ракетной технике. Под ред. Рождественского Ю.В., Вейберга В.Б., Сатарова Д.Н. - М.: Приборостроение, 1977.

4.Волоконно-оптические системы передачи и кабели. Справочник. Под ред. Гроднева И.И., Мурадяна А.Г., Шарафуддинова P.M., и др. - М.: Радио и связь, 1993.

5. Окоси Т. И др. Волоконно-оптические датчики. Пер с япон. - Л., Энергоатомиздат, 1990.

6. Патент РФ №2305653 B65D 88/02, G01M 3/38.

7. Иванов И.В. Охрана периметров. - М.: Радио и связь, 1997.

Композиционный бронированный бак, содержащий волоконные матрицы из оптически прозрачных волокон, собранных в пучки на противоположных днищах бака и оптически соединенных с расположенными на противоположных днищах бака генератором и приемником световых импульсов, блок управления и источник питания, соединенные с генератором и приемником световых импульсов, причем в каждой волоконной матрице один ряд оптически прозрачных волокон расположен эквидистантно вдоль бака, а другой ряд оптически прозрачных волокон расположен эквидистантно по одновитковым линиям, отличающийся тем, что он выполнен с внешним и внутренним броневыми слоями из арамидного волокна, содержит две размещенные между ними и разделенные прослойкой из пенопласта волоконные матрицы из оптически прозрачных волокон, блок управления выполнен с возможностью определения координат места вылета ударника при сквозном пробитии им стенки бака и связан с устройством наведения, связанным с техническим средством воздействия на место вылета ударника.