для чего предназначен бронешлем
Современные бронешлемы – защитные структуры и технологии изготовления
В этой статье будут рассмотрены некоторые аспекты, относящиеся к современным материалам и конструкциям БШ.
В середине XX века, когда были проанализированы результаты 1-й и 2-й мировых войн и последующих локальных конфликтов (в Корее и Вьетнаме) стало очевидно, что стальной гомогенный БШ не может обеспечить защиту головы бойца от наиболее массовой части спектра осколочного потока поражения на современном поле боя. Уровень его противоосколочной стойкости (ПОС) был весьма низок и не превышал V50%= 300-350 м/с для осколка массой 1г (50%-ная. вероятность непробития корпуса БШ). Надо сказать, что сделать защиту с более высокой ПОС можно только за счет увеличения толщины корпуса БШ, что сразу приведет к существенному увеличению носимой на голове массы. Так, например, чтобы поднять ПОС стального БШ с V50%= 300м/с до V5o%= 600 м/с надо почти удвоить толщину корпуса с 1,6мм до 2,5мм, что при физической плотности стали рст=7,85 г/см3 приведет к увеличению массы корпуса БШ с 1500г до 2350г. Это недопустимо, т.к. существуют медико-технические ограничения по величине допустимой носимой массы БШ, которые предписывают максимальный предел для общевойскового БШ в 1600г.
Такое ограничение обусловлено тем, что опытно-экспериментальным путем медиками была определена возможность получения тяжелой травм шейного участка позвоночника при превышении носимой распределенной массы БШ на голове сверх 1600г.
Такой материал был впервые разработан американской фирмой «Dupont» и был назван «параарамидным волокном», имевшим предел прочности такой же как у конструкционной стали, а физическую плотность рар.=1,43 г/см3, что более чем в 5 раз легче стали. Из параарамидного волокна сделали нить линейной плотности 110 текс. (масса нити в граммах на 1000м длины), которая получила торговую марку «Kevlar®29», и соткали полотно удельной массой 255 г/м2. Из этой ткани была изготовлена квазигомогенная многослойная тканево-полимерная структура, которая в эквивалентной массе с гомогенной монолитной сталью показала вдвое более высокую ПОС и существенно меньший динамический прогиб композиции при взаимодействии с имитатором стандартного осколка и пистолетной пулей 9мм калибра.
Хотя в целом шлем удовлетворял требованиям военных, работы по его совершенствованию были начаты уже в конце 90-х годов. Работы эти были инициированы началом реализации во многих странах мира программ по оснащению бойца будущего столетия. Этими программами боец и его экипировка рассматриваются как единая система, которая, взаимодействуя с другими системами, должна максимально эффективно выполнять боевую задачу. Средства защиты, и шлем в частности, принимаются программой как элемент, который кроме выполнения защитных функций должен комплексироваться с другими элементами системы. Практически все программы «Боец будущего» рассматривают шлем как платформу для установки приборов ночного видения, связи, навигации, дисплеев для самоконтроля и информационных функций, что неминуемо приводит к увеличению массы, нагружающей голову.
Однако реализовать эти цели зарубежным разработчикам удается с большим трудом. Основная причина кроется как раз в созданной и эксплуатируемой ими технологии. Уже давно стало ясно, что баллистическая ткань наиболее эффективно работает, когда ее отдельные нити имеют возможность при упругой деформации растягиваться, достигая предела текучести, что происходит при максимальных нагрузках на материал. Ткань сама по себе уже ограничивает эластичность нитей и от типа плетения стойкость ткани может существенно меняться. Если же ткань пропитать смачивающим клеевым составом и превратить в жесткий композит, то баллистические характеристики такого композита будут хуже, чем у эквивалентного по массе ничем не связанного тканевого пакета.
Тем не менее, применяя новые, более эффективные, чем Kevlar®29 мате-риалы, зарубежным разработчикам удалось на 10-15% снизить и массу шлема и поднять его ПОС. Так, применение нового усовершенствованного арамидного волокна «Kevlar® KM2» и изготовление из него нитей более низкой линейной плотности (44текс, 67текс.) позволило снизить вес шлема на 8-10%.
Дальнейшие исследования по снижению веса привели к разработке и принятию на вооружение армии США в 2002 г новой, также арамидной, каски АСН (Advanced Combat Helmet), имеющей ещё меньший вес. Правда, снижение веса обеспечивалось, в основном, уменьшением на 8 % площади защиты, но разработчикам удалось увеличить на 6% ее ПОС.
В жизни за все надо платить. Естественно, столь высокие характеристики шлема были достигнуты соответственной ценой. Так жесткие требования предъявляются к качеству используемой баллистической ткани, малейшее отклонение от паспортных характеристик отправляет ткань в брак. Технология допускает использование в пакетах только цельных кусков, тогда как в препреговой технологии можно использовать пакеты, набранные из кусков баллистической ткани. Это приводит к увеличению расхода дорогостоящей ткани и соответственно стоимости конечного продукта. Сам процесс прессования тоже требует большего времени, чем в препреговой технологии, поскольку контролируемый нагрев заготовки и ее охлаждение происходят непосредственно в прессовой оснастке. Правда своими последними работами разработчики НИИ Стали показали, что резервы в оптимизации этой технологии есть и они не малые. Найдены решения по сокращению цикла нагрева и охлаждения заготовки. Не следует забывать еще ряд важных моментов. Поскольку пленочная технология не использует вредных смол, она на порядок экологически чище, что проявляется как в производстве, так и при эксплуатации шлема. Да и для организации крупносерийного производства пленочная технология прогрессивнее препреговой, поскольку позволяет автоматизировать процесс сборки тканево-полимерных пакетов для прессования, тогда как в препреговой технологии эта операция выполняется вручную.
Вопрос: «какая из технологий более предпочтительна и прогрессивна?» находится в компетенции Заказчика, который на этапе государственных испытаний детально определил все ТТХ обоих БШ, каждого в отдельности, и допустил в се-рийное производство оба образца.
Становится злободневным «отложенный» заказчиком вопрос: «Какая структура полимерной защитной композиции отвечает современным требованиям по противоосколочной и противопульной стойкостям в максимальной степени? Какая структура обеспечивает наиболее приемлемые значения запреградного контузионного воздействия?»
Бронешлем (шлем защитный)
Конструктивно бронешлем состоит из:
— корпуса, выполненного, как правило, в виде единого бронеэлемента (каски), повторяющего очертание защищаемых участков головы,
— демпфера, размещенного между корпусом и головой, служащего для улучшения эргономики, амортизации при ударном воздействии и снижения запреградного действия при баллистическом поражении,
Дополнительно бронеизделия могут комплектоваться:
— прозрачным пулестойким забралом для защиты лица;
— бармицей для защиты шеи;
— встроенной радиогарнитурой для связи;
— тканевым чехлом и жестким контейнером для транспортировки и хранения.
Внутреннее снаряжение шлема предназначено для удержания на голове и поглощения динамического воздействия пули и осколков на голову человека. Оно состоит из фиксирующей системы, ремней (зашейного, подбородочного), регуляторов натяжения.
Бронеэлемент корпуса выполняется в виде цельнопрессованной (цельноштампованной) основы из пластика, армированного высокопрочными волокнами (арамид, высокомодульный полиэтилен и т. д.) или металла (легированная сталь и титановые сплавы).
В настоящее время в России применяются 4-е основных типа бронешлемов:
— металлические из тонколистовой стали;
Наиболее оптимальными для бронешлемов материалами считаются композитные и комбинированные металлокомпозитные или композитно-керамические, а также материалы на основе органических волокон (нейлон, арамиды). При минимальной массе, такие шлемы обладают высокой стойкостью к ударным нагрузкам, защищают от 70-80 % осколков, летящих со скоростью до 500 м/с, хорошо «гасят» энергию пули, а также наиболее комфортны в ношении. Вес таких шлемов составляет обычно 1,3-2,0 кг. Стальные шлемы, при той же степени защиты, имеют вес в 1,5-2 раза больше, чем из новейших материалов. Серьезными недостатками традиционных металлических шлемов является также значительная контузионная опасность, даже в случае непробития.
Демпфер служит для снижения динамических усилий на голову и выполняется в виде подтулейного устройства или подшлемника, включающего в себя демпфирующие слои и элементы демпфирования. Наиболее распространенным демпфером в настоящее время является регулируемое подтулейное устройство, состоящее из горизонтальной ленты (из кожи или хлопчатобумажной ткани), охватывающей голову на уровне лба, с «люлечной» подвеской в виде отходящих от горизонтальной ленты «строп», сходящихся в центре. Для предотвращения передачи негативных динамических воздействий на голову он имеет амортизирующие элементы, соединяющие подтулейное устройство с корпусом шлема.
Подшлемник выполняется в виде специальных мягких прокладок, смонтированных внутри шлема. В качестве материала подшлемника используют пористые пластмассы, обшиваемые кожей либо тканью. Шлемы имеют в основном простую систему подвески, которая обеспечивает также вентиляцию внутреннего пространства между оболочкой шлема и головой. Для этого, а также для предотвращения травмы головы в результате соприкосновения с внутренней поверхностью шлема между корпусом жесткого шлема и головой создается зазор 15-20 мм, который обеспечивает одновременно возможность индивидуальной подгонки.
Требования к конструкции бронешлема:
1. Обеспечение максимальной защиты, соответствующей классу СИБ, при минимально допустимой массе.
2. Максимальная эргономичность и маневренность, простота одевания и регулирования.
3. Отсутствие в материалах конструкции легковоспламеняющиеся и токсичных элементов, веществ и покрытий.
4. Наличие элементов и технических решений, способствующих заброневому смещению, уменьшению рикошетирования пуль и осколков.
Для бронешлемов установлены 3-и основных типоразмера (обхват головы):
Бронешлемы могут изготавливаться одного условного типоразмера с возможностью регулировки под требуемый охват головы.
Геометрические размеры шлема:
размер 1 — 210х260х235
размер 2 — 210х266х255.
Общая площадь защиты БШ составляет 11-14 дм2 (в зависимости от типоразмера).
Наиболее хорошо зарекомендовавшими себя в России бронешлемами являются:
— Противоосколочные шлемы (сталь, металопластик): Сфера-П, ПШ-97 «Джета».
— Противоударные шлемы (пластик, металопластик): ШПУ тип «Н», ШПУ «А» (Антишок), Скат М1, Маска-2, Колпак 1СБ.
— Шлемы 1-го класса защиты (сталь, арамиды, композиты, полимеры): Альфа, БЗШ (01) тип «В», БЗШ (01) тип «Н», ЛШЗ-2ДТМ, Колпак 2, Скиф 1М2а, ЗШ-1.
Что касается площади защиты жизненно важных органов головы, как одного из основных требований, предъявляемым к современным шлемам, то согласно сравнительным характеристикам наиболее эффективным на сегодняшний день являются отечественные армейские шлемы СШ-68 и 6Б6-5.
Бронешлем – эволюция развития
В начале второй половины прошлого века, шли изыскания по созданию шлемов из различных материалов. Успешные результаты создания полимерных материалов с низкой плотностью и высоким пределом прочности дали возможность использовать такие материалы в различных сферах человеческой деятельности. Основной же сферой применения стала возможность замены стальных листов и частей в военной сфере. Как выяснилось, полимерный материал к тому же обладает лучшими физико-механическими свойствами по поглощению и рассеиванию ударно-волновой энергии применяемых средств нападения, чем шлемы из стальных листов.
Технология создания PASGT
Бронешлемы создавали из ткани, в основе которой использовали Kevlar®29 и фенольную или PVB смолы. Вес БШ – 1.4-2.9 килограмма в зависимости от назначения. Серийные бронешлемы имели 5 размеров XL/S/M/L/XL. Характеристики ПОС определялись военными и полицейскими стандартами. Военный MIL-STD-662E и полицейский NIJ 0106 соответствовали до 600 м/с для осколка стандарта STANAG 2920 пробивающего корпус бронешлема с 50-процентой вероятностью. Этот стандарт приблизительно равен российскому стандарту при испытаниях отечественных моделей бронешлема. Само изготовление шлемов довольно простое – материал пропитывают смолой и несколькими слоями укладывают форму. Фому опрессовывают под необходимой температурой. Смола полимеризуется и затвердевает. Затвердевшую оболочку обрезают облой. После этого, оболочка получает подтулейное устройство и процесс создания шлема завершен. Такой метод изготовления называется метод препрегов, от названия ткани, пропитанной смолой (препреги). Простота такой технологии привела к широкому изготовлению и распространению аналогичных шлемов во многих государствах. По сегодняшний день было изготовлено несколько миллионов шлемов PASGT или их аналогов, почти все ВС стран блока НАТО обеспеченны «тканевыми» шламами. В Соединенных Штатах сухопутные подразделения до сих пор экипируются шлемами PASGT. ВС других стран также имеют в своей индивидуальной экипировке подобный шлем собственного или зарубежного производства. Поэтому характеристики БШ тканевого изготовления разных стран могут существенно отличатся друг от друга.
Современные разработки бронешлемов – США
Все современные разработки во многих странах идут по программам оснащения бойца будущего. Основой таких программ является единая система по обеспечению эффективного выполнения поставленной задачи. Единая система – полное взаимодействие всех систем экипировки между собой для их эффективного применения носителем. Хоть программы каждого государства и отличаются между собой, БШ в них во всех стал «носителем» различного вспомогательного и дополнительного оборудования, типа ПНВ, средств навигации и связи, информационных дисплеев различной направленности, видеокамер и спецоборудования. Все эти решения привели к повышению носимого на голове веса. Пентагон в 1996 году разработал программу «повышения боевых возможностей солдата». По ней было необходимо создать шлем на более легкой основе с конечной массой ¾ PASGT. Реализация программы проходила с большими трудностями. Основная причина крылась в используемых технологиях. В итоге, используя для создания ткани новые современные технологии, удается снизить вес БШ до 15 процентов, и немного подняв ПОС. для создания БШ использовали улучшенное арамидное волокно Kevlar® KM2, линейная плотность получаемых нитей снизилась в 2 раза. В 2002 году Соединенные Штаты принимают на вооружение бронешлем «Advanced Combat Helmet» малого веса. Этого удалось добиться сокращением на 8 процентов площади защиты, но, правда, улучшились на 6 процентов характеристики ПОС.
Современные разработки бронешлемов – Россия
Российская Федерация в вопросе замены шлемов из листовой стали на тканево-полимерные отстала от западных конкурентов. Но разработки «тканевых» шлемов начались, правда, по собственной инициативе, еще в 80-е годы в НИИ Стали. Советский Союз освоил иную технологию производства шлемов – термопластичное прессование многослойных квазигомогенных пленочных структур, получившую упрощенное название «пленочная».
Технология создания российских пленочников
Суть технологии так же не очень сложная – между слоями баллистической ткани прокладывают тонкую термопластичную пленку. Потом, полученный пакет помещают в углубленную пресс-форму, в которой пакет нагревают, прессуют и охлаждают. Термопластическая пленка при нагревании, плавится и соединяет между собой два слоя ткани. Так создается оболочка российского шлема. Такая технология позволила добиться стойкости шлема больше чем американские препреги. До реализации данной технологии НИИ Стали шел целое десятилетие. Но теперь благодаря, тому, что технология досконально изучена, путем замены ткани, толщины ткани и «пленки», можно подобрать необходимый вариант исполнения бронешлема. Первый российский тканевый пленочной шлем поступает на вооружение России в 1999 году под индексом 6Б7. Пленочник сразу обходит по характеристикам зарубежный аналог:
— максимальная масса 6Б7 не превышает минимальную массу PASGT;
— ПОС 560 м/с, что по STANAG – 61- м/с.
В 2005 году у ВС России появились еще 3 модели БШ – 6Б28,6Б27, 6Б26. Они на данное время являются лучшими по характеристикам БШ в мире. Последняя новинка от НИИ Стали – общевойсковой шлем 2-го поколения готовый пойти в серийное производство. Шлем имеет вес не более 1.1 килограмма, ПОС по STANAG до 740 м/с.
Как не жаль, но достижение таких характеристик не обошлось без увеличения цены. Малейшие отклонения в характеристиках баллистической ткани сразу означает брак. В пакеты отбираются куски целые куски ткани, в отличие от американской технологии. Все это привело к подорожанию конечного продукта – бронешлема. Из плюсов технологии – высокая экологичность (не используются смолы) и автоматизация производства.
В России есть еще одна технология создания БШ – смешанная или дискретно-тканевая структура (ДТС). Разработчик компания «ЦВМ Армоком». Смысл технологии использование элементов препреги и сухих арамидных слоистых пакетов. В пакетах, только наружные слои ткани пропитывают смолой, а внутренние остаются сухими. Такая структура создания называется разнесенной. Положительный момент такого способа – более эффективное рассеивание и поглощение ударных волн, который достигается большой толщиной корпуса бронешлема – до 1.5 сантиметров. Для сравнения – пленочный бронешлем имеет толщину не более 0.8 сантиметра. Отрицательный момент смешанной технологии – малая толщина внутренней жесткоупругой оболочки. Динамический прогиб у данного бронешлема больший, чем у бронешлема изготовленного по пленочной технологии.
Открытый вопрос экипировки российского солдата будущего
С 2000 года российские военнослужащие получают бронешлемы выполненные по пленочной и смешанной технологиям приблизительно в равном количестве. Все характеристики и цена у них практически одинаковы. По опубликованным данным известно, что в 2010-11 годах ВС РФ получили 70 тысяч бронешлемов созданных по этим технологиям. Теперь же перед выходом БШ 2-го поколения в серийное производство, как и всей экипировки 2-го поколения, военное ведомство выдвигает требования к ее созданию – единая система. Это приведет к тому, что в России останется только одна технология создания БШ, и кто из них более будет соответствовать выдвинутым требованиям, сможет определить только сам заказчик при проведении комплексных испытаний единой системы 2-го поколения.
В России разработали инновационный противогаз-бронешлем
Система фильтрации позволяет защитить военнослужащих от радиоактивной пыли, промышленных токсичных химикатов, биологических и отравляющих веществ. В боевое положение шлем можно привести в течение 3-4 секунд, что снижает вероятность поражения войск до 50 раз по сравнению с существующими средствами защиты.
Ученые в обосновании значимости своего изобретения отметили, что модель получилась более совершенной, чем предыдущие аналоги. В частности, в прошлых создаваемых в России модификациях нельзя было менять фильтры, их расположение в лицевой части мешало стрельбе, также отсутствовала возможность переключения противогаза между рабочим и пассивным режимом, из-за чего быстро разряжался аккумулятор.
Ранее стало известно, что перспективный танк Т-14 на гусеничной платформе «Армата» получит новые снаряды. Танк с новым боекомплектом проходит испытания. Об этом первый заместитель председателя коллегии Военно-промышленной комиссии (ВПК) России Андрей Ельчанинов.
Бронешлемы для частной охраны
Конструктивно бронешлемы (каски) состоят из корпуса, выполненного, как правило, в виде единого бронеэлемента, повторяющего очертание защищенных участков головы, и демпфера, размещенного между корпусом и головой, служащего для улучшения эргономики, амортизации при ударном воздействии и снижения запреградного действия при баллистическом поражении. Дополнительно бронешлем может комплектоваться прозрачным забралом, матерчатым чехлом, подшлемником и другими конструктивными элементами, обеспечивающими защиту головы человека.
Бронеэлемент корпуса выполняется в виде цельнопрессованной (цельноштампованной) основы из пластика, армированного высокопрочными волокнами (арамид, высокомодульный полиэтилен и т. д.), или металла (легированная сталь и титановые сплавы). В настоящее время применяются 4 основных типа бронешлемов:
При одинаковой степени защиты стальные шлемы имеют вес в 1,5-2 раза больше, чем из новейших материалов. Серьезными недостатками традиционных металлических шлемов является значительная контузионная опасность даже в случае непробития.
Наиболее оптимальными в настоящее время являются композитные и комбинированные металлокомпозиты или композитно-керамические шлемы. При минимальной массе, такие шлемы защищают от 70-80 % осколков со скоростью до 500 м/с, хорошо “гасят” энергию пули, а также наиболее комфортны в ношении. Вес таких шлемов составляет обычно 1,3-2,0 кг.
Демпфер, главной задачей которого является снижение динамических усилий на голову, выполняется в виде подтулейного устройства или подшлемника, включающего в себя демпфирующие слои и элементы демпфирования.
Наиболее распространенным в настоящее время является подтулейное устройство, состоящее из горизонтальной ленты (из кожи или хлопчатобумажной ткани), охватывающей голову на уровне лба, с «люлечной» подвеской в виде отходящих от горизонтальной ленты «строп», сходящихся в центре. Длина строп определяет положение (высоту) горизонтальной ленты и самого шлема на голове. За счет регулирования длины горизонтальной ленты обеспечивается индивидуальная подгонка бронешлема и плотность его посадки на голове. Для предотвращения передачи динамического воздействия на голову при обстреле шлема он имеет амортизирующие элементы, соединяющие подтулейное устройство с корпусом шлема. Более жесткая фиксация шлема на голове обычно обеспечивается за счет регулировки подбородочных и зашейных ремней.
шлем Маска-2
Стеклопластиковый защитный шлем «Маска-2» конструктивно состоит из: корпуса, забрала, амортизирующей системы, удерживающей системы и бармицы. Шлем оснащен съемным демпфирующим подбоем и имеет подъемное забрало из поликарбоната. К затылочной части шлема крепится бармица, выполненная из кожзаменителя с демпфирующим и противоударным подслоем. Шлем «Маска-2» защищает от тупых тяжелых предметов. Масса — 1,3 кг.
Условия эксплуатации и хранения защитных шлемов.
Шлемы хранятся в специально отведенном помещении (для хранения специальных средств) на стеллажных полках, по маркам и размерам. При выдаче шлема проверяется его целостность и осуществляется подгонка по голове получающего сотрудника. В помещении поддерживается температура от 0 до +30 С. В отличии от бронежилетов отдельные модели шлемов (МАСКА-1) можно использовать в достаточно широком температурном диапазоне от – 50 до + 50 С. Шлемы изготавливаются двух размеров:
Сводная таблица технических характеристик и стоимости бронешлемов и защитных шлемов, предназначена для облегчения выбора наиболее оптимально изделия для частных охранных организаций