PL217974B1 - Konstrukcja ochronna pojazdów, zwłaszcza pojazdów opancerzonych, przed skutkami wybuchów min - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest konstrukcja ochronna pojazdów, zwłaszcza pojazdów opancerzonych, przed skutkami wybuchów min, oparta na ramie nośnej.

Urządzenie do ochrony pojazdów przed skutkami min lądowych znane ze zgłoszenia patentowego USA nr US 2003 010 189, zawiera wklęsłą płytę podłogową umieszczoną w odpowiedniej odległości od podłogi, która zapewnia zarówno odpowiedni prześwit, jak i sprężystość. Płyta podłogowa jest trwale połączona z boku, ze ścianką boczną obudowy lub kadłuba, lub kołnierza przymocowanego do bocznej ściany obudowy.

Urządzenie chroniące podłogę pojazdu lądowego przed minami znane z międzynarodowego zgłoszenia patentowego nr WO 2009 140 331, stanowi osłona na spód pojazdu, która ma uformowane dwie belki wzdłużne zamontowane do ramy pojazdu. Belki od dołu obudowane są płytą uformowaną w profil o przekroju V, przy czym przestrzeń pomiędzy belkami i płytą podzielona jest na sekcje ażurowymi przegrodami, zamontowanymi względem siebie równolegle i prostopadle do belek wzdłużnych. Ponadto, płyta pokryta jest odpornym na przebicia włóknem aramidowym.

Konstrukcja ochraniająca podwozie pojazdu przed skutkami eksplozji, znana z polskiego zgłoszenia patentowego nr 386 400 ma zamontowane do płyty dolnej pojazdu lub do płyty dodatkowej zamocowanej rozłącznie lub nierozłącznie do płyty dolnej pojazdu szereg elementów, co najmniej w ilości 40 sztuk, w postaci odcinków rur czy odcinków profili hutniczych lub innych profili specjalnie skonstruowanych pod kątem 50° do 90° między osią tych profili a powierzchnią płyty, nazwanych elementami kształtowymi. Te elementy kształtowe posiadają od dołu przymocowaną sztywno płytkę pod kątem 45° do 90° do osi wewnętrznej elementów kształtowych. Podczas wybuchu jest przedłużony w czasie proces destrukcji całej dolnej konstrukcji i następuje kolejne zgniatanie, rozrywanie i ściskanie poszczególnych elementów kształtowych, a tym samym zmniejszają się siły fali uderzeniowej z rozprężania gazów wybuchowych, co znacznie osłabia efekty eksplozji w pojeździe i może zmniejszyć straty w ludziach znajdujących się wewnątrz pojazdu.

Znane konstrukcje ochronne zabezpieczające spód pojazdu przed skutkami eksplozji wykonywane są jako dodatkowa osłona montowana pod podwoziem pojazdu, który nie jest konstrukcyjnie przystosowany do zapewnienia ochrony załodze w takim przypadku. Pojazdy takie maja generalnie płaskie dno i dodatkowa struktura ma za zadanie przyjąć całą energię wybuchu, zapobiec naruszeniu struktury pojazdu i przekazać na strukturę nośną pojazdu jak najmniejszą ilość energii kinetycznej. Ze względu na nieprzystosowaną do takich zagrożeń konstrukcję samych pojazdów, układy takie są skuteczne tylko przeciwko niewielkim ładunkom. Odporność pojazdu na większe ładunki wymaga przystosowania jego konstrukcji.

Znane są też układy ochronne oparte na sztywnym, samonośnym nadwoziu, zazwyczaj z maksymalnie sztywnym dnem wykonane w kształcie litery V, do których mocowane są elementy zawieszenia i układu napędowego. Układy ochronne często rozbudowane są poprzez stosowanie tzw. pływającej podłogi odseparowanej od właściwego dna pojazdu, foteli tłumiących energię wybuchu mocowanych do ścian lub dachu pojazdu i innych. Ochrona przeciwminowa w takich pojazdach zaczyna się na powierzchni dna, które przyjmuje cały impuls ciśnienia generowany przez ładunek wybuchowy.

Innym stosowanym układem ochronnym jest konstrukcja zbudowana na podwoziu samochodu terenowego oparta na klasycznej ramie nośnej, do której mocowane są elementy zawieszenia, układu napędowego oraz nadwozie pojazdu. Układy takie wykonane w kształcie litery V, kolidują z ramą nośną. Możliwe jest umieszczenie ich nad ramą, wówczas układ V musi mieć bardzo płaski kształt, co zmniejsza jego skuteczność. Drugim rozwiązaniem jest zastosowanie płaskiej podłogi nad ramą i umieszczenie deflektora w kształcie litery V lub podobnym pod ramą, co zmniejsza prześwit pod pojazdem i obniża zdolność do poruszania się pojazdu w terenie. W przypadku ram o dużej podatności konieczne jest pozostawienie przestrzeni nad deflektorem dla odkształcającej się podczas jazdy ramy, co dodatkowo niekorzystnie zmniejsza prześwit pod pojazdem i przybliża deflektor do potencjalnego miejsca eksplozji.

Znane układy ochronne są dwuwarstwowe, w których celem jest odseparowanie poddanego bezpośredniemu uderzeniu deflektora od właściwej, generalnie płaskiej podłogi, zazwyczaj o mniejszej sztywności i wytrzymałości, z którą ma kontakt załoga pojazdu. Układy te jednak z założenia oparte są na maksymalnie odpornej, pierwszej od strony uderzenia fali warstwie, która ma zapewnić przyjęcie całej energi uderzenia i zdeformować się w przestrzeni pomiędzy pierwszą deflektorem a właściwą podłogą pojazdu. Przestrzeń pomiędzy deflektorem a właściwą podłogą może być wypełPL 217 974 B1 niona strukturą pochłaniającą energię w postaci odkształcalnej kratownicy metalowej lub wypełnienia materiałem pochłaniającym energię.

W założeniu deflektory mają za zadanie przyjąć całą energię fali uderzeniowej i nie dopuścić do uderzenia fali we właściwą podłogę pojazdu. Ponieważ wielkość ładunku nie jest znana, istotną wadą jest fakt, że dla większej mocy ładunku po nadmiernej deformacji lub przerwaniu ciągłości deflektora następuje uderzenie we właściwą podłogę pojazdu, która nie jest konstrukcyjnie przystosowana do przyjęcia uderzenia o dużej energii bez szkody dla załogi pojazdu. Zazwyczaj pierwsza, dolna warstwa układu przyjmuje generalnie całą energię fali uderzeniowej, przez co musi ona pochłonąć lub przekazać na kolejne elementy konstrukcji bardzo dużą energię. W znanych układach w niewielkim stopniu wykorzystuje się zdolność elementów ramy pojazdu do pochłaniania energii fali uderzeniowej.

Istota konstrukcji według wynalazku polega na tym, że dno pojazdu ukształtowane w kształcie litery V, zamocowane jest ponad ramą, natomiast poniżej ramy przymocowane są panele wykonane z materiału o dużej zdolności do odkształceń plastycznych, przy czym panele przytwierdzone są wzdłuż ramy na całej długości chronionej części pojazdu i zamocowane do podłużnie elastycznymi łącznikami. Powierzchnia paneli może być płaska albo wklęsła, przy czym powierzchnia paneli wypukłością jest skierowana do góry.

Korzystnie, panele wykonane są ze stopu aluminium.

Korzystnie, kąt rozwarcia ramion dna pojazdu ukształtowanego w kształcie litery V wynosi 130-160 stopni.

Korzystne jest również to, że dno pojazdu wyposażone jest w stalową nakładkę wzmacniającą zamocowaną na wierzchołku litery V.

Korzystnie, podłużnice ramy pojazdu wykonane są, jako perforowane wsporniki mocowane do samonośnego nadwozia pojazdu z zawieszeniem.

Korzystnie, długość paneli wzdłuż osi podłużnej pojazdu jest mniejsza od ich szerokości.

Korzystnie, w środkowej części płyta panelu ma wycięte otwory albo zmniejszoną grubość zmniejszające ich wytrzymałość.

Korzystnym jest, gdy szerokość środkowej części płyty jest, co najmniej równa szerokości zniszczonego fragmentu panelu, przy czym szerokość środkowej części płyty jest równa szerokości panelu zawartej pomiędzy podłużnicami pomniejszonej o dwie szerokości wewnętrznych bocznych części panelu, przy czym szerokość wewnętrznej bocznej części panelu jest co najwyżej równa odległości panelu od dna pojazdu.

Korzystnie, szerokość panelu jest większa od rozstawu podłużnic ramy, przy czym szerokość wystających części panelu obu podłużnic jest co najwyżej równa odległości panelu od dna pojazdu, najkorzystniej jest, gdy wystające części panelu obu podłużnic są odgięte ku górze pod kątem w zakresie 0-25 stopni od poziomu.

Korzystnie, pomiędzy panelami rozmieszczonymi są wzdłuż podłużnej osi pojazdu ramy, są odstępy, które najkorzystniej usytuowane są w miejscach, w których znajdują się poprzeczki ramy nośnej.

Konstrukcja ochronna przed skutkami wybuchów min, według wynalazku, przeznaczona jest głównie do ochrony pojazdów kołowych zbudowanych na bazie podwozia opartego na ramie z podłużnicami, wyposażonego w sztywne nadwozia złożone z jednej lub więcej brył zamocowanych do ramy pojazdu, konstrukcja pochłania i rozprasza tylko część energii fali uderzeniowej na poziomie ramy z wykorzystaniem jej sztywności, przed uderzeniem fali we właściwą osłonę przeciwminową zintegrowaną z bryłą nadwozia. Wykorzystuje się sztywność ramy do zmiany kierunku ruchu odkształcających się paneli ochronnych pierwszej warstwy układu w taki sposób, że nie uderzają one w drugą, sztywną osłonę przeciwminową. Przyjęcie tylko części energii fali powoduje, że osłona jest zdolna do działania przy większych mocach ładunków.

Przedmiot wynalazku odtworzony jest w przykładzie realizacji na rysunku, na którym, fig. 1 przedstawia konstrukcję ochronną przed skutkami wybuchów min zamocowaną do pojazdu opancerzonego w ujęciu schematycznym, fig. 2 - panele ochronne konstrukcji w widoku aksonometrycznym, fig. 3 - konstrukcję ochronną przed skutkami wybuchów min przed wybuchem w ujęciu schematycznym, a fig. 4 konstrukcję ochronną przed skutkami wybuchów min po wybuchu w ujęciu schematycznym.

P r z y k ł a d 1

Konstrukcja ochronna pojazdów, zwłaszcza pojazdów opancerzonych, przed skutkami wybuchów min, składa się z dwóch części. Pierwszą część stanowi sztywne dno pojazdu D, wykonane ze stali pancernej, zamocowane ponad ramą R i ukształtowane w kształcie litery V o niewielkim kącie pochylenia, kąt rozwarcia wynosi 130 stopni. Dno D stanowi główną osłonę przeciwminową pojazdu.

PL 217 974 B1

Kształt paneli ochronnych jest płaski, przez co nie zmniejsza prześwitu pojazdu i nie ogranicza jego zdolności do poruszania się w terenie. Bezpośrednio poniżej ramy R zamocowane są panele P wykonane z materiału o dużej zdolności do odkształceń plastycznych. Panele P mają szerokość większą niż rozstaw podłużnic Po ramy R oraz niewielką długość mierzoną wzdłuż osi podłużnej pojazdu. Poszczególne panele P przytwierdzone są wzdłuż ramy R pojazdu na całej długości chronionej części pojazdu i zamocowane są do podłużnic Po elastycznymi łącznikami M. Długość paneli P wzdłuż osi podłużnej pojazdu jest mniejsza od ich szerokości. Niewielka długość pojedynczych paneli P oraz elastyczne łączniki M pozwalają na swobodne sprężyste odkształcanie się ramy pojazdu R podczas jazdy. Dzięki podziałowi osłony na panele P możliwe jest też łatwiejsze dopasowanie kształtu poszczególnych paneli P do geometrii ramy R i elementów układu napędowego zlokalizowanych w tym rejonie pojazdu. Środkowa część płyty S paneli P znajdująca się pomiędzy podłużnicami Po ramy R ma mniejszą wytrzymałość, poprzez wycięcie w tym miejscu serii otworów Pr1, Pr2, z których otwory zmniejszających wytrzymałość Pr1 panelu P, wykonane są w środkowej części płyty S, a otwory zmniejszające powierzchnię Pr2 paneli P wykonane są po obu stronach środkowej części płyty S. Szerokość środkowej części płyty S jest równa szerokości zniszczonego fragmentu panelu P, przy czym szerokość środkowej części płyty S jest równa szerokości panelu P zawartej pomiędzy podłużnicami Po pomniejszonej o dwie szerokości wewnętrznych bocznych części L1 panelu P, przy czym szerokość wewnętrznej bocznej części L1 panelu P jest równa odległości panelu od dna pojazdu D. Szerokość paneli P jest równa odległości pomiędzy elastycznymi łącznikami M mocującymi je do podłużnicy Po.

P r z y k ł a d 2

Konstrukcja ochronna pojazdów, zwłaszcza pojazdów opancerzonych, przed skutkami wybuchów min, wykonana jak w przykładzie pierwszym, z tą różnicą, że sztywne dno pojazdu D, ukształtowane w kształcie litery V ma kąt rozwarcia 130-160 stopni. Do dna D zamocowana jest sztywno właściwa podłoga Pd pojazdu łączącą ramiona dna V i nadająca mu dużą sztywność. Dno D w kształcie litery V wyposażone jest w stalową nakładkę wzmacniającą N zwiększającą sztywność w miejscu, w które po przerwaniu paneli P uderzy fala F. Nakładka N zmniejsza ryzyko wejścia uginającego się dna D w kontakt z podłogą Pd. Kształt paneli P jest wklęsły, wypukłością skierowany do góry, a elastyczne łączniki M mocujące panele P na podłużnicach Po nieco obniżone w celu dopasowania ich do geometrii ramy R i nadwozia. Panele P wykonane są ze stopu aluminium o dużej zdolności do odkształceń plastycznych. Ponadto, panele P mocowane są z zachowaniem niewielkich odstępów O pomiędzy nimi. Odstępy O usytuowane w miejscach, w których znajdują się poprzeczki ramy R, dzięki czemu odkształcające się panele R nie uderzają w poprzeczki, lecz mogą swobodnie kontynuować obrót aż do uderzenia w podłużnicę Po. Zmniejsza to ryzyko nadmiernej deformacji samej ramy R, która stanowi podparcie dla odkształcalnych paneli P, które mają mniejszą wytrzymałość, poprzez znaczne zmniejszenie grubości panelu P. Szerokość paneli P mierzona w kierunku poprzecznej osi pojazdu jest większa niż całkowita szerokość ramy o długość L2 obracającego się zewnętrznego fragmentu panelu P po zawinięciu wokół podłużnicy Po, długość L2 sięga do powierzchni dna pojazdu D. Ponadto, część panelu P wystająca poza ramę R jest odgięta ku górze o kąt mniejszy od 25 stopni od poziomu. Podłużnicę Po ramy pojazdu R wykonane są jako perforowane wsporniki mocowane do samonośnego nadwozia pojazdu z zawieszeniem.

Panele P umieszczone są tak, że w przypadku eksplozji ładunku wybuchowego Ł pod pojazdem przyjmują pierwsze uderzenie fali F, które nadaje im dużą prędkość początkową. Poruszające się panele P umocowane do podłużnic Po ramy R w pierwszej fazie ruchu odkształcają się plastycznie. W procesie plastycznego odkształcania paneli P następuje ich przerwanie w środkowej części płyty S o obniżonej wytrzymałości, pomiędzy podłużnicami Po. Ich dalsze odkształcanie powoduje zawijanie się wewnętrznych fragmentów paneli P na podłużnicy Po tak, że deformujący się fragment panelu P o długości L1 porusza się generalnie po łuku A1 ze środkiem w punkcie X1 położonym w pobliżu dolnej wewnętrznej krawędzi podłużnicy Po. Obrót przerwanego fragmentu panelu P powoduje zmianę jego kierunku ruchu w taki sposób, że mija on zarys dna D i uderza w podłużnicę Po, której przekazuje swoją energię kinetyczną. Analogicznie, odkształcanie zewnętrznych, znajdujących się poza obrysem ramy R, fragmentów paneli P powoduje zawijanie się ich na podłużnicy Po, a deformujący się fragment panelu P o długości L2 porusza się generalnie po łuku A2 ze środkiem w punkcie X2 położonym w pobliżu punktów mocowania paneli P do podłużnicy Po. Deformowany fragment panelu P mija dno D i uderza w podłużnicę Po, której przekazuje swoją energię kinetyczną. Zewnętrzne fragmenty paneli P podczas detonacji pod kołami pojazdu, osłaniają dno pojazdu D przed bezpośrednim uderzeniem fali.

PL 217 974 B1

Podczas wybuchu ładunku Ł pod pojazdem, energia fali uderzeniowej F przekazywana jest panelom P, następnie elementom ramy R, a poprzez elementy mocujące nadwozie do ramy Mn na nadwozie pojazdu. Podczas przekazywania energia kinetyczna pochłaniana jest na drodze plastycznego odkształcenia paneli P, elementów ramy R pojazdu oraz punktów mocowania Mn nadwozia do ramy R. Sztywność i pole powierzchni paneli jest tak dobrana, aby niezależnie od energii fali uderzeniowej przyjęły one tylko pewną część fali, którą są w stanie pochłonąć panele i odkształcająca się rama pojazdu, przy czym podłużnicę ramy pojazdu nie powinny zostać zdeformowane w takim stopniu, aby nastąpiło ich uderzenie w dno pojazdu.

Powierzchnia paneli P wystawiona na działanie fali uderzeniowej może być zmniejszona poprzez wykonanie perforacji w postaci otworów Pr2 z celu przyjęcia tylko pewnej części energii fali uderzeniowej i przepuszczenie pozostałej części fali F w kierunku dna D stanowiącego główną osłonę przeciwminową. Stopień perforacji jest dostosowany do wytrzymałości podłużnicy Po. Otwory Pr1 i Pr2 pozwalają na przepuszczenie części fali F przez panele P w kierunku dna D już w pierwszej fazie uderzenia, co pozwala układowi na skuteczne działanie także dla dużych mocy ładunku. Po przerwaniu paneli P pozostała część energii fali F przekazywana jest na właściwe, sztywne dno D pojazdu ukształtowane w kształcie litery V. Ukształtowanie takie oraz duża odległość od podłoża wynikająca z położenia dna D nad ramą nośną R pojazdu pozwala na rozpraszanie dalszej części energii fali F, a zmniejszenie wytrzymałości paneli P w części środkowej S pozwala na skierowanie energii fali uderzeniowej F na wierzchołek dna D charakteryzujący się największą sztywnością.

Otwory Pr1 i Pr2 perforacji paneli P powodują rozdzielenie w czasie działania fali uderzeniowej F na dno pojazdu D na dwie fazy, w pierwszej fazie bezpośrednie uderzenie przepuszczone przez otwory Pr1 i Pr2, a w drugiej fazie uderzenie po przerwaniu paneli P. Taki rozdział powoduje wydłużenie impulsu ciśnienia, a przez to zmniejszenie jego amplitudy i poziomu drgań o wysokiej częstotliwości generowanych w nadwoziu pojazdu w wyniku uderzenia fali.

W prezentowanym systemie istnieją dwie drogi przekazywania energii kinetycznej przejętej od fali uderzeniowej na nadwozie pojazdu. Jedna część energii przekazywana jest poprzez panele P, ramę R i elementy mocujące nadwozie Mn do ramy R, druga przekazywana jest bezpośrednio na dno D. Rozdzielenie dróg przekazywania energii na różne punkty nadwozia sprzyja równomiernemu rozpędzaniu bryły nadwozia i zmniejsza groźną dla załogi lokalną deformację kadłuba nad punktem detonacji. Ponadto usztywnienie rozwartych ramion litery V dna D przez podłogę Pd, przeciwdziała jego nadmiernej deformacji i umożliwia przeniesienie obciążenia na ściany pojazdu. Dodatkowo, zapewnia to lepszą separację załogi pojazdu będącej w kontakcie z podłogą Pd przed działaniem dużych przyspieszeń występujących skutek bezpośredniego uderzenia fali F w dno D pojazdu.

Możliwe jest zastosowanie konstrukcji do pojazdów opartych na samonośnym nadwoziu z zawieszeniem mocowanym do bryły nadwozia. Wówczas rolę podłużnie ramy mogą pełnić zamontowane do sztywnego nadwozia perforowane wsporniki pełniące tą samą funkcję, co podłużnice Po ramy R.

Claims (15)

1. Konstrukcja ochronna pojazdów, zwłaszcza pojazdów opancerzonych, przed skutkami wybuchów min, zawierająca sztywne dno pojazdu wykonane ze stali pancernej, ukształtowane w kształcie litery V, do którego zamocowana jest sztywno właściwa podłoga pojazdu łącząca ramiona dna i nadająca mu dużą sztywność, znamienna tym, że dno pojazdu (D) zamocowane jest ponad ramą (R), natomiast poniżej ramy (R) przytwierdzone są panele (P) wykonane z materiału o dużej zdolności do odkształceń plastycznych, przy czym panele (P) rozmieszczone są wzdłuż ramy (R) na całej długości chronionej części pojazdu i zamocowane do podłużnic (Po) elastycznymi łącznikami (M).

2. Konstrukcja według zastrz. 1, znamienna tym, że powierzchnia paneli (P) jest płaska.

3. Konstrukcja według zastrz. 1, znamienna tym, że powierzchnia paneli (P) jest wklęsła, przy czym powierzchnia paneli (P) jest skierowana wypukłością do góry.

4. Konstrukcja według zastrz. 1, znamienna tym, że panele (P) wykonane są ze stopu aluminium.

5. Konstrukcja według zastrz. 1, znamienna tym, że kąt rozwarcia ramion dna pojazdu (D) ukształtowanego w kształcie litery V wynosi 130-160 stopni.

6. Konstrukcja według zastrz. 1, znamienna tym, że dno pojazdu (D) wyposażone jest w stalową nakładkę wzmacniającą (N) zamocowaną na wierzchołku litery V.

PL 217 974 B1

7. Konstrukcja według zastrz. 1, znamienna tym, że podłużnice (Po) ramy pojazdu (R) wykonane są jako perforowane wsporniki mocowane do samonośnego nadwozia pojazdu z zawieszeniem.

8. Konstrukcja według zastrz. 1, znamienna tym, że długość paneli (P) wzdłuż osi podłużnej pojazdu jest mniejsza od ich szerokości.

9. Konstrukcja według zastrz. 1, znamienna tym, że w środkowej części płyta (S) panelu (P) ma wycięte otwory (Pr1, Pr2) zmniejszające ich wytrzymałość.

10. Konstrukcja według zastrz. 1, znamienna tym, że w środkowej części płyta (S) panelu (P) ma zmniejszoną grubość zmniejszającą ich wytrzymałość.

11. Konstrukcja według zastrz. 9 albo 10, znamienna tym, że szerokość środkowej części płyty (S) jest co najmniej równa szerokości zniszczonego fragmentu panelu (P), przy czym szerokość środkowej części płyty (S) jest równa szerokości panelu (P) zawartej pomiędzy podłużnicami (Po) pomniejszonej o dwie szerokości wewnętrznych bocznych części (L1) panelu (P), przy czym szerokość wewnętrznej bocznej części (L1) panelu (P) jest co najwyżej równa odległości panelu od dna pojazdu (D).

12. Konstrukcja według zastrz. 1, znamienna tym, że szerokość panelu (P) jest większa od rozstawu podłużnic (Po) ramy (R), przy czym szerokość wystających części (L2) panelu (P) obu podłużnic (Po) jest co najwyżej równa odległości panelu od dna pojazdu (D).

13. Konstrukcja według zastrz. 12, znamienna tym, że wystające części (L2) panelu (P) obu podłużnic (Po) są odgięte ku górze pod kątem w zakresie 0-25 stopni od poziomu.

14. Konstrukcja według zastrz. 1, znamienna tym, że pomiędzy panelami (P) rozmieszczonymi wzdłuż podłużnej osi pojazdu ramy (R) są odstępy (O).

15. Konstrukcja według zastrz. 1, znamienna tym, że odstępy (O) pomiędzy panelami (P) usytuowane są w miejscach, w których znajdują się poprzeczki ramy nośnej (R).