Диссертация (Разработка научно обоснованных технических решений защиты экипажа автобронетанковой техники при минно-взрывном воздействии), страница 17

4.51).Рис. 4.51. Усовершенствованный вариант защиты днища СЗАТдля165Была разработана и внедрена расчетно-экспериментальная методикапроектирования, изготовления и испытаний элементов противоминной защитыднища АБТ и СЗАТ.Методикапроектирования,изготовленияииспытанийэлементовпротивоминной защиты днища АБТ и СЗАТ состоит из:1.Подбораианализаэлементовпротивоминнойзащитыаналоговпроектируемой техники. Экспертная оценка защиты аналогов проектируемойтехники и выбор возможных вариантов защиты.2.По возможности, проведение расчетов и экспериментов для элементовзащиты аналогов или их макетных образцах для оценки реальной противоминнойстойкости.3.Проектирование и расчет динамического напряженно-деформированногосостояния макетных образцов защиты.4.Закупка материала с проведением входного контроля (определение основныхмеханических характеристик [σт], [σв], [ε], твердости, химического состава).5.Изготовление макетных образцов защиты.6.Испытание макетных образцов защиты на воздействие, заявленное в ТЗ наизделие.

Уточнение параметров математической модели по результатам входногоконтроля и натурных испытаний на противоминную стойкость.7.Разработка, расчет и испытание полномасштабного макета защиты (с учетомослабленных зон, обусловленных конструкцией защиты).8.Доработка защитной конструкции с учетом результатов испытаний.9.Установка защиты на прототип изделия с последующими заводскимииспытаниями.10.Доработка защитной конструкции по результатам заводских испытаний11.Установка защитной конструкции на изделие, проведение приемочныхиспытаний.На всех этапах изготовления при закупке материала проводится входнойконтроль (определение механических характеристик) для каждого листаматериала, используемого для защиты.

При несоответствии механических166характеристик лист отбраковывается. Для каждой защитной конструкции на всехэтапах испытаний составляется броневая ведомость.Отличие методики заключается в полном описании и практическойреализации цикла разработки новой АБТ и СЗАТ, от входного контролязакупаемого материала для образцов защиты, до приемочных испытаний опытногообразца.

По результатам работ от ФГУП «НАМИ» получен акт о внедрениипротивоминной защиты для специального автомобиля представительского классаи методика проектирования, изготовления и испытаний элементов противоминнойзащиты днища.Также был проведен расчет на подрыв СЗАТ при массе ВВ равной 5 кг втротиловом эквиваленте при закладке под местом пассажира. Было проведено 3варианта расчетов: без ремней безопасности и без контакта головы и крыши, безремней безопасности с контактом головы и крыши и с пристегнутыми ремнямибезопасности.Ремнибезопасностимоделируютсяконтактом«точка-поверхность».Жесткость в контакте равна 98,1 кН/м, коэффициент восстановления скоростиравен 0,4. Точки контакта расположены на манекене, а поверхности являютсяплоскости, расположенные в поперек и вдоль сиденья (Рис.

4.52). Плечевой ипоясной ремень моделируются 4 точками контакта для каждого.Плоскости для контактаРис. 4.52. Моделирование ремней безопасности167На Рис. 4.53 представлены результаты расчетов модели без ремнейбезопасности и без контакта головы и крыши, без ремней безопасности с контактомголовы и крыши и с пристегнутыми ремнями безопасности.б)а)в)Рис. 4.53. Результаты расчета подрыва СЗАТ зарядом ВВ 5 кг в тротиловомэквиваленте под местом пассажира.

Модель без ремней безопасности и безконтакта головы и крыши (а), модель без ремней безопасности с контактомголовы и крыши (б) и модель с пристегнутыми ремнями безопасности (в)1684.4.Выводы по главе 4Были поставлены задачи разработки минимальных по массе противоминныхзащитных устройств для легкобронированной АБТ и специальных защищенныхавтомобилей при действии заданных в техническом задании (ТЗ) на изделиевзрывных устройствДлялегкобронированнойАБТбылипроизведенымногочисленныепрочностные расчёты, из которых выбрано было 3 основных варианта конструкциизащиты.

При расчетах было показано, что рассмотренные конструкции либо неимеют запаса прочности, либо имеют незначительный запас, но при этом снижениепрочности за счет сварных швов, концентраторов напряжения практически неучитывалось. Заказчик, однако, настоял на изготовлении и испытании всехвариантов, так как достаточно остро стоял вопрос о снижении массы корпуса.Так как по результатам испытаний предложенные конструкции былипризнаны не удовлетворяющими требованиям ТЗ, то были продолжены расчетыразличных вариантов исполнения защиты.

По результатам исследованийпредложен достаточно простой и надежный вариант конструкции. Днище быловыполнено в виде плоской двухслойной панели из материала АМг 6 толщиной 30х2мм что позволило разнести сварные швы. Конструкция успешно выдержалаиспытания подрывом.Перед началом разработки противоминной защиты для специальныхзащищенных автомобилей было рассмотрено защитное противоминное устройстводля аналога. Противоминная защита аналога выполнена из стальных листовтолщиной 2,7 мм и представляет собой набор панелей, соединенных небольшимчислом болтов.Были проведены исследования путем расчетов с дальнейшей верификациейподрывом различных вариантов макетных образцов защиты днища.

После чего былвыбран оптимальный вариант для разработки полномасштабного макета защитыднища.169По результатам расчетов и экспериментов было установлено, что защита невыполняет своего назначения в местах соединения силовых панелей.Поэтому при проектировании противоминной защиты стало очевидно, чтоона должна иметь равнопрочную неразъемную конструкцию.

Для исключенияобразования осколков при возможном превышении мощности заряда, надмощностью, заложенной в ТЗ, а также, учитывая опыт разработки защиты дляавтобронетанковой техники, было предложено использовать алюминиевый сплавАМг 6. Выбранный материал обладает достаточной прочностью и пластичностью,а также минимальной удельной массой. На первоначальном этапе былоспроектировано и рассчитано несколько вариантов реализации полномасштабныхобразцов противоминной защиты днища (Рис. 4.24 – Рис. 4.26).

Затем изготовленымакетные образцы и проведено испытание, как отдельных силовых элементов, такипротивоминнойзащитывсборесднищемавтомобиляаналога(Рис. 4.27 – Рис. 4.32).ПередиспытаниямипрототипаизделияСЗАТбыларазработанаматематическая модель подрыва и рассчитаны параметры травмобезопасностипассажира.По результатам расчетов и экспериментов на моделях было спроектированоднище, которое было установлено и испытано на прототипе изделия.

Для оценкиэффективности противоминной защиты на прототипе были установлены 2антропоморфных манекена (Гибрид 2 и Гибрид 3) и антропоморфные макеты ног(всего 2 образца). Схема испытаний и размещения манекенов и датчиков показанана Рис. 4.43, Рис. 4.44 Результаты испытаний представлены на рисункахРис. 4.45 – Рис. 4.50. Доказано путем сравнения экспериментальных и расчетныхданных, что погрешность математической модели не превышает 34,7%.Полученные данные по критериям травмобезопасности экипажа непревышают критических значений, что подтверждает заданную стойкостьразработанной противоминной защиты.

Расчетные и экспериментальные данныехорошо согласуются.170Разработанаивнедренарасчетно-экспериментальнаяметодикапроектирования, изготовления и испытания элементов противоминной защитыднища АБТ и СЗАТ. Отличие методики заключается в полном описании ипрактической реализации цикла разработки новой АБТ и СЗАТ, от входногоконтроля закупаемого материала для образцов защиты, до приемочных испытанийопытного образца.171ГЛАВА 5.

РАЗРАБОТКА АНТРОПОМОРФНОГО МАКЕТА НОГ5.1.Постановка задачиНижняя часть ног экипажа колёсной и гусеничной АБТ является одной изуязвимых частей тела при действии МВВ под днищем. Статистика потерь, а такжекритерии поражения ног подробно разобраны в разделе 2.1 и 2.2.В качестве критерия травмобезопасоности был выбран критерий пиковыхосевых усилий, возникающих в голени ноги АИМ Гибрид 3. При использованиистандартной ноги критическим значением является значение 5,4 кН, измеренное внижнем тензодатчике, при использовании «военной» ноги Mil-Lx критическоезначение – 2,6 кН, измеренное в верхнем тензодатчике [50]. Рекомендованнымкритерием травмобезопасности является также скорость соударения ног с днищемАБТ. Критическое значение равняется 8,5 м/с, что соответствует скоростиприземления на аварийном парашюте [53].АИМ – сложные и дорогостоящие технические средства измерения,требующие постоянного обслуживания (тарировка как отдельно датчиков, так ичастей манекена).

Использование АИМ является трудоемким процессом,связанным с предварительной проверкой всех каналов датчиков до испытания,использования специального программного обеспечения для измерения во времяподрыва, а также обработка сигналов датчиков после испытания с выдачейрезультатов относительно травмобезопасности транспортного средства. Самииспытания на подрыв весьма дорогостоящие и к тому же обычно достаточносильно разрушают испытываемый объект, что исключает возможность проводитьповторные эксперименты. Кроме того, часто проводится подрыв частиконструкции, не обеспечивающей защиту измерительного оборудования отдействия взрывной волны что может приводить к потере дорогостоящегооборудования (АИМ). Число манекенов, как правило, весьма ограничено, атребуется получить данные о перегрузках на разных участках днища изделия.172Ввиду вышесказанного потребовалось разработать простой и дешевый АМН,позволяющий производить измерение осевого усилия в голени или скоростисоударения ноги с контактной поверхностью.5.2.Разработка антропоморфного макета ноги с измерениемскорости соударенияОдним из проверенных критериев допустимой скорости удара ног опрепятствие является скорость приземления на аварийном парашюте – 8,5 м/с.Этот критерий был взят за основу при проектировке макета ноги.

Суть макетаноги заключается в том, чтобы подобрать профиль, который бы существеннодеформировался при скорости соударения равной 8,5 м/с. Общий вид макета ногии расчетной схемы представлен на Рис. 5.1.а)б)Рис. 5.1. Общий вид расчетной модели макета ноги (а), расчетная схема (б)173Геометрия отверстий, распределение сечений, а также граничные условияпоказаны на Рис. 5.2, в Таблице 19 представлены свойства материалов.а)б)в)Рис.

5.2. Геометрия отверстий АМН (а), распределение сечений (б) и граничныеусловия (в)Таблица 19.Свойства материаловСвойствоАМГ 6СтальПлотность ρ2 640 кг/м37 800 кг/м3Модуль упругости Е71 000 МПа200 000 МПа0.30.3Предел текучести σт155 МПа–Предел прочности σв315 МПа–15%–Коэф. Пуассона mУдлинение δЗакрепление (Рис. 5.2, в) – шарнирное операние по контуру нижнейпластины, по площади верхней пластины задана скорость для разных вариантоврасчета от 1 м/с до 8 м/с с шагом в 1 м/с.Был проведен расчет динамики и прочности конструкции, представленнойна Рис.