Современные пехотные шлемы изготавливают из ？полимерной брони？
Дмитрий Купрюнин
Евгений Чистяков
Окончание. Начало читайте в предыдущем номере.
В России значительно позже, чем во многих зарубежных странах, задумались о замене стальной каски (CШ-68) на тканево-полимерный шлем, хотя к работам по созданию такого средства защиты в НИИ Стали приступили в инициативном порядке еще в середине 80-х годов.
Рекордсмены по массе и стойкости
Сотрудники института начали осваивать принципиально другую технологию – термопластичного прессования квазигомогенных многослойных пленочных структур или, как ее часто сейчас называют, ？пленочную？.
Суть ее проста – слои баллистической ткани прокладываются тонкой термопластичной пленкой. Затем пакет помещается в пресс-форму, нагревается, прессуется и охлаждается. Пленка расплавляется и соединяет слои ткани. После охлаждения получается жесткая гомогенная оболочка корпуса шлема. По расчетам разработчиков, пленка, размягчаясь, не смачивает тканевые нити, оставляя им практически полную свободу предельной упругой деформации, а значит, стойкость такой композиции должна быть выше, чем эквивалентного по массе препрега.
Коллаж Андрея Седых
Практика показала, что расчет был верен. Правда, чтобы достичь желаемого результата, институту потребовалось почти десять лет. Именно столько времени шла отработка промышленной высокопроизводительной технологии получения шлемов требуемого качества. Зато появилось широкое поле для оптимизации композиции. Варьируя набором тканей в лицевых и тыльных слоях, меняя толщину и материал пленочного связующего, можно было подобрать наиболее оптимальный вариант для заданных условий.
В 1999 году первый серийный шлем, произведенный в НИИ Стали под индексом ？6Б7？, поступил в Вооруженные Силы РФ. По своим характеристикам он сразу же превзошел зарубежный аналог: масса – не более 1,3–1,35 килограмма, противоосколочная стойкость – 560 метров в секунду, что соответствует 600–610 метрам в секунду по STANAG.
К 2005 году НИИ Стали разработал и передал Вооруженным Силам еще три модели шлемов – 6Б26, 6Б27 и 6Б28. Все они являлись и до сих пор остаются рекордсменами по массе и стойкости. Оптимизируя состав пакета, Институту Стали удалось создать шлем массой не более 1,1 килограмма с ПОС выше 700 метров в секунду (по STANAG – 730–740), причем не опытный экземпляр, а образец, предназначенный для серийного производства. Это прототип конструкции общевойскового БШ второго поколения.
За все надо платить
Естественно, столь высокие характеристики шлема были достигнуты соответствующей ценой. Так, жесткие требования предъявляются к качеству баллистической ткани: малейшее отклонение от паспортных характеристик отправляет ее в брак. Допускается использование в пакетах только цельных кусков в отличие от препреговой технологии. Это приводит к увеличению расхода дорогостоящего материала и соответственно стоимости конечного продукта.
Опять-таки при сравнении с препреговой технологией больше времени затрачивается на сам процесс прессования, поскольку контролируемый нагрев заготовки и ее охлаждение происходят непосредственно в прессовой оснастке. Правда, последние работы НИИ Стали доказывают, что резервы в оптимизации отечественной технологии есть, причем немалые. Найдены решения по сокращению цикла нагрева и охлаждения заготовки.
Не следует забывать еще ряд важных моментов. Поскольку пленочная технология обходится без вредных смол, она на порядок экологически чище, что проявляется как при изготовлении, так и при эксплуатации шлема. Да и для организации крупносерийного выпуска БШ куда выгоднее применять пленочную технологию, а не препреговую: первая позволяет автоматизировать процесс сборки тканево-полимерных пакетов для прессования, тогда как во второй эта операция выполняется вручную.
Как видно из вышесказанного, в конструкциях и зарубежного, и отечественного тканево-полимерного БШ в качестве защитной структуры задействована многослойная квазигомогенная композиция на основе высокопрочной арамидной ткани и полимерного термореактивного или термопластичного связующего. Оно скрепляет слои ткани по всей толщине структуры и заставляет работать корпус БШ как сплошную высокопрочную упругую оболочку – ？полимерную броню？.
Очень важно отметить тот факт, что сплошная гомогенная оболочка корпуса обеспечивает оптимальное использование физико-механических свойств материалов структуры: рассеивает ударную волну, образованную импульсом проникающего высокоскоростного средства поражения, и формируемую ею волну упругой деформации композитного материала, не позволяя превышать допустимые значения величины динамического прогиба. А именно величина динамического прогиба оболочки корпуса БШ при непробитии защитной структуры – определяющий фактор запреградного контузионного воздействия на голову человека. Поэтому максимально допустимая величина динамического прогиба оболочки всегда определяется в ходе государственных испытаний образцов БШ с помощью рентгеноимпульсной установки в реальном масштабе времени.
Кроме технологии пленочного термопласта, используемой для создания гомогенных сплошных оболочек корпусов БШ, в России была разработана ？смешанная？ технология. Она включает элементы препреговой технологии в сочетании с ？сухими？ слоистыми тканевыми арамидными пакетами. При этом наружные тканевые слои защитной структуры пропитываются полимерным термореактивным связующим, а внутренние слои остаются сухими. Данную структуру разработчики (ЗАО ？ЦВМ ？Армоком？) назвали ？дискретно-тканевой？ (ДТС).
В чем разница?
Начиная с 2000 года российские Вооруженные Силы заказывают тканево-полимерные БШ, изготавливаемые и по пленочной технологии, и по технологии ДТС примерно в равных количествах. Только в 2010–2011 годах было произведено и поставлено около 70 000 таких шлемов. Причем боевые защитные и эксплуатационные характеристики гомогенного и дискретно-тканевого БШ абсолютно схожи, цена у них одинаковая.
Различаются же шлемы составом структуры полимерной защитной композиции, получаемой в результате альтернативных технологических процессов прессования оболочек корпуса. В случае применения пленочного термопласта, как уже было отмечено, образуется гомогенная сплошная структура оболочки и процесс взаимодействия средства поражения с такой преградой в общем лежит в плоскости классической теории прочности и упругости материалов.
Корпус шлема, изготовленного по технологии ДТС, имеет выраженную гетерогенную структуру, в состав которой входят две внешние относительно твердые и тонкие оболочки, придающие жесткость всей конструкции, и сухой слоистый пакет арамидной ткани, расположенный между оболочками. Такая структура называется ？разнесенной？, так как более высокоплотные слои находятся на расстоянии друг от друга, а между ними располагается низкоплотный материал. Разнесенная схема защитной структуры обладает одним преимуществом. Это более эффективное поглощение и рассеивание ударной волны за счет наличия границ раздела между разноплотными слоями материалов композиции. Но данное преимущество достигается большей толщиной комбинированного корпуса БШ с ДТС – до 15 миллиметров, тогда как толщина гомогенного пленочного корпуса в самой массивной подтулейной зоне не превышает восьми миллиметров.
Но никаких других защитных выгод технология ДТС не дает, не говоря уже об относительно низких показателях выпуска шлемов, прежде всего из-за большой доли ручного труда, применяемого при сборке тканевого пакета. Вместе с тем ДТС имеет один существенный недостаток – слишком малую толщину жесткоупругой внутренней оболочки корпуса БШ, которая должна за счет поглощения энергии упругой деформации сухого тканевого пакета сократить величину динамического прогиба полимерной композиции.
Но сухой тканевый пакет не связан с тонким упругим подпором из препрега. Вследствие этого вся энергия упругой деформации пакета приходится на локальную зону поражения тонкой препреговой оболочки, а не распределяется равномерно послойно по всей толщине структуры, как у гомогенного тканево-полимерного корпуса. В этом случае, если в эквивалентных условиях сравнивать значения динамического прогиба двух технологически разных БШ – гомогенного и ДТС, оказывается, что для ДТС величина динамического прогиба больше, чем у гомогенного пленочного термопласта.
？Отложенные？ вопросы
Вопрос, какая из технологий более предпочтительна и прогрессивна, находится в компетенции заказчика, который на этапе государственных испытаний детально определил все ТТХ обоих шлемов, каждого в отдельности, и допустил в серийное производство оба образца.
Пока идет серийный выпуск тканево-полимерных БШ первого поколения, можно было бы и не заострять внимания на технологических аспектах изготовления различных образцов, тем более что производство ведется по действующей рабочей конструкторской документации литеры ？О1？, утвержденной заказчиком.
Однако при создании боевой экипировки второго поколения заказчик выдвинул требование о разработке единой конструкции, а значит, и защитной структуры общевойскового БШ.
Становятся злободневными ？отложенные？ заказчиком два вопроса: какая структура полимерной защитной композиции отвечает современным требованиям по противоосколочной и противопульной стойкости в максимальной степени и которая из них обеспечивает наиболее приемлемые значения запреградного контузионного воздействия?
Совершенно очевидно, что ответ на эти вопросы заказчик может получить только после комплексных сравнительных испытаний различных БШ (в том числе и зарубежных), в первую очередь медико-биологических исследований результатов динамического воздействия средств поражения на корпус шлема и голову человека. Не разрешив ситуацию, нельзя будет принять выверенного и обоснованного решения в области боевой экипировки на длительную перспективу.
Дмитрий Купрюнин,
генеральный директор ОАО ？НИИ Стали？
Александр Егоров,
главный конструктор ОАО ？НИИ Стали？ по средствам индивидуальной защиты
Евгений Чистяков,
начальник Отделения рекламы, информации и маркетинга ОАО ？НИИ Стали？
История оружия