На протяжении последних пятидесяти лет кевлар оставался одним из символов современной индивидуальной защиты. Из него изготавливались бронежилеты, элементы бронетехники, авиационные панели и множество других изделий, где требовалось сочетание прочности и относительно небольшой массы. Однако у этого материала всегда был один серьезный недостаток — высокая стоимость.
Сегодня российские ученые пытаются предложить альтернативу.
Специалисты физико-технического факультета Томского государственного университета работают над новым бронезащитным материалом на основе алюминиевого композита. По результатам первых испытаний разработка показала характеристики, сопоставимые с кевларовыми, титановыми и керамическими решениями, но при этом оказалась значительно легче и дешевле в производстве.
Если заявленные параметры подтвердятся в ходе дальнейших испытаний, речь может идти не просто о новом материале для бронежилетов, а о целой платформе для создания облегченной защиты техники, авиации и морских систем.
Содержание:
Кто создает новую броню
Проект разрабатывается в Томском государственном университете на базе физико-технического факультета. Работы ведет лаборатория ФТФ ТГУ под руководством старшего научного сотрудника Антона Хрусталёва. Исследования являются частью программы научного центра мирового уровня «Новые материалы специального назначения».
Для ТГУ это не случайное направление.
Томские материаловеды уже много лет работают с алюминиевыми сплавами, композиционными материалами и технологиями повышения прочности легких металлов. Еще до появления проекта бронезащиты университет занимался исследованиями высокопрочных алюминиевых сплавов для авиации и судостроения.
Из чего состоит новый материал
Главное отличие новой разработки заключается в том, что она не пытается заменить броню одним единственным материалом.
Вместо этого ученые создали многослойную структуру, состоящую из:
- деформируемых алюминиевых сплавов;
- базальтовой ткани;
- полимерной связки.
В ряде вариантов конструкции на поверхность алюминия дополнительно наносится слой оксида алюминия, повышающий стойкость материала к механическому воздействию.
Получается своеобразный «сэндвич», где каждый слой выполняет собственную задачу.
Алюминий обеспечивает жесткость конструкции и принимает на себя основную нагрузку. Базальтовые прослойки работают как демпфер, распределяя энергию удара по большей площади. Полимерная связка удерживает конструкцию в едином блоке и препятствует разрушению материала при динамических нагрузках.
Фактически ученые пытаются объединить преимущества металлической и композитной брони в одном изделии.
Почему именно алюминий
На первый взгляд алюминий кажется странным выбором для бронезащиты.
Этот металл ассоциируется скорее с авиацией или строительством, чем с бронежилетами. Однако в военной технике алюминиевые броневые сплавы применяются уже несколько десятилетий. Именно из них изготавливались корпуса многих легких бронемашин, включая американские М113 и ряд отечественных десантных машин.
Главное преимущество алюминия — его плотность.
Для сравнения:
- алюминий — 2,7 г/см³;
- титан — 4,54 г/см³;
- броневая сталь — более 7,7 г/см³.
Разница кажется незначительной только на бумаге. В реальных изделиях она означает сотни килограммов массы.
По расчетам разработчиков, использование нового композита позволит уменьшить массу бронежилетов в два-три раза, а вес бронекорпусов техники — примерно на 30–40 процентов.
Зачем в броне базальт
Еще интереснее выглядит использование базальтовой ткани.
В отличие от кевлара, который требует сложного химического производства, базальтовое волокно получают из природного камня. Материал широко применяется в строительстве, теплоизоляции и промышленности, а его стоимость заметно ниже арамидных тканей.
При этом базальт обладает высокой термостойкостью и способен эффективно рассеивать энергию удара.
Именно поэтому разработчики рассматривают его как потенциальную замену дорогостоящему кевлару.
По предварительным оценкам, бронепластина размером 250×350 мм класса Бр3 из нового композита может стоить в 1,5–2 раза дешевле аналогичной кевларовой защиты.
Где может применяться новая броня
Наиболее очевидное направление — бронежилеты.
Однако сами разработчики смотрят гораздо шире.
По их оценкам, технология может использоваться для создания защиты:
- бронетранспортеров;
- боевых машин пехоты;
- автомобилей специального назначения;
- кораблей и катеров;
- самолетов и вертолетов.
Особенно интересны расчеты для авиации.
В ТГУ утверждают, что замена существующей титановой защиты на Су-24 способна снизить массу примерно на 300 килограммов, а на Су-35 — до 500 килограммов. Для авиационной техники подобная экономия веса напрямую влияет на дальность полета, запас топлива и полезную нагрузку.
От Бр1 до Бр6
Еще одной особенностью проекта является его масштабируемость.
Разработчики заявляют, что одна и та же технология позволит создавать материалы практически для всех основных российских классов защиты — от Бр1 до Бр6.
Это означает возможность применения как в легких средствах индивидуальной защиты, так и в тяжелых бронепанелях, способных противостоять винтовочным и бронебойным боеприпасам.
Пока эти показатели существуют в виде расчетов и результатов предварительных испытаний, однако сама идея универсальной платформы выглядит весьма перспективной.
Броня, которую будет проектировать компьютер
Пожалуй, самая интересная часть проекта связана даже не с материалом.
Параллельно ученые создают математическую модель и программный комплекс, который позволит рассчитывать оптимальную структуру композита под конкретную задачу. Инженер сможет задать тип угрозы, скорость ударника, желаемый уровень защиты и ограничения по массе, после чего программа предложит наиболее эффективную комбинацию слоев.
Фактически речь идет о переходе к цифровому проектированию бронезащиты.
Вместо длительного перебора вариантов в лаборатории разработчики смогут сначала смоделировать конструкцию на компьютере, а затем изготовить наиболее перспективный образец.
Пока рано говорить о революции
Несмотря на впечатляющие цифры, проект находится на ранней стадии.
Сейчас ученые анализируют результаты первых испытаний и продолжают совершенствовать структуру материала. Впереди сертификационные тесты, подтверждение заявленных классов защиты и оценка долговечности композита в реальных условиях эксплуатации.
Тем не менее сама идея выглядит весьма перспективной.
Если алюминиево-базальтовый композит действительно сможет обеспечить уровень защиты кевлара при меньшей массе и существенно более низкой стоимости, Россия получит новый класс бронезащитных материалов, который найдет применение не только в военной сфере, но и в гражданской промышленности.
Что известно о новом композите
Разработчик: Томский государственный университет
Руководитель проекта: Антон Хрусталёв
Состав:
- алюминиевые сплавы;
- базальтовая ткань;
- полимерная связка.
Предполагаемые преимущества:
- снижение массы бронежилетов в 2–3 раза;
- снижение массы бронетехники на 30–40%;
- стоимость в 1,5–2 раза ниже кевларовых аналогов;
- возможность создания защиты от Бр1 до Бр6.
Потенциальные области применения:
- бронежилеты;
- бронетехника;
- авиация;
- кораблестроение;
- специальный транспорт.
источник https://news.tsu.ru/news/kompozit-sozdannyy-v-tgu-pozvolit-umenshit-ves-bronezhiletov-v-2-3-raza/
