МНОГОСЛОЙНАЯ ВЗРЫВОЗАЩИТНАЯ ПАНЕЛЬ (ВАРИАНТЫ) И СПОСОБ ЗАЩИТЫ КОНСТРУКЦИИ ОТ УДАРНОГО ДЕЙСТВИЯ ВЗРЫВЧАТОГО ВЕЩЕСТВА

Высокоэффективная многослойная взрывозащитная панель состоит из листов растянутой металлической сетки, разделенных внутренним слоем пористого воздухопроницаемого материала. В качестве последнего можно использовать стекловолокно, хлопковый технический фетр или множество шариков, изготовленных из растянутой металлической сетки. Способ защиты конструкции от действия взрывчатого вещества состоит в установке на стене или другом элементе конструкции многослойной взрывозащитной панели, которая успешно рассеивает ударные волны и тепловое воздействие близкого разрыва бомбы. 4 с. и 15 з.п.ф-лы, 7 ил.

Изобретение относится к взрывозащит-ным панелям, предназначенным для защиты конструкций от разрушительных последствий случайных или нежелательных взрывов. В частности, изобретение относится к слоистым взырвозащитным панелям, состоящим из мно-жества слоев легкой растянутой металличе-ской сетки. Изобретение также относится к способу применения таких панелей с целью использования их взрывозащитных характе-ристик.
Известно, что производство и применение взрывчатых веществ является широкораспро-страненной отраслью промышленности. Научные исследования, проводимые в течение долгого времени, вызывали много полезных областей применения известных взрывчатых веществ, включая промышленные взрывные работы, например, в горном деле и строитель-стве дорог, а также использование небольших взрывов в известных двигателях внутреннего сгорания. Применение в военных целях пороха и других взрывчатых веществ в стрелковом оружии, артиллерии, бомбах общеизвестно.
Наряду с положительными результатами применения взрывчатых веществ, человече-ству пришлось выдерживать губительные, катастрофические последствия случайных взрывов взрывчатых веществ, например в угольных шахтах, нефтяных резервуарных парках, в жилищах, автомобилях, на кораблях, авиалайнерах и т.д. Кроме того, существует проблема использования бомб для террори-стических и других противозаконных целей.
Значительные усилия прилагались к со-зданию материалов и способов для защиты конструкций от разрушения в результате близ-кого взрыва взрывчатых веществ, происшед-шего либо случайно, либо вследствие злого умысла. Несмотря на определенный прогресс в этом направлении, человеческие жертвы и гибель имущества от взрывов продолжается в неприемлемом масштабе, поэтому ведутся энергичные исследования с целью найти прак-тические эффективные и экономические пути к улучшению средств и приемов борьбы со взрывами.
В основу изобретения положена задача разработать прокладочный материал, обла-дающий значительно улучшенным и взрыво-подавляющими свойствами, создать взрыво-защитную панель из очень легких компонен-тов, которые надежно рассеивает ударные волны, возникающие при детонации взрывча-тых веществ, а также разработать способы применения новой панели для защиты от взры-вов конструкций, которые могут сильно по-страдать от взорвавшейся бомбы.
Настоящее изобретение основывается на том, что стены и другие конструктивные эле-менты могут быть надежно защищены от взрывов бомб путем установки между ними легкой панели, состоящей из множества слоев растянутой металлической сетки, слои кото-рой отделены друг от друга слоями пористого материала. Было установлено, что растянутая металлическая сетка надежно отклоняет и рассеивает ударные волны, вызываемые дето-нацией взрывчатых веществ, так что стена или другой элемент конструкции сохраняет свою физическую целостность, несмотря на взрыв.
Поэтому предметом настоящего изобре-тения является многослойная взрывозащитная панель, состоящая из первого слоя растянутой металлической сетки, второго слоя растянутой металлической сетки и среднего слоя воздухо-проницаемого материала, разделяющего ука-занные первый и второй слои. В предпочти-тельном варианте панель заключается между передней и задней оболочками, а слои растя-нутой металлической сетки состоят из прорез-ной фольги, например из магниевого сплава, а средний слой состоит из пористого материала, например из стекловолокна, хлопкового фетра или множества миниатюрных шариков, изго-товленных из растянутой металлической сет-ки.
Изобретение также включает в себя спо-соб защиты конструкции от ударного действия взрывчатого вещества, заключающийся в установке упомянутой многослойной взрыво-защитной панели между указанными защища-емыми конструкциями и очагом взрыва.
На фиг. 1 изображено вертикальное попе-речное сечение взрывозащитной панели со-гласно настоящему изобретению с указанием отдельных слоев; на фиг. 2 - вертикальное поперечное сечение другого варианта взрыво-защитной панели согласно настоящему изоб-ретению с различными дополнительными не-обязательными элементами; на фиг. 3 - вид сверху разрезного листа металлической фоль-ги, которая может быть растянута в металли-ческую сетку согласно настоящему изобрете-нию: на фиг. 4-7 - вид сверху растянутой ме-таллической сетки с указанием изменений конфигурации прорезного листа, растянутого для раскрытия ячеек металлической сетки.
Многослойная взрывозащитная панель согласно настоящему изобретению показана на фиг. 1. Панель 10 состоит из наружных листов 3 и 4 растянутой металлической сетки, отделенных друг от друга средним внутрен-ним слоем 5 из воздухопронициаемого мате-риала. Хотя это и не является существенным требованием, но желательно, чтобы упомяну-тая панель была заключена между передней 6 и задней 7 оболочками для обеспечения ее целостности и предупреждения сдвигов ее элементов. Для этой цели передняя 6 и задняя 7 оболочки могут быть скреплены друг с дру-гом прошивкой, скобками или другими извест-ными способами по швам 8 и 9. Растянутый металл листов 3 и 4 получают разрезанием сплошного листа металлической фольги осо-бым способом и растягивая разрезной лист так, чтобы превратить его растянутую приз-матическую сетку, толщина которой по суще-ству превышает толщину фольги. На фиг. 3 показан лист металлической фольги с преры-вистыми прорезями. Длина и ширина листа варьирует в зависимости от планируемых размеров взрывозащитной панели.
На фиг. 3 показано, что лист 10 имеет прерывистые прорези 11, проходящие по па-раллельным линиям, расположенным на рас-стоянии друг от друга, но поперек продольно-го измерения листа 10. Прорези 11 в каждой линии отделены друг от друга неразрезанны-ми сегментами или промежутками 12 так, что прорези 11 в одной линии смещены от проре-зей 11 в соседних линиях. Таким же образом промежутки 12 в каждой линии смещены от промежутков 12 в соседних линиях. Линии прорезей идут параллельно кромкам 13 и 13А сплошного листа металлической фольги. Устройство для изготовления металлической фольги подробно описано в совместно рас-сматриваемой заявке № 07/605, 540, поданной 29 октября 1990 г.
Когда прорезная металлическая фольга, показанная на фиг. 3, растянута продольным усилием, она превращается в растянутую ме-таллическую призматическую сетку, исполь-зуемую в элементах 3 и 4 на фиг. 3. При растя-жении горизонтальные поверхности фольги поднимаются в вертикальное положение и приобретают сотовую (ячеистую) структуру. Это превращение показано на фиг. 4-7. Про-резная металлическая фольга показана на фиг. 4 до растяжки. Когда продольная растягива-ющая сила прилагается в направлении стрел-ки 15, прорези начинают раскрываться и пре-вращаются в “глазки” 16, а лист приобретает вид, показанный на фиг. 5. Дальнейшее при-ложение растягивающей силы приводит к большому раскрытию прорезей и лист растя-гивается в ячеистую призматическую форму, показанную на фиг. 6. И, наконец, продолжа-ющееся растяжение приводит к желаемой кон-фигурации (фиг. 7). Превращения, показанные на фиг. 4-7, сопровождаются увеличением толщины листа до окончательного предела, т.е. примерно удвоенного расстояния 14 между линиями прорезей.
Для использования настоящего изобрете-ния в качестве взрывозащитной панели, жела-тельно, чтобы металлическая фольга была очень тонкой и прорези в каждой линии, а также расстояния между линиями, были крайне малы. Так например, толщина фольги для изготовления металлической сетки должна быть от 0,028 до 1,0 мм, а предпочтительная толщина от 0,028 до 0,2 мм. Длина каждой прорези 11 должна быть от 1 до 2,5 см, а непрорезанные участки или промежутки 12 между прорезями должны быть 2-6 мм в длину. Расстояние 14, разделяющее линии прорезей, может изменяться в зависимости от желаемой толщины изготовляемой металлической сетки. Расстояние 14 обычно колеблется от 1 до 4 мм, а толщина изготовленной растянутой метал-лической сетки - от 2 до 8 мм. Предпочтитель-но, чтобы расстояние 14 было равно 1 или 2 мм.
Фольга может быть изготовлена из раз-личных металлов и сплавов, которые можно превратить в тонкую фольгу. Для настоящего изобретения предпочтительно использовать сплавы магния с добавками, например алюми-ния, меди, циркония, цинка, стронция, Rn (электрона), кремния, титана, железа, марган-ца, хрома и их сочетания. Ценные характери-стики этих сплавов заключаются в их легко-сти, прочности, упругости, теплопроводности и, что весьма важно, в их невоспламеняемости. Наиболее эффективным сочетанием является сплав магния с алюминием и медью. Другое предпочтительное сочетание - сплав магния, циркония и стронция. В несколько меньшей степени эффективны сплавы в настоящем изобретении, в которых алюминий заменен магнием.
Дальнейшие преимущества достигаются покрытием металлической сетки щелочным бихроматом или олеатом, которые обеспечи-вают эффективную защиту от пожара, вызван-ного взрывом. При нагреве эти материалы выделяют густой пар, который охватывает место взрыва и предупреждает возгорание в нем конструкционных материалов.
Внутренний средний слой 5 может состо-ять из любого подходящего воздухопроницае-мого материала, например стекловолокна, хлопкового технического фетра и других по-добных нетканых материалов. Наиболее под-ходящим материалом для слоя 5 являются шарики, изготовленные из растянутой метал-лической сетки. Наибольший эффект достига-ется, когда шарики имеют форму эллипсоидов. Эти эллипсоиды изготавливаются путем раз-резания листов растянутой металлической сетки (фиг. 3-7) на небольшие сегменты и затем придания им механическим способом эллип-соидной формы. Обычно наименьший диаметр эллипсоидов равен 20 - 30 мм и наибольший от 30 до 45 мм. Аппарат для изготовления эллип-соидов подробно описан в совместно рассмат-риваемой заявке N 07/605, 540 от 29 октября 1990 г.
Толщина внутреннего слоя 5 находится в диапазоне от 1-6 (приблизительно 2.5-15 см). При меньшей толщине защита менее эффек-тивна, а большая толщина, хотя и эффективна, но громоздка и в большинстве случаев непрак-тична.
При некоторых условиях желательно, чтобы слои 3, 4 и 5 были бы объединены в связную структуру при помощи передней 6 и задней 7 оболочек, закрепляемых на швах 8 и 9. Задняя оболочка 7 может состоять из любо-го подходящего материала. Однако очень важно, чтобы передняя оболочка 6 состояла из воздухопроницаемого материала, например металлической или волокнистой решетки, позволяющей тепловым и ударным волнам бомбового взрыва проникнуть к слоям растя-нутой металлической сетки 3 и 4 и позволить им рассеять эти волны до того, как они дошли до защищаемой конструкции. Если передняя оболочка 6 изготовлена из сплошного непро-ницаемого материала, вся сила ударной волны взорвавшегося взрывчатого вещества подей-ствует на непроницаемую поверхность и раз-рушит не только взрывозащитную панель, но и защищаемую конструкцию. Поэтому очень важно, чтобы передняя оболочка была возду-хопроницаемой как указано выше, и была бы направлена навстречу ударным волнам взры-ва.
Изобретение не ограничено использова-нием только двух слоев растянутой металли-ческой сетки, разделенной одним средним слоем. В некоторых случаях, например при более мощных зарядах взрывчатых веществ, можно использовать три или четыре слоя ме-таллической сетки, разделенных слоями пори-стого материала. При некоторых других усло-виях полезно использовать два или более кон-тактирующих (соприкасающихся) листа ме-таллической сетки, объединенных в один слой.
На фиг. 2 изображен вариант осуществ-ления изобретения, в котором двойной слой растянутой металлической сетки расположен рядом с передней поверхностью панели и до-полнительными слоями металлической сетки, разделенными слоями эллипсоидного напол-нителя и уложенными позами переднего двой-ного слоя. Дополнительные слои металличе-ской сетки и прокладочного материала улуч-шают защиту от взрывов. Усиленная много-слойная взрывозащитная панель 17 (фиг. 2) содержит слои 18, 19, 20 и 21, изготовленные из растянутой металлической сетки и разде-ленные внутренними слоями 22, 23 и 24 из упомянутых эллипсоидов. Передний наруж-ный слой 18 состоит из двойного слоя растя-нутой металлической сетки. Панель 17 заклю-чена между передней и задней оболочками 25 и 26, закрывающимися с внешней стороны слои из металла и скрепленными друг с другом с образованием единой конструкции при по-мощи прошивки, скобок или других средств крепления, например швом 27. Как указано выше по отношению к фиг. 1, важно, чтобы передняя оболочка 25 была воздухопроница-емой и чтобы она была обращена к предпола-гаемой точке возникновения ударных взрыв-ных волн. Хотя средние слои 22, 23 и 24 пока-заны в предпочтительной форме эллипсоидов, понятно, что они могут быть изготовлены из любого подходящего воздухопроницаемого материала, например стекловолокна, техниче-ского хлопкового фетра и других подобных нетканых материалов. В некоторых случаях панель может содержать различные материа-лы в разных средних слоях. Например, один из слоев может состоять из эллипсоидов, а другие из стекловолокна.
Вышеупомянутые многослойные панели обеспечивают высокоэффективную защиту от взрыва. Хотя вес растянутой металлической сетки по отношению к общему весу защищае-мой конструкции весьма мал (от 0,05 до 1 5), специальная ячеистая структура и теплопро-водность растянутой металлической сетки надежно рассеивает ударные волны и терми-ческое воздействие близкого разрыва бомбы. Так например, стенка из бетонных блоков, обшитая взрывозащитной панелью, согласно настоящему изобретению, остается целой после взрыва тротиловой бомбы весом 400 г на расстоянии 12 см от стены, в то время, как без этой панели стена полностью разрушает-ся.
Противовзрывная панель может быть лег-ко прикреплена к поверхности конструкций с помощью гвоздей, скобок, липких лент и т. д. Устанавливаемая панель имеет широкое при-менение для защиты конструкций от взрывов. В жилых и административных зданиях панели могут применяться на стенах гаражей, котель-ных, в местах расположения топливных резер-вуаров и других взрывоопасных материалов. Эта панель может использоваться в автомоби-лях в качестве пожарной перегородки между отсеком двигателя и пассажирским салоном. В целях защиты от террористических актов стенки багажных отсеков авиалайнеров могут быть легко защищены панелью согласно изоб-ретению для ограничения ударного действия бомбы и чтобы предотвратить повреждения механизмов управления и других жизненно важных элементов самолета. Предложенный материал может применяться в качестве щитов полицией и пожарными при возможных взры-вах бомб.
Пример 1. Стена длиной и высотой 180 см и толщиной 15 см была построена из бетон-ных блоков на 15-см бетонном основании в грунте. Вся передняя поверхность этой стены была покрыта панелью, конструкция которой изображена на фиг. 1.
Растянутая металлическая сетка двух-слойной панели была изготовлена из сплава (мас.%): 0,25 Si, 0,3 Fe, 0,01 Cu, 0,01 Mn, 10 Ai, 0,01 Zn, 0.1 Ti, остальное Md. Металлическая фольга была толщиной 0,1 мм, а толщина рас-тянутой сетки - 2 мм. Внутренний слой толщи-ной в 5 см состоял из стекловолокна. Вес эти слои были заключены в переднюю и заднюю оболочки, изготовленные из решетчатого экрана с ячейками в 4 мкм. Тротиловая бомба с зарядом 300 г в пла-стиковом контейнере была положена на землю и взорвана на расстоянии 12,5 см от защищен-ной поверхности стены. Несмотря на мощный удар, стена осталась невредимой. На передней поверхности взрывазащитной панели были отмечены лишь небольшие царапины.
После этого панель была снята со стены и вторая 400-г тротиловая бомба в пластиковом контейнере была положена на землю на рас-стоянии 12,5 см от стены и взорвана. Стена была полностью уничтожена.
Пример 2. Была построена стена анало-гичных размеров, материала и конфигурации, как в примере 1. Затем эту стену покрыли взрывозащитной панелью, конструкция кото-рой показана на фиг. 2.
Растянутая сетка в панели была изготов-лена из сплава, содержащего (мас. %): 0,25 Si, 0,3 Fe, 0,01 Cu, 0,01 Мn, 10 Al, 0,01 Zn, 0,1 Ti и Mg - остальное. Металлическая фольга была толщиной 0,1 мм, а толщина растянутой ме-таллической сетки была 2 мм. Металлическая фольга была покрыта олеатовым составом. Каждый внутренний слой состоял из набора эллипсоидов толщиной 2,5 мм из того же ма-териала, что и слои растянутой металличе-ской сетки. Эти прокладочные слои были за-ключены в переднюю и заднюю оболочки из металлической сетки с ячейками в 4 мкм.
Бомба с 800-г тротиловым зарядом в ме-таллической оболочке была помещена на землю на расстоянии 12,5 см от защищаемой поверхности стены и взорвана. Несмотря на мощный удар, стена осталась невредимой, без каких-либо следов повреждения или пожара. Передняя поверхность взрывозащитной пане-ли была лишь слегка поцарапана.
Выше приведены конкретные примеры осуществления изобретения, допускающие различные изменения и дополнения, которые очевидны специалистам в данной области техники. Поэтому изобретение не ограничива-ется этими описанными примерами или от-дельными элементами и в него могут быть внесены изменения и дополнения, которые не выходят за пределы существа и объема изоб-ретения, определенные формулой изобретения.

US, патент, 4822657, кл. В 32 В 15/14, 1989