Группа ученых МГТУ им. Баумана под руководством доцента, академика РАЕН Анатолия Полушина разработала бронежилет, который обещает установить в своей отрасли новые стандарты качества. Запреградное смещение (смещение слоев бронежилета в направлении действия ранящего снаряда) у него составляет всего лишь 5 мм, тогда как у зарубежных аналогов эта величина равняется 20 мм.
— Основные характеристики бронежилета — удобство, внешность, эргономика и, конечно, защитные функции, — поясняет автор бронежилетов "Кора-Феникс" Анатолий Полушин. — При его разработке мы взяли за основу типовой вариант одежды. Внутри размещены оригинальная подвеска бронеэлемента и сам бронеэлемент из двухслойного материала. Первый слой — ЛДС, лицевой демпфирующий слой. Второй — так называемый основной пакет. Самое важное — это, конечно, ЛДС, полное название которого звучит так: лицевой демпфирующий слой из нитки исправленной. Нитка эта при ударе пули в заданном диапазоне скоростей и давлений не должна разрушаться в принципе.
ЛДС обладает сверхпрочностью, ведь прочность — это свойство материалов не разрушаться под действием нагрузки. Ключевая составляющая этого слоя — та самая нитка исправленная. В мире есть всего четыре принципиально разных нитки, относящихся к защитным полимерным волокнам — или арамидным волокнам, ароматическим полиамидам. Все они имеют ярко выраженную анизотропию по прочностным свойствам: в направлении нитки по длине прочность ее составляет 300 кг/мм^2, а в поперечных направлениях — 3 кг/мм^2.
Бронеэлемент бронежилета сделан из двухслойного материала. Первый слой — ЛДС, лицевой демпфирующий слой. Второй — так называемый основной пакет. Первый слой не пробивается, а для второго прочность не важна
Фото: Александр Щербак, Коммерсантъ
Ткань, которая идет на лицевой демпфирующий слой, должна иметь свободную поверхность: то есть она будет либо свернута особым образом, либо надрезана в определенных местах, либо сшита из кусочков. Таковы требования законов волновой механики. В тот момент, когда пуля ударяет в нитку, начинается натяжение, а натяжение при быстро протекающих процессах происходит как раз на волновом механизме. Скорость распространения волн здесь — 10 км/сек., она практически равна второй космической скорости.
В процессе натяжения формируется напряжение натяжения. Если взять отрезок нитки и зажать его с обоих концов, то натяжение, которое побежит по нитке после удара, отражается от краев дополнительным натяжением. Эта информация приходит в точку удара пули, напряжение становится еще больше. Сама пуля тем временем развивает новое натяжение, формируется новое напряжение натяжения; они взаимодействуют и усиливаются. Однако если края нитки оставить свободными, то волна будет возвращаться от них волной ненатяжения с нулевой величиной напряжения.
Здесь надо понимать, — говорит Полушин, — что у нас в бронежилете принципиально новая среда, которой никто раньше не занимался. Это дисперсная среда, волоконно-дисперсный материал различных уровней структурирования. Соответственно, в данном случае работает не обычная механика, а механика волокон. В обычной механике тензор напряжений сравнивают со скаляром; в механике волокон — иная история. Здесь мы должны сопоставлять действующий тензор напряжений с тензором свойств этой структуры, а это другая математика. Но все эти вторые инварианты тензоров и тензорно-полиномиальные критерии прочности сделали без нас. Мы же поправили полученный критерий и ввели туда недостающий параметр; наш МГТУшный критерий прочности подобных сред, таким образом, — исправленный. По аналогии с ним и нитка наша — исправленная. Падение прочности нами оценивается как аномалия, мы называем его неправильным поведением нитки. Если в обычных структурах при ударе пули, как положено, теряется прочность и наступает разрушение нитки, то в наших структурах при любой скорости — правда, в определенном ее диапазоне — нитка не разрушается. Мы знаем, какая прочность остается у нитки под пулей в зависимости от давления. Нужно было найти метод, позволяющий в принципе уйти от этих напряжений. Здесь идет в ход волновая механика. Я делаю отрезок нитки такого размера, чтобы при ударе пули возникающие в ней напряжения растяжения быстро добегали до края и к центру удара с кромки возвращались нулями. Реальный физический процесс — высокочастотный, и там, конечно, реализуется какое-то напряжение натяжения, но его величина меньше, чем если бы нитка была длинной.
Так и получается тот самый ЛДС. Зачем же нужны оставшиеся слои, ведь если поверхностный слой не пробивается, то, может быть, стоит ограничиться одним ЛДС? Нет, не стоит: под ударом пули возникнет значительная отбоина. Второй слой нужен для того, чтобы быстро диссипировать энергию от этого места. Прочность здесь особенно и не нужна; тем более, соревнования в прочности приводят к росту стоимости изделия. Тут требуется бросовый материал с пониженной прочностью, который можно найти в старых бронежилетах (а они вообще бесплатные). Этого материала в броне — 80%; вот и получается, что себестоимость полушинской брони в три раза меньше, чем себестоимость любой другой.
Однако даже с такими новаторскими бронежилетами говорить о полной боеспособности солдата в баллистической среде пока рановато. Полушин ставит целью получение абсолютно пластического удара пули, при котором вся энергия будет идти на пластическую деформацию. С теми материалами, которые есть в его распоряжении, добиться этого трудно, практически невозможно; нужны материалы со скачком интенсивности поглощения энергии. Сейчас опора защитных систем идет на тело, а потому травматический эффект никуда не девается. Получение новых материалов — серьезная задача и большая цель. Но Полушин, как человек, неплохо ориентирующийся в баллистике, понимает, что в большую цель легче попасть.