Создание прототипа бронежилета

Актуальность

Во все времена люди пытались защитить себя от различных форм урона и воздействия окружающей среды. История развития доспехов тянется от каменного века до наших дней. Сначала это были шкуры животных, затем кольчуги и пластинчатые кирасы, а затем, когда было изобретено огнестрельное оружие, потребовались средства защиты и от этого нового вида урона. Таким образом, человечество пришло к изобретению средств баллистической защиты, одним из которых, конечно же, является бронежилет.

Повышение защиты и уменьшение ресурсоемкости производства являются основными векторами развития средств индивидуальной защиты. Использование неньютоновского геля при создании бронеэлемента в предлагаемом автором прототипе однозначно позволит сократить урон от запреградных травм, а также сократить количество бронепластин при производстве. Полученный продукт будет полезен для бойца практически любого рода войск.

Цель

Создать прототип бронежилета.

Задачи

1. Изучить современные защитные материалы.
2. Изучить решения, представленные на мировом рынке.
3. Подобрать наиболее подходящий вариант сочетания бронеэлементов.
4. Провести физические расчеты эффективности бронежилета.
5. Создать 3D-модель и анимацию.
6. Оценить свойства полученного продукта.

Оснащение и оборудование, использованное при создании работы

• Персональный компьютер
• Программное обеспечение Blender

Описание

В начале автор провел анализ рынка современных бронежилетов. Для того, чтобы создать свой собственный прототип, нужно было изучить те модели, которые стоят на вооружении разных стран мира.

Были рассмотрены бронежилет 6Б45, входящий в комплект экипировки «Ратник», и IOTV, являющийся новым штатным бронежилетом США.

Далее шел этап по выбору наиболее эффективных композитных материалов для производства бронеэлемента. Перспективы использования брони из наноматериалов пока крайне туманны. Производство материала толщиной в несколько атомов крайне сложно и затратно.

Таким образом, остается использовать материалы со свойствами неньютоновской жидкости вместе с классическими защитными материалами. Тем более что простейшую неньютоновскую жидкость можно создать в домашних условиях.

Затем автор провел расчеты эффективности полученного материала и кинетической энергии пули, выпущенной из огнестрельного оружия.

После всех расчётов следовало выбрать самый подходящий метод для моделирования поведения бронеэлемента при попадании пули. Самым простым методом для моделирования поведения бронеэлемента при попадании снаряда является Метод SPH. Его краткое описание:

«Метод SPH («гидродинамика сглаженных частиц») был разработан для решения задач астрофизики, включающих массоперенос жидкости, произвольно перемещающейся в трёх измерениях в отсутствии границ».

После определения модели и проведения всех расчётов была создана 3D-модель прототипа бронежилета.

Этапы:

1. Создание 3D-модели и анимации в программе Blender 3D. По сравнению с обычным чертежом, данный метод позволит наглядно оценить суть всей проектной работы. А создание анимации поможет красочно и информативно показать действие продукта.
2. Подбор наиболее эффективных композитных материалов для производства бронеэлемента с помощью научной литературы и статей из сети Интернет.

Проведение физико-математических расчетов эффективности и устойчивости подобранного защитного материала в различных условиях. Так как возможностей для проведения экспериментальных расчетов не было, пришлось использовать аналитические и численные данные.

Результаты работы/выводы

1. Создана высокодетализированная 3D-модель с текстурой (~100000 полигонов).
2. Создана 3D-анимация.
3. Проведены физико-математические вычисления, согласно которым прототип бронежилета выдерживает выстрел из АКМ с расстояния ~300 метров (2000 Джоулей, что соответствует пятому классу защиты).
4. Проведена оценка себестоимости при закупке и использовании компонентов по средней рыночной стоимости – 8000 ₽)

Перспективы использования результатов работы

Средства защиты, созданные с применением инновационных композитных материалов и технологий (например, быстрый сброс), крайне актуальны и в перспективе могут использоваться спецслужбами и российской армией.