Rozwój w dziedzinie materiałów do ochrony żołnierzy i pojazdów
Artykuł zawiera przegląd materiałów i ich kombinacji w kontekście rozwoju systemów ochrony.
Kompromis między ochroną a kosztem masowo-objętościowym jest zawsze stały dla wszystkich rodzajów opancerzenia, czy to kamizelek kuloodpornych, czy opancerzenia pojazdów, i nie ma jednego rozwiązania ani materiału, który można nazwać panaceum, dlatego tak szeroki obecnie stosowane są różnorodne materiały i ich kombinacje
Zbroja jest starsza od ludzkości od milionów lat i została opracowana przede wszystkim w celu ochrony przed szczękami i pazurami. Całkiem możliwe, że krokodyle i żółwie mogą częściowo zainspirować człowieka do stworzenia elementów ochronnych. Wszystko broń energia kinetyczna, czy to prehistoryczna maczuga, czy pocisk przeciwpancerny, ma na celu skoncentrowanie dużej siły na niewielkim obszarze, jej zadaniem jest przebicie się przez cel i wyrządzenie mu maksymalnych obrażeń. Dlatego zadaniem zbroi jest zapobieganie temu poprzez odbijanie lub niszczenie atakującego zasobu i / lub rozpraszanie energii uderzenia na jak największym obszarze, aby zminimalizować wszelkie uszkodzenia siły roboczej, systemów transportowych i konstrukcji, które chroni.
Współczesny pancerz zazwyczaj składa się z twardej warstwy zewnętrznej, która zatrzymuje, odchyla lub rozbija pocisk, warstwy pośredniej o bardzo dużej „pracy do złamania” oraz lepkiej warstwy wewnętrznej, która zapobiega pękaniu i fragmentacji.
Stal
Stal, która stała się pierwszym materiałem szeroko stosowanym w tworzeniu pojazdów opancerzonych, wciąż jest poszukiwana, pomimo pojawienia się opancerzenia opartego na lekkich stopach aluminium i tytanu, ceramice, kompozytach osnowy polimerowej wzmacnianej włóknami szklanymi, aramidami i ultrawysokocząsteczkowymi polietylen wagowy, a także kompozytowe materiały osnowy metalowej.
Wiele hut, w tym SSAB, kontynuuje opracowywanie wysokowytrzymałych stali do różnych zastosowań, w których masa ma kluczowe znaczenie, takich jak dodatkowe arkusze ochronne. Gatunek pancerza ARM OX 600T, dostępny w grubościach 4-20 mm, jest dostępny z gwarantowaną twardością od 570 do 640 HBW (skrót od Hardness, Brinell, Wolfram; test, w którym kulka wolframowa o standardowej średnicy jest wciskana w próbkę materiału o znanej sile, mierzy się średnicę powstałego zagłębienia, następnie te parametry są podstawiane do wzoru, który pozwala uzyskać liczbę jednostek twardości).
SSAB podkreśla również znaczenie osiągnięcia odpowiedniej równowagi twardości i wytrzymałości, aby zapewnić ochronę przed penetracją i podważeniem. Jak wszystkie stale, ARMOX 600T składa się z żelaza, węgla i szeregu innych składników stopowych, w tym krzemu, manganu, fosforu, siarki, chromu, niklu, molibdenu i boru.
Istnieją ograniczenia dotyczące stosowanych technik wytwarzania, zwłaszcza jeśli chodzi o temperaturę. Stal ta nie jest przeznaczona do dalszej obróbki cieplnej, a po podgrzaniu do temperatury powyżej 170°C po dostawie SSAB nie może zagwarantować jej właściwości. Firmy, które mogą obejść tego rodzaju ograniczenia, prawdopodobnie przyciągną uwagę producentów pojazdów opancerzonych.
Inna szwedzka firma, Deform, oferuje kute na gorąco kuloodporne elementy pancerne producentom pojazdów opancerzonych, w szczególności zajmującym się poprawą poziomu ochrony pojazdów użytkowych/cywilnych.
Jednoczęściowe pasy przeciwpożarowe firmy Deform są montowane w Nissanie PATROL 4x4, furgonetce Volkswagen T6 TRANSPORTER i pick-upie Isuzu D-MAX wraz z jednoczęściową podłogą z tego samego materiału. Opracowany przez firmę Deform proces formowania na gorąco stosowany w produkcji blach pozwala na zachowanie twardości 600HB [HBW].
Firma twierdzi, że może przywrócić właściwości wszystkich stali pancernych dostępnych na rynku, a jednocześnie zachować swój kształt strukturalny, a powstałe części znacznie przewyższają tradycyjne konstrukcje spawane i częściowo nakładane. W metodzie opracowanej przez Deform po tłoczeniu na gorąco następuje hartowanie i odpuszczanie blach. Dzięki temu procesowi możliwe jest uzyskanie form trójwymiarowych, których nie można uzyskać metodą tłoczenia na zimno bez obowiązkowych w takich przypadkach „spoin naruszających integralność w punktach krytycznych”.
Blachy kute na gorąco firmy Deform są stosowane w maszynach BAE Systems BVS-10 i CV90, a od wczesnych lat 90-tych w wielu maszynach Kraus-Maffei Wegmann (KMW). Przyjmowane są zamówienia na produkcję trójwymiarowych płyt pancernych dla czołg LEOPARD 2 i kilka kształtek do maszyn BOXER i PUMA oraz do kilku maszyn Rheinmetall, w tym ponownie BOXER, a także właz do samochodu WIESEL. Deform współpracuje również z innymi materiałami ochronnymi, w tym aluminium, kevlarem/aramidem i tytanem.
Firma Deform dostarczyła jednoczęściowe pasy przeciwpożarowe do pojazdów Toyota LC2016 w 200 roku australijskiemu klientowi Craig International Ballistics
postęp aluminium
Jeśli chodzi o pojazdy opancerzone, po raz pierwszy w produkcji transportera opancerzonego M113, który jest produkowany od 1960 roku, szeroko zastosowano aluminiowy pancerz. Był to stop oznaczony 5083 zawierający 4,5% magnezu i znacznie mniejsze ilości manganu, żelaza, miedzi, węgla, cynku, chromu, tytanu i innych. Chociaż stop 5083 dobrze zachowuje swoją wytrzymałość po spawaniu, nie jest to stop do obróbki cieplnej. Nie ma on tak dobrej odporności na pociski przeciwpancerne kal. 7,62 mm, ale, jak potwierdziły oficjalne testy, powstrzymuje radzieckie pociski przeciwpancerne kal. 14,5 mm lepiej niż stal, przy jednoczesnym zmniejszeniu masy i dodaniu pożądanej wytrzymałości. Przy danym poziomie ochrony blacha aluminiowa jest grubsza i 9 razy mocniejsza niż stal przy niższej gęstości 265 r/cm3, co skutkuje zmniejszeniem masy konstrukcji.
Producenci pojazdów opancerzonych wkrótce zaczęli wymagać lżejszych, wytrzymalszych balistycznie, spawalnych i podatnych na obróbkę cieplną pancerzy aluminiowych, co doprowadziło Alcan do opracowania najpierw stopu 7039, a następnie 7017, obu z wysoką zawartością cynku.
Podobnie jak w przypadku stali, tłoczenie i późniejszy montaż mogą niekorzystnie wpływać na właściwości ochronne aluminium. Podczas spawania miękną strefy bliskie zgrzewu, ale ich wytrzymałość jest częściowo przywracana dzięki twardnieniu podczas naturalnego starzenia. Struktura metalu zmienia się w wąskich strefach w pobliżu spoiny, tworząc duże naprężenia szczątkowe w przypadku błędu spawania i/lub montażu. Dlatego technologia produkcji musi je minimalizować, a także ryzyko pęknięć korozyjnych naprężeniowych, zwłaszcza gdy przewidywany okres eksploatacji maszyny wynosi ponad trzy dekady.
Korozja naprężeniowa to proces inicjacji i wzrostu pęknięć w środowisku korozyjnym, który ma tendencję do pogarszania się wraz ze wzrostem liczby pierwiastków stopowych. Powstawanie pęknięć i ich dalszy wzrost następuje w wyniku dyfuzji wodoru wzdłuż granic ziaren.
Określenie podatności na pękanie rozpoczyna się od wydobycia niewielkiej ilości elektrolitu z pęknięć i jego analizy. Testy korozji naprężeniowej przy niskich szybkościach odkształcania służą do określenia, jak bardzo dany stop został zaatakowany. Dwie próbki są rozciągane mechanicznie (jedna w środowisku korozyjnym, a druga w suchym powietrzu) aż do uszkodzenia, a następnie porównuje się odkształcenie plastyczne w miejscu zniszczenia - im bardziej próbka jest rozciągana przed zniszczeniem, tym lepiej.
Odporność na korozję naprężeniową można poprawić podczas przetwarzania. Na przykład, według Total Materia, która nazywa siebie „największą na świecie bazą danych materiałów”, Alcan 40 razy poprawił wydajność stopu 7017 w przyspieszonych testach pękania korozyjnego naprężeniowego. Uzyskane wyniki pozwalają również na opracowanie metod ochrony antykorozyjnej stref konstrukcji spawanych, w których trudno uniknąć naprężeń szczątkowych. Trwają badania mające na celu udoskonalenie stopów w celu optymalizacji właściwości elektrochemicznych złączy spawanych. Prace nad nowymi stopami do ulepszania cieplnego koncentrują się na poprawie ich wytrzymałości i odporności na korozję, natomiast prace nad stopami nieobrabialnymi cieplnie mają na celu usunięcie ograniczeń wynikających z wymagań spawalności. Najmocniejsze materiały, które są obecnie opracowywane, będą o 50% mocniejsze niż najlepsze obecnie stosowane pancerze aluminiowe.
Stopy o niskiej gęstości, takie jak stop aluminiowo-litowy, oferują zmniejszenie masy o około 10% w porównaniu z poprzednimi stopami o porównywalnej odporności na kule, chociaż ich właściwości balistyczne nie zostały jeszcze w pełni ocenione zgodnie z przewodnikiem Total Materia.
Poprawiają się również metody spawania, w tym zrobotyzowane. Wśród zadań do rozwiązania jest minimalizacja dopływu ciepła, bardziej stabilny łuk spawalniczy dzięki ulepszonym systemom zasilania i zasilania drutem, a także monitorowanie i sterowanie procesem przez systemy eksperckie.
Firma MTL Advanced Materials współpracowała z ALCOA Defense, renomowanym producentem aluminiowych płyt pancernych, aby opracować coś, co firma określa jako „niezawodny i powtarzalny proces formowania na zimno”. Firma zauważa, że stopy aluminium opracowane do zastosowań w pancerzach nie zostały zaprojektowane do formowania na zimno, co oznacza, że nowy proces powinien pomóc w uniknięciu typowych przyczyn awarii, w tym pękania. Według firmy, ostatecznym celem jest umożliwienie projektantom maszyn zminimalizowanie potrzeby spawania i zmniejszenie liczby części. Zmniejszenie ilości spawów, podkreśla firma, zwiększa wytrzymałość konstrukcji i ochronę załogi przy jednoczesnym obniżeniu kosztów produkcji. Zaczynając od dobrze znanego stopu 5083-H131, firma opracowała proces formowania na zimno części z zagięciami pod kątem 90 stopni wzdłuż i w poprzek ziaren, a następnie przeszła do bardziej złożonych materiałów, takich jak stopy 7017, 7020 i 7085, również osiągając dobre wyniki .
Systemy opancerzenia CAMAC firmy Morgan Advanced Materials są wykonane z połączenia zaawansowanej ceramiki i kompozytów strukturalnych.
Ceramika i kompozyty
Kilka lat temu firma Morgan Advanced Materials ogłosiła opracowanie kilku systemów opancerzenia CAMAS, które składały się z połączenia zaawansowanej ceramiki i strukturalnych materiałów kompozytowych. Linia produktów obejmuje pancerze na zawiasach, okładziny przeciwodłamkowe, kapsuły przeżywalności wykonane z kompozytów strukturalnych, które zastępują metalowe kadłuby i chronią moduły uzbrojenia, zarówno mieszkalne, jak i niezamieszkane. Wszystkie mogą być dostosowane do konkretnych wymagań lub wykonane na zamówienie.
Zapewnia ochronę NATO STANAG 2 na poziomach 6-4569, a także osiągi przy wielu trafieniach i redukcję masy (firma twierdzi, że systemy te ważą o połowę mniej niż podobne wyroby stalowe), a także przystosowanie do określonych zagrożeń, platform i zadań. Okładziny przeciwodpryskowe mogą być wykonane z płaskich paneli o wadze 12,3 kg, aby pokryć powierzchnię 0,36 m2 (ok. 34 kg/m2) lub solidnych okuć o wadze 12,8 kg na 0,55 m2 (ok. 23,2 kg/m2).
Według Morgan Advanced Materials, dodatkowy pancerz, zaprojektowany dla nowych i ulepszonych platform, oferuje te same możliwości przy o połowę mniejszej wadze. Opatentowany system zapewnia maksymalną ochronę przed szeroką gamą zagrożeń, w tym bronią małego i średniego kalibru, improwizowanymi urządzeniami wybuchowymi (IED) i granatami o napędzie rakietowym, a także skutecznością wielokrotnego trafienia.
„Półstrukturalny” system opancerzenia o dobrej odporności na korozję jest oferowany dla modułów broni (oprócz zastosowań powietrznych i morskich), a wraz ze zmniejszeniem masy i zminimalizowaniem problemów ze środkiem ciężkości, stwarza mniej problemów EMC niż stal.
Ochrona modułów uzbrojenia stanowi szczególny problem, ponieważ są one atrakcyjnym celem, ponieważ ich ubezwłasnowolnienie drastycznie osłabia świadomość sytuacyjną załogi i zdolność pojazdu do radzenia sobie z bliskimi zagrożeniami. Instalują też "delikatną" optoelektronikę i podatne na uszkodzenia silniki elektryczne. Ponieważ są one zwykle montowane na górze pojazdu, opancerzenie musi być lekkie, aby utrzymać środek ciężkości jak najniżej.
System ochrony modułu broni, który może zawierać pancerne szkło i ochronę górnej części, jest całkowicie składany, dwie osoby mogą go ponownie złożyć w 90 sekund. Kompozytowe kapsułki przeżycia są wykonane z tego, co firma określa jako „unikalne trwałe materiały i związki polimerowe”, zapewniają ochronę przed odłamkami i mogą być naprawiane w terenie.
Ochrona żołnierza
System ochrony żołnierzy 3M Ceradyne SPS (Soldier Protection System) obejmuje hełmy i wkładki w kamizelkach kuloodpornych do ochrony tułowia IHPS (Integrated Head Protection System) i VTP (Vital Torso Protection) - komponenty ESAPI (Enhanced Small Arms Protective Insert) - ulepszona wkładka do ochrony przed bronią strzelecką) systemu SPS.
Wymagania IHPS obejmują mniejszą wagę, pasywną ochronę słuchu i ulepszoną ochronę przed tępym uderzeniem. W skład systemu wchodzą również akcesoria takie jak żuchwa żołnierza, przyłbica ochronna, mocowanie gogli noktowizyjnych, prowadnice np. latarki i kamery oraz dodatkowa modułowa ochrona kuloodporna. Kontrakt o wartości ponad 7 milionów dolarów przewiduje dostawę około 5300 hełmów. Tymczasem ponad 36 30000 zestawów ESAPI, lżejszych wkładek kamizelek kuloodpornych, zostanie dostarczonych w ramach kontraktu o wartości 2017 milionów dolarów. Produkcja obu tych zestawów rozpoczęła się w XNUMX roku.
Również w ramach programu SPS KDH Defence wybrało materiały Honeywell SPECTRA SHIELD i GOLD SHIELD dla pięciu podsystemów, w tym podsystemu ochrony tułowia i kończyn TEP (Torso and Extremity Protection), które mają zostać dostarczone do projektu SPS. System ochrony TEP jest o 26% lżejszy, co ostatecznie zmniejsza wagę systemu SPS o 10%. Do tego systemu KDH zastosuje we własnych produktach materiał SPECTRA SHIELD oparty na włóknie UHMWPE oraz materiał GOLD SHIELD oparty na włóknach aramidowych.
Włókno SPECTRA
Honeywell wykorzystuje zastrzeżony proces przędzenia i przędzenia włókien polimerowych, aby osadzić surowiec UHMWPE we włóknie SPECTRA. Materiał ten jest 10 razy mocniejszy wagowo niż stal, ma wytrzymałość właściwą o 40% większą niż włókno aramidowe, ma wyższą temperaturę topnienia niż standardowy polietylen (150°C) i jest bardziej odporny na zużycie niż inne polimery, takie jak poliester.
Mocny i sztywny materiał SPECTRA wykazuje duże naprężenie przy zerwaniu, to znaczy bardzo mocno się rozciąga przed zerwaniem; ta właściwość pozwala wchłonąć dużą ilość energii uderzenia. Honeywell twierdzi, że kompozyty włókniste SPECTRA bardzo dobrze radzą sobie z uderzeniami o dużej prędkości, takimi jak pociski karabinowe i fale uderzeniowe. Według firmy „Nasze zaawansowane włókno reaguje na uderzenia, szybko usuwając energię kinetyczną ze strefy uderzenia… dobrze tłumi również wibracje, ma dobrą sprężystość i doskonałe właściwości tarcia wewnętrznego włókna, a także doskonałą odporność na chemikalia, wodę i światło ultrafioletowe .
W swojej technologii SHIELD Honeywell układa równoległe pasma włókien i łączy je ze sobą poprzez impregnację zaawansowaną żywicą, tworząc jednokierunkową taśmę. Następnie warstwy tej taśmy układa się poprzecznie pod żądanymi kątami i lutuje w strukturę kompozytową w zadanej temperaturze i ciśnieniu. W celu ochrony ciała miękkiego jest laminowany między dwiema warstwami cienkiej i elastycznej przezroczystej folii. Ponieważ włókna pozostają proste i równoległe, bardziej efektywnie rozpraszają energię uderzenia, niż gdyby były wplecione w tkaninę.
Short Bark Industries stosuje również SPECTRA SHIELD w osłonie podwozia BCS (Ballistic Combat Shirt) w systemie SPS TER. Short Bark specjalizuje się w miękkiej ochronie, odzieży taktycznej i akcesoriach.
Według Honeywell, żołnierze wybrali zabezpieczenia wykonane z tych materiałów po tym, jak wykazały one lepszą wydajność w porównaniu do odpowiedników wykonanych z włókien aramidowych.
Na podstawie materiałów z witryn:
www.nationaldefensemagazine.org
www.ssab.com
www.rheinmetall.pl
www.deform.pl
www.riotinto.com
www.totalmateria.com
www.mtladv.com
www.alcoa.pl
www.morganadvancedmaterials.com
www.3m.pl
www.wikipedia.org
www.honeywell.com
Kompromis między ochroną a kosztem masowo-objętościowym jest zawsze stały dla wszystkich rodzajów opancerzenia, czy to kamizelek kuloodpornych, czy opancerzenia pojazdów, i nie ma jednego rozwiązania ani materiału, który można nazwać panaceum, dlatego tak szeroki obecnie stosowane są różnorodne materiały i ich kombinacje
Zbroja jest starsza od ludzkości od milionów lat i została opracowana przede wszystkim w celu ochrony przed szczękami i pazurami. Całkiem możliwe, że krokodyle i żółwie mogą częściowo zainspirować człowieka do stworzenia elementów ochronnych. Wszystko broń energia kinetyczna, czy to prehistoryczna maczuga, czy pocisk przeciwpancerny, ma na celu skoncentrowanie dużej siły na niewielkim obszarze, jej zadaniem jest przebicie się przez cel i wyrządzenie mu maksymalnych obrażeń. Dlatego zadaniem zbroi jest zapobieganie temu poprzez odbijanie lub niszczenie atakującego zasobu i / lub rozpraszanie energii uderzenia na jak największym obszarze, aby zminimalizować wszelkie uszkodzenia siły roboczej, systemów transportowych i konstrukcji, które chroni.
Współczesny pancerz zazwyczaj składa się z twardej warstwy zewnętrznej, która zatrzymuje, odchyla lub rozbija pocisk, warstwy pośredniej o bardzo dużej „pracy do złamania” oraz lepkiej warstwy wewnętrznej, która zapobiega pękaniu i fragmentacji.
Stal
Stal, która stała się pierwszym materiałem szeroko stosowanym w tworzeniu pojazdów opancerzonych, wciąż jest poszukiwana, pomimo pojawienia się opancerzenia opartego na lekkich stopach aluminium i tytanu, ceramice, kompozytach osnowy polimerowej wzmacnianej włóknami szklanymi, aramidami i ultrawysokocząsteczkowymi polietylen wagowy, a także kompozytowe materiały osnowy metalowej.
Wiele hut, w tym SSAB, kontynuuje opracowywanie wysokowytrzymałych stali do różnych zastosowań, w których masa ma kluczowe znaczenie, takich jak dodatkowe arkusze ochronne. Gatunek pancerza ARM OX 600T, dostępny w grubościach 4-20 mm, jest dostępny z gwarantowaną twardością od 570 do 640 HBW (skrót od Hardness, Brinell, Wolfram; test, w którym kulka wolframowa o standardowej średnicy jest wciskana w próbkę materiału o znanej sile, mierzy się średnicę powstałego zagłębienia, następnie te parametry są podstawiane do wzoru, który pozwala uzyskać liczbę jednostek twardości).
SSAB podkreśla również znaczenie osiągnięcia odpowiedniej równowagi twardości i wytrzymałości, aby zapewnić ochronę przed penetracją i podważeniem. Jak wszystkie stale, ARMOX 600T składa się z żelaza, węgla i szeregu innych składników stopowych, w tym krzemu, manganu, fosforu, siarki, chromu, niklu, molibdenu i boru.
Istnieją ograniczenia dotyczące stosowanych technik wytwarzania, zwłaszcza jeśli chodzi o temperaturę. Stal ta nie jest przeznaczona do dalszej obróbki cieplnej, a po podgrzaniu do temperatury powyżej 170°C po dostawie SSAB nie może zagwarantować jej właściwości. Firmy, które mogą obejść tego rodzaju ograniczenia, prawdopodobnie przyciągną uwagę producentów pojazdów opancerzonych.
Inna szwedzka firma, Deform, oferuje kute na gorąco kuloodporne elementy pancerne producentom pojazdów opancerzonych, w szczególności zajmującym się poprawą poziomu ochrony pojazdów użytkowych/cywilnych.
Jednoczęściowe pasy przeciwpożarowe firmy Deform są montowane w Nissanie PATROL 4x4, furgonetce Volkswagen T6 TRANSPORTER i pick-upie Isuzu D-MAX wraz z jednoczęściową podłogą z tego samego materiału. Opracowany przez firmę Deform proces formowania na gorąco stosowany w produkcji blach pozwala na zachowanie twardości 600HB [HBW].
Firma twierdzi, że może przywrócić właściwości wszystkich stali pancernych dostępnych na rynku, a jednocześnie zachować swój kształt strukturalny, a powstałe części znacznie przewyższają tradycyjne konstrukcje spawane i częściowo nakładane. W metodzie opracowanej przez Deform po tłoczeniu na gorąco następuje hartowanie i odpuszczanie blach. Dzięki temu procesowi możliwe jest uzyskanie form trójwymiarowych, których nie można uzyskać metodą tłoczenia na zimno bez obowiązkowych w takich przypadkach „spoin naruszających integralność w punktach krytycznych”.
Blachy kute na gorąco firmy Deform są stosowane w maszynach BAE Systems BVS-10 i CV90, a od wczesnych lat 90-tych w wielu maszynach Kraus-Maffei Wegmann (KMW). Przyjmowane są zamówienia na produkcję trójwymiarowych płyt pancernych dla czołg LEOPARD 2 i kilka kształtek do maszyn BOXER i PUMA oraz do kilku maszyn Rheinmetall, w tym ponownie BOXER, a także właz do samochodu WIESEL. Deform współpracuje również z innymi materiałami ochronnymi, w tym aluminium, kevlarem/aramidem i tytanem.
Firma Deform dostarczyła jednoczęściowe pasy przeciwpożarowe do pojazdów Toyota LC2016 w 200 roku australijskiemu klientowi Craig International Ballistics
postęp aluminium
Jeśli chodzi o pojazdy opancerzone, po raz pierwszy w produkcji transportera opancerzonego M113, który jest produkowany od 1960 roku, szeroko zastosowano aluminiowy pancerz. Był to stop oznaczony 5083 zawierający 4,5% magnezu i znacznie mniejsze ilości manganu, żelaza, miedzi, węgla, cynku, chromu, tytanu i innych. Chociaż stop 5083 dobrze zachowuje swoją wytrzymałość po spawaniu, nie jest to stop do obróbki cieplnej. Nie ma on tak dobrej odporności na pociski przeciwpancerne kal. 7,62 mm, ale, jak potwierdziły oficjalne testy, powstrzymuje radzieckie pociski przeciwpancerne kal. 14,5 mm lepiej niż stal, przy jednoczesnym zmniejszeniu masy i dodaniu pożądanej wytrzymałości. Przy danym poziomie ochrony blacha aluminiowa jest grubsza i 9 razy mocniejsza niż stal przy niższej gęstości 265 r/cm3, co skutkuje zmniejszeniem masy konstrukcji.
Producenci pojazdów opancerzonych wkrótce zaczęli wymagać lżejszych, wytrzymalszych balistycznie, spawalnych i podatnych na obróbkę cieplną pancerzy aluminiowych, co doprowadziło Alcan do opracowania najpierw stopu 7039, a następnie 7017, obu z wysoką zawartością cynku.
Podobnie jak w przypadku stali, tłoczenie i późniejszy montaż mogą niekorzystnie wpływać na właściwości ochronne aluminium. Podczas spawania miękną strefy bliskie zgrzewu, ale ich wytrzymałość jest częściowo przywracana dzięki twardnieniu podczas naturalnego starzenia. Struktura metalu zmienia się w wąskich strefach w pobliżu spoiny, tworząc duże naprężenia szczątkowe w przypadku błędu spawania i/lub montażu. Dlatego technologia produkcji musi je minimalizować, a także ryzyko pęknięć korozyjnych naprężeniowych, zwłaszcza gdy przewidywany okres eksploatacji maszyny wynosi ponad trzy dekady.
Korozja naprężeniowa to proces inicjacji i wzrostu pęknięć w środowisku korozyjnym, który ma tendencję do pogarszania się wraz ze wzrostem liczby pierwiastków stopowych. Powstawanie pęknięć i ich dalszy wzrost następuje w wyniku dyfuzji wodoru wzdłuż granic ziaren.
Określenie podatności na pękanie rozpoczyna się od wydobycia niewielkiej ilości elektrolitu z pęknięć i jego analizy. Testy korozji naprężeniowej przy niskich szybkościach odkształcania służą do określenia, jak bardzo dany stop został zaatakowany. Dwie próbki są rozciągane mechanicznie (jedna w środowisku korozyjnym, a druga w suchym powietrzu) aż do uszkodzenia, a następnie porównuje się odkształcenie plastyczne w miejscu zniszczenia - im bardziej próbka jest rozciągana przed zniszczeniem, tym lepiej.
Odporność na korozję naprężeniową można poprawić podczas przetwarzania. Na przykład, według Total Materia, która nazywa siebie „największą na świecie bazą danych materiałów”, Alcan 40 razy poprawił wydajność stopu 7017 w przyspieszonych testach pękania korozyjnego naprężeniowego. Uzyskane wyniki pozwalają również na opracowanie metod ochrony antykorozyjnej stref konstrukcji spawanych, w których trudno uniknąć naprężeń szczątkowych. Trwają badania mające na celu udoskonalenie stopów w celu optymalizacji właściwości elektrochemicznych złączy spawanych. Prace nad nowymi stopami do ulepszania cieplnego koncentrują się na poprawie ich wytrzymałości i odporności na korozję, natomiast prace nad stopami nieobrabialnymi cieplnie mają na celu usunięcie ograniczeń wynikających z wymagań spawalności. Najmocniejsze materiały, które są obecnie opracowywane, będą o 50% mocniejsze niż najlepsze obecnie stosowane pancerze aluminiowe.
Stopy o niskiej gęstości, takie jak stop aluminiowo-litowy, oferują zmniejszenie masy o około 10% w porównaniu z poprzednimi stopami o porównywalnej odporności na kule, chociaż ich właściwości balistyczne nie zostały jeszcze w pełni ocenione zgodnie z przewodnikiem Total Materia.
Poprawiają się również metody spawania, w tym zrobotyzowane. Wśród zadań do rozwiązania jest minimalizacja dopływu ciepła, bardziej stabilny łuk spawalniczy dzięki ulepszonym systemom zasilania i zasilania drutem, a także monitorowanie i sterowanie procesem przez systemy eksperckie.
Firma MTL Advanced Materials współpracowała z ALCOA Defense, renomowanym producentem aluminiowych płyt pancernych, aby opracować coś, co firma określa jako „niezawodny i powtarzalny proces formowania na zimno”. Firma zauważa, że stopy aluminium opracowane do zastosowań w pancerzach nie zostały zaprojektowane do formowania na zimno, co oznacza, że nowy proces powinien pomóc w uniknięciu typowych przyczyn awarii, w tym pękania. Według firmy, ostatecznym celem jest umożliwienie projektantom maszyn zminimalizowanie potrzeby spawania i zmniejszenie liczby części. Zmniejszenie ilości spawów, podkreśla firma, zwiększa wytrzymałość konstrukcji i ochronę załogi przy jednoczesnym obniżeniu kosztów produkcji. Zaczynając od dobrze znanego stopu 5083-H131, firma opracowała proces formowania na zimno części z zagięciami pod kątem 90 stopni wzdłuż i w poprzek ziaren, a następnie przeszła do bardziej złożonych materiałów, takich jak stopy 7017, 7020 i 7085, również osiągając dobre wyniki .
Systemy opancerzenia CAMAC firmy Morgan Advanced Materials są wykonane z połączenia zaawansowanej ceramiki i kompozytów strukturalnych.
Ceramika i kompozyty
Kilka lat temu firma Morgan Advanced Materials ogłosiła opracowanie kilku systemów opancerzenia CAMAS, które składały się z połączenia zaawansowanej ceramiki i strukturalnych materiałów kompozytowych. Linia produktów obejmuje pancerze na zawiasach, okładziny przeciwodłamkowe, kapsuły przeżywalności wykonane z kompozytów strukturalnych, które zastępują metalowe kadłuby i chronią moduły uzbrojenia, zarówno mieszkalne, jak i niezamieszkane. Wszystkie mogą być dostosowane do konkretnych wymagań lub wykonane na zamówienie.
Zapewnia ochronę NATO STANAG 2 na poziomach 6-4569, a także osiągi przy wielu trafieniach i redukcję masy (firma twierdzi, że systemy te ważą o połowę mniej niż podobne wyroby stalowe), a także przystosowanie do określonych zagrożeń, platform i zadań. Okładziny przeciwodpryskowe mogą być wykonane z płaskich paneli o wadze 12,3 kg, aby pokryć powierzchnię 0,36 m2 (ok. 34 kg/m2) lub solidnych okuć o wadze 12,8 kg na 0,55 m2 (ok. 23,2 kg/m2).
Według Morgan Advanced Materials, dodatkowy pancerz, zaprojektowany dla nowych i ulepszonych platform, oferuje te same możliwości przy o połowę mniejszej wadze. Opatentowany system zapewnia maksymalną ochronę przed szeroką gamą zagrożeń, w tym bronią małego i średniego kalibru, improwizowanymi urządzeniami wybuchowymi (IED) i granatami o napędzie rakietowym, a także skutecznością wielokrotnego trafienia.
„Półstrukturalny” system opancerzenia o dobrej odporności na korozję jest oferowany dla modułów broni (oprócz zastosowań powietrznych i morskich), a wraz ze zmniejszeniem masy i zminimalizowaniem problemów ze środkiem ciężkości, stwarza mniej problemów EMC niż stal.
Ochrona modułów uzbrojenia stanowi szczególny problem, ponieważ są one atrakcyjnym celem, ponieważ ich ubezwłasnowolnienie drastycznie osłabia świadomość sytuacyjną załogi i zdolność pojazdu do radzenia sobie z bliskimi zagrożeniami. Instalują też "delikatną" optoelektronikę i podatne na uszkodzenia silniki elektryczne. Ponieważ są one zwykle montowane na górze pojazdu, opancerzenie musi być lekkie, aby utrzymać środek ciężkości jak najniżej.
System ochrony modułu broni, który może zawierać pancerne szkło i ochronę górnej części, jest całkowicie składany, dwie osoby mogą go ponownie złożyć w 90 sekund. Kompozytowe kapsułki przeżycia są wykonane z tego, co firma określa jako „unikalne trwałe materiały i związki polimerowe”, zapewniają ochronę przed odłamkami i mogą być naprawiane w terenie.
Ochrona żołnierza
System ochrony żołnierzy 3M Ceradyne SPS (Soldier Protection System) obejmuje hełmy i wkładki w kamizelkach kuloodpornych do ochrony tułowia IHPS (Integrated Head Protection System) i VTP (Vital Torso Protection) - komponenty ESAPI (Enhanced Small Arms Protective Insert) - ulepszona wkładka do ochrony przed bronią strzelecką) systemu SPS.
Wymagania IHPS obejmują mniejszą wagę, pasywną ochronę słuchu i ulepszoną ochronę przed tępym uderzeniem. W skład systemu wchodzą również akcesoria takie jak żuchwa żołnierza, przyłbica ochronna, mocowanie gogli noktowizyjnych, prowadnice np. latarki i kamery oraz dodatkowa modułowa ochrona kuloodporna. Kontrakt o wartości ponad 7 milionów dolarów przewiduje dostawę około 5300 hełmów. Tymczasem ponad 36 30000 zestawów ESAPI, lżejszych wkładek kamizelek kuloodpornych, zostanie dostarczonych w ramach kontraktu o wartości 2017 milionów dolarów. Produkcja obu tych zestawów rozpoczęła się w XNUMX roku.
Również w ramach programu SPS KDH Defence wybrało materiały Honeywell SPECTRA SHIELD i GOLD SHIELD dla pięciu podsystemów, w tym podsystemu ochrony tułowia i kończyn TEP (Torso and Extremity Protection), które mają zostać dostarczone do projektu SPS. System ochrony TEP jest o 26% lżejszy, co ostatecznie zmniejsza wagę systemu SPS o 10%. Do tego systemu KDH zastosuje we własnych produktach materiał SPECTRA SHIELD oparty na włóknie UHMWPE oraz materiał GOLD SHIELD oparty na włóknach aramidowych.
Włókno SPECTRA
Honeywell wykorzystuje zastrzeżony proces przędzenia i przędzenia włókien polimerowych, aby osadzić surowiec UHMWPE we włóknie SPECTRA. Materiał ten jest 10 razy mocniejszy wagowo niż stal, ma wytrzymałość właściwą o 40% większą niż włókno aramidowe, ma wyższą temperaturę topnienia niż standardowy polietylen (150°C) i jest bardziej odporny na zużycie niż inne polimery, takie jak poliester.
Mocny i sztywny materiał SPECTRA wykazuje duże naprężenie przy zerwaniu, to znaczy bardzo mocno się rozciąga przed zerwaniem; ta właściwość pozwala wchłonąć dużą ilość energii uderzenia. Honeywell twierdzi, że kompozyty włókniste SPECTRA bardzo dobrze radzą sobie z uderzeniami o dużej prędkości, takimi jak pociski karabinowe i fale uderzeniowe. Według firmy „Nasze zaawansowane włókno reaguje na uderzenia, szybko usuwając energię kinetyczną ze strefy uderzenia… dobrze tłumi również wibracje, ma dobrą sprężystość i doskonałe właściwości tarcia wewnętrznego włókna, a także doskonałą odporność na chemikalia, wodę i światło ultrafioletowe .
W swojej technologii SHIELD Honeywell układa równoległe pasma włókien i łączy je ze sobą poprzez impregnację zaawansowaną żywicą, tworząc jednokierunkową taśmę. Następnie warstwy tej taśmy układa się poprzecznie pod żądanymi kątami i lutuje w strukturę kompozytową w zadanej temperaturze i ciśnieniu. W celu ochrony ciała miękkiego jest laminowany między dwiema warstwami cienkiej i elastycznej przezroczystej folii. Ponieważ włókna pozostają proste i równoległe, bardziej efektywnie rozpraszają energię uderzenia, niż gdyby były wplecione w tkaninę.
Short Bark Industries stosuje również SPECTRA SHIELD w osłonie podwozia BCS (Ballistic Combat Shirt) w systemie SPS TER. Short Bark specjalizuje się w miękkiej ochronie, odzieży taktycznej i akcesoriach.
Według Honeywell, żołnierze wybrali zabezpieczenia wykonane z tych materiałów po tym, jak wykazały one lepszą wydajność w porównaniu do odpowiedników wykonanych z włókien aramidowych.
Na podstawie materiałów z witryn:
www.nationaldefensemagazine.org
www.ssab.com
www.rheinmetall.pl
www.deform.pl
www.riotinto.com
www.totalmateria.com
www.mtladv.com
www.alcoa.pl
www.morganadvancedmaterials.com
www.3m.pl
www.wikipedia.org
www.honeywell.com
informacja