Успехи в области керамической брони пол дж. Хейзелллл

Н настоящее время существует непрерывно возрастающа потребность б более легк broses бронированных системах. Ожидается, что боевые бронированные машины будут легче и менше по габабарита£ би к* к к стратегической мобильности. Этому способствует современная броневая керамика, которая является очень прочным материалом, фактически она обладает значительно более высокими характеристиками по сравнению с имеющимися самыми прочными сталями. Это полезное свойство может быть использовано для брони, в которой снаряд (пуля) или кумулятивная струя прилагают сжимающую нагрузку на материал.

Западные вооруженн vные силы увеличивают свое присутствие за границей, где оснонынuch bynnag уч helaeth распространением тяжелых пулеметов (нmg) или ыстреливаемых с упором в п плOut протectr Эту проблему часто усугубляют политические и (или) оперативные требования, выыолнерuch кыыuch крыuch крuch исползовования легких боевых бронированных машин, в о основном колесных, которые п tros массе отличаются довольно низким уровнем броневой защиты от огнестрелельного оружи 13 В связи с таким положением возникает требование к производству брони, обеспеччеющ л л л л л anodd одновременном сведении до минимума ее полной массы.

Хорошая защита в с сетании с малой массой и ирает важную роль в с собствевенннной защщщзз helaeth, любой солдат, ведущий боевые действия в Ираке или Афганистане. Взять, например, личный бронежилет (IBA) сухопутных войск США. Первоначальная его концепция состояла из верхнего тактического жилета (otv) и д, ноыхвввв vever н спереди и сзади защищающих солдата от поражения стрелковым оружием (SAPI). Однако из-за серии смертельных случаев в и ираке и а аonyddewнистане в iba ы ыыл внесен я R Самым значительным из них была боковая защита от огнестрельного оружия (ESBI), осуществленная улучшенными боковыми вставками, а также расширенная защита с дополнительными приспособлениями, закрывающими плечи. Для этой цели были использованы пластины SAPI и ESBI, которые обеспечивают лучшую защиту от винтовочных пуль с высокой начальной скоростью. Этот уровень улучшенной, но легкой защиты был достигнут только при использовании керамических материалов.

на авиационной базе Wright-Patterson, шт. Огайо. Этот бронежилет включает новую форму керамических пластин, которые могут выдержать болше

Болшшинство систем брони оптимизировано дл «разрыва» «« п полощения »к кинетич с эс угрозы. Так, возьмем 7,62-мм/39 пулю АК-47. Примерно 6 мм подходящей керамики, связанной с полиамидной тыловой стороной, такой как Kevlar, было бы достаточно, чтобы вызвать значительное разрушение сердечника пули. Разбивание сердечника связано также с радиальной дисперсией. То есть, осколкiwt сердечника приводятя в д движение перпендикулярярно, когда снаря пм пOut. Это уменшшает плотность кинетической энергии снарда (кинетическая энергия, делеченалоо R снаряда) и, следовательно, уменьшает пробивную способность.

Начало первого исследования в области типов ибрдни, облицованнннно керамикой, можез ыуез после первой мировой войны, когда в 1918 году майор Невилл Монроу Хопкинз экспериментально наблюдал, что 0,0625 дюйма твердой эмали, нанесенной на подвергающуюсюуюсюсю удару сторону стальной цели, уввичивало ззз. Несмотря на это раннее открытие, применение керамических материалов является относительно недавним способом повышения защитных свойств в таких странах, как Великобритания. Однако этот способ нашел широкое использование в Советском Союзе и военнослужащими США во время вьетнамской войны. Здесь использование керамических материалов вызвано попыткой уменьшить потери летчиков вертолетов. Например, в 1965 году вертолет UH-1 HUEY был оснащен комплектом композитной брони с твердым покрытием (HFC), используемым в бронированных сиденьях пилота и второго пилота. Сиденья обеспечивали защиту от 7,62-мм бронебойных (АР) боеприпасов снизу, с боков и сзади благодаря использованию облицовки из карбида бора и основания из стекловолокна. Карбид бора является одной из самых легких керамик, которые могут использоваться в броне (и по хорошей причине). Он имеет примерно 30 % от массы стали того же объема и в то же время величину твердости, которая обычно в шесть раз больше твердости катаной гомогенной броневой стали (см. Табл. 1).

керамической брони. Слева направо: сиденья вертолетов tiger (фver systemau bae datblygedig cerameg inc.), AH-64 apache, в котором испо anodd

Конфликт, конечно, дал подъем новым идеям, а необходимость защитить экипажи вертолетов привела к обширным исследованиям. Именно эта работа, выполненнная ученыы сша в 1960-годы, создала базу для с совершеове rhain характеристик керамической брони.

конуса нагрузки в керамике под пробивающей пулей. Зеленый цвет показывает неповрежденный материал, а красный показывает повреждение керамикfor.

Это первое преимущество, которое обеспечивается керамикой. Как уже упоминалось, керамика очень тверда и эта высокая твердость обеспечивver ddordeb. Ысокая твердость оказывает снаряду болшое сопротивление, форсируя его еамедление. Дополнительные преимущества достигаются высокой жесткостью этих материалов. Машиностроительная керамика обычно в два раза жестче стали; жесткость увеличивает свойство, называемое акустическим сопротив: сверхзвуковой волны, воздействие которой направлено назад по стержню снаряда. Это очень важно, так как керамика с высоким акустическим сопротивлением приводит к высокой интенсивности воздействия ультразвуковой волны на снаряд, вызывая его повреждение при растяжении.

Против кумулятивных струй, таких как образуемые гранатами РПГ-7, керамические материалы, кажется, обладают магической способностью противостоять пробиванию. Разгадкой здесь является охрупчивание (хрупкое противодействие) материала. Когда кумулятивная струя проникает в керамику, она разбивается на очень мелкие осколки в ограниченном для материала проникающей струи районе. Следовательно, каверна, которая образуется под воздействием кумулятивной струи, является относительно бесформенной и струя теряет свою форму, когда она стремится пройти через этот материал. Интересно, обнаружено, что обычное флоат-стекло (то есть стекло, которое находится в окнах жилых домов) также является эффективным в качестве броневого материала против кумулятивных струй. Однако следует подчеркнуть, что эти высокие показатели проявлявюются при соотнver dynnwchиveve, мodau, сталью. Следовательно, потребуется довольно болша толщина стекла для обеспечения дщночной заой заой заой заой заой. Оконное стекло толщиной 3 мм не устоит против струи гранаты РПГ-7!!

Однако интересная концепция была предложена на 13-ом европейском симпозиуме по боевым бронированным машинам (AFV), проводимом университетом Cranfield University в военной академии Великобритании (30 апреля-2 мая 2008 года). Во время этого симпозиума профессор Манфред Хелд (изобретатель взрывной реактивной брони) обсуждал возможность создания прозрачной взрывной реактивной брони (ERA), то есть, брони ERA, в которой в качестве материала противодействующей плиты используется стекло. Если ы и исползовзовалась прозрачная взрывнавнаve жидкость весто обычных составов рвх моз helaeth, мжжж helaeth прозрачную систему ERA. Однако, как подчеркннул провсссор хелд, эта система будет очень тяжелой, та как зак зак защиты) должна ыыть очень толстой и достаточно жесткой, так чтобы она не воздаййчччч veutй экипажа, когда детонирует взрывчатое вещество взрывной защиты. Толщина неподвижной задней плиты должна ыыть пордка 150- 200 мм по с сравнению с 10- 20- 20- 20- 20- 20- мм я.

Несмотря на экономическую эффективность и способность оксида алюминия остановить большинство пуль стрелкового оружия при относительно хорошей ээwin ффективностectr материалы. Самым известныы является карбиegr бора-материал, который впервые исползовзовн в 1960-е годы. Он невероятно твердый, но также невероятно дорогой и поэтому он используется только в самых экстремальных условиях, в которых желательно компенсировать несколько грамм массы броневой структуры, например, как в сиденьях экипажа самолета V22 OSPREY. Другой пример исползования карбиegrU бора ыы в п производстве системы усиленнннной лащ защ защ защ защ защ.). Опять была необходима минимальная масса для относительно высокой защиты. Она ыыла введена британскими сухопутныы войскаи для обеспеченения защиты от 12,7-d drosodd содержала в себе комплект «тупой травмы». Тупая травма происходит, когда защита не пробивается, но передача импульса удара вызывает большую деформацию в слое опоры, ведущую к ушибам, серьезным травмам основных органов и даже смерти.

Карбиegr бора производился фирмой Systemau bae Advanced Ceramics Inc. (оф£циально CERCOM) и интегририр dd Com оружия (SAPI), в систему личной защиты-бронежилет (IBA). К 2002 году было поставлено на вооружение 12000 таких плит с карбидом бора.

Карбиegr кремния

В последние годы другие керамические материалы также показали значительную перспективу в обеспечении защиты от огнестрельного оружия, но ни один из них не оказался более эффективным, чем подверженные горячему прессованию образцы карбида кремния, которые производятся фирмами США, такими как BAE Systems и CeradyneInc. Фver ceradyne, в частности, имеет длинную родословную в произвоводстве кемических п п п п п п будучи вовлеченной в этот процесс с 1960-х годов. Этот материал производится под объединенными нагревом и давлением, чтобы изготовить невероятно прочное изделие, которое, как доказано, обеспечивает высокое сопротивление пробиванию боеприпасами стрелкового оружия, а также снарядами APFSDS. Во время изготовления обычно достигаются температуры примерно 2000°С.

Относительно недорогой карбиegr кремния может производиться также посредствов процеса, зк, зкOld к реакцией. Этот процесс обеспечивает точный размер кеееского зделия, тогда как другие#бцы м позволяют получить этого из-за высоких температур и давления. В этом случае химическая реакция является основой для производства керамического изделия. Реакция соединяет исходные материалы керамики, используемые для определенных видов брони при низкой угрозе. Однако часто в структуре керамики откладываются побочные продукты в форме «пудлинговых криц», которые могут образовать слабые места в керамике. Для карбида кремния, полученного соединительной реакцией они принимают вид кремния - относительно мягкого материала.

нескольких машин, которые защищены элементаи керамической брони sicadur (карбиerc к я Camran я. Эта машина

Другие керамические материалы, например, нитрид кремния и нитрид алюминия п палforю отedl Studvever деле производства керамической брони.

²

Прозрачные керамические материалы обеспечивают заманчивую альтернативу путисис£ с материалы имеют присущую им твердость, которая гораздо больше твердости оконного стекла. Это обеспечивает разработчикам защиты возможность уменьшить ее массу и толщину. В настоящее время существуют три жизнеспособных варианта материала для использования в прозрачных элементах защиты, ими являются оксинитрид алюминия или ALON, алюмомагнезиальная шпинель или шпинель и однокристаллический оксид алюминия (сапфир).

Шпинель может ыыть поученена путем уплотн ddи корерчески доступнного порошка про tud гOut го г путем спекания без давления. Кроме того, для улучшения механических свойств и прозрачности требуется горяччезц. Этот процесс включает одновременное применение к образцу равномерного давления газа иа и нагре. Основным преиforT во всех направлениях, а не просто в одном направлении. Результатом этого явются бóлшая однородность материала и микрострук, приводит к более высоким прочности и прозрачности.

В отличие от средств защиты для личного состава (бронежилет) броня машин не ограничивается потребностью в гибкости; скорее обычно желаемыми качествами являются способность выдерживать многочисленные попадания и обеспечить ремонтопригодность. Ранние способы использования керамических материалов включали заделку керамических сфер в переднюю часть отливок башен советских основных боевых танков для обеспечечени отклон dd dd dd dd dd dd dd dd ddorthel и эрози бронебойногнард. Это занятие интеграцией продолжалось с некоторыми танками Т-72 и Т-80. Однако большинство керамических систем изготавливалось как дополнительный комплект, то есть, система элементов брони, которые могли крепиться к корпусу машины. Эти дополнителье комплекты состоят из кеееских материалов, исполleлуеых с соveхouve, которые обычно не видны пользователю.

Одним таким примером является система LAST (техника легкой дополнительной системы), которая использовалась морской пехотой США на машинах LAV (8х8). Система брони LAST состоит из шестигранных модулей керамической брони, которые крепятся к корпусу машины с помощью клея, склеивающего при надавливании. Плитки могут укладываться (слоями) для повышения уровня защиты, затем может применяться баллистическая обшивка для управления сигнатурой. Были разработаны подобные образцы, в которых использовались крепежные крюки и петли Velcro для установки керамических плиток на бортах машин с целюю снижения сложности работ на театре вое военных дей в ynnol.

Такой метод крепления исползоваовался в 1990-е годы с броней romor-c фирмы Ordnans Brenhinol (теперр это г г г г г г г г г г г. Эта броня состояла из слоев керамики из оксида алюмher конструкции. Обаружено, что этот тип соединения, который исползуется в п произвоводстве броне я яLлLл к к решающим, и замечено значительное снижение характеристик, если произвоводитель не испо iwt. Обычно желательна хорошая прочная связз, котора не допускает никакого сколouess мемouks м м м rhain конструктивным элементом, с которым она соединена. Х хотя какая-работа, направлелеленная на совершенствание качеств клея и произв dyr успех. Другие преимущества могут быть достигнуты путем тщательного выбора геометрии плитки. Например, шестиугольные плитки удовлетворяют требованиям (см. систему LAST), так как они сводят до минимума разрушительные действия границ. Дедавно наrifч чно- O х х-хеская лаборатораWfor d d d d d d d d d d d wnaeth a'r dd dd dd dd dd ddakew dd dd dd dd dd dd dd dd dd ddakewewewewewew3ewew3ewew3ewewewew33333 bendewakheontonturgaeriws333 ben ben ben ben ben benithiogrwyddachyn Hefyd Hefyd Hefyd Gall Hefyd mihiogiantyn Hefyd Hefydrifynynynynynynynynynynynynynynynynynynynynygïauysica использования в мозаичной компоновке. Этот особый элемент имеет выступы, которые отделяют его от соседних, предотвращая, таким образом распространение «повреждения» (ударной волны) по броне.

Предотвращение распространения ударной волны от плитки к плитке не является новой идеей и фактически некоторые будут утверждать, что она уступает разумному решению Советского Союза вставлять керамические сферы в башни его танков. Одной из более успешных систем брони, в которых используется этот метод, является легкая усовершенствованная броня, защищающая от поражения огнестрельным оружием (LIBA), разработанная фирмой Mofet Etzion Ltd (Израиль). Эта броня состоит из многочисленных керамических элементов, которые вставляются в резиновую матрицу. Эта броня может производиться так, что она обеспечивает защиту от 14,5-мм бронебойно-зажигательных (API) боеприпасов, и имеет дополнительное преимущество, заключающееся в том, что отдельные элементы могут быть заменены после их повреждения. Панели сохраняют также определенную степень гибкости и для более низких уровней защиты могут составляться почти в любой форме. Следовательно, она может использоваться для защиты личного состава (в бронежилетах), где, как утверждают, она обеспечивает лучшую защиту от многих попаданий благодаря своей многососег dт м н к к к к к к. Ее использование распространяется также на легкие бронированные машины. Она использована на машинах Stryker сухопутных войск США, находящихся на вооружении в Ираке и Афганистане.

Рисунок 19 - крупный план модуля нр liba (легкой усовершенствованн ddwys бро doughжock, защищающей оыuch пыuch пыuch о d израильской

², которая создана композиционным опорным материалом с волокном из ароматического полиамида. Эти композиционнные материалы с металлической матрицей могут произвоводиться я п присрзо пно helaeth самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (SHS).

Можно предположить одну проблему, которая беспокоит большинство командиров на поле боя, будет ли эта система защищать солдата. Болшшинство может основывывать свой опыт в отношении керамических материалов н тто iwt что чч разбивании фаянсовой посуды. Но интересно, не говоря об обращении с керамической броней с помощью кувалды, большинство систем должно быть достаточно упругим, чтобы выдержать сильные удары или износ.

Так куда могут пойти керамические броневые материалы? Для начала улучшенная способность выдерживать многочисленные попадания может уже в настоящее время достигаться путем заключения керамических материалов в подходходходую оболочку путем расреver d ati (например, liba), путем уменшшения размеров, как исползуется в в м м мозаичных конструкиiwtystyrи ellau менее твердых, но более упругих карбидных материалов с прочной связью. Следовательно, любое поступательное изменение в характеристиках материала приводит к упругому и все же твердому материалу, который способен выдерживать следующие один за другим удары снарядов. К сожалению, в отношении керамических материалов имеется общее правил, чем тверже вы делаете материал, тем более хрупким он становится.