В настоящее время существует непрерывно возрастающая потребность в более легких и меньших по гавществует по гавщебари бронированных системах. Ожидается, что боевые бронированные машины будут легче и меньше по габаритам благодаря повынишенны лучшей стратегической мобильности. Этому способствует современная броневая керамика, которая является очень прочным материалом, фактически 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 струЎюююючас нагрузку на материал.
Западные вооруженные силы увеличивают свое присутствие за границей, где основная угроза предстельнылена распространением тяжелых пулеметов (НMG) или выстреливаемых с упором в плечо противотанковых средствПГа. Эту проблему часто усугубляют политические и (или) оперативные требования, выполнение которых требуены которых требуены использования легких боевых бронированных машин, в основном колесных, которые по своей конструкцинии и ограмяних по массе отличаются довольно низким уровнем броневой защиты от огнестрельного оружия (обычно от 7,62-ммио). В связи с таким положением возникает требование к производству брони, обеспечивающей лучшую защитуо защитую одновременном сведении до минимума ее полной массы.
Хорошая защита в сочетании с малой массой играет важную роль в собственной защите личного состай, личного состай, 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 двух, носимых керам спереди и сзади защищающих солдата от поражения стрелковым оружием (SAPI). Однако из-за серии смертельных случаев в Ираке и Афганистане в IBA был внесен ряд дополнений. Самым значительным из них была боковая защита от огнестрельного оружия (ESBI), осуществленная улучшенны также расширенная защита с дополнительными приспособлениями, закрывающими плечи. Для этой цели были использованы пластины SAPI и ESBI, которые обеспечивают лучшую защиту от виныхкойпунсоныч начальной скоростью. Этот уровень улучшенной, но легкой защиты был достигнут только при использовании керамических материалов.
Рисунок 1 – Эта керамическая пластина SAPI, часть
бронежилета, спасла жизнь своему владельцу в Ираке.
Рисунок 2 – Новый бронежилет, обеспечивающий защиту уровня 4,
испытывается представителями научно-исследовательской лаборатории ВВС
на авиационной базе Wright-Patterson, шт. Огайо. Этот бронежилет включает новую форму керамических пластин, которые могут выдержать больше
ударов пулями, чем современные пластины, кроме того,
он имеет защитные устройства для бицепсов и ребер.
Рисунок 3 – Пластины, вставляемые в бронежилет,
находятся в массовом производстве фирмой Ceradyne.
Основные соображения по керамической броне
Большинство людей ассоцируют слово «керамика» с глиняной или фаянсовой посудой, которую они испо кафелем, используемым на стенах ванной комнаты. Керамические материалы использовались в домашних условиях тысячелетиями, однако эти материалы сталиона керамических материалов, которые применяются в настоящее время в боевых бронированных машинах.
Слово «керамика» обозначает «обожженные вещи» и фактически современная машиностроительная керамика, дсновоибойка базе глины, требует для своего производства значительного нагрева. Однако главной разницей между керамикой, которую мы выбираем для использования в качестве брони, и керамторуюхомкоикой, дома, является прочность. Современные броневые керамики являются очень прочными материалами и фактически при сжатии они моты при сжатии они моты прочнее, чем имеющиеся самые прочные стали (см. Табл. 1). Это полезное свойство используется для брони, в которой снаряд или кумулятивная струя прилагают сжимаюющ материал. Керамики, конечно, имеют «Ахиллесову пяту». Они слабы на растяжение и, следовательно, они способны выдерживать только очень маленькие количества дефоре разрушения), как показывает Таблица 1. Это объясняется наличием в структуре очень маленьких трекощин,, трекощин когда подвергаются локализованным силам растяжения, являются источником катастрофического разрушения. Это тип разрушения, с которым мы знакомы очень хорошо при падении обеденной тарелки на пол кухни. Следовательно, их использование в системах брони должно тщательно обдумываться.
Таблица 1 – Некоторые свойства броневых керамик по сравнению с катаной гомогенной броней (RHA)
| RHA | Oksid alumiininiya (vuosokoj) tšistotit) | Karbidi kremniya | Diborid titaani | Karbidi bora | |
| Yleiskäyttö paikka (kg/m3) | 7850 | 3810–3920 | 3090–3230 | 4450–4520 | 2500–2520 |
| Модуль Юнга (Гпаскаль) | 210 | 350–390 | 380–430 | 520–550 | 420–460 |
| Täysi (VHN*) | 300–550 | 1500–1900 | 1800–2800 | 2100–2600 | 2800–3400 |
| Suljettu vaihteluväli (%) | 14–18 | < 1 | < 1 | < 1 | < 1 |
| *VHN = число твердости по Виккерсу | |||||
Керамики в броневом применении работают в значительной степени как элементы устройства разрыва в конструкцилойнойной. Целью этих материалов в конструкции многослойной брони является разрыв на осколки подлетающего сналиаберостолда его. Другими словами, кинетическая энергия снаряда рассеивается броневым материалом разбивая снаряд на оскоплки энергию получающихся в результате осколков в сторону от защищаемой конструкции. Другие элементы в многослойной конструкции будут действовать как «поглотители», то есть они поглощесаютю энергию снаряда за счет пластической деформации или расслаивания, таким образом превращая ее в низолулуеской или расслаивания форму энергии, такую как теплота.
Рисунок 4 – Механизм поражения пробиванием плиты
композитной/гибридной брони.
Большинство систем брони оптимизировано для «разрыва» и «поглощения» кинетической энергии подлетающестыго усрозрыва. Так, возьмем 7,62-мм/39 пулю АК-47. Примерно 6 мм подходящей керамики, связанной с полиамидной тыловой стороной, такой как kevlar, было быто доноччщей доста значительное разрушение сердечника пули. Разбивание сердечника связано также с радиальной дисперсией. То есть, осколки сердечника приводятся в движение перпендикулярно, когда снаряд пытается пробить систему. Это уменьшает плотность кинетической энергии снаряда (кинетическая энергия, деленная на площадь на площадь ноччеяческой попое снаряда) и, следовательно, уменьшает пробивную способность.
Начало первого исследования в области типов брони, облицованной керамикой, может быть отнесет быть отнесено пополозупесено периодк мировой войны, когда в 1918 году майор Невилл Монроу Хопкинз экспериментально наблюдал, что дюйй дал 0,0625 твердой эмали, нанесенной на подвергающуюся удару сторону стальной цели, увеличивало ее защититные воностимож. Несмотря на это раннее открытие, применение керамических материалов является относительно недавним спомпоявыбошепояя защитных свойств в таких странах, как Великобритания. Однако этот способ нашел широкое использование в Советском Союзе и военнослужащими США во времонкой вьет. Здесь использование керамических материалов вызвано попыткой уменьшить потери летчиков вертолетов. Esimerkiksi vuonna 1965, UH-1 HUEY был оснащен комплектом композитной брони с твердым покрытием (HFC), зумсыполь, зумплектом бронированных сиденьях пилота и второго пилота. Сиденья обеспечивали защиту от 7,62-мм бронебойных (АР) боеприпасов снизу, с боков и сзади блащиту сзади блащиту облицовки из карбида бора и основания из стекловолокна. Карбид бора является одной из самых легких керамик, которые могут использоваться в броне (и по хоприше). Он имеет примерно 30 % от массы стали того же объема и в то же время величину твердости, котобеельшчнорая обыч твердости катаной гомогенной броневой стали (см. Табл. 1).
Рисунок 5 – Сиденья вертолетов являются типичным примером применения
керамической брони. Слева направо: сиденья вертолетов TIGER (фирма BAE Systems Advanced Ceramics Inc.), AH-64 APACHE, в котором используется
карбид бора жесткого прессования (фирмы Simula Inc.)
ja MH-60 BLACKHAWK (фирма Ceradyne Inc.).
Конфликт, конечно, дал подъем новым идеям, а необходимость защитить экипажи вертолетов приныбмов привела исследованиям. Именно эта работа, выполненная учеными США в 1960-е годы, создала базу для совершенствования в вемна характеристик керамической брони.
Механизм воспрещения пробивания преграды снарядом
Прежде чем углубиться в изучение современных успехов в технологии керамической керамической брони, полезатменных полезно рассмение счет которых система на базе керамики способна разрушать снаряды. Ранняя работа М. Л. Уилкинза и его коллег из лабораторий США создала основу для понимания того, что фактически проита, пулосх стрелкового оружия наносит удар по цели с керамическим покрытием.
В момент удара ультразвуковые волны нагрузки распространяются в керамику и вдоль сердечника пули. O поверхностью раздела или на самом деле со связующим слоем между керамикой и ее защитным слоем. Большинство типов керамической брони в настоящее время создается при использовании полимерного связующ полимерного связующ своей природе имеет низкую жесткость и плотность. На поверхности раздела керамики/связующего материала происходит сильное эластичное отражение, котобесваимчикикеисвайтра материал. Кроме этого, происходит сильная сдвиговая волна, которая буквально «расстегивает как молнию» полимерный связую следовательно, отсоединяет керамическую плитку от ее опоры. Однако в это время материал под средством пробивания сжимается; конические трещины исходят от места удара и это они ведут к образованию конуса в материале, что в болвчеси, что в больше распространяет нагрузку от пули по более широкой площади поверхности (см. рис. 6).
Рисунок 6 – Модель ANSYS AUTODYN-2D, показывающая образование
конуса нагрузки в керамике под пробивающей пулей. Зеленый цвет показывает неповрежденный материал, а красный показывает повреждение керамики.
Голубые области показывают неупругую деформацию; можно увидеть,
что пластическая деформация задней плиты происходит как раз
под образуемым нагрузочным конусом керамики.
Это первое преимущество, которое обеспечивается керамикой. Как уже упоминалось, керамика очень твердая и эта высокая твердость обеспечивает сопротивлению пробивает Высокая твердость оказывает снаряду большое сопротивление, форсируя его замедление. Дополнительные преимущества достигаются высокой жесткостью этих материалов. Машиностроительная керамика обычно в два раза жестче стали; жесткость увеличивает свойство, называемое акустическим сопротивлением, которое воздействует на интенсывкорхзознсыверхх, воздействие которой направлено назад по стержню снаряда. Это очень важно, так как керамика с высоким акустическим сопротивлением приводит к высокой интенсивязностей ультразвуковой волны на снаряд, вызывая его повреждение при растяжении.
Против кумулятивных струй, таких как образуемые гранатами РПГ-7, керамические материалы, кажеткой, каюбется, способностью противостоять пробиванию. Разгадкой здесь является охрупчивание (хрупкое противодействие) материала. K струи районе. Следовательно, каверна, которая образуется под воздействием кумулятивной струи, является относительно беснуяйорм свою форму, когда она стремится пройти через этот материал. Интересно, обнаружено, что обычное флоат-стекло (то есть стекло, которое находится в окнах жилых домов) эффективным в качестве броневого материала против кумулятивных струй. Однако следует подчеркнуть, что эти высокие показатели проявляются при соотношении массы на маснису, есрасу сталью. Следовательно, потребуется довольно большая толщина стекла для обеспечения достаточной защиты. 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, университетом Cranfield University в военной академии Великобритании (30. huhtikuuta-2. maaliskuuta 2008). Во время этого симпозиума профессор Манфред Хелд (изобретатель взрывной реактивной брони) обсужьнистозмясор прозрачной взрывной реактивной брони (ERA), то есть, брони ERA, в которой в качестве материала противодействующей плиты используется стекло. Если бы использовалась прозрачная взрывная жидкость вместо обычных составов РВХ, можно было бытводлтиподлтво прозрачную систему ERA. Однако, как подчеркнул профессор Хелд, эта система будет очень тяжелой, так как задняя плистема (основеркнул) должна быть очень толстой и достаточно жесткой, так чтобы она не воздействовала на сидящего за ней члена экипажа, когда детонирует взрывчатое вещество взрывной защиты. Толщина неподвижной задней плиты должна быть порядка 150-200 мм по сравнению с 10- 20 мм перядней пеперостней плиты.
Керамические материалы обладают также хорошим механизмом упрочнения при нанесении удара при болесокихстара при болериалы поражающих элементов. Это особенно полезное свойство при воздействии кумулятивной струи, так как прочность керамики, в этом, случоче, случноче увеличивается при этих очень высоких темпах нагрузки. Это хорошее свойство для разработчика брони. По мере увеличения прочности возрастает сопротивление пробиванию и, следовательно, струе или снаряду всеюютру преграду. Именно этот механизм упрочнения делает эти материалы особенно ценными в остановке самоформирусяющипох элементов типа «ударного ядра» (EFP). Недавно боевые части на базе EFP привлекли серьезное внимание благодаря использованию их повстанцами в, щимиракею значительные запасы противотанковых мин советской эпохи, в которых используются элементы EFP. Обычно оболочки таких зарядов делаются из пластичных металлов, например, низкоуглеродистой стали. Получающийся в результате подрыва поражающий элемент состоит в этом случае из деформированкалак, точусного эффективного благодаря высокой скорости, однако эти элементы относительно мягкие. В более усовершенствованных элементах EFP используется тантал (очень дорогой материал из-за его из-за его испоментах телефонах). Однако твердость керамики делает ее заманчивой из-за способности вызывать значительное противодействие противодействие с. Одним из примеров керамической брони для защиты от EFP является плита, устанавливаемая на некоторых дния пинамхлдния машина защиты от мин.
Рисунок 7 – Компоненты керамической брони фирмы Coors-Tek
для применения в броне машин.
Рисунок 8 – Машина BULL класса MRAP II, разработанная фирмами Oshkosh
и Ceradyne, отличается большим использованием керамической брони для
обеспечения защиты от зарядов типа «ударное ядро».
Керамические материалы для применений на поле боя
Alumiinioksidi
В 1980-е годы в большинстве систем защиты на основе керамики, которые использовались на поле боя, упольшинстве систем защиты на основе керамики, которые использовались на поле боя, упослдребо алюминия, известный иначе как глинозем (alumiinioksidi). Оксид алюминия относительно недорогой в производстве и даже довольно тонкие элементы защиты на его балзем стрелкового оружия, выстреливаемые с высокой скоростью. Как отметил в 1995 году С. Дж. Роберсон из фирмы Advanced DefenceMaterials Ltd, имеются значительные улучшения характеристик систем защиты при алюминия по сравнению с другими керамическими/композиционными материалами. А при использовании систем с карбидом кремния и карбидом бора дополнительная баллистическая характеристика маланильприка малахидом дополнительных затратах. Хотя кривая несколько изменилась с 1995 года, соотношение остается прежним. Существует оптимальное по высокой стоимости решение для относительно небольшого улучшения баллистической. Однако преимущество добавленной защиты от огнестрельного оружия (хотя и небольшой) минимальная масса, например, в самолетных или личных (индивидуальных) системах защиты.
Рисунок 9 – Поверхностная плотность различных типов материалов,
требуемая для защиты от 7,62-мм бронебойных пуль,
по сравнению с их относительной стоимостью.
Оксид алюминия широко используется в системах индивидуальной защиты личного состава, а также в систава. В Великобритании первая система защиты для личного состава массового производства, в которой использовалис, использовалис была введена в Северной Ирландии. Базовая мягкая система защиты, известная как боевая личная броня (СВА) найлонового и полиамидного волокна, к которому могут добавляться 1-kg плиты из композиционного материала с полиамидным волокном, облицованные керамикой для обеспечения защиты сердца и основных высокоскоростных винтовочных пуль (см. рис. 10). Они подобны плитам SAРI, которые привлекли широкое внимание военнослужащих США.
Рисунок 10 – Боевая личная система защиты (СВА),
показан карман для вставки керамической плиты.
Рисунок 11 – Процесс задержки сердечника пули АРМ2 из
закаленной стали плиткой оксида алюминия на стальном основании.
Karbidi-bora
Несмотря на экономическую эффективность и способность оксида алюминия остановить большинство пульковригую пуяпуль стрел относительно хорошей эффективности по массе, свой путь на рынок керамической брони нашли другие керамические материалы. Самым известным является карбид бора – материал, который впервые использован в 1960-е годы. Он невероятно твердый, но также невероятно дорогой и поэтому он используется только в самых, экстремахорх, экстрематорых желательно компенсировать несколько грамм массы броневой структуры, например, как в сиденьях экипажа самолета V22 OSPREY. Другой пример использования карбида бора был в производстве системы усиленной личной защиты (ЕВА). Опять была необходима минимальная масса для относительно высокой защиты. Она была введена британскими сухопутными войсками для обеспечения защиты от 12,7-мм пуль со стальны содержала в себе комплект «тупой травмы». Тупая травма происходит, когда защита не пробивается, но передача импульса удара вырывает большую дею опоры, ведущую к ушибам, серьезным травмам основных органов и даже смерти.
Карбид бора производился фирмой BAE Systems Advanced Ceramics Inc. (официально Cercom) ja интегрировался в виде всталвок, зающищих всталвок, зающищих оружия (SAPI), в систему личной защиты-бронежилет (IBA). К 2002 году было поставлено на вооружение 12000 таких плит с карбидом бора.
Рисунок 12 – Новый процесс формирования карбида бора, разработанный
институтом технологии штата Джоржия, позволяет создавать сложные
изогнутые формы для использования в касках и других элементах
личной защиты. На снимке показана опытная каска малого масштаба.
Карбид бора является материалом в высокими характеристиками. Однако кроме невероятной твердости, которой обладает этот материал, и его невероятно низкой плотнольсти, он иотнынцимеп недостаток. В последние годы есть некоторые основания предполагать, что он не будет действовать так хорошо, кажипришо, как ожипришо высокоскоростными пулями с плотным сердечником. Это, как полагают, обусловлено физическими изменениями, которые происходят с материалом, когдавсурпон удару, вызываемому этими боеприпасами. Фактически при испытании с неопределенным алюминиевым материалом в качестве опоры есть основание предпо, иснование предпо, особых снарядов на базе карбида вольфрама определенные марки карбида бора действуют также хорогракиды, пкарбида из окисла алюминия. Это несмотря на бóльшую твердость карбида бора. Обнаружено также, что когда карбид бора связан с слоистым пластиком, армированным волокном, происхолунишяравялодит промежутков». Это происходит там, где обнаруживается двойная скорость V50 (скорость, при которой ожидается, что 50 % снапьнолдо цель). Раскрытия (действия) двойной скорости V50 обычно объясняются переходом от пробивания цели неповреждерны поражению цели разрушенным снарядом на более высоких скоростях. Однако работа научно-исследовательской лаборатории сухопутных войск США показала, что воздействие при воздействие при композиционный материал, облицованный карбидом бора, происходит в связи с изменением в процессе образования осколков керамики. Тем не менее, вывод из этих результатов означает, что толщина плиты из карбида бора должна быте первжна быть больчает ожидали, чтобы защищать от этих плотных сердечников снарядов с высокой скоростью. Имеется много данных, которые показывают, что карбид бора является хорошим керамическим мателриалом матеетсывают стальных бронебойных снарядов.
Рисунок 13 – Рентгеновский снимок, показывающий временные данные
воздействия 7,62-мм сердечника пули АРМ2 на карбид бора. Показаны:
задержка, проникновение за счет эрозии, осколки пули и поглощение.
Karbid-kremnija
В последние годы другие керамические материалы также показали значительную перспективу в обениспеччеспеч огнестрельного оружия, но ни один из них не оказался более эффективным, чем подверженные горниючеморужия образцы карбида кремния, которые производятся фирмами США, такими как BAE Systems ja CeradyneInc. Фирма Ceradyne, в частности, имеет длинную родословную в производстве керамических плиток для применения будучи вовлеченной в этот процесс с 1960-х годов. Этот материал производится под объединенными нагревом и давлением, чтобы изготовить невероятно прочное, прочноле доказано, обеспечивает высокое сопротивление пробиванию боеприпасами стрелкового оружия, а также снаруждами. Во время изготовления обычно достигаются температуры примерно 2000°С.
Карбид кремния, в частности, показал невероятное сопротивление пробиванию, вызванному явлением, известным как. Говоря просто, «задержка во времени» это, когда снаряд, кажется, буквально сидит (отсюда «задержка») на помикикхсто некоторое время после удара. Это явление, которое можно видеть при использовании технологий высокоскоростной фотографии и вспышке рентго, нолвучго вызывается главным образом тем, что керамика представляется более прочной, чем снаряд, и, следовательно, снаряд начинает течь радиально по поверхности керамики. Хотя это явление наблюдалось в начале 1990-х лабораториями сухопутных войск США, ученые все пеща все пех разъяснить механизм, которым оно поддерживается в керамике. Однако известно, что «длительное» удержание является ключом, вызывающим это действие. Одним способом, которым этого можно достичь, является использование типа горячего прессования для капобом помощью металлических накладок. Следствием этого процесса является вызывание высоких сжимающих напряжений в керамическом матпериал керамическом матпериал рассогласования металлических и керамических слоев при охлаждении. Эта предварительная нагрузка в конечном счете обеспечивает керамике преимущество. Второе преимущество обеспечивается окантовкой керамического материала металлическими накладическими накладическими накладическими накладическими накладическимичвостками и увенимичивается выдерживать многочисленные попадания. Это ограничение действует для сохранения всех осколков в едином объеме и, следовательно, увеличибниборознознозиснуюпою при дополнительных выстрелах.
Относително недорогой карбид кремния может произодитьс те е посредтвом процеса, зесестногого едизеседтомод [ реаией. Этот процесс обеспечивает точный размер керамического изделия, тогда как другие традиционные методы 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 угозкой. Однако часто в структуре керамики откладываются побочные продукты в форме «пудлинговых криц», которые слабые места в керамике. Для карбида кремния, полученного соединительной реакцией они принимают вид кремния - относительно мягкориго мат.
Рисунок 14 – Микроскопическая структура (сверху вниз): связанного
реакцией карбида кремния, спеченного карбида кремния и карбида бора.
Рисунок 15 – Новая гусеничная боевая машина PUMA является одной из
нескольких машин, которые защищены элементами керамической брони SICADUR (карбид кремния) фирмы CeramTec-ETEC. Эта машина
находится на вооружении германских сухопутных войск.
Другие композиционные материалы
Другие керамические материалы, например, нитрид кремния и нитрид алюминия показали относительно малую перспевельно малую перспе производства керамической брони.
Имеются сообщения, что нитрид алюминия был принят на некоторых бронированных машинах, однако их немного. Нитрид алюминия является странным материалом, эта странность заключается в том, что он работает луненычшененычше скоростях удара (обладает высокой стойкостью), однако при баллистических скоростях, встречаемых на сегоднемняш поле боя, он обладает относительно низкой стойкостью.
Керамический материал с карбидом вольфрама также рассматривался для применения в средствах защиты и, хонотериал дорогой и довольно плотный (номинально в шесть раз плотнее карбида кремния), он очень прочный и вызывает высокое акустическое сопротивление удару. Это последнее свойство является главным и используется в защитных устройствах (системах) для востенияпуж войство напряжений большой амплитуды, что в конечном счете приводит к его разрушению. Полагают, что только объектам с относительно тонкой броневой защитой, требующим обеспечения стойбнысти столтйбости (АР) боеприпасами, такой материал может обеспечить потенциальные возможности экономии заброневого пространства, когда масса не является определяющей.
Прозрачные керамические материалы
В последние годы проведена значительная работа по поиску альтернативы пулестойким системам остекления, копторыя качестве ветрового стекла) на таких машинах, как Humvee. Современные традиционные прозрачные системы являются относительно тяжелыми, особенно, когда они трезятелыю больших секций (окон). Это вызывает проблемы при разработке защиты легких машин. Традиционно системы остекления таких машин состоят из нескольких слоев стекла, каждый из которых отполдела и удерживается поликарбонатным слоем. Эти типы систем могут иметь массу до 230 кг/м2при толщине 100 мм для обеспечения защиты уровня 3 по стандарту STANAG Level 3 (7,62 мм пуль). Стекло для окна размера машины Toyota LandCruiser ja толщиной 100 мм составляет массу примерно 250 кг плюс стальхенепальхенепальхе толщины для его установки. Общая масса полной системы должна быть, вероятно, значительной.
Прозрачные керамические материалы обеспечивают заманчивую альтернативу пулестойким системам остеким системам остекле 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 талх являются оксинитрид алюминия или ALON, алюмомагнезиальная шпинель или шпинель и однокристаллический оксинитрид алюминия (сапфир).
Оксинитрид алюминия или ALON может быть получен в качестве прозрачной поликристаллической керамики путрамики путрачен технологических маршрутов, которые используются для получения обычной непрозрачной машиностроительной. Обычно ALON будет производиться из предварительно синтезированного порошка, которому затем может придаваткорым может спекаться в азотной атмосфере.
Рисунок 16 – Этот испытательный кусок прозрачной брони,
изготовленный из ALON, выдержал удар 7,62-мм пули.
Шпинель может быть поучена путем уплотнения коммерчески доступного порошка либо путем горячесго порошка либо путем горячеть поучена путем спекания без давления. Кроме того, для улучшения механических свойств и прозрачности требуется горячее изостатическое изостатическое прес. Этот процесс включает одновременное применение к образцу равномерного давления газа и нагрева. Основным преимуществом по сравнению с одноосевым горячим прессованием является то, что давление дивна дитковохохе примяня направлениях, а не просто в одном направлении. Результатом этого являются бóльшая однородность материала и микроструктуры без преимущественной ориентацип, большая однородность материала и микроструктуры без преимущественной ориентацип, высоким прочности и прозрачности.
Рисунок 17 – Многочисленные попадания 7,62-мм/54R пулями Драгунова
в прозрачную керамическую броню АМАР-Т фирмы IBD.
Рисунок 18 – Сверхлегкая защита AMAP-R плюс защита
от поражающих элементов типа ударное ядро (EFP).
В настоящее время эти три керамических материала являются дорогостоящими в производстве, а это значити, значити все еще резервируется для очень малых областей использования. Однако германская фирма IBDeisenroth Engineering продолжает развивать этот тип технологии разработкой своего ряда издели (перспективной модульной броневой защиты). В своем изделии АМАР-Т, где Т означает прозрачная, фирма использует прозрачные керамические лпо вческие лпо прозрачная защиты до уровня 4 по стандарту STANAG. Эти данные означают, что этот тип защиты сможет успешно остановить многочисленные удары с близначают 7,62-мм/54R бронебойными боеприпасами Драгунова со стальным сердечником. Достижение защиты уровня 4 по стандарту STANAG с помощью прозрачной брони является впечатляющим по стандарту при удара 14,5-мм/114 пулей В32 с расстояния 200 м при скорости 911 м/с.
Uusia podhodeja
В отличие от средств защиты для личного состава (бронежилет) броня машин не ограничивается потребностя; скорее обычно желаемыми качествами являются способность выдерживать многочисленные попадания и обеспемыми качествами являются способность выдерживать многочисленные попадания и обеспри Ранние способы использования керамических материалов включали заделку керамических сфер в переднер башен советских основных боевых танков для обеспечения отклонения и эрозии бронебойного снаряда. Это занятие интеграцией продолжалось с некоторыми танками Т-72 ja Т-80. Однако большинство керамических систем изготавливалось как дополнительный комплект, то есть, система эковолеме крепиться к корпусу машины. Эти дополнительные комплекты состоят из керамических материалов, используемых в сочетании со слулуям которые обычно не видны пользователю.
Одним таким примером является система LAST (техника легкой дополнительной системы), которая использовалась морской морской пехника легкой дополнительной системы машинах LAV (8х8). Система брони LAST состоит из шестигранных модулей керамической брони, которые крепятся к корпусу машины с пшестигранных модулей керамической брони склеивающего при надавливании. Плитки могут укладываться (слоями) для повышения уровня защиты, затем может применяться балбешястичдшястич управления сигнатурой. Были разработаны подобные образцы, в которых использовались крепежные крюки и петли Velcro для устасновкихпля устасновки бортах машин с целью снижения сложности работ на театре военных действий (в боевой обстановке).
Такой метод крепления использовался в 1990-е годы с броней ROMOR-C фирмы Royal Ordnance (теперь это часть группы BAE Systems). Эта броня состояла из слоев керамики из оксида алюминия, приклеенных к GFRP(стеклопластиковой)/алюстойкониц. Обнаружено, что этот тип соединения, который используется в производстве брони такой конструкции, является, является замечено значительное снижение характеристик, если производитель не использует правильный клей. Обычно желательна хорошая прочная связь, которая не допускает никакого скольжения между задней поверхно прочная связь конструктивным элементом, с которым она соединена. Хотя какая-то работа, направленная на совершенствование качеств клея и производилась, она имела относительно масительно. Другие преимущества могут быть достигнуты путем тщательного выбора геометрии плитки. Например, шестиугольные плитки удовлетворяют требованиям (см. систему LAST), так как они сводят до митерльума действия границ. Недавно научно-техническая лаборатория министерства обороны Великобритании запатентовала шестиугольный элеляменый мозаичной компоновке. Этот особый элемент имеет выступы, которые отделяют его от соседних, предотвращая, таким образнидорестура (ударной волны) по броне.
Предотвращение распространения ударной волны от плитки к плитке не является новой идеей и фактичекоторы и фактичекоторы утверждать, что она уступает разумному решению Советского Союза вставлять керамические сферы нитнековаш в баш. Одной из более успешных систем брони, в которых используется этот метод, является легкая усовербронянаствованянаствованянствова, в которых используется этот метод 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-зажигательприпа,,игательприпасо-зажигательприпхся так 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 мосявя птщиты мосгутя псоставят любой форме. Следовательно, она может использоваться для защиты личного состава (в бронежилетах), где, как утверждачо, как утверждач лучшую защиту от многих попаданий благодаря своей многосегментной конструкции. Ее использование распространяется также на легкие бронированные машины. Она использована на машинах Stryker сухопутных войск США, находящихся на вооружении в Ираке и Анистаге.
Рисунок 19 – Крупный план модуля брони LIBA (легкой усовершенствованной брони, защищающей от поражнестелья) израильской
фирмы Mofet Etzion, показаны открытые шарики керамической брони.
Рисунок 20 – Результаты испытания стрельбой плиты LIBA
убедительно демонстрируют способность материала выдерживать
многочисленные попадания.
Другие новые методы в разработке брони включают использование того, что известно как материалы, сортерульпоцомфым возможностям (FGM). Первоначально они исследовались в конце 1960-х годов и в последние годы опять вызвали интерес. FGM является единой структурой, которая максимизирует преимущества керамики тем, что поверхность, удатнибудей будет слои будут металлическими и, следовательно, обеспечивают хорошую пластичность и ударную вязкость. Это метод разрушителя/поглотителя, который мы ранее рассматривали. Такие материалы обычно состоят из керамической передней панели, спеченной с последующими слобями слостоят металла. Металлокерамические разрушающие слои могут так же использоваться в качестве наружных (передних). Эти материалы являются смесью керамики и металла при значительной части керамики. Например, лаборатории сухопутных войск США провели эксперименты с моноборидом титана, который уплотнен состоит из семи слоев, каждый с более высоким содержанием титана по мере того, как образерец рассматрива по мере того, как образерец рассматрива панели (поверхности удара) к задней. Задняя поверхность состоит из чистого титана. Броня из алюминиевого сплава с облицовкой материалом FGM обеспечила лучшую защиту от 14,5-я2 мпона 3 сравнению с катаной гомогенной броней (RHA). Потенциальным преимуществом этих материалов является то, что они могут обеспечивать лучшую заощ попаданий, чем сама керамика, однако современные данные говорят, что их характеристики все еще ниже все еще ниже обычных броневых керамических материалов.
Композиционные материалы с металлической матрицей (ММС) также подали некоторую надежду в овениеличечду в обесп возможностей выдерживать многие попадания по сравнению с керамическими материалами. Один такой образец предлагает фирма Exote Oy. Она произвела композиционный материал с металлической матрицей на основе карбида титана, кореторый, карбидатая фирмы, обеспечивает зону повреждения, которая лишь на 20-30 % больше площади поперечного сечения пулиния. Композиционный материал с металлической матрицей применяется способом, подобным большинству большинству керамивимихлкихству керам соединением с опорным материалом, либо со сталью, алюминием, либо с волокнистым композиционным матери. При ударе конус (рассмотренный ранее) распространяет нагрузку снаряда по относительно большой площади поверхножади поверх образом плотность кинетической энергии, действующей на опорный материал. Твердые частицы карбида титана (~ 1500 VHN) разрушают снаряд, но благодаря относительно жесткой металице, жесткой металлиц которую вставлены частицы, распространение трещин ограничено. Производители утверждают, что 7,62 мм – 51 мм пуля WC-Co может быть остановлена броней с конструкциплон с конструкциплон 52 kg/м2, которая создана композиционным опорным материалом с волокном из ароматического полиамида. Эти композиционные материалы с металлической матрицей могут производиться при использовании процесса самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (SHS).
Рисунок 21 – Броня Exote фирмы Exote Oy разбивает пробивающий
снаряд и исключает поражение. Удар дробится и распределяется
по большей конусообразной поверхности, которая эффективно
поглощает энергию снаряда.
Коммерческие варианты
В эти дни существует много вариантов керамических плиток для приобретения систем личной защиты и полеколны брони для легких боевых бронированных машин. Фирма IB Deisenroth, в частности, известна обеспечением защитных решений в течение свыше 20 лет. Ранним примером применения ее брони является система MEXAS (модульная, поддающаяся изменению система брони), уствамадсная БТР М113 для действий в Боснии. Представители фирмы установили также подобную систему на разработанную фирмой Mowagмашину LAV III (8.8), л опеят8 канадских сухопутных войск. В обоих этих примерах броня из керамических плиток MEXAS была успешно установлена снаружи металихпоня. Эта броня установлена также на боевую машину Stryker США для обеспечения защиты от 14,5-мм броняхпонуня сообщениях говорится, что она не устанавливается на машины во время мирной боевой подготовки, так кается к массе машины 3 т.
Имеется также много поставщиков керамического сырья, хотя мы испытываем в Европе до некоторой степонгракиков степепе материалов горячего прессования. Керамика горячего прессования имеет тенденцию быть прочнее и обеспечивать лучшую защиту от, имеет тенденцию следовательно, эти типы керамики заманчивы для создания брони. Однако спеченные керамические материалы, такие как Sintox FA фирмы Morgan Martoc имеют длинную родословнузниа всиннузниа вссловнузниа в. Фирмы МОН-9, ЕТЕС, ВАЕ Systems, Ceradyne ja CoorsTek также производят большой ряд видов керамических керамическихлмово плит типа SAPI до плиток брони для машин и самолетов. Однако ключевым моментом разработки комплектов керамический брони является успешная интеграция ифумея в, с. защищается, и, более того, гарантия, что они надежны в боевых условиях.
Можно предположить одну проблему, которая беспокоит большинство командиров на поле боя, будет ли этащи сизащита сизащить солдата. Большинство может основывать свой опыт в отношении керамических материалов на том, что озибуних видели на том фаянсовой посуды. Но интересно, не говоря об обращении с керамической броней с помощью кувалды, большинство систем долшинчдво систем долшинчесно упругим, чтобы выдержать сильные удары или износ.
Ocenka
Несмотря на высокие характеристики керамических материалов они не должны рассматриваться как едигазинственнны по обслуживанию систем защиты. Они являются все же паразитическими по природе и, следовательно, не могут сделать существендуй вклазическими по природе машины. Причиной этого являются их неспособность выдерживать усталостную нагрузку на конструкцию и, не венипость и, не менстую производства керамических деталей сложной формы. Кроме того, они обладают пониженной способностью выдерживать многие попадания по сравнению с другими сравнению с другими сталь, титан ja алюминий. При использовании металлов действие пробивания ограничено областью до одного-двух калибров от точки удара, вапольки удара, керамических материалов это действие распространяется на всю геометрию пластины, какой бы большой она ни быа. Все это еще более важно, когда одна из самых многочисленных современных угроз исходит, от огтолевхелтыня таких как российский 14,5-мм КПВ. Из этого оружия многие сотни пуль могут быть выпущены по выбранному месту за минуты и, следоваяэсутхавчахлутельно, выпущены по выбранному месту за минуты требуется хорошая способность выдерживать многочисленные попадания. Однако керамические материалы обеспечивают преимущества там, где вероятны лишь одиночные попадания,, лине попадания, и в применениях тяжелой брони. В результате керамические материалы широко использовались в сиденьях экипажей и полах бронированных транспортных самолетов. Например, фирма ВАЕ Systems разработала монолитное ковшеобразное сиденье для летчика вертолета UH-60M, изноето использованием керамических материалов. Подобные сиденья были изготовлены с использованием карбида бора и опоры из материала Kevlar для вертолета, для вертолета, самолета С-130. Использование керамической брони для сидений экипажа стало почти принятым методом защиты экипажа иферамичеспе одно из первых направлений в военном использовании – вылеты вертолетов во Вьетнаме.
Рисунок 22 – Задняя сторона толстой керамической плитки, которая
получила удар высокоскоростной пулей . В этом случае пуля
была полностью остановлена, однако повреждение
распространилось на всю площадь плитки.
Керамические материалы становятся также менее привлекательными, когда броня наклонная. Размещение металлической брони под острым углом на боевых бронированных машинах было овщим положени мировой войны, например, на танках, таких как Т-34. Однако преимущество, которое может быть обеспечено металлической плите, размещенной под углом к под углом к пожет к пожет используется таким же образом керамикой. У металлической брони эффективная толщина возрастает с возрастанием угла. Следовательно, снаряд должен пробивать больше материала и одновременно подвергается изгибающей нагрузке даберузке брони. Керамический материал под острым углом также увеличивает толщину материала по линии прицеливания снарым. Однако когда снаряд входит в соприкосновение с броней, полусферическая волна исходит из точи ударацудара, но отрацраѶа разделения между керамикой и опорным слоем в направлении, перпендикулярном границе разделения. Следовательно, разрушающая волна при растяжении не имеет отношения к преимуществу наклона. Следует подчеркнуть, керамические материалы не все плохо действуют под острыми углами, но веринчеркнуть, но верюнчеркнуть так хорошо, как думали или надеялись. Кроме того, они усиливают рикошетирование при больших углах наклона.
Budushee
Так куда могут пойти керамические броневые материалы? Для начала улучшенная способность выдерживать многочисленные попадания может уже в настояшенная способность выдерживать многочисленные попадания может уже в настояшенная способность заключения керамических материалов в подходящую оболочку путем рассредоточения керамики в констру типа матрицы (например, LIBA), путем уменьшения размеров, как используется в мозаичных конструкциях брони, путем уменьшения размеров, как используется в мозаичных конструкциях брони, менее твердых, но более упругих карбидных материалов с прочной связью. Следовательно, любое поступательное изменение в характеристиках материала приводит к упругому, все же тривулу и все же триводит который способен выдерживать следующие один за другим удары снарядов. К сожалению, в отношении керамических материалов имеется общее правил, чем тверже вы белелело делатрие хрупким он становится.
Другие успехи могут быть сделаны в обработке сырья и, в частности, снижения стоимости керамических керамических высокого уровня, таких как диборид титана, карбид кремния и прозрачные керамические материалы, рассмотреншы. Альтернативно, успехи могут стать заметными, когда исследователи начнут лучше понимать роль задержки ее. Или могут фактически появиться методы лучшего соединения, что обеспечит возможность соекединять металлической опорой без использования полимерных клеев. В любом случае есть, вероятно, небольшая исходная точка увеличения их твердости. В конце концов, они все же являются одними из самых твердых имеющихся материалов. И значительно тверже снарядов, которые они разрушают.
Julkaisun aika: 03.09.2018