УСПЕХИ В ОБЛАСТИ КЕРАМИЧЕСКОЙ БРОНИ Пол Дж. Хейзелл

В настоящее время существует непрерывно возрастающая потребность в более легких жана меньших по габаритам боевых бронированных системалар. Ожидается, что боевые бронированные машины бул легче и меньше по габаритам благодаря повышенным требованиям к лучшей стратегиялык мобильности. Этому способствует современная броневая керамика, которая является очень прочным материалом, фактически она обладает значительно более высокими характеристиками боюнча сравнению менен имеющимися бардык прочемы сталями. Это полезное свойство может быть использовано для брони, в которой снаряд (пуля) же кумулятивная струя прилагают сжимающую нагрузку на материал.

Западные вооруженные силы увеличивают свое присутствие за границе, где основная угроза представлена ​​значительным распространением тяжелых пулеметов (НMG) же выстреливаемых с упором в плечо противотанковых Р. Эту проблему часто усугубляют политические и (же) оперативные требования, выполнение которых требует главным образом использования легких боевых бронированных машине, в основном колесных, которые по своей возвращенные конструкции жана массовый конструкциялар защиты от огнестрельного оружия (обычно от 7,62 -мм оружия). В связи с таким положением возникает требование к производству брони, обеспечивающей лучшую защиту личного состава при одновременном сведении до минимума ее толук массы.

Хорошая защита в сочетании с малой массой играет важную роль в собственной защите личного состава, об этом знает любой солдат, ведущий боевые действия в сочетаний Ираке же Афганистане. Взять, например, личный бронежилет (IBA) сухопутных войск США. Первоначальная его концепция состояла из верхнего тактического жилета (OTV) жана эки носимых керамических втавок, спереди жана 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 улучшенными боковыми вставками, а также расширенная защита с дополнительными приспособлениями, закрывающимичи плеери. Бул SAPI жана ESBI пластиналарын колдонуу үчүн, винтовочных пуль с высокой начальной скоростью үчүн которые обеспечивают лучшую защиту. Этот уровень улучшенной, бирок легкой защиты менен достигнут только при использование 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. Огаё. Этот бронежилет включает новую формасы керамических пластин, которые мүмкүн 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 фирмасы Ceradyne.

Основные сображения по керамической броне

Большинство людей ассоциируют слово «керамика» с глиняной или фаянсовой посудой, которую они используют дома, же кафелем, используемым на стенах ванной комнаты. Керамические материалы использовались в домашних условиях тысячелетиями, однако бул материалы стали началом керамических материалов, которые применяются в настоящее время в настоящее время в боевых бронированных машиналар.

Слово «керамика» обозначает «обожженные вещи» жана фактические современная машиностроительная керамика, подобно своим двойникам на базе глины, керек үчүн производства значительного нагрева. Однако главной разницей между керамикой, которую мы выбираем для использования в качестве брони, и керамикой, которую мы находим дома, является прочность. Современные броневые керамики являются очень прочными материалами и фактические при сжатии они мүмкүн болот прочнее, чем имеющиеся самые прочные стали (см. 1-табл.). Это полезное свойство используется для брони, в которой снаряд же кумулятивная струя прилагают сжимающую нагрузку на материал. Керамики, конечно, имеют «Ахиллесову пяту». Они слабы на растяжение и, следовательно, они способны выдерживать только очень маленькие количества деформации (удлинение до разрушения), кандай показывает Таблица 1 м 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)

Керамики в броневом применения работают в значительной степени кандай элементтери устройства разрыва в конструкции многослойной брони. Целью этих материалов в конструкции многослойной брони является разрыв на осколки подлетающего снаряда же тез ослабление его. Другими словами, кинетическая энергия снаряда рассеивается броневым материалом разбивая снаряд на осколки жана перенацеливая энергияю получающихся в результате осколков в сторону от защищаемой конструкции. Другие элементи в многослойной конструкции кандай «поглотители», то есть они поглощают кинетические энергияны снаряда за счет пластической деформации же расслаивания, ошондой эле образом превращая ее в более тескөө, ошондой эле формулярдык энергия.

Рисунок 4 – Механизм поражения пробиванием плиты

композитной/гибридной брони.

«Разрыва» жана «поглощения» кинетикалык энергиясы үчүн подлетающего средства угрозы үчүн большинство системасы брони оптимизациялоо. 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 акча. Разбивание сердечника связано также с радиальной дисперсией. То есть, осколки сердечника приводятся в движение перпендикулярно, когда снаряд пытается пробить систему. Это уменьшает плотность кинетикалык энергия снаряда (кинетическая энергия, деленная на площадь поперечного сечения снаряда) и, следовательно, уменьшает пробивную способность.

Начало первого исследования в области типов брони, облицованной керамикой, может быть отнесено к периоду как раз после первой мир войны, когда в 1918 году невилл Монроу Хопкинз экспериментально наблюдал, что 0,0625 наблюдающий наблюдаю торону стальной цели, увеличивало ее защитные возможности. 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. Мисалы, 1965-жылы UH-1 HUEY вертолети менен композиттик брони менен твердим покрытием (HFC), бронированных сиденьях пилота жана второго пилотаны колдондум. 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. 1-табл.).

Рисунок 5 – Сиденья вертолетов жасалган типтүү примером применения

керамической брони. Слева направо: сиденья вертолетов TIGER (фирмасы BAE Systems Advanced Ceramics Inc.), AH-64 APACHE, в котором используется

карбид бора жесткого прессования (фирмасы Simula Inc.)

и MH-60 BLACKHAWK (фирма Ceradyne Inc.).

Конфликт, конечно, дал подъем новым идеям, а необходимость защитить экипажи вертолетов привела к обширным исследованиям. Именно эта работа, выполненная учеными США в 1960-жылы, создала базау для совершенствования в настоящее время характеристика керамической брони.

Механизм воспрещения пробивания преграды снарядом

Прежде чем углубиться в изучение современных успехов в технологии керамической брони, полезно рассмотреть механизмдери, за счет которых система на базе керамики способна снаряды. Ранняя работа М. Л. Уилкинза и его коллег из лабораторий США создала основу для понимания того, что фактически происходит, когда пуля стрелкового оружия наносит удар по цели с керамическим покрытием.

В момент удара ультразвуковые волны нагрузки распространяются в керамику и вдоль сердечника акча. Волны в обоих этих материалах разрушаются, для керамики бул проблемой становится, когда волна сталкивается с периферийной поверхностью раздела же на самом деле со связующим слоем ортосунда керамикой жана ее защитным слоем. Большинство типов керамической брони в настоящее время создается при использовании полимерного связующего материала, который по своей природе имеет низкую жесткость жана плотность. На поверхности раздела керамики/связюющего материала происходит сильное эластичное отражение, которое разбивает керамический материал. Кроме этого, происходит сильная сдвиловая волна, которая буквально «расстегивает как молнию» полимерный связующий материал и, 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 большинстве случаев, распространяет нагрузку от пул 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 неупругию деформацию; можно увидеть,

что пластическая деформация задней плиты происходит как раз

под образуемым нагрузочным конусом керамики.

Бул первое преимущество, которое обеспечивается керамикой. Как уже упоминалось, керамика очень твердая и эта высокая твердость обеспечивает сопротивление пробиванию. Высокая твердость оказывает снаряду чоң 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 интенсивность 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, керамикалык материалдар, зарыл, обладают магической способность противостоять пробиванию. Разгадкой здесь является охрупчивание (хрупкое противодействие) материал. 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) ошондой эле эффективным в качестве броневого материала против кумулятивных струй. Однако следует подчеркнуть, что бул высокие показатели проявляются при соотношении массы на массу, эгерде сравнивать со сталью. Следовательно, потребуется довольно большая толщина стекла үчүн обеспечения достаточной защиты. Оконное стекло толщиной 3 мм не устоит против струи гранаты РПГ-7!!

Однако интересная концепция менен предложена на 13-ом европейском симпозиуме по боевым бронированным машина (AFV), проводимом университет Cranfield University в Военной академии Великобритании (30 апреля-2 май 2008 года). Ошол эле учурда профессор Манфред Хелд (Изобретатель взрывной реактивной брони) обсуждал возможность создания прозрачной взрывной реактивной брони (ERA), то есть, брони ERA, в которой в качестве материала противодействующийся. Эгерде RVX объектисин колдонууга болот, ERA толук прозрачную системин чыгарууга болот. Однако, как подчеркнул профессор Хелд, эта система будет очень тяжелой, так как задняя плита (основной броневой защиты) болушу керек, ошондой эле ачык-айкын жана жеткиликтүү, ошондой эле, ошондой эле, ошондой эле, ошондой эле, ошондой эле, ошондой эле, ошондой эле, ошондой эле, ошондой эле, ошондой эле, ошондой эле, ошондой эле, ошондой эле, ошондой эле, ошондой эле, ошондой эле, ошондой эле, ошондой эле, ошондой эле, ошондой эле, ошондой эле, ошондой эле, ошондой эле, ошондой эле, ошондой эле, ошондой эле, ошондой эле, ошондой эле, ошондой эле, ошондой эле, ошондой эле, анын ичинде, ошондой эле, ошондой эле. Толщина неподвижной задней плиты керек болот быть порядка 150- 200 мм по сравнению с 10- 20 мм передней противодействующей плиты.

Керамические материалы обладают ошондой эле хорошим механизмом упрочнения при нанесении удара при более высоких скоростях поражающих элементтер. Это особенно полезное свойство при воздействии кумулятивной струи, так как прочность керамики, в этом случае, значительно 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 все труднее пробивать таку преграду. Именно этот механизм упрочнения делает эти материалы особенно ценными в остановке самоформирующихся поражающих элементов типа «ударного ядра» (EFP). Недавно боевые части на базе EFP привлекли серьезное внимание благодаря использованию их повстанцами в Ираке, имеющими значительные запасы противотанковых мин советской эпохи, в которых используются элементтери EFP. Обычно оболочки таких зарядов делаются из пластичных металлов, мисалы, низкоуглеродистой стали или меди. Получающийся в результате подрыва поражающий элемент состоит в этом случае из деформированный куска металла, очень эффективных благодаря высокой скорости, однако эти элементы относительно мягкие. В более усвершенствованных элементах EFP колдонуу тантал (очен дорогой материал из-за его использования в мобильных телефонах). Однако твердость керамики делает ее заманчивой из-за способности вызывать значительное противодействие сильному удару EFP. Одним из примеров керамической брони для защиты от EFP является плита, устанавливаемая на некоторых машина под днищем для защиты от мин.

Рисунок 7 – Компоненты керамической брони фирмасы Coors-Tek

для применения в броне машин.

Рисунок 8 – Машина BULL класса MRAP II, разработанная фирмами Ошкош

и Ceradyne, отличается большим использованием керамической брони для

обеспечения защиты от зарядов типа «ударное ядро».

Керамические материалы для применений на поле боя

Оксид алюминия

1980-жылы ири керамикалык системада защиты бар негизги керамики, которые колдонулушу на поле боя, употреблялся оксид алюминия, известный иначе как глинозем (глинозем). Оксид алюминия относительно недорогой в производстве и даже довольно тонкие элементы защиты на его базе могли остановить акча стрелкового оружия, выстреливаемые с высокой скоростью. Как отметил в 1995 году С. Дж. Роберсон Advanced DefenceMaterials Ltd фирмасынан, башка керамическими/композиционными материалдары боюнча сравнению менен оксид алюминияны колдонуу менен имеются значительные улучшения характеристика системасы защиты. А при использовании систем с карбидом кремния и карбидом бора дополнительная баллистическая характеристика мала при значительных дополнительных затратах. Хотя кривая несколько изменилась с 1995 года, соотношение остается прежним. Существует оптимальное по высокой стоимости решение для относительно небольшого улучшения баллистикалык характеристика. Однако преимущество добавленной защиты от огнестрельного оружия (хотя и небольшой) мүмкүн быть заманчивым, эгерде керек минимальная масса, мисалы, в самолетных же личных (индивидуалдык) системалык 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 системах защиты машин. В Великобритании первая система защиты үчүн личного состава массового производства, в которой использовались керамические плиты, была введена в Северной Ирландии. Базовая мягкая система защиты, известная как боевая личная броня (СВА), является составной и состоит из основного элемента из найлонового жана полиамидного волокна, к которому мүмкүн добавляться 1-кг плиты общественное общественных объединения общества иты сердца и основных органов от высокоскоростных винтовочных пуль (см. рис. 10). Они подобны плитам SARI, которые привлекли широкое внимание военнослужащих США.

Рисунок 10 – Боевая личная система защиты (СВА),

показан карман для вставки керамической плиты.

Рисунок 11 – Процесс задержки сердечника акча АРМ2 из

закаленной стали плиткой оксида алюминия на стальном основании.

Карбид бора

Несмотря на экономическую эффективность жана способность оксида алюминия остановить большинство пуль стрелкового оружия при относительно хорошей эффективности по массе, свой путь на рынок керамической брони нашли башка керамикалык материалдар. Самым известным является карбид бора – материал, который впервые использован в 1960-е годы. Он невероятно твердый, бирок также невероятно дорогой и поэтому он пайдаланышат только бардык экстремалдык кызматтар, в которых желательно компенсировать несколько грамм массы броневой структуралары, мисалы, как в сиденьях V.22 самолета. Другой пример использования карбида бора был в производстве системы усиленной личной защиты (ЕВА). Опять была необходима минимальная масса үчүн относительно высокой защиты. Она была введена британскими сухопутными войсками үчүн обеспечения защиты от 12,7-мм пуль менен стальным сердечником жана содержала в себе комплект «тупой травмы». Тупая травма происходит, когда защита не пробивается, бирок передача импульса удара вызывает чоң деформацию в слое опоры, ведущую к ушибам, серьезным травмам негизги органдардын органдары жана даже смерти.

BAE Systems Advanced Ceramics Inc. (официально Cercom) жана стрелкового оружиядан (SAPI), системада личной защиты-бронежилетте (IBA) интегрировались. 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 жана башка элементтер

личной защиты. На снимке показана опытная каска малого масштаба.

Карбид бора жөнүндө материалом в высокими характеристиками. Однако кроме невероятной твердости, которой обладает бул материалды, и его невероятно разкой плотности, ал имеет один потенциальный недостаток. В последние годы есть некоторые основания предполагать, что он не будет действовать так хорошо, как ожидают, при пробивании высокоскоростными пулями с плотным сердечником. Это, как полагают, обусловлено физическими изменениями, которые происходят с материалом, когда он подвергается сильному удару, вызываемому этими боеприпасами. Фактически при испытании с неопределенным алюминиевым материалом в качестве опоры есть основание предполагатся, что против особых снарядов на базе карбида вольфрама определенные марки карбида боюнча иштейт, ошондой эле жакшы, ошондой эле жакшы, ошондой эле алдын ала окия. Это несмотря на большую твердость карбида бора. Обнаружено также, что когда карбид бора связан с слоистым пластиком, армированным волокном, происходит явление «разрушения промежутков». Бул происходит там, где обнаруживается двойная скорость V50 (скорость, при которой ожидается, что 50% снарядов толук пробьют цель). Раскрытия (действия) двойной скорости V50 объясняются переходом от пробивания цели неповрежденным снарядом к поражению цели разрушенным снарядом на более высоких скоростях. Однако работа научно-исследовательской лаборатории сухопутных войск США показала, что воздействие при большей скорости V50 на композиционный материал, облицованный карбидом бора, происходит в связи с изменением в процессе образования осколковой керамики. Тем не менее, вывод из этих результатов означает, бул тольщина плиты из карбида боржно быть больше, чем первоначально ожидали, чтобы защищать от этих плотных сердечников снарядов с высокой скоростью. Имеется много данных, которые показывают, что карбид бора является хорошим керамическим материалом для использования против стальных бронебойных снарядов.

Рисунок 13 – Рентгеновский снимок, показывающий временные данные

воздействия 7,62-мм сердечника акча АРМ2 на карбид бора. Показаны:

задержка, проникновение за счет эрозии, осколки акча и поглощение.

Карбид кремния

В последние годы другие керамические материалы также показали значительную перспектив в обеспечении защиты от огнестрельного оружия, бирок эч нерсе жок, эффективным, чем подверженные горячему эффективным, чем подверженные горячему прессованию фирмасы, ошондой эле крема. и CeradyneInc. Фирма Ceradyne, в частности, имеет длинную родословную в производстве керамических плиток применения с целью защиты, 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, aAPFSDSSSнарядами. Во время изготовления обычно достигаются температурасы примерно 2000°С.

Карбид кремния, в частности, показал невероятное сопротивление пробиванию, вызванному явлением, известным как задержка во времени. Говоря просто, «задержка во времени» бул, когда снаряд, кажется, буквально сидит (отсюда «задержка») на поверхности керамики некоторое время после удара. Это явление, которое можно видеть при использовании технологий высокоскоростной фотографии жана вспышке реконструкциялоо луча, вызывается главным образом тем, что керамика представляется более прочной, чем снаряд, и, следовательное прочной. Хотя это явление наблюдалось в начале 1990-х лабораториями сухопутных войск США, ученые все все пытаются разъяснить механизми, которым оно поддерживается в керамике. Однако известно, что «длительное» удержание является ключом, вызывающим бул иш. Одним способом, которым бул мүмкүн достичь, является колдонулат типа горячего прессования үчүн капсулирования керамики үчүн помощью металлических накладок. Следствием этого процесса является вызывание высоких сжимающих напряжений в керамическом материале посредством теплового рассогласования металлических жана керамических слоев при охлаждении. Эта предварительная нагрузка в конечном счете обеспечивает керамике преимущество. Второе преимущество обеспечивается окантовкой керамического материала металлическими накладками жана увеличением возможности выдерживать многочисленные попадания. Это ограничение действует для сохранения бардык осколков в едином объеме жана, следовательно, увеличивает эрозияны способность брони при дополнительных выстрелах.

Относительно недорогой карбид кремния может производиться также посредством процесса, известного как соединение реакцией. Этот процесс обеспечивает точный размер керамического изделия, ошондо как другие традиционные методы обработки не позволяют получить этого из-за высоких температура жана давления. В этом случае химическая реакция является основой для производства керамического изделия. Реакция соединяет исходные материалы керамики, используемые для определенных видов брони при разкой угрозе. Однако часто в структуре керамики откладываются побочные продукты в форме "пудлинговых криц", которые могут образовать слабе места в керамике. Для карбида кремния, полученного соединительной реакцией они принимают вид кремния - относительно мягкого материала.

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 элементтерами керамической брони SICADUR (карбид кремния) фирмасы CeramTec-ETEC. Эта машина

находится на вооружении германских сухопутных войск.

Другие композиционные материалы

Другие керамикалык материалдар, мисалы, нитрид кремния и нитрид алюминия показали относительно начар перспективи в деле производства керамической брони.

Имеются сообщения, что нитрид алюминия менен принят на некоторых бронированных машиналар, андан да көп эмес. Нитрид алюминия является странным материалом, эта странность заключается в том, что он работает лучше при увеличенных скоростях удара (обладает высокой стойкостью), бир нече баллистикалык скоростях, бардык нерсенин баарын жок кылат ью.

Керамический материал с карбидом вольфрама ошондой эле рассматривался үчүн применения в средствах защиты и, хотя он относительно дорогой и довольно плотный (номинально в шесть раз плотнее карбида кремния), он очень прочный жана вызупротив вызоваться. Это последнее свойство является главным и используется в защитных устройствах (системах) үчүн возбуждения в стержне акча напряжений көп амплитуда, что в конечном счете приводит к его разрушению. Полагают, что только объектам с относительно тонкой броневой защитой, зарыл обеспечения стойкости от обстрела бронебойными (АР) боеприпасами, бул материал мүмкүн обеспечить потенциальных возможности экономических заброневого пространства.

Прозрачные керамические материалы

В последние годы проведена значительная работа по поиску альтернативы пулестойким системам остекления, которые используются (в качестве ветрового стекла) на таких машиналар, как Humvee. Современные традиционные прозрачные системы являются относительно тяжелими, особенно, когда они требуются для защиты больших секций (окон). Это вызывает проблемы при разработке защиты легких машин. Традиционно системы остекления таких машин состоят из нескольких слоев стекла, каждый из которых отделен полимерным слоем и удерживаться поликарбонатным слоем. Эти типи системасы мүмкүн иметь массасы 230 кг/м²при толщине 100 мм үчүн обеспечения защиты уровня 3 по стандарту STANAG Level 3 (от 7,62-мм пуль). Стекло для окна размера машины Toyota LandCruiser и толщиной 100 мм болот массу примерно 250 кг плюс стальные пазы необходимой толщины үчүн его установки. Общая масса толук системасы керек болот, вероятно, значительной.

Прозрачные керамические материалы обеспечивают заманчивую альтернативию пулестойким системам остекления, так как бул материалы имеют присущую им твердость, которая гораздо больше твердости оконного стекла. Бул обеспечивает разработчикам защиты возможность уменьшить ее массу жана толщину. В настоящее время существуют три жизнеспособных варианта материала үчүн прозрачных элементтердин защиты, ими являются оксинитрид алюминия же ALON, алюмомагнезиальная шпинель же шпинель жана однофирлический алический сап.

Оксинитрид алюминия же ALON мүмкүн болот получен в качестве прозрачной поликристаллической керамики путем обработки технологических маршрутов, которые используются үчүн получения обычной непрозрачной машиностроительной керамики. Обычно ALON будет производиться из предварительно синтезированного порошка, которому затем может придаваться форма и который потом может спекаться в азотной атмосфера.

Рисунок 16 – Этот испытательный кусок прозрачной брони,

изготовленный из ALON, выдержал удар 7,62-мм акча.

Шпинель может быть поучена путем уплотнения коммерчески доступного порошка либо путем горячего прессования, либо путем спекания без давления. Кроме того, улучшения механических свойств и прозрачности керек горячее изостатическое прессование образца. Этот процесс включает одновременное применение к образцу равномерного давления газа и нагрева. Основным преимуществом по сравнению с одноосевым горячим прессованием является то, что давление применяется одинаково во бардык направлениях, а не просто в одном направлении. Результатом этого являются бирдиктүү материалдар жана микроструктуралар жок преимущественной ориентации, что приводит к более высоким прочности и прозрачности.

Рисунок 17 – Многочисленные попадания 7,62-мм/54R пулями Драгунова

в прозрачную керамическую броню АМАР-Т фирмасы IBD.

Рисунок 18 – Сверхлегкая защита AMAP-R плюс защита

от поражающих элементов типа ударное ядро ​​(EFP).

В настоящее время бул үч керамикалык материалдар өндүрүштө, а бул белгилүү, алар бардык аймактарды пайдалануу үчүн дагы эле резервирует. Однако германская фирма IBDeisenroth Engineering продолжает этот тип технологии разработкой своего ряда изделий АМАР (перспективной модульной броневой защиты). В своем изделии АМАР-Т, где Т означает прозрачная, фирма использует прозрачные керамические материалы повышения защиты до уровня 4 по стандарту STANAG. Эти данные означают, что этот тип защиты сможет успешно остановить многочисленные удары менен близкого расстояния 7,62-мм/54R бронебойными боеприпасами Драгунова менен туруктуу сердечником. Достижение защиты уровня 4 по стандарту STANAG с помощью прозрачной брони является впечатляющим при наличии угрозы нанесения удара 14,5-мм/114 пулей В32 с расстояния 200 м при скорости 911 м/с.

Новые подходы

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 жана обеспечить ремонтопригодность. Ранние способы использования керамических материалов включали заделку керамических сфер в переднюю часть отливок башен советских основных боевых танков для обеспечения отклонения и эрозии бронебойного снаряда. Т-72 и Т-80 некоторуми танками менен интеграцияланган. Однако большинство керамических систем изготавливалось как дополнительный комплект, то есть, система элементов брони, которые могли крепиться к корпусу машины. Эти дополнительные комплекти состоят из керамических материалов, используемых в сочетании жана сслоями башка материалдарды, эч кандай пайда жок.

Одним таким примером является система LAST (техника легкой дополнительной системы), которая использовалась морской пехотой США на машина LAV (8х8). Система брони LAST состоит из шестигранных модулей керамической брони, которые крепятся к корпусу машины с помощью клея, склеивающего при надавливании. Плитки мүмкүн укладываться (слоями) үчүн повышения уровня защиты, затем болот применяться баллистическая обшивка үчүн башкаруу сигнатурой. Былай разработаны подобные образцы, в которых использовались крепежные крюки и петли Velcro үчүн установки керамикалык плиток на бортах машин с целью снижения сложности работ на театре военных действий (в боевой обстановке).

Такой метод крепления 1990-жылы Royal Ordnance фирмасынын ROMOR-C фирмасы менен колдонулат (BAE Systems тобунда). Эта броня состояла из слоев керамики из оксида алюминий, приклеенных к GFRP(стеклопластиковой)/алюминиевой конструкции. Обнаружено, что этот типа соединения, который используется в производстве брони такой конструкции, является вполне решающим, жана замечено значительное снижение характеристика, эгерде производитель туура эмес пайдалануу. Обычно желательна хорошая прочная связь, которая не допускает никакого сколжения ортосундагы задней поверхностью керамики жана конструктивным элементом, с которым она соединена. Хотя какая-то работа, направленная на совершенствование качеств клея и производилась, она имела относительно начар успех. Другие преимущества мүмкүн быть достигнуты путем тщательного выбора геометрии плитки. Мисалы, шестиугольные плитки удовлетворяют требованиям (см. систему АКЫРКЫ), так как они сводят до минимума разрушительные действия граница. Недавно научно-техническая лаборатория министерства обороны Великобритании запатентовала шестиугольный элемент для использования в мозаичной компоновке. Этот особый элемент имеет выступы, которые отделяют его от соседних, предотвращая, таким образом распространение «повреждения» (ударной волны) боюнча.

Предотвращение распространения ударной волны от плитки к плитке не является новой идеей жана фактические некоторые утверждаться, бул анын уступает разумному решению Советского Союза вставлять керамические сферы в танков. Одной из более успешных систем брони, в которых используется этот метод, является легкая усвершенствованная броня, защищающая от поражения огнестрельным оружием (LIBA), разработанная фирма 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, жана имеет дополнительное преимущество, заключающееся в том, имеет дополнительное преимущество, заключающееся в том, андан кийин мүмкүн болгон бир нече элементти. Панели сохраняют также определенную степень гибкости и для более низких уровней защиты мүмкүн 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 многосегментной конструкции. Ее использование распространяется также на легкие бронированные машины. Она пайдаланылган машина Stryker сухопутных войск США, находящихся на вооружении в Ираке и Афганистане.

Рисунок 19 – Крупный план модуля брони LIBA (легкой усвершенствованной брони, защищающей от поражения огнестрельным оружием) израильской

фирмасы 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, сортируемые по функциональным возможностям (FGM). Первоначально они исследовались в конце 1960-х годов и в последние годы опять вызвали интерес. FGM жасала турган единой структурой, которая максимизирует преимущества керамики тем, что поверхность удара будет твердой, а задние слои болот металлическими и, следовательно, обеспечивают хорошую пластичность жана ударную. Бул метод разрушителя/поглотителя, который мы ранее рассматривали. Такие материалы обычно состоят из керамической передней панели, спеченной с последующими сломами с большим содержанием металла. Металлокерамические разрушающие слои могут так же использоваться в качестве наружных (передних). Эти материалы являются смесью керамики жана металла при значительной части керамики. Мисалы, лабораториялык сухопутных войск США провели эксперименти с моноборидом титана, который уплотнен как металлокерамика и состоит из семи слоев, каждый с более высоким содержанием титана по мере того, как зад образец рассматривается от переднех панели. Задняя поверхность состоит из чистого титана. Броня из алюминиевого сплава с облицовкой материалом FGM обеспечила лучшую защиту от 14,5-мм снаряда В32 по сравнению с катаной гомогенной броней (RHA). Потенциальным преимуществом бул материалов является то, бул они мүмкүн обеспечивать лучшую защиту от многих попаданий, чем самами керамика, бир нече современные данные говорят, бул бардык мүнөздөгү бардык зарыл болгон бардык зарыл болгон.

Композиционные материалы с металлической матрицей (ММС) ошондой эле подали некоторую надежду в обеспечении 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, который, как заявляют представители фирмалар, обеспечивает зону повреждения, которая лишь на 20-30% көп акча. Композиционный материал с металлической матрицей применяется способом, подобным большинству керамикалык материалдар, соединением с опорным материалом, либо со сталью, алюминием, либо с волокнистым композиционным материалом. При ударе конус (рассмотренный ранее) распространяет нагрузку снаряда по относительно көп площади поверхности, снижая таким образом плотность кинетической энергиясы, иш-аракети менен опорный материал. Твердые частицы карбида титана (~ 1500 VHN) разрушают снаряд, бирок благодаря относительно жесткой металлические матрице, в которую вставлены частицы, распространение трещин ограничено. Производители утверждают, что 7,62-мм – 51 мм пуля WC-Co мүмкүн болот остановлена ​​броней с конструкциялык плотностью изделия 52 кг/м², которая создана композиционным опорным материалом с волокном из ароматического полиамида. Эти композиционные материалы с металлической матрицей мүмкүн производиться при использовании процесса самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (SHS).

Рисунок 21 – Броня Exote фирмасы Exote Oy разбивает пробивающий

снаряд и исключает поражение. Удар дробится и распределяется

по большей конусообразной поверхности, которая эффективно

поглощает энергияю снаряда.

Коммерческие варианты

В бул дни существует көп вариантов керамических плиток үчүн приобретения систем личной защиты жана толук комплектов защитной брони үчүн легкихбоевых бронированных машин. Фирма IB Deisenroth, в частности, известна обеспечением защитных решений в технический свыше 20 лет. Ранним примером применения ее брони является система MEXAS (модульная, поддающаяся изменению система брони), устанавливаемая на канадские БТР М113 для действий в Боснии. Представители фирмасынын установили ошондой подобную систему на разработанную фирмасынын Mowagmashinu LAV III (8х8), опять же для канадских сухопутных войск. Во обоих этих примерах броня из керамических плиток MEXAS менен успешно установлена ​​снаружи металлических корпусов машин. Эта броня установлена ​​ошондой эле боевую машину Stryker США үчүн обеспечения защиты от 14,5-мм бронебойных пуль, хотя в сообщениях говорится, что она не устанавливается на машине во время мирной боевой подготовки, такетля т 3 машина.

Имеется также много поставщиков керамического сырья, хотя мы испытываем в Европе до некоторой степени ограниченные поставки материалов горячего прессования. Керамика горячего прессования имеет тенденцию быть прочнее и обеспечивать лучшую защиту от огнестрельного оружия и, следовательно, эти типы керамики заманчивы үчүн создания брони. Однако спеченные керамикалык материалдар, ошондой эле Sintox FA фирмасы Morgan Martoc имеют длинную родословную в создании брони. Фирмы МОН-9, ЕТЕС, ВАЕ Systems, Ceradyne и CoorsTek ошондой эле чоң ряд видов керамикалык материалдарды өндүрөт, алардан плит типа SAPI менен плиток брони машина жана самолетов үчүн. Однако ключевым моментом разработки комплектов керамический брони является успешная интеграция их в систему, которая защищается, и, более того, гарантия, что они надежны в боевых условиях.

Можно предположить одну проблему, которая беспокоит большинство командиров на поле боя, будет ли эта система защищать солдата. Большинство может основывать свой опыт в отношении керамических материалов на том, что они видели на кухне при разбивании фаянсовой посуды. Эч кандай кызыксыз, не говоря обращении с керамической броней с помощью кувалды, большинство системы керек достаточно упругим, чтобы выдержать сильные удары же износ.

Оценка

Несмотря на высокие характеристики керамических материалов жана не керек рассматриваться катары жаңы магазин магазинов по обслуживанию системы. Они являются все же паразитическими по природе и, следовательно, не мүмкүн сделать существенный вклад в конструкциию машины. Причиной этого являются их неспособность выдерживать усталостную нагрузку на конструкциию и, не в меньшей степени, трудность производства керамикалык деталей сложной формы. Кроме того, они обладают пониженной способностью выдерживать многие попадания по сравнению с другими материалами, такими как сталь, титан жана алюминий. При использовании металлов дествие пробивания ограничено область до одного-двух калибров от точки удара, а при использовании керамикалык материалдар бул бардык геометриялык пластина боюнча, кандай гана көп болот. Бардык бул дагы эле болот, ошондой эле, бир нече жолу көп сандаган современных угроз исходит от огня тяжелых пулеметов, таких как российский 14,5-мм КПВ. Из этого оружия многие сотни пуль мүмкүн быть выпущены по выбранному месту за минуты и, следовательно, в этих случаях керекте жакшыраак способность выдерживать многочисленные попадания. Однако керамические материалы обеспечивают преимущества там, где вероятны лишь одиночные попадания, мисалы, в самолетах и ​​в применениях тяжелой брони. Натыйжада керамикалык материалдарды широко пайдаланууда сиденьях учактар ​​жана поляк бронированных вертолетов жана транспорттук самолетов. Мисалы, фирма VAE Systems UH-60M вертолета летчика үчүн монолитное ковшеобразное сиденье разработала, керамикалык материалдарды колдонуу менен иштетилет. Подобные сиденья менен изготовлением с пользованием карбида бораны жана опоры из материала Кевлар үчүн вертолета АН-64, жана башка самолета С-130. Использование керамической брони для сидений аппаратура стало почти принятым методом защиты аппарата жана обеспечило керамике бирден из первых направлений в военном использование – вылеты вертолетов в 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 машиналар менен жалпы пайдалануу менен времен второй мировой войны, мисалы, на танках, таких Т-34. Однако преимущество, которое мүмкүн болот быть обеспечено металлической плите, размещенной под углом к ​​подлетающему снаряду, не используется таким же образом керамикой. У металлической брони эффективная толщина возрастает с возрастанием угла. Следовательно, снаряд должен пробивать больше материала жана одновременно подвергается изгибающей нагрузке благодаря геометрии брони. Керамический материал под острым углом ошондой эле увеличивает толщину материала по линии прицеливания снаряда. Однако когда снаряд входит в соприкосновение с броней, полусферическая волна исходит из точи удара, бирок отражается в граница разделения между керамикой жана опорным слоем в направлении, перпендикулярном граница разделения. Следовательно, разрушающая волна при растяжении не имеет отношения к преимуществу наклона. Следует подчеркнуть, керамические материалы не все плохо действуют под осстрими углами, бирок верно то, что они не действуют так хорошо, как думали же надеялись. Кроме того, они усиливают рикошетирование при больших углах наклона.

будущее

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 подходящую оболочку путем рассредоточения керамики в конструкции, испольных типа ользуется в мозаичных конструкциях брони, или путем использования менее твердых, бирок 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.

Другие успехи мүмкүн быть сделаны в обработке сырья и, в частности, снижения стоимости керамических материалов более высокого уровня, таких как диборид титана, карбид кремний жана прозрачные керамические материалы, рассмотренные выше. Альтернативно, успехи мүмкүн стать заметными, когда исследователи начнут лучше понимать роль задержки и как поддерживать ее. Или мүмкүн фактически появиться методу лучшего соединения, что обеспечит возможность соединять керамику с металлические опорой эмес колдонууга полимерный клеев. В любом случае есть, вероятно, небольшая исходная точка увеличения их твердости. В конце концов, они все же являются одними из бардык имеющихся материалов. И значительно тверже снарядов, которые они разрушают.