В настоящее время существует непрерывно возрастающая потребность в более легких и меньших по габность бронированных системах. Ожидается, что боевые бронированные машины будут легче и меньше по габаритам благодаря повышенннытем стратегической пратратегической . Этому способствует современная броневая керамика, которая является очень прочным материалом, факити 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 с сжимающую нагрузку на материал.
Западные вооруженные силы увеличивают свое присутствие за границей, где основная угроза прнедст влет распространением тяжелых пулеметов (НMG) или выстреливаемых с упором в плечо противпотанковых средст вт. Эту проблему часто усугубляют политические и (или) оперативные требования, выполнение которых требования, выполнение которых требует использования легких боевых бронированных машин, в основном колесных, которые по своей конструкция и оспользования легких по своей конструкция и оспользования отличаются довольно низким уровнем броневой защиты от огнестрельного оружия (обычно от 7,62-мм оружия). В связи с таким положением возникает требование к производству брони, обеспечивающей лучшою защиту ли одновременном сведении до минимума ее полной массы.
Хорошая защита в сочетании с малой массой играет важную роль в собственной защите личного соста 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 двух носимых квстаи 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 улучиного оружия (ESBI), осуществленная улучинны а также расширенная защита с дополнительными приспособлениями, закрывающими плечи. Для этой цели были использованы пластины SAPI и ESBI, которые обеспечивают лучшую защиту от винтовочных начальной скоростью. Этот уровень улучшенной, но легкой защиты был достигнут только при использовании керамических млатер
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. ໂອ້. 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 ассоциируют слово «керамика» с глиняной или фаянсовой посудой, которую офни, икаспользую. используемым на стенах ванной комнаты. Керамические материалы использовались в домашних условиях тысячелетиями, однако эти материалы числали материалов, которые применяются в настоящее время в боевых бронированных машинах.
Слово «керамика» обозначает «обожженные вещи» и фактически современная машиностроительная керкамика на померамика на померамика базе глины, требует для своего производства значительного нагрева. Однако главной разницей между керамикой, которую мы выбираем для использования в качестве брони, и керой, и керой находим дома, является прочность. Современные броневые керамики являются очень прочными материалами и фактически при сжатии ониль могу прочнее, чем имеющиеся самые прочные стали (см. Табл. 1). Это полезное свойство используется для брони, в которой снаряд или кумулятивная струя прилагают назад материал. Керамики, конечно, имеют «Ахиллесову пяту». Они слабы на растяжение и, следовательно, они способны выдерживать только очень маленькие количества деличества до разрушения), как показывает Таблица 1. Это объясняется наличием в структуре очень маленьких тркещины, 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 | Оксид алюминия (высокой чистоты) | Карбид кремния | Диборид титана | Карбид бора | |
| Объемная плотность (кг/м3) | 7850 | 3810-3920 | 3090-3230 | 4450-4520 | 2500-2520 |
| Модуль Юнга (Гпаскаль) | 210 | 350-390 | 380-430 | 520-550 | 420-460 |
| Твердость (VHN*) | 300-550 | 1500-1900 | 1800-2800 | 2100-2600 | 2800-3400 |
| Удлинение до разрушения (%) | ໑໔-໑໘ | < 1 | < 1 | < 1 | < 1 |
| *VHN = число твердости по Виккерсу | |||||
Керамики в броневом применении работают в значительной степени как элементы устройства разрыва в конта многослойной брони. Целью этих материалов в конструкции многослойной брони является разрыв на осколки подлетающего синареть ослабление его. Другими словами, кинетическая энергия снаряда рассеивается броневым материалом разбивая снакилд на оси перенацеливая энергию получающихся в результате осколков в сторону от защищаемой конструкции. Другие элементы в многослойной конструкции будут действовать как «поглотители», то есть они поглисают энергию снаряда за счет пластической деформации или расслаивания, таким образом превращая вени бомразом превращая е в ни энергии, такую как теплота.
Рисунок 4 – Механизм поражения пробиванием плиты
композитной/гибридной брони.
Большинство систем брони оптимизировано для «разрыва» и «поглощения» кинетической энергии подлетасреще Так, возьмем 7,62-мм/39 пулю АК-47. Примерно 6 мм подходящей керамики, связанной с полиамидной тыловой стороной, такой као Kevlar, бычосты быной вызвать значительное разрушение сердечника пули. Разбивание сердечника связано также с радиальной дисперсией. То есть, осколки сердечника приводятся в движение перпендикулярно, когда снаряд пытается пробить с. Это уменьшает плотность кинетической энергии снаряда (кинетическая энергия, деленная на площадь попопрея снаряда) и, следовательно, уменьшает пробивную способность.
Начало первого исследования в области типов брони, облицованной керамикой, может быть отнесено кл пери первой мировой войны, когда в 1918 году майор Невилл Монроу Хопкинз экспериментально наблюдал, 06дойал, 06дойал, 06дойал, 06дойал, 06дойтал, первой мировой войны твердой эмали, нанесенной на подвергающуюся удару сторону стальной цели, увеличивало ее защитные. Несмотря на это раннее открытие, применение керамических материалов является относительно недавним споспоси защитных свойств в таких странах, как Великобритания. Однако этот способ нашел широкое использование в Советском Союзе и военнослужащими США во вреной вьет Здесь использование керамических материалов вызвано попыткой уменьшить потери летчиков вертолетов. Например, ໃນປີ 1965 году вертолет UH-1 HUEY был оснащен комплектом композитной брони с твердом покрыт, в бронированных сиденьях пилота и второго пилота. Сиденья обеспечивали защиту от 7,62-мм бронебойных (АР) боеприпасов снизу, с боков и сзади благонипря облицовки из карбида бора и основания из стекловолокна. Карбид бора является одной из самых легких керамик, которые могут использоваться в броне (и шно хоро). Он имеет примерно 30 % от массы стали того же объема и в то же время величину твердости, котырчая онердости, котырчая больше 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.)
ແລະ MH-60 BLACKHAWK (фирма Ceradyne Inc.).
Конфликт, конечно, дал подъем новым идеям, а необходимость защитить экипажи вертолетов привбела кипажи вертолетов привбели кя Именно эта работа, выполненная учеными США в 1960-е годы, создала базу для совершенствования весто характеристик керамической брони.
Механизм воспрещения пробивания преграды снарядом
Прежде чем углубиться в изучение современных успехов в технологии керамической брони, полезно расни мерамической брони, полезно расни мрась счет которых система на базе керамики способна разрушать снаряды. Ранняя работа ມ. ວ. Уилкинза и его коллег из лабораторий США создала основу для понимания того, что фактически приски стрелкового оружия наносит удар по цели с керамическим покрытием.
В момент удара ультразвуковые волны нагрузки распространяются в керамику и вдоль сердечника пули. Волны в обоих этих материалах разрушаются, для керамики это становится проблемой, когда волна сат периферийной поверхностью раздела или на самом деле со связующим слоем между керамикой и ее защилтным Большинство типов керамической брони в настоящее время создается при использовании полимерного щлез уамерного щлез уамерного щлез уамерного щлез который по своей природе имеет низкую жесткость и плотность. На поверхности раздела керамики/связующего материала происходит сильное эластичное отражениего материала происходит сильное эластичное отражение, краорте керамический материал. Кроме этого, происходит сильная сдвиговая волна, которая буквально «расстегивает как молнию» полиусярно 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, болто 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 сопротивленив пробиет. 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 воздействуеов на интеренс волны, воздействие которой направлено назад по стержню снаряда. Это очень важно, так как керамика с высоким акустическим сопротивлением приводит к высокой интения всийтевси ультразвуковой волны на снаряд, вызывая его повреждение при растяжении.
Против кумулятивных струй, таких как образуемые гранатами РПГ-7, керамические материочалы, кажеталя, способностью противостоять пробиванию. Разгадкой здесь является охрупчивание (хрупкое противодействие) материала. Когда кумулятивная струя проникает в керамику, она разбивается на очень мелкие осколки в ограниченном проникающей струи районе. Следовательно, каверна, которая образуется под воздействием кумулятивной струи, являетося отнфносйрель 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 ятом) эффективным в качестве броневого материала против кумулятивных струй. Однако следует подчеркнуть, что эти высокие показатели проявляются при соотношении массы на масвснивата си 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 бронированины, смотреть боевым бронированины 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) обсужоздат создания прозрачной взрывной реактивной брони (ERA), то есть, брони ERA, в которой в качестве материайтрийтриала используется стекло. Если бы использовалась прозрачная взрывная жидкость вместо обычных составов РВХ, можно быврить поставов полностью прозрачную систему ERA. Однако, как подчеркнул профессор Хелд, эта система будет очень тяжелой, так как задняя плита (осной) плита (основый) должна быть очень толстой и достаточно жесткой, так чтобы она не воздействовала на сидящего зажней, детонирует взрывчатое вещество взрывной защиты. Толщина неподвижной задней плиты должна быть порядка 150- 200 мм по сравнению с 10- 20 мм пверейдней плиты.
Керамические материалы обладают также хорошим механизмом упрочнения при нанесении удара при болеряи всся поражающих элементов. Это особенно полезное свойство при воздействии кумулятивной струи, так как прочность керамэлти, вс. 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 снваряду пробивать такую преграду. Именно этот механизм упрочнения делает эти материалы особенно ценными в остановке самоформирующиражая типа «ударного ядра» (EFP). Недавно боевые части на базе EFP привлекли серьезное внимание благодаря использованию их повстанцами в , Иманики в , Имедавно значительные запасы противотанковых мин советской эпохи, в которых используются элементы EFP. Обычно оболочки таких зарядов делаются из пластичных металлов, например, низкоуглеродистой стали или Получающийся в результате подрыва поражающий элемент состоит в этом случае из деформированканогльо, куста эффективного благодаря высокой скорости, однако эти элементы относительно мягкие. В более усовершенствованных элементах EFP используется тантал (очень дорогой материал из-зова его званиля телефонах). Однако твердость керамики делает ее заманчивой из-за способности вызывать значительное противильдей EFP. Одним из примеров керамической брони для защиты от EFP является плита, устанавливаемая на некоторых мляшинмая на некоторых мляшинем 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
Оксид алюминия
В 1980-е годы в большинстве систем защиты на основе керамики, которые использовались на поле боя, ляпляр алюминия, известный иначе как глинозем (ອາລູມີນາ). Оксид алюминия относительно недорогой в производстве и даже довольно тонкие элементы защитой на его ба пули стрелкового оружия, выстреливаемые с высокой скоростью. Как отметил ໃນປີ 1995 году С. Дж. Роберсон из фирмы Advanced DefenceMaterials Ltd, имеются значительные улучшения характеристик систем защитов при испо алюминия по сравнению с другими керамическими/композиционными материалами. А при использовании систем с карбидом кремния и карбидом бора дополнительная баллистическая характерис значительных дополнительных затратах. Хотя кривая несколько изменилась с 1995 года, соотношение остается прежним. Существует оптимальное по высокой стоимости решение для относительно небольшого улучшения баллсти характеристики. Однако преимущество добавленной защиты от огнестрельного оружия (хотя и небольшой) может быть звам, требуется 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 штакыже в симет. Великобритании первая система защиты для личного состава массового производства, в которой исполаь в которой исполаь Великобритании плиты, была введена в Северной Ирландии. Базовая мягкая система защиты, известная как боевая личная броня (СВА), является составной и сост онти элемента из найлонового и полиамидного волокна, к которому могут добавляться 1-kg плиты из композициг полиамидным волокном, облицованные керамикой для обеспечения защиты сердца и основных органовостркосо 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.
Карбид бора
Несмотря на экономическую эффективность и способность оксида алюминия остановить большинство пуляльки относительно хорошей эффективности по массе, свой путь на рынок керамической брони нашли другие члирам Самым известным является карбид бора – материал, который впервые использован в 1960-е годы. Он невероятно твердый, ໂນນສະຫວ່າງ ແກ້ວບົວລາ и поэтому он используется только в хновых экст которых желательно компенсировать несколько грамм массы броневой структуры, например, как в сидкевой структуры, например, как в сидкеньях 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 сталькения защиты содержала в себе комплект « тупой травмы ». Тупая травма происходит, когда защита не пробивается, но передача импульса удара вызываетр вольш опоры, ведущую к ушибам, серьезным травмам основных органов и даже смерти.
Карбид бора производился фирмой BAE Systems Advanced Ceramics Inc. (официально Cercom) и интегрировался в виде встаохок, зисащища 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 плинос потенциальный недостаток. В последние годы есть некоторые основания предполагать, что он не будет действовать так хорошо, карини ож высокоскоростными пулями с плотным сердечником. Это, как полагают, обусловлено физическими изменениями, которые происходят с материалом, когда всуга поисходят удару, вызываемому этими боеприпасами. Фактически при испытании с неопределенным алюминиевым материалом в качестве опоры есть основаниь лаготпрорать особых снарядов на базе карбида вольфрама определенные марки карбида бора действуют также хорошо, ка кга алюминия. Это несмотря на бóльшую твердость карбида бора. Обнаружено также, что когда карбид бора связан с слоистым пластиком, армированным волокном, прои схом «разрушения промежутков». Это происходит там, где обнаруживается двойная скорость V50 (скорость, при которой ожидается, чрость 50). полностью пробьют цель). Раскрытия (действия) двойной скорости V50 обычно объясняются переходом от пробивания цели неповряж деливания цели неповряж деповреж поражению цели разрушенным снарядом на более высоких скоростях. Однако работа научно-исследовательской лаборатории сухопутных войск США показала, что воздействие показала, что воздействие прие приет V50 на композиционный материал, облицованный карбидом бора, происходит в связи с изменением в пробилясе керамики. Тем не менее, вывод из этих результатов означает, что толщина плиты из карбида бора дочжна быть , бора дочжна быть , первоначально ожидали, чтобы защищать от этих плотных сердечников снарядов с высокой скоростью. Имеется много данных, которые показывают, что карбид бора является хорошим керамическим маовтерилянися маовтерилянися против стальных бронебойных снарядов.
Рисунок 13 – Рентгеновский снимок, показывающий временные данные
воздействия 7,62-мм сердечника пули АРМ2 на карбид бора. ຫົວຂໍ້:
задержка, проникновение за счет эрозии, осколки пули и поглощение.
Карбид кремния
В последние годы другие керамические материалы также показали значительную перспективу в обеспечние огнестрельного оружия, но ни один из них не оказался более эффективным, чем подверженные горячесниу подверженные горячесниу карбида кремния, которые производятся фирмами США, такими как BAE Systems ແລະ CeradyneInc. Фирма Ceradyne, в частности, имеет длинную родословную в производстве керамических плиток для примстве плиток для прльтенни будучи вовлеченной в этот процесс с 1960-х годов. Этот материал производится под объединенными нагревом и давлением, чтобы изготовить невероятно причное от причное доказано, обеспечивает высокое сопротивление пробиванию боеприпасами стрелкового оружия, а также синаря. Во время изготовления обычно достигаются температуры примерно 2000°С.
Карбид кремния, в частности, показал невероятное сопротивление пробиванию, вызванному явлениека, ка званию, вызванному явлениека, ка звес времени. Говоря просто, «задержка во времени» это, когда снаряд, кажется, буквально сидит (отсюда «задержм») на поварет некоторое время после удара. Это явление, которое можно видеть при использовании технологий высокоскоростной фотографии и всплышке вызывается главным образом тем, что керамика представляется более прочной, чем снаряд, и, сльрадатат течь радиально по поверхности керамики. Хотя это явление наблюдалось в начале 1990-х лабораториями сухопутных войск США, ученые все ещатьсяты механизм, которым оно поддерживается в керамике. Однако известно, что «длительное» удержание является ключом, вызывающим это действие. Одним способом, которым этого можно достичь, ອານຸສອນ ໄພຍະສິດ использование типа горячего прессования дляется использование типа горячего прессования для капсуат помощью металлических накладок. Следствием этого процесса является вызывание высоких сжимающих напряжений в керамическом материале продериале рассогласования металлических и керамических слоев при охлаждении. Эта предварительная нагрузка в конечном счете обеспечивает керамике преимущество. Второе преимущество обеспечивается окантовкой керамического материала металлическими накладками чиж увозели выдерживать многочисленные попадания. Это ограничение действует для сохранения всех осколков в едином объеме и, следовательно, увеличивает способность брони при дополнительных выстрелах.
Относительно недорогой карбид кремния может производиться также посредством процесса, извекастниснио реакцией. Этот процесс обеспечивает точный размер керамического изделия, тогда как другие традиционные моброды 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 Однако часто в структуре керамики откладываются побочные продукты в форме «пудлинговых крицет», кроготаты слабые места в керамике. Для карбида кремния, полученного соединительной реакцией они принимают вид кремния - относительно мягког.
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. ແມ່ນແລ້ວ
находится на вооружении германских сухопутных войск.
Другие композиционные материалы
Другие керамические материалы, например, нитрид кремния и нитрид алюминия показали относительно малуп пкерилупе 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 работлишет лы скоростях удара (обладает высокой стойкостью), однако при баллистических скоростях, встречаеглых на скоростях, встречаеглех на скоростях удара он обладает относительно низкой стойкостью.
Керамический материал с карбидом вольфрама также рассматривался для применения в средсотвах защиты относительно дорогой и довольно плотный (номинально в шесть раз плотнее карбида кремния), он очень прочоный причоный акустическое сопротивление удару. Это последнее свойство является главным и используется в защитных устройствах (системах) для возжте пули напряжений большой амплитуды, что в конечном счете приводит к его разрушению. Полагают, что только объектам с относительно тонкой броневой защитой, требующим обеспечения стийкой бронебойными (АР) боеприпасами, такой материал может обеспечить потенциальные возможности эконом пространства, когда масса не является определяющей.
Прозрачные керамические материалы
В последние годы проведена значительная работа по поиску альтернативы пулестойким системам остеклея, используются (в качестве ветрового стекла) на таких машинах, как Humvee. Современные традиционные прозрачные системы являются относительно тяжелыми, особенно, когда ониятя т больших секций (окон). Это вызывает проблемы при разработке защиты легких машин. Традиционно системы остекления таких машин состоят из нескольких слоев стекла, каждый из которлых слоем и удерживается поликарбонатным слоем. Эти типы систем могут иметь массу до 230 ກິໂລກຣາມ/ເດືອນ2при толщине 100 мм для 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 составляет массу примерно 250 кг плюс стаплюс необходимой толщины для его установки. Общая масса полной системы должна быть, вероятно, значительной.
Прозрачные керамические материалы обеспечивают заманчивую альтернативу пулестойким систекакам осят, 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 прозрачыных в прозрачыных являются оксинитрид алюминия или ALON, алюмомагнезиальная шпинель или шпинель и однокристалличксиний ().
Оксинитрид алюминия или ALON может быть получен в качестве прозрачной поликристалллической керамтве поликристаллической керамтраки поликрачной технологических маршрутов, которые используются для получения обычной непрозрачной машиностроийкитель Обычно ALON будет производиться из предварительно синтезированного порошка, которому затем фажет придатрида который потом 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 горячего порошка либо путем горячего претр, спекания без давления. Кроме того, для улучшения механических свойств и прозрачности требуется горячее изостаотическое прозрачности требуется горячее изостататическсое презеское Этот процесс включает одновременное применение к образцу равномерного давления газа и нагрева. Основным преимуществом по сравнению с одноосевым горячим прессованием является то, что давление я прим всех направлениях, а не просто в одном направлении. Результатом этого являются бóльшая однородность материала и микроструктуры без преимущественой, преимущественой приводит к более 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, х а этито , зна использование все еще резервируется для очень малых областей использования. Однако германская фирма IBDeisenroth Engineering продолжает развивать этот тип технологии разработкой своМего рядай и з (перспективной модульной броневой защиты). В своем изделии АМАР-Т, где Т означает прозрачная, фирма использует прозрачдные керамичлеские повышения защиты до уровня 4 по стандарту STANAG. Эти данные означают, что этот тип защиты сможет успешно остановить многочисленные удары с близксого 7,62-мм/54R бронебойными боеприпасами Драгунова со стальным сердечником. Достижение защиты уровня 4 по стандарту STANAG с помощью прозрачной брони является впечатляющим прия нагречатляющим прия нагровня. 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 потрьебностт; скорее обычно желаемыми качествами являются способность выдерживать многочисленные попадания и обсть ремонтопригодность. Ранние способы использования керамических материалов включали заделку керамических сфер в перчельню советских основных боевых танков для обеспечения отклонения и эрозии бронебойного снаряда. Это занятие интеграцией продолжалось с некоторыми танками Т-72 и Т-80. Однако большинство керамических систем изготавливалось как дополнительный комплект, то есть, систрать, смотреть из видео могли крепиться к корпусу машины. Эти дополнительные комплекты состоят из керамических материалов, используемых в сочетании со слилоям которые обычно не видны пользователю.
Одним таким примером является система LAST (техника легкой дополнительной системы), которая использовалась на машинах LAV (8х8). Система брони ສຸດທ້າຍ состоит из шестигранных модулей керамической брони, которые крепятся к корпусуля маш склеивающего при надавливании. Плитки могут укладываться (слоями) для повышения уровня защиты, затем может применяться балллкастичеся управления сигнатурой. Были разработаны подобные образцы, в которых использовались крепежные крюки и петли Velcro для ускеновки плиток на 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). Эта броня состояла из слоев керамики из оксида алюминия, приклеенных к GFRP(стеклопластиковой)/алийстим Обнаружено, что этот тип соединения, который используется в производстве брони такой конструкветлято, ອີ່ຫ່າມ. решающим, и замечено значительное снижение характеристик, если производитель не использует правил. Обычно желательна хорошая прочная связь, которая не допускает никакого скольжения между задней приюрхней приюрхней конструктивным элементом, с которым она соединена. Хотя какая-то работа, направленная на совершенствование качеств клея и производилась, она имела относительно Другие преимущества могут быть достигнуты путем тщательного выбора геометрии плитки. Например, шестиугольные плитки удовлетворяют требованиям (см. систему LAST), так как они сводят до мнинирумам действия границ. Недавно научно-техническая лаборатория министерства обороны Великобритании запатентовала шестиуголят энелиться использования в мозаичной компоновке. Этот особый элемент имеет выступы, которые отделяют его от соседних, предотвращая, таким образовом ранином ранином ранияпрания (ударной волны) по броне.
Предотвращение распространения ударной волны от плитки к плитке не является новой идеей и фактически утверждать, что она уступает разумному решению Советского Союза вставлять керамические сфоверы в гани Одной из более успешных систем брони, в которых используется этот метод, ອານຸສອນ ໄພຍະສິດ, в которых используется этот метод, является легкая усовершенся, 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-зажигатель (бронебойно-зажигатель) прожигательных имеет дополнительное преимущество, заключающееся в том, что отдельные элементы могут быть заменены Панели сохраняют также определенную степень гибкости и для более низких уровней запщиты могув сята любой форме. Следовательно, она может использоваться для защиты личного состава (в бронежилетах), где, как утвер дак утвер обеспечивает 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 Афганистане.
Рисунок 19 – Крупный план модуля брони LIBA (легкой усовершенствованной брони, защищающей от пораожьстя огножения) 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, сорыт функциональным 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 буа задние слои будут металлическими и, следовательно, обеспечивают хорошую пластичность и ударную вяз. Это метод разрушителя/поглотителя, который мы ранее рассматривали. Такие материалы обычно состоят из керамической передней панели, спеченной с последующими слоями содержанием 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 металлокерамика и состоит из семи слоев, каждый с более высоким содержанием титана по мере того, каке рассматривается от передней 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-мм снаниря 2 да катаной гомогенной броней (RHA). Потенциальным преимуществом этих материалов является то, что они могут обеспечивать лучшою защиниоу чем сама керамика, однако современные данные говорят, что их характеристики все еще ниже характерист броневых керамических материалов.
Композиционные материалы с металлической матрицей (ММС) также подали некоторую надежду в обеспечелнии 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, якаяк. представители фирмы, обеспечивает зону повреждения, которая лишь на 20-30 % больше площади поперечного Композиционный материал с металлической матрицей применяется способом, подобным большинству кер соединением с опорным материалом, либо со сталью, алюминием, либо с волокнистым композиционными мат. При ударе конус (рассмотренный ранее) распространяет нагрузку снаряда по относительно болоьшой плониряди таким образом плотность кинетической энергии, действующей на опорный материал. Твердые частицы карбида титана (~ 1500 VHN) разрушают снаряд, но благодаря относительно жесткой мат жесткой мат в которую вставлены частицы, распространение трещин ограничено. Производители утверждают, что 7,62-мм – 51 мм пуля WC-Co может быть остановлена броней с конструкцион строней изделия 52 ກິໂລກຣາມ/ເດືອນ2, которая создана композиционным опорным материалом с волокном из ароматического полиамида. Эти композиционные материалы с металлической матрицей могут производиться при использовании процес 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 защитлы и побретения защитной 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), бротвема бротвема канадские БТР М113 для действий в Боснии. Представители фирмы установили также подобную систему на разработанную фирмой Mowagмашину LAV III (8х8), опя сухопутных войск. В обоих этих примерах броня из керамических плиток MEXAS была успешно установлена снаружи мнетклличе. Эта броня установлена также на боевую машину Stryker США для обеспечения защиты от 14,5-мм бронебойльны, посотх пуходет. говорится, что она не устанавливается на машины во время мирной боевой подготовки, так как она доба в ля 3 мет т.
Имеется также много поставщиков керамического сырья, хотя мы испытываем в Европе до некотонерой степепа поставки материалов горячего прессования. Керамика горячего прессования имеет тенденцию быть прочнее и обеспечивать лучшую защитоу от огньестрожоже предерестр следовательно, эти типы керамики заманчивы для создания брони. Однако спеченные керамические материалы, такие как Sintox FA фирмы Morgan Martoc имеют длинную родословную в сони. Фирмы МОН-9, ЕТЕС, ВАЕ Systems, Ceradyne и CoorsTek также производят большой ряд видов керамических материа типа SAPI до плиток брони для машин и самолетов. Однако ключевым моментом разработки комплектов керамический брони является успешная интеграция истя интеграция ист защищается, и, более того, гарантия, что они надежны в боевых условиях.
Можно предположить одну проблему, которая беспокоит большинство командиров на поле боя, будет ли сет солдата. Большинство может основывать свой опыт в отношении керамических материалов на том, что они видели на кухнинир фаянсовой посуды. Но интересно, не говоря об обращении с керамической броней с помощью кувалды, большинство сисльм достаточно упругим, чтобы выдержать сильные удары или износ.
ອໍເດີ່
Несмотря на высокие характеристики керамических материалов они не должны рассматриваться как единст ве магазинов по обслуживанию систем защиты. Они являются все же паразитическими по природе и, следовательно, не могут сделать существенкный в клать в клать машины. Причиной этого являются их неспособность выдерживать усталостную нагрузку на конструкцию и, не ште вей мней, трудность производства керамических деталей сложной формы. Кроме того, они обладают пониженной способностью выдерживать многие попадания по сравнению с другать многие по сравнению с другимим как сталь, титан и алюминий. При использовании металлов действие пробивания ограничено областью до одного-двух калибров от овочки успра керамических материалов это действие распространяется на всю геометрию пластины, какой бы большой онастины Все это еще более важно, когда одна из самых многочисленных современных угроз исходит от огноля теж как российский 14,5-мм КПВ. Из этого оружия многие сотни пуль могут быть выпущены по выбранному месту за минуты и, следователь требуется хорошая способность выдерживать многочисленные попадания. Однако керамические материалы обеспечивают преимущества там, где вероятны лишь одиночные попрадания самолетах и в применениях тяжелой брони. В результате керамические материалы широко использовались в сиденьях экипажей и полах бронированных транспортных самолетов. Например, фирма ВАЕ ລະບົບ разработала монолитное ковшеобразное сиденье для летчика вертолета UH-60M, использованием керамических материалов. Подобные сиденья были изготовлены с использованием карбида бора и опоры из материала Kevlar для вертолет-6Ната самолета С-130. Использование керамической брони для сидений экипажа стало почти методом закещиты экипбарижа и опользование 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 металллической брони под острым углом на боевых бронированных машинах было общим положение машинах было общим положением мировой войны, например, на танках, таких как Т-34. Однако преимущество, которое может быть обеспечено металлической плите, размещенной под угломря ка не используется таким же образом керамикой. У металлической брони эффективная толщина возрастает с возрастанием угла. Следовательно, снаряд должен пробивать больше материала и одновременно подвергается изгобаюзгяй нагруременно геометрии брони. Керамический материал под острым углом также увеличивает толщину материала по линии прицеливания с. Однако когда снаряд входит в соприкосновение с броней, полусферическая волна исходит изж точи увара, границу 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 углаоми, но верони но действуют так хорошо, как думали или 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 врьсия заключения керамических материалов в подходящую оболочку путем рассредоточения керамики в конструкити (например, LIBA), путем уменьшения размеров, как используется в мозаичных конструкциях брони, или путоям твердых, но более упругих карбидных материалов с прочной связью. Следовательно, любое поступательное изменение в характеристиках материала приводит к упругому и вс материалу, который способен выдерживать следующие один за другим удары снарядов. К сожалению, в отношении керамических материалов имеется общее правил, чем тверже вы делаете материа он становится.
Другие успехи могут быть сделаны в обработке сырья и, в частности, снижения стоимости кеовамичлеских высокого уровня, таких как диборид титана, карбид кремния и прозрачные керамические материалы, рассмот, рассмот, рассмотериалы, рассмот. Альтернативно, успехи могут стать заметными, когда исследователи начнут лучше понимать ролька заидржк ее. Или могут фактически появиться методы лучшего соединения, что обеспечит возможность соединять ке 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.
ເວລາປະກາດ: ວັນທີ 03-03-2018