Brnenie je o milióny rokov staršie ako ľudstvo a bolo vyvinuté predovšetkým na ochranu pred čeľusťami a pazúrmi. Je možné, že krokodíly a korytnačky by mohli čiastočne inšpirovať ľudí k vytváraniu ochranných prvkov. Všetky zbrane kinetickej energie, či už ide o pravekú palicu alebo projektil prenikajúci pancierom, sú navrhnuté tak, aby sústredili veľkú silu na malú oblasť, jej úlohou je preniknúť do cieľa a spôsobiť mu maximálne škody. V dôsledku toho je úlohou brnenia zabrániť tomu, aby sa odklonili alebo zničili útočné prostriedky a / alebo rozptýlili nárazovú energiu na čo najväčšiu plochu, aby sa minimalizovalo akékoľvek poškodenie pracovnej sily, dopravných systémov a štruktúr, ktoré chráni.
Moderné brnenie sa zvyčajne skladá z tvrdej vonkajšej vrstvy na zastavenie, vychýlenie alebo zničenie strely, medzivrstvy s veľmi vysokým „rozbitím“a viskóznej vnútornej vrstvy na zabránenie vzniku trhlín a trosiek.
Oceľ
Oceľ, ktorá sa stala prvým materiálom široko používaným pri výrobe obrnených vozidiel, je stále žiadaná, a to napriek vzniku panciera na báze ľahkých zliatin hliníka a titánu, keramiky, kompozitov s polymérnou matricou, vystužených sklenenými vláknami, aramidu a polyetylénu s ultra vysokou molekulovou hmotnosťou, ako aj kompozitných materiálov s kovovou matricou.
Mnoho oceliarní, vrátane SSAB, pokračuje vo vývoji vysokopevných ocelí pre rôzne aplikácie kritické z hľadiska hmotnosti, ako napríklad dodatočné opláštenie. Obrnená oceľ triedy ARM OX 600T, dostupná v hrúbkach 4-20 mm, je k dispozícii so zaručenou tvrdosťou 570 až 640 jednotiek HBW (skratka pre tvrdosť, Brinell, Wolfram; test, pri ktorom sa lisuje volfrámová guľa štandardného priemeru do vzorky materiálu so známou silou sa potom zmeria priemer vytvoreného vybrania; potom sa tieto parametre nahradia vzorcom, ktorý vám umožní získať počet jednotiek tvrdosti).
SSAB tiež zdôrazňuje dôležitosť dosiahnutia správnej rovnováhy tvrdosti a húževnatosti pre ochranu proti prieniku a prasknutiu. Rovnako ako všetky ocele, aj ARMOX 600T pozostáva zo železa, uhlíka a mnohých ďalších legujúcich zložiek vrátane kremíka, mangánu, fosforu, síry, chrómu, niklu, molybdénu a bóru.
Použité výrobné techniky majú svoje obmedzenia, najmä pokiaľ ide o teplotu. Táto oceľ nie je určená na dodatočné tepelné spracovanie; ak sa po dodaní zahreje na teplotu nad 170 ° C, spoločnosť SSAB nemôže zaručiť jej vlastnosti. Spoločnosti, ktoré dokážu obísť tento druh obmedzení, pravdepodobne pritiahnu podrobnú kontrolu výrobcov obrnených vozidiel.
Iná švédska spoločnosť Deform ponúka výrobcom obrnených vozidiel, predovšetkým tým, ktorí chcú zlepšiť ochranu úžitkových / civilných vozidiel, súčiastky odolné voči nepriestrelnému brnutiu za tepla.
Jednodielne brány firewall Deform sú nainštalované v vozidlách Nissan PATROL 4x4, mikrobus Volkswagen T6 TRANSPORTER a pick-up Isuzu D-MAX spolu s pevnou podlahou z rovnakého materiálu. Proces tvárnenia za tepla vyvinutý spoločnosťou Deform a používaný pri výrobe plechov udržuje tvrdosť 600 HB [HBW].
Spoločnosť tvrdí, že dokáže obnoviť vlastnosti všetkých pancierových ocelí na trhu pri zachovaní štruktúrne definovaného tvaru, pričom výsledné časti sú oveľa lepšie ako tradičné zvárané a čiastočne sa prekrývajúce konštrukcie. Pri metóde vyvinutej spoločnosťou Deform sa plechy kalia a temperujú po kovaní za tepla. Vďaka tomuto procesu je možné získať trojrozmerné tvary, ktoré nie je možné získať tvárnením za studena bez povinných v takýchto prípadoch „zvarov, ktoré porušujú integritu kritických bodov“.
Deformované za tepla tvarované oceľové plechy sa používajú na BAE Systems BVS-10 a CV90 a od začiatku 90. rokov na mnohých strojoch Kraus-Maffei Wegmann (KMW). Prichádzajú objednávky na výrobu trojrozmerných pancierových plechov pre tank LEOPARD 2 a niekoľkých tvarovaných plechov pre vozidlá BOXER a PUMA, plus pre niekoľko vozidiel Rheinmetall, vrátane opäť BOXER, a tiež poklopu pre vozidlo WIESEL. Deform funguje aj s inými ochrannými materiálmi vrátane hliníka, kevlaru / aramidu a titánu.
Hliníkový pokrok
Pokiaľ ide o obrnené vozidlá, po prvýkrát sa hliníkové pancierovanie široko používalo pri výrobe obrneného transportéra M113, ktorý sa vyrábal od roku 1960. Bola to zliatina označená 5083 obsahujúca 4,5% horčíka a oveľa menšie množstvo mangánu, železa, medi, uhlíka, zinku, chrómu, titánu a ďalších. Napriek tomu, že si 5083 po zváraní dobre zachováva svoju pevnosť, nejedná sa o tepelne spracovateľnú zliatinu. Nemá takú dobrú odolnosť ako 7,62 mm pancierové strely, ale, ako potvrdili oficiálne testy, zastaví 14,5 mm strelné zbrane v sovietskom štýle lepšie ako oceľ, pričom šetrí hmotnosť a dodáva požadovanú pevnosť. Pre túto úroveň ochrany je hliníkový plech hrubší a 9 -krát pevnejší ako oceľ s nižšou hustotou 265 r / cm3, čo má za následok zníženie hmotnosti konštrukcie.
Výrobcovia obrnených vozidiel čoskoro začali požadovať ľahšie, balisticky pevnejšie, zvariteľné a tepelne spracovateľné hliníkové pancierovanie, čo viedlo k vývoju spoločnosti Alcan 7039 a neskôr 7017, oba s vyšším obsahom zinku.
Rovnako ako pre oceľ, lisovanie a následná montáž môžu negatívne ovplyvniť ochranné vlastnosti hliníka. Pri zváraní tepelne ovplyvnené zóny zmäknú, ale ich pevnosť sa čiastočne obnoví v dôsledku tvrdnutia počas prirodzeného starnutia. Štruktúra kovu sa v úzkych zónach v blízkosti zvaru mení, čo vytvára veľké zvyškové napätie v prípade chýb zvárania a / alebo montáže. V dôsledku toho by ich výrobné techniky mali minimalizovať, pričom by malo byť minimalizované aj riziko vzniku koróznych trhlín spôsobených namáhaním, najmä keď sa očakáva, že konštrukčná životnosť stroja bude viac ako tri desaťročia.
Korózne krakovanie stresom je proces vzniku a rastu trhlín v korozívnom prostredí, ktorý má tendenciu sa zhoršovať so zvyšujúcim sa počtom legujúcich prvkov. K tvorbe trhlín a ich následnému rastu dochádza v dôsledku difúzie vodíka pozdĺž hraníc zŕn.
Stanovenie citlivosti na praskanie začína extrakciou malého množstva elektrolytu z trhlín a jeho analýzou. Na stanovenie toho, ako veľmi bola konkrétna zliatina poškodená, sa vykonávajú testy korózie na napätie s nízkou deformačnou rýchlosťou. Mechanické napínanie dvoch vzoriek (jedna v korozívnom prostredí a druhá v suchom vzduchu) prebieha, kým nezlyhajú, a potom sa porovná plastická deformácia v mieste zlomeniny - čím viac je vzorka natiahnutá k zlyhaniu, tým lepšie.
Odolnosť voči koróznemu praskaniu namáhaním je možné zlepšiť počas spracovania. Podľa spoločnosti Total Materia, ktorá si hovorí „najväčšia databáza materiálov na svete“, Alcan zlepšil výkon 7017 v testoch zrýchleného korózneho praskania namáhaním 40 -krát. Získané výsledky tiež umožňujú vyvinúť metódy ochrany proti korózii pre zóny zváraných konštrukcií, v ktorých je ťažké vyhnúť sa zvyškovým napätiam. Pokračuje výskum zameraný na zlepšenie zliatin s cieľom optimalizovať elektrochemické vlastnosti zváraných spojov. Práce na nových tepelne spracovateľných zliatinách sa zameriavajú na zlepšenie ich pevnosti a odolnosti voči korózii, zatiaľ čo práce na zliatinách, ktoré nie sú tepelne spracovateľné, sa zameriavajú na odstránenie obmedzení vyplývajúcich z požiadaviek na zvárateľnosť. Najtvrdšie materiály vo vývoji budú o 50% pevnejšie ako najlepšie hliníkové pancierovanie, ktoré sa dnes používa.
Zliatiny s nízkou hustotou, ako je lítiumaluminium, ponúkajú asi 10% úsporu hmotnosti oproti predchádzajúcim zliatinám s porovnateľnou odolnosťou proti guľkám, aj keď balistický výkon ešte musí byť úplne vyhodnotený podľa Total Materia.
Zlepšujú sa aj metódy zvárania, vrátane robotických. Medzi úlohy, ktoré sa majú vyriešiť, patrí minimalizácia dodávky tepla, stabilnejší zvárací oblúk vďaka zlepšeniu systémov dodávky energie a drôtu, ako aj monitorovanie a riadenie procesu expertnými systémami.
Spoločnosť MTL Advanced Materials spolupracovala s firmou ALCOA Defence, renomovaným výrobcom hliníkových pancierových platní, na vývoji toho, čo spoločnosť popisuje ako „spoľahlivý a opakovateľný proces tvárnenia za studena“. Spoločnosť poznamenáva, že zliatiny hliníka vyvinuté pre pancierové aplikácie neboli navrhnuté na tvárnenie za studena, čo znamená, že jej nový proces by mal pomôcť vyhnúť sa bežným režimom zlyhania vrátane praskania. Konečným cieľom je umožniť konštruktérom strojov minimalizovať potrebu zvárania a znížiť počet dielov, uvádza spoločnosť. Spoločnosť zdôrazňuje zníženie objemu zvárania, zvyšuje pevnosť konštrukcie a ochranu posádky a zároveň znižuje výrobné náklady. Počnúc osvedčenou zliatinou 5083-H131 vyvinula spoločnosť postup na tvarovanie dielov za studena s 90-stupňovým uhlom ohybu pozdĺž a cez zrná a potom prešla na zložitejšie materiály, napríklad na zliatiny 7017, 7020 a 7085., tiež dosiahnutie dobrých výsledkov.
Keramika a kompozity
Pred niekoľkými rokmi spoločnosť Morgan Advanced Materials oznámila vývoj niekoľkých pancierových systémov SAMAS, ktoré pozostávali z kombinácie pokročilej keramiky a štruktúrnych kompozitov. Produktový rad zahŕňa sklopné pancierovanie, výstelky proti fragmentácii, kapsuly na prežitie vyrobené zo štrukturálnych kompozitov na výmenu kovových trupov a ochranu zbraňových modulov, obývaných aj neobývaných. Všetky je možné prispôsobiť konkrétnym požiadavkám alebo vyrobiť na objednávku.
Poskytuje ochranu STANAG 4569 úrovne 2-6, viacúčelový výkon a úsporu hmotnosti (spoločnosť tvrdí, že tieto systémy vážia o polovicu menej ako podobné výrobky z ocele) a prispôsobuje sa konkrétnym hrozbám, platformám a misiám … Vložky proti trieskam je možné vyrobiť z plochých panelov s hmotnosťou 12,3 kg na pokrytie plochy 0,36 m2 (asi 34 kg / m2) alebo z pevných tvaroviek s hmotnosťou 12,8 kg na 0,55 m2 (asi 23,2 kg / m2).
Podľa spoločnosti Morgan Advanced Materials ponúka dodatočné brnenie určené pre nové a modernizácie existujúcich platforiem rovnaké možnosti pri polovičnej hmotnosti. Patentovaný systém poskytuje maximálnu ochranu proti širokému spektru hrozieb, vrátane zbraní malého a stredného kalibru, improvizovaných výbušných zariadení (IED) a raketových granátov, ako aj výkonu pri viacerých nárazoch.
„Pološtrukturálny“pancierový systém s dobrou odolnosťou proti korózii je ponúkaný pre zbraňové moduly (okrem leteckých a námorných aplikácií) a spolu s úsporou hmotnosti a minimalizáciou problémov s ťažiskom na rozdiel od ocele vytvára menej problémov s elektromagnetickou kompatibilitou.
Zvláštnym problémom je ochrana zbraňových modulov, pretože sú atraktívnym cieľom, pretože ich deaktivácia drasticky zhoršuje velenie posádky v danej situácii a schopnosť vozidla vyrovnať sa s blízkymi hrozbami. Majú tiež jemnú optoelektroniku a zraniteľné elektrické motory. Pretože sú zvyčajne inštalované v hornej časti vozidla, pancierovanie by malo byť ľahké, aby bolo ťažisko čo najnižšie.
Systém ochrany zbraňových modulov, ktorý môže zahŕňať pancierové sklo a ochranu hornej časti, je úplne skladací, dve osoby ho môžu zmontovať za 90 sekúnd. Kompozitné kapsuly na prežitie sú vyrobené z toho, čo spoločnosť opisuje ako „jedinečné húževnaté materiály a polymérne formulácie“, poskytujú ochranu pred šrapnelmi a dajú sa opraviť v teréne.
Ochrana vojaka
Systém SPS (Soldier Protection System) vyvinutý spoločnosťou 3M Ceradyne obsahuje prilby a vložky do panciera pre integrovaný systém ochrany hlavy (IHPS) a VTP (ochrana životne dôležitej časti trupu) - ESAPI (vylepšená ochranná vložka do ručných zbraní) - vylepšená vložka na ochranu pred ručné zbrane) systému SPS.
Medzi požiadavky IHPS patrí nižšia hmotnosť, pasívna ochrana sluchu a vylepšená ochrana proti nárazom. Systém obsahuje aj príslušenstvo, ako napríklad komponent na ochranu spodnej čeľuste vojaka, ochranný štít, držiak na okuliare pre nočné videnie, vodítka napríklad pre baterku a kameru a dodatočnú modulárnu ochranu pred guľkami. Kontrakt v hodnote viac ako 7 miliónov dolárov počíta s dodávkou zhruba 5 300 prilieb. Medzitým bude podľa zmluvy za 36 miliónov dolárov dodaných viac ako 30 000 súprav ESAPI - ľahšie vložky do panciera. Výroba oboch týchto súprav sa začala v roku 2017.
V rámci programu SPS vybrala KDH Defence materiály SPECTRA SHIELD a GOLD SHIELD spoločnosti Honeywell pre päť subsystémov vrátane subsystému ochrany trupu a extrémnej ochrany (TEP), ktoré budú dodané pre projekt SPS. Ochranný systém TEP je o 26% ľahší, čo v konečnom dôsledku znižuje hmotnosť systému SPS o 10%. KDH bude vo svojich vlastných produktoch pre tento systém používať SPECTRA SHIELD, ktorý je založený na vlákne UHMWPE, a GOLD SHIELD na báze aramidových vlákien.
Vlákno SPECTRA
Spoločnosť Honeywell používa patentovaný postup spriadania a ťahania polymérových vlákien na vloženie suroviny UHMWPE do vlákna SPECTRA. Tento materiál je 10 -krát pevnejší ako oceľ, pokiaľ ide o hmotnosť, jeho špecifická pevnosť je o 40% vyššia ako u aramidových vlákien, má vyšší bod topenia ako štandardný polyetylén (150 ° C) a väčšiu odolnosť proti opotrebeniu v porovnaní s inými polymérmi, pretože napríklad polyester.
Pevný a tuhý materiál SPECTRA vykazuje pri pretrhnutí vysokú deformáciu, to znamená, že sa pred zlomením veľmi silne natiahne; táto vlastnosť umožňuje absorbovať veľké množstvo nárazovej energie. Honeywell tvrdí, že vláknové kompozity SPECTRA fungujú veľmi dobre pri nárazoch vysokou rýchlosťou, ako sú náboje do pušiek a rázové vlny. Podľa spoločnosti „Naše pokročilé vlákno reaguje na náraz rýchlym odstraňovaním kinetickej energie z nárazovej zóny … má tiež dobré tlmenie vibrácií, dobrú odolnosť voči opakovaným deformáciám a vynikajúce vlastnosti vnútorného trenia vlákien spolu s vynikajúcou odolnosťou voči chemikáliám, voda a UV svetlo. “
Honeywell vo svojej technológii SHIELD rozprestiera rovnobežné vlákna a spája ich tak, že ich impregnuje pokrokovou živicou, aby sa vytvorila jednosmerná páska. Potom sú vrstvy tejto pásky umiestnené priečne do požadovaných uhlov a pri danej teplote a tlaku, spájkované do kompozitnej štruktúry. Pre aplikácie mäkkého nosenia je laminovaný medzi dve vrstvy tenkej a flexibilnej priehľadnej fólie. Pretože vlákna zostávajú rovné a rovnobežné, rozptýlia nárazovú energiu efektívnejšie, ako keby boli tkané do tkanín.
Short Bark Industries taktiež používa SPECTRA SHIELD v bodyguardi BCS (Ballistic Combat Shirt) pre systém SPS TEP. Short Bark sa špecializuje na jemnú ochranu, taktické oblečenie a doplnky.
Podľa Honeywella si vojaci vybrali ochranné prvky vyrobené z týchto materiálov potom, čo preukázali vynikajúci výkon oproti svojim náprotivkom z aramidových vlákien.
