Rustning er millioner af år ældre end menneskeheden, og den udviklede sig primært for at beskytte mod kæber og kløer. Det er muligt, at krokodiller og skildpadder delvist kan inspirere mennesker til at skabe beskyttende elementer. Alle våben af kinetisk energi, det være sig en forhistorisk klub eller et panserbrydende projektil, er designet til at koncentrere stor kraft i et lille område, dens opgave er at trænge ind i målet og påføre det maksimal skade. Følgelig er rustningens opgave at forhindre dette ved at afbøje eller ødelægge angrebsmidlerne og / eller sprede slagkraften over et så stort område som muligt for at minimere enhver skade på arbejdskraft, transportsystemer og strukturer, som den beskytter.
Moderne rustning består typisk af et hårdt ydre lag for at stoppe, afbøje eller ødelægge projektilet, et mellemlag med et meget højt "arbejde for at bryde" og et viskøst indre lag for at forhindre revner og snavs.
Stål
Stål, der blev det første materiale, der i vid udstrækning blev brugt til fremstilling af pansrede køretøjer, er stadig efterspurgt, på trods af fremkomsten af rustninger baseret på lette legeringer af aluminium og titanium, keramik, kompositter med en polymermatrix, forstærket med glasfibre, aramid og polyethylen med ultrahøj molekylvægt samt kompositmaterialer med en metalmatrix.
Mange stålfabrikker, herunder SSAB, fortsætter med at udvikle højstyrkestål til forskellige vægtkritiske applikationer, såsom ekstra beklædning. Armeret stålkvalitet ARM OX 600T, fås i tykkelser på 4-20 mm, fås med en garanteret hårdhed på 570 til 640 HBW-enheder (forkortelse for Hardness, Brinell, Wolfram; en test, hvor der trykkes på en wolframkugle med en standarddiameter) i en materialeprøve med en kendt kraft, derefter måles diameteren af den dannede fordybning; derefter erstattes disse parametre i formlen, hvilket giver dig mulighed for at opnå antallet af hårdhedsenheder).
SSAB understreger også vigtigheden af at opnå den rette balance mellem hårdhed og sejhed for penetration og burst -beskyttelse. Som alle stål består ARMOX 600T af jern, kulstof og en række andre legeringskomponenter, herunder silicium, mangan, fosfor, svovl, chrom, nikkel, molybdæn og bor.
Der er begrænsninger på de anvendte fremstillingsteknikker, især når det kommer til temperatur. Dette stål er ikke beregnet til yderligere varmebehandling; hvis det opvarmes til over 170 ° C efter levering, kan SSAB ikke garantere dets egenskaber. Virksomheder, der kan omgå denne form for begrænsning, vil sandsynligvis tiltrække nøje granskning af pansrede bilproducenter.
Et andet svensk firma, Deform, tilbyder kuglebestandige rustfrit stål varmformede dele til pansrede køretøjsfabrikanter, især dem, der ønsker at forbedre beskyttelsen af kommercielle / civile køretøjer.
Deform-firewalls i ét stykke er installeret i Nissan PATROL 4x4, Volkswagen T6 TRANSPORTER minibus og Isuzu D-MAX pickup sammen med et solidt gulvlag af samme materiale. Den varmformingsproces, der er udviklet af Deform og brugt til arkproduktion, opretholder en hårdhed på 600HB [HBW].
Virksomheden hævder, at det kan genoprette egenskaberne for alle rustningstål på markedet og samtidig bevare en strukturelt defineret form, mens de resulterende dele er langt bedre end traditionelle svejsede og delvist overlappende strukturer. I metoden udviklet af Deform standses pladerne og hærdes efter varm smedning. Takket være denne proces er det muligt at opnå tredimensionelle former, der ikke kan opnås ved koldformning uden det obligatoriske i sådanne tilfælde "svejsninger, der krænker integriteten af de kritiske punkter."
Deformering af varmformede stålplader er blevet brugt på BAE Systems BVS-10 og CV90 og siden begyndelsen af 1990'erne på mange Kraus-Maffei Wegmann (KMW) maskiner. Ordrer indkommer om fremstilling af tredimensionelle rustningsplader til LEOPARD 2-tanken og flere formede plader til BOXER- og PUMA-køretøjer plus til flere Rheinmetall-køretøjer, herunder igen BOXER, samt en luge til WIESEL-køretøjet. Deform fungerer også med andre beskyttende materialer, herunder aluminium, kevlar / aramid og titanium.
Aluminium fremskridt
Hvad angår pansrede køretøjer, blev aluminiumspanser for første gang i vid udstrækning brugt til fremstilling af M113 -pansrede personelbærere, som er blevet produceret siden 1960. Det var en legering, betegnet 5083, indeholdende 4,5% magnesium og meget mindre mængder mangan, jern, kobber, kulstof, zink, chrom, titanium og andre. Selvom 5083 bevarer sin styrke godt efter svejsning, er det ikke en varmebehandlet legering. Det har ikke så god modstandsdygtighed over for 7,62 mm panserbrydende kugler, men som officielle test bekræfter, stopper det 14,5 mm sovjetisk stil panserbrydende kugler bedre end stål, samtidig med at det sparer vægt og tilføjer den ønskede styrke. For dette beskyttelsesniveau er aluminiumspladen tykkere og 9 gange stærkere end stål med en lavere densitet på 265 r / cm3, hvilket resulterer i en reduktion i konstruktionens vægt.
Pansrede køretøjsfabrikanter begyndte snart at anmode om lettere, mere ballistisk stærkere, svejsbare og varmebehandlingsbare rustninger i aluminium, hvilket førte til Alcans udvikling i 7039 og senere 7017, begge med et højere zinkindhold.
Som med stål kan stempling og efterfølgende samling påvirke aluminiums beskyttelsesegenskaber negativt. Ved svejsning blødgøres de varmepåvirkede zoner, men deres styrke genoprettes delvist på grund af hærdning under naturlig ældning. Metallens struktur ændres i smalle zoner nær svejsningen, hvilket skaber store restspændinger i tilfælde af svejse- og / eller monteringsfejl. Følgelig bør fremstillingsteknikker minimere dem, mens risikoen for spændingskorrosion også skal minimeres, især når maskinens designlevetid forventes at være mere end tre årtier.
Spændingskorrosion er en proces med udseende og vækst af revner i et ætsende miljø, som har en tendens til at forringes, når antallet af legeringselementer stiger. Dannelsen af revner og deres efterfølgende vækst sker som følge af diffusion af brint langs korngrænserne.
Bestemmelse af modtagelighed for revner begynder med ekstraktion af en lille mængde elektrolyt fra revnerne og dens analyse. Korrosionstest med lav belastningshastighed udføres for at bestemme, hvor meget en bestemt legering er blevet beskadiget. Mekanisk strækning af to prøver (den ene i et ætsende miljø og den anden i tør luft) sker, indtil de fejler, og derefter sammenlignes plastisk deformation på brudstedet - jo mere prøven strækkes til svigt, desto bedre.
Modstandsdygtigheden over for spændingskorrosionsrevner kan forbedres under behandlingen. For eksempel ifølge Alcan Materia, der kalder sig "verdens største materialedatabase", har Alcan forbedret 7017's ydeevne i accelereret test af korrosionssprængninger med 40 gange. De opnåede resultater gør det også muligt at udvikle metoder til korrosionsbeskyttelse for zoner i svejsede strukturer, hvor det er svært at undgå restspændinger. Forskning med henblik på at forbedre legeringer for at optimere de elektrokemiske egenskaber ved svejsede samlinger er i gang. Arbejde med nye varmebehandlingslegeringer fokuserer på at forbedre deres styrke og korrosionsbestandighed, mens arbejde med ikke -varmebehandlingslegeringer har til formål at fjerne de begrænsninger, som svejsbarhedskravene pålægger. De hårdeste materialer i udviklingen vil være 50% stærkere end den bedste aluminiumspanser, der bruges i dag.
Legeringer med lav densitet, såsom lithiumaluminium, giver omkring 10% vægtbesparelser i forhold til tidligere legeringer med sammenlignelig kuglemodstand, selvom ballistisk ydeevne endnu ikke er blevet evalueret fuldt ud i henhold til Total Materia.
Svejsemetoder, herunder robotiske, forbedres også. Blandt de opgaver, der skal løses, er minimering af varmeforsyningen, en mere stabil svejsebue på grund af forbedringen af energi- og trådforsyningssystemer samt overvågning og kontrol af processen med ekspertsystemer.
MTL Advanced Materials arbejdede sammen med ALCOA Defense, en kendt producent af rustningsplader i aluminium, for at udvikle det, virksomheden beskriver som en "pålidelig og gentagelig koldformningsproces." Virksomheden bemærker, at aluminiumslegeringerne, der er udviklet til rustningsapplikationer, ikke var designet til koldformning, hvilket betyder, at dens nye proces skulle hjælpe med at undgå almindelige fejltilstande, herunder revner. Det endelige mål er at gøre det muligt for maskindesignere at minimere behovet for svejsning og reducere antallet af dele, ifølge virksomheden. Ved at reducere svejsemængden understreger virksomheden, øger strukturel styrke og besætningsbeskyttelse, samtidig med at produktionsomkostningerne reduceres. Fra og med den velprøvede 5083-H131-legering udviklede virksomheden en proces til kolddannende dele med en 90-graders bøjningsvinkel langs og på tværs af kornene og derefter videre til mere komplekse materialer, f.eks. Legeringer 7017, 7020 og 7085, også opnå gode resultater.
Keramik og kompositter
For flere år siden annoncerede Morgan Advanced Materials udviklingen af flere SAMAS rustningssystemer, som bestod af en kombination af avanceret keramik og strukturelle kompositter. Produktlinjen omfatter hængslede rustninger, foring mod fragmentering, kapsler af overlevelsesevne fremstillet af strukturelle kompositter til udskiftning af metalskrog og beskyttelse af våbenmoduler, både beboede og ubeboede. Alle kan tilpasses specifikke krav eller laves på bestilling.
Giver STANAG 4569 niveau 2-6 beskyttelse sammen med multi-impact ydeevne og vægtbesparelser (virksomheden hævder, at disse systemer vejer halvt så meget som lignende stålprodukter), og tilpasser sig specifikke trusler, platforme og missioner. … Antisplinterforinger kan fremstilles af flade paneler, der vejer 12,3 kg til at dække et område på 0,36 m2 (ca. 34 kg / m2) eller massive beslag, der vejer 12,8 kg for 0,55 m2 (ca. 23,2 kg / m2).
Ifølge Morgan Advanced Materials tilbyder yderligere rustninger designet til ny og modernisering af eksisterende platforme de samme muligheder ved halvdelen af vægten. Det patenterede system giver maksimal beskyttelse mod en lang række trusler, herunder små og mellemstore kalibervåben, improviserede eksplosive anordninger (IED'er) og raketdrevne granater samt multi-impact ydeevne.
Et "semi-strukturelt" rustningssystem med god korrosionsbestandighed tilbydes til våbenmoduler (ud over luft- og sø-applikationer), og sammen med at spare vægt og minimere problemer med tyngdepunktet, i modsætning til stål, skaber det færre elektromagnetiske kompatibilitetsproblemer.
Beskyttelsen af våbenmoduler er et særligt problem, da de er et attraktivt mål, da deres deaktivering drastisk forringer besætningens kommando over situationen og køretøjets evne til at håndtere nærliggende trusler. De har også delikat optoelektronik og sårbare elmotorer. Da de normalt er installeret i toppen af køretøjet, skal pansringen være let for at holde tyngdepunktet så lavt som muligt.
Systemet til beskyttelse af våbenmoduler, som kan omfatte panserglas og beskyttelse af den øvre del, er fuldstændig sammenklappeligt, to personer kan samle det igen på 90 sekunder. Kompositoverlevelseskapsler er fremstillet af det, virksomheden beskriver som "unikke hårde materialer og polymerformuleringer", de giver granatsplinterbeskyttelse og kan repareres i marken.
Soldatbeskyttelse
SPS (Soldier Protection System) udviklet af 3M Ceradyne inkluderer hjelme og indsatser i kropspanser til det integrerede hovedbeskyttelsessystem (IHPS) og VTP (Vital Torso Protection) - ESAPI (Enhanced Small Arms Protective Insert) komponenter - forbedret indsats til beskyttelse mod håndvåben) i SPS -systemet.
IHPS -krav inkluderer lettere vægt, passiv høreværn og forbedret stump beskyttelse. Systemet indeholder også tilbehør såsom en komponent til beskyttelse af en soldats underkæbe, et beskyttelsesvisir, en holder til nattesynsbriller, guider til f.eks. Lommelygte og kamera og yderligere modulær kuglebeskyttelse. Kontrakten, der er mere end 7 millioner dollars værd, indeholder levering af omkring 5.300 hjelme. I mellemtiden vil der blive leveret mere end 30.000 ESAPI -kits - lettere skær til karosseripanser - i henhold til kontrakten på 36 millioner dollars. Produktionen af begge disse kits begyndte i 2017.
Også under SPS -programmet valgte KDH Defense Honeywells SPECTRA SHIELD- og GOLD SHIELD -materialer til fem undersystemer, herunder delsystemet Torso og Extremity Protection (TEP), der skulle leveres til SPS -projektet. TEP -beskyttelsessystemet er 26% lettere, hvilket i sidste ende reducerer vægten af SPS -systemet med 10%. KDH vil bruge SPECTRA SHIELD, der er baseret på UHMWPE fiber, og GOLD SHIELD, baseret på aramidfibre, i egne produkter til dette system.
SPECTRA fiber
Honeywell bruger en proprietær polymerfiber -spinde- og tegneproces til at integrere UHMWPE -råmateriale i SPECTRA -fiber. Dette materiale er 10 gange stærkere end stål med hensyn til vægt, dets specifikke styrke er 40% højere end aramidfiber, det har et højere smeltepunkt end standard polyethylen (150 ° C) og større slidstyrke sammenlignet med andre polymerer, for eksempelvis polyester.
Det stærke og stive SPECTRA -materiale viser høj deformation ved brud, det vil sige, at det strækker sig meget stærkt, før det går i stykker; denne egenskab gør det muligt at absorbere en stor mængde slag energi. Honeywell hævder, at SPECTRA -fiberkompositter udfører meget godt under påvirkninger med høj hastighed, såsom riffelkugler og stødbølger. Ifølge virksomheden, “Vores avancerede fiber reagerer på stød ved hurtigt at fjerne kinetisk energi fra slagzonen … den har også god vibrationsdæmpning, god modstandsdygtighed over for gentagne deformationer og fremragende indre friktionskarakteristika af fibrene sammen med fremragende modstandsdygtighed over for kemikalier, vand og UV -lys."
I sin SHIELD -teknologi spreder Honeywell parallelle tråde af fibre og binder dem sammen ved at imprægnere dem med en avanceret harpiks for at skabe et ensrettet bånd. Derefter placeres lagene af dette bånd på tværs i de ønskede vinkler og ved en given temperatur og tryk, loddet i en sammensat struktur. Til bløde bærbare applikationer lamineres den mellem to lag tynd og fleksibel gennemsigtig film. Fordi fibrene forbliver lige og parallelle, spreder de slagkraft mere effektivt, end hvis de blev vævet ind i et vævet stof.
Short Bark Industries bruger også SPECTRA SHIELD i BCS (Ballistic Combat Shirt) bodyguard til SPS TEP -systemet. Short Bark har specialiseret sig i blød beskyttelse, taktisk beklædning og tilbehør.
Ifølge Honeywell valgte soldater beskyttelseselementer fremstillet af disse materialer, efter at de demonstrerede overlegen ydeevne i forhold til deres aramidfibre -modstykker.
