Rustning er millioner av år eldre enn menneskeheten, og den utviklet seg først og fremst for å beskytte mot kjever og klør. Det er mulig at krokodiller og skilpadder delvis kan inspirere mennesker til å lage beskyttende elementer. Alle våpen for kinetisk energi, det være seg en forhistorisk klubb eller et rustningspenningende prosjektil, er designet for å konsentrere stor kraft i et lite område, oppgaven er å trenge gjennom målet og påføre det maksimal skade. Følgelig er rustningens oppgave å forhindre dette ved å avlede eller ødelegge angrepsinnretningene og / eller spre spredningsenergien over et så stort område som mulig for å minimere eventuelle skader på arbeidskraft, transportsystemer og strukturer som den beskytter.
Moderne rustning består vanligvis av et hardt ytre lag for å stoppe, bøye eller ødelegge prosjektilet, et mellomlag med et veldig høyt "arbeid for å bryte" og et viskøst indre lag for å forhindre sprekker og rusk.
Stål
Stål, som ble det første materialet som ble mye brukt i fremstillingen av pansrede kjøretøyer, er fortsatt etterspurt, til tross for fremveksten av rustninger basert på lette legeringer av aluminium og titan, keramikk, kompositter med en polymermatrise, forsterket med glassfiber, aramid og polyetylen med ultrahøy molekylvekt, samt komposittmaterialer med en metallmatrise.
Mange stålfabrikker, inkludert SSAB, fortsetter å utvikle høyfast stål for en rekke vektkritiske bruksområder, for eksempel ekstra kappe. Pansret stålkvalitet ARM OX 600T, tilgjengelig i tykkelser på 4-20 mm, er tilgjengelig med en garantert hardhet på 570 til 640 HBW-enheter (forkortelse for Hardness, Brinell, Wolfram; en test der en wolframkule med en standard diameter presses ned i en materialprøve med en kjent kraft, måles deretter diameteren på den dannede fordypningen, deretter blir disse parameterne erstattet med formelen, som lar deg oppnå antall hardhetsenheter).
SSAB understreker også viktigheten av å oppnå den rette balansen mellom hardhet og seighet for penetrasjon og burst -beskyttelse. Som alle stål består ARMOX 600T av jern, karbon og en rekke andre legeringskomponenter, inkludert silisium, mangan, fosfor, svovel, krom, nikkel, molybden og bor.
Det er begrensninger på produksjonsteknikkene som brukes, spesielt når det gjelder temperatur. Dette stålet er ikke beregnet for ytterligere varmebehandling; hvis det varmes opp til 170 ° C etter levering, kan SSAB ikke garantere dets egenskaper. Selskaper som kan omgå denne typen begrensninger vil sannsynligvis tiltrekke seg nøye granskning av produsenter av pansrede kjøretøyer.
Et annet svensk selskap, Deform, tilbyr kulebestandige rustningsstål varmformede deler til produsenter av pansrede kjøretøyer, spesielt de som ønsker å forbedre beskyttelsen av kommersielle / sivile kjøretøyer.
Deform brannmurer i ett stykke er installert i Nissan PATROL 4x4, Volkswagen T6 TRANSPORTER minibuss og Isuzu D-MAX pickup, sammen med et solid gulvark av samme materiale. Den varme formingsprosessen utviklet av Deform og brukt i arkproduksjon opprettholder en hardhet på 600HB [HBW].
Selskapet hevder at det kan gjenopprette egenskapene til alle rustningsstål på markedet samtidig som det opprettholder en strukturelt definert form, mens de resulterende delene er langt bedre enn tradisjonelle sveisede og delvis overlappende strukturer. I metoden som er utviklet av Deform, blir platene slukket og herdet etter varm smiing. Takket være denne prosessen er det mulig å oppnå tredimensjonale former som ikke kan oppnås ved kaldforming uten det obligatoriske i slike tilfeller "sveiser som bryter integriteten til de kritiske punktene."
Deform varmformede stålplater har blitt brukt på BAE Systems BVS-10 og CV90 og siden begynnelsen av 1990-tallet på mange Kraus-Maffei Wegmann (KMW) maskiner. Det kommer inn bestillinger om produksjon av tredimensjonale rustningsplater for LEOPARD 2-tanken og flere formede plater for BOXER- og PUMA-kjøretøyene, pluss for flere Rheinmetall-kjøretøyer, inkludert igjen BOXER, samt en luke for WIESEL-kjøretøyet. Deform fungerer også med andre beskyttende materialer, inkludert aluminium, kevlar / aramid og titan.
Aluminium fremgang
Når det gjelder pansrede kjøretøyer, ble aluminiumspanser for første gang mye brukt i produksjonen av pansrede personellbæreren M113, som har blitt produsert siden 1960. Det var en legering, betegnet 5083, inneholdende 4,5% magnesium og mye mindre mengder mangan, jern, kobber, karbon, sink, krom, titan og andre. Selv om 5083 beholder sin styrke godt etter sveising, er det ikke en legering som kan behandles med varme. Den har ikke like god motstand mot 7,62 mm rustningspenningskuler, men som offisielle tester bekrefter, stopper den 14,5 mm rustningspenningskuler i sovjetisk stil bedre enn stål, samtidig som den sparer vekt og legger til ønsket styrke. For dette beskyttelsesnivået er aluminiumsplaten tykkere og 9 ganger sterkere enn stål med en lavere tetthet på 265 r / cm3, noe som resulterer i en reduksjon i konstruksjonens vekt.
Pansrede bilprodusenter begynte snart å be om lettere, mer ballistisk sterkere, sveisbar og varmebehandlingsbar rustning i aluminium, noe som førte til Alcans utvikling av 7039 og senere 7017, begge med høyere sinkinnhold.
Som med stål kan stempling og påfølgende montering påvirke beskyttelsesegenskapene til aluminium negativt. Ved sveising mykes de varmepåvirkede sonene, men styrken blir delvis gjenopprettet på grunn av herding under naturlig aldring. Strukturen til metallet endres i trange soner nær sveisen, og skaper store restspenninger i tilfelle sveise- og / eller monteringsfeil. Følgelig bør produksjonsteknikker minimere dem, mens risikoen for spenningskorrosjon også bør minimeres, spesielt når maskinens designlevetid forventes å være mer enn tre tiår.
Spenningskorrosjon er en prosess med utseende og vekst av sprekker i et etsende miljø, som har en tendens til å forverres når antallet legeringselementer øker. Dannelse av sprekker og deres påfølgende vekst skjer som et resultat av diffusjon av hydrogen langs korngrensene.
Bestemmelse av følsomhet for sprekkdannelse begynner med ekstraksjon av en liten mengde elektrolytt fra sprekker og analyse av den. Spenningskorrosjonstester med lav belastningshastighet utføres for å bestemme hvor alvorlig en bestemt legering har blitt skadet. Mekanisk strekking av to prøver (en i et etsende miljø, og den andre i tørr luft) skjer til de feiler, og deretter blir plastisk deformasjon på bruddstedet sammenlignet - jo mer prøven strekkes til feil, jo bedre.
Motstanden mot spenningskorrosjon kan spre seg under behandlingen. For eksempel, ifølge Total Materia, som kaller seg "verdens største materialdatabase", har Alcan forbedret 7017s ytelse i akselerert spenningskorrosjonstest med 40 ganger. De oppnådde resultatene gjør det også mulig å utvikle metoder for korrosjonsbeskyttelse for soner i sveisede konstruksjoner, der det er vanskelig å unngå restspenninger. Forskning som tar sikte på å forbedre legeringer for å optimalisere de elektrokjemiske egenskapene til sveisede ledd pågår. Arbeid med nye varmebehandlingslegeringer fokuserer på å forbedre deres styrke og korrosjonsbestandighet, mens arbeid med ikke -varmebehandlede legeringer tar sikte på å fjerne begrensningene som kreves av sveisbarhetskrav. De tøffeste materialene under utvikling vil være 50% sterkere enn den beste aluminiumsrustningen som brukes i dag.
Legeringer med lav tetthet som litiumaluminium gir omtrent 10% vektbesparelse i forhold til tidligere legeringer med sammenlignbar kulemotstand, selv om ballistisk ytelse ennå ikke er fullstendig evaluert i henhold til Total Materia.
Sveisemetoder, inkludert robotiske, forbedres også. Blant oppgavene som løses er minimering av varmeforsyningen, en mer stabil sveisebue på grunn av forbedring av energi- og ledningsforsyningssystemer, samt overvåking og kontroll av prosessen av ekspertsystemer.
MTL Advanced Materials jobbet med ALCOA Defense, en kjent produsent av rustningsplater av aluminium, for å utvikle det selskapet beskriver som en "pålitelig og repeterbar kaldformingsprosess." Selskapet bemerker at aluminiumslegeringene som er utviklet for rustningsapplikasjoner ikke var designet for kaldforming, noe som betyr at den nye prosessen skal bidra til å unngå vanlige feilmoduser, inkludert sprekkdannelse. Det endelige målet er å gjøre maskindesignere i stand til å minimere behovet for sveising og redusere antall deler, ifølge selskapet. Ved å redusere sveisemengden, understreker selskapet, øker strukturell styrke og mannskapsbeskyttelse samtidig som produksjonskostnadene reduseres. Fra og med den velprøvde 5083-H131-legeringen utviklet selskapet en prosess for kaldformende deler med en 90-graders bøyevinkel langs og over kornene, for deretter å gå videre til mer komplekse materialer, for eksempel legeringer 7017, 7020 og 7085, også oppnå gode resultater.
Keramikk og kompositter
For flere år siden kunngjorde Morgan Advanced Materials utviklingen av flere SAMAS rustningssystemer, som besto av en kombinasjon av avansert keramikk og strukturelle kompositter. Produktlinjen inkluderer hengslet rustning, antifragmenteringsforinger, kapsler for overlevelsesevne laget av strukturelle kompositter for utskifting av metallskrog og beskyttelse av våpenmoduler, både bebodde og ubebodde. Alle kan tilpasses spesifikke krav eller gjøres på bestilling.
Gir STANAG 4569 nivå 2-6 beskyttelse, sammen med ytelse og vektbesparelser med flere effekter (selskapet hevder at disse systemene veier halvparten så mye som lignende stålprodukter), og tilpasser seg spesifikke trusler, plattformer og oppdrag. … Antisplinterforinger kan lages av flate paneler som veier 12,3 kg for å dekke et område på 0,36 m2 (ca. 34 kg / m2) eller solide beslag som veier 12,8 kg for 0,55 m2 (ca. 23,2 kg / m2).
I følge Morgan Advanced Materials tilbyr ekstra rustning designet for ny og modernisering av eksisterende plattformer de samme egenskapene til halve vekten. Det patenterte systemet gir maksimal beskyttelse mot et bredt spekter av trusler, inkludert små og mellomstore kalibervåpen, improviserte eksplosive enheter (IED) og rakettdrevne granater, samt multi-impact ytelse.
Et "semi-strukturelt" rustningssystem med god korrosjonsbestandighet tilbys for våpenmoduler (i tillegg til luft- og sjøapplikasjoner), og sammen med å spare vekt og minimere problemer med tyngdepunktet, i motsetning til stål, skaper det færre problemer med elektromagnetisk kompatibilitet.
Beskyttelsen av våpenmoduler er et spesielt problem, siden de er et attraktivt mål, siden deres deaktivering drastisk svekker mannskapets kommando over situasjonen og kjøretøyets evne til å håndtere trusler i nærheten. De har også delikat optoelektronikk og sårbare elektriske motorer. Siden de vanligvis er installert på toppen av kjøretøyet, bør pansringen være lett for å holde tyngdepunktet så lavt som mulig.
Systemet for beskyttelse av våpenmoduler, som kan omfatte panserglass og beskyttelse av den øvre delen, er helt sammenleggbart, to personer kan sette det sammen igjen på 90 sekunder. Kompositte overlevelseskapsler er laget av det selskapet beskriver som "unike tøffe materialer og polymerformuleringer", de gir granatsplintbeskyttelse og kan repareres i felten.
Soldatbeskyttelse
SPS (Soldier Protection System) utviklet av 3M Ceradyne inkluderer hjelmer og innsatser i kroppspanser for Integrated Head Protection System (IHPS) og VTP (Vital Torso Protection) - ESAPI (Enhanced Small Arms Protective Insert) komponenter - forbedret innsats for beskyttelse mot håndvåpen) i SPS -systemet.
IHPS -kravene inkluderer lettere vekt, passivt hørselsvern og forbedret sløv slagbeskyttelse. Systemet inkluderer også tilbehør som en komponent for å beskytte underkjeven til en soldat, et beskyttende visir, et feste for nattsynsbriller, guider for for eksempel lommelykt og kamera, og ekstra modulær kulebeskyttelse. Kontrakten, til en verdi av mer enn 7 millioner dollar, gir levering av om lag 5.300 hjelmer. I mellomtiden vil mer enn 30 000 ESAPI -sett - lettere innsatser for kroppspanser - bli levert under kontrakten på 36 millioner dollar. Produksjonen av begge disse settene begynte i 2017.
Også under SPS -programmet valgte KDH Defense Honeywells SPECTRA SHIELD- og GOLD SHIELD -materialer for fem delsystemer, inkludert delsystemet Torso og Extremity Protection (TEP) som skulle leveres for SPS -prosjektet. TEP -beskyttelsessystemet er 26% lettere, noe som til slutt reduserer vekten til SPS -systemet med 10%. KDH vil bruke SPECTRA SHIELD, som er basert på UHMWPE -fiber, og GOLD SHIELD, basert på aramidfibre, i egne produkter for dette systemet.
SPECTRA fiber
Honeywell bruker en proprietær polymerfiber -spinn- og tegneprosess for å legge inn UHMWPE -råmateriale i SPECTRA -fiber. Dette materialet er 10 ganger sterkere enn stål når det gjelder vekt, dets spesifikke styrke er 40% høyere enn aramidfiber, det har et høyere smeltepunkt enn standard polyetylen (150 ° C) og større slitestyrke sammenlignet med andre polymerer, for for eksempel polyester.
Det sterke og stive SPECTRA -materialet viser høy deformasjon ved brudd, det vil si at det strekker seg veldig sterkt før det går i stykker; denne egenskapen gjør at en stor mengde slag energi kan absorberes. Honeywell hevder at SPECTRA -fiberkompositter fungerer veldig bra under høyhastighetspåvirkninger som rifle -kuler og sjokkbølger. Ifølge selskapet, "Vår avanserte fiber reagerer på støt ved å raskt fjerne kinetisk energi fra støtsonen … den har også god vibrasjonsdemping, god motstand mot gjentatte deformasjoner og utmerkede indre friksjonskarakteristikker til fibrene sammen med utmerket motstand mot kjemikalier, vann og UV -lys."
I SHIELD -teknologien sprer Honeywell parallelle fibertråder og binder dem sammen ved å impregnere dem med en avansert harpiks for å lage et ensrettet bånd. Deretter plasseres lagene av dette båndet på tvers i de ønskede vinklene og ved en gitt temperatur og trykk, loddet til en sammensatt struktur. For myke bærbare applikasjoner lamineres den mellom to lag tynn og fleksibel gjennomsiktig film. Fordi fibrene forblir rette og parallelle, spreder de slagkraften mer effektivt enn om de ble vevd inn i et vevd stoff.
Short Bark Industries bruker også SPECTRA SHIELD i BCS (Ballistic Combat Shirt) bodyguard for SPS TEP -systemet. Short Bark spesialiserer seg på myk beskyttelse, taktiske klær og tilbehør.
I følge Honeywell valgte soldater beskyttelseselementer laget av disse materialene etter at de demonstrerte overlegen ytelse i forhold til sine aramidfiber -kolleger.
