Cette invention a trait à un blindage feuilleté pour retenir des projectiles dont la longueur ne dépasse pas une valeur déterminée, notamment des projectiles chemisés possédant un noyau perforant. Ce blindage est en particulier destiné à fragmenter et à arrêter les projectiles à grande vitesse et grande énergie cinétique.
Le blindage feuilleté de la présente invention est caractérisé par le fait qu'il comprend une plaque extérieure, une plaque intermédiaire espacée de la plaque extérieure d'une distance sensiblement égale à ladite longueur maximale déterminée, ainsi qu'une enclume située du côté de la plaque intermédiaire opposé à celui de la plaque extérieure et plus épaisse que cette dernière, l'espacement entre l'enclume et la plaque intermédiaire étant au moins le double de celui séparant celle-ci de la plaque extérieure.
D'importants avantages du blindage feuilleté de la présente invention peuvent être résumés comme suit:
1. Pour une attaque par un projectile donné, le poids du blindage exprimé en kilos par métre carré de surface d'impact (densité superficielle) est étonnamment faible.
2. On obtient la caractéristique ci-dessus dans l'attaque du type le plus dur - sous un angle de zéro degré.
3. Le blindage résiste à de multiples attaques pourvu que leurs zones d'impact ne coïncident pas essentiellement.
4. Le blindage peut facilement couvrir n'importe quelle surface grande ou petite.
5. On peut utiliser des techniques connues de fabrication en série pour la production de tous les éléments du blindage.
Suit une description d'exemples de réalisation de l'invention et de son utilisation qui, avec le dessin annexé, suffit pour permettre sa compréhension à un spécialiste de la technique. Certains des modes de réalisation décrits représentent des modes préférés actuellement envisagés pour réaliser l'invention.
Sur le dessin:
La fig. 1 est une coupe verticale d'une structure incorporant une forme préférée du blindage de la présente invention
la fig. 2 est un schéma montrant un projectile frappant la plaque extérieure:
la fig. 3 montre la pénétration de la plaque extérieure;
la fig. 4 montre l'impact avec la plaque intermédiaire:
la fig. 5 montre un stade initial de la pénétration dans la plaque intermédiaire;
la fig. 6 montre un stade légèrement ultérieur;
la fig. 7 montre comment l'enclume retient le projectile.
Dans la fig. 1 une enclume A soudée sur des supports 30 et 32, constitue la paroi intérieure du blindage. Un support 36 en U est boulonné au repère 37, le long du bord inférieur de l'enclume A.
Un autre support 38 en U est boulonné au repère 39 sur l'extérieur et le long du bord supérieur de l'enclume.
Une plaque intermédiaire Il est fixée aux éléments 36-38 en U à une distance (c) supérieure à la longueur du plus grand projectile 20 à retenir. Des entretoises 42 entourent les boulons 44, longeant les bords inférieur et supérieur de manière à servir de support, à une plaque extérieure S située en avant de la plaque intermédiaire Il à une distance (b) qui est de l'ordre de la longueur du plus grand projectile à retenir. L'enclume A est constituée d'une épaisse plaque d'aluminium et la plaque extérieure S I comme la plaque intermédiaire Il peuvent être l'une et l'autre en acier. Ces plaques d'acier sont assez minces pour être percées successivement par le projectile 20 et, dans une structure préférée, la plaque intermédiaire I1 peut avoir environ la moitié de l'épaisseur de la plaque extérieure S 1.
Cette plaque n'a pas pour fonction de retenir le projectile, mais d'induire une onde de choc à son intérieur. Néanmoins ce blindage a fait échec aux projectiles décrits précédemment.
Pour décrire de façon plus complète la présente invention, on se reportera aux schémas des fig. 2-7 (double de l'échelle de la fig. 1), étant entendu que ces schémas ne sont donnés qu'à titre d'exemple.
Si l'on se réfère à la fig. 2. on y voit un projectile dur 20 à grande vitesse ayant une longueur h et un diamètre g , juste au moment de l'impact avec la plaque extérieure S 1.
Lorsque l'impact se produit entre l'ogive du projectile dur 20 et la plaque extérieure en acier, c'est cette dernière qui subit une déformation plastique. Le projectile est si dur que sa pointe n'est pas même émoussée par l'obstacle. Il se fraie un chemin dans la plaque extérieure. repoussant de côté une partie de la tôle d'acier et en poussant encore des fragments en avant comme on le voit sur la fig. 3.
L'impact du projectile sur la plaque extérieure en acier dur fait que le projectile subit une très forte contrainte. La grandeur de cette contrainte, qui a le caractère d'une compression. continue à augmenter jusqu'à ce que, ou bien la plaque extérieure cède ou bien le projectile s'écrase sur la plaque extérieure - suivant le cas.
La contrainte qui se développe dans le projectile se manifeste initialement sous la forme d'une onde de compression W (fig. 2).
qui se propage de l'ogive du projectile vers le culot.
L'onde de contrainte atteint d'abord le culot du projectile à peu près au moment même où l'ogive du projectile atteint le plan de la face postérieure de la plaque extérieure non déformée, moment qui coïncide assez étroitement avec celui où toute l'ogive du projectile a pénétré dans la plaque extérieure.
Quand l'onde de contrainte W atteint le culot du projectile, elle y est réfléchie et donne lieu à une onde de tension se propageant du culot vers l'ogive. Lorsque soit la tension, soit la compression résultante en un point quelconque du projectile dépasse - même momentanément - la résistance du matériau, le projectile cède, comme il est indiqué en 50 sur la fig. 3. La rupture 50 peut également se produire plus tard, lorsque le projectile parcourt l'espace (b) vers la plaque intermédiaire.
Les matériaux durs utilisés pour percer le blindage sont de beaucoup plus résistants à la compression qu'à la tension, de sorte que le mécanisme essentiel, selon lequel le blindage feuilleté et espacé de la présente invention fragmente les projectiles, consiste à leur imposer une tension excessive.
La rupture du projectile se manifeste par une ou plusieurs fractures par tension nettes et franches du projectile. La première de ces ruptures se situe en général à environ 6,4 mm du culot du projectile. Même si le projectile n'est pas fracturé par la plaque extérieure, celle-ci imprime au projectile une forte et intense vibration longitudinale.
La vibration qui anime le projectile représente une énergie élastique emmagasinée et c'est avec cette énergie absorbée que le projectile frappe ensuite la plaque intermédiaire I1, voir fig. 4.
A noter que la plaque intermédiaire est disposée à une distance (b) de la plaque extérieure S I sensiblement égale à la longueur du projectile. Ceci laisse suffisamment de temps pour plusieurs aller-retour de l'onde de contrainte avant l'impact du projectile sur la plaque intermédiaire. Si celle-ci est située à une distance sensiblement plus grande de la plaque extérieure, I'énergie de vibration emmagasinée par le projectile ne sera pas encore notablement atténuée au moment de cet impact.
La plaque intermédiaire, comme la plaque extérieure avant elle, est maintenant frappée par l'ogive du projectile (fig. 4), et imprime une impulsion de compression W I au projectile. A noter que cette plaque intermédiaire est plus mince que la plaque extérieure S 1. Ceci a pour effet que l'impulsion imprimée par la plaque intermédiaire est de très courte durée.
Un projectile ayant déjà subi une ou plusieurs ruptures dues à la traction semblera intact en arrivant à la plaque intermédiaire et, en fait, sera intact sur une certaine distance en arrière de l'ogive. La première rupture peut s'être produite aussi loin en avant que le milieu. Très peu d'énergie élastique de vibration subsistera dans l'ogive, car la plus grande partie de l'énergie emmagasinée aura été entraînée avec un ou plusieurs éclats, ainsi qu'on appelle les parties de culot qui en ont été arrachées.
Lorsqu'un ou plusieurs éclats se sont détachés. la partie antérieure intacte du projectile (un projectile court ) avance encore avec presque la même vitesse que celle qu'elle avait au moment de l'impact avec la plaque extérieure. On peut ainsi de nouveau voir que le mécanisme responsable de la fragmentation du projectile ne consiste pas en un ralentissement progressif d'un projectile. c'est-à-dire en une diminution de son énergie cinétique par impacts successifs sur des plaques multiples. Le blindage décrit provoque la rupture du projectile, de manière à le priver des caractéristiques physiques: forme géométrique, orientation, etc., essentielles à sa pénétration dans le blindage.
On a trouvé beaucoup plus économique au point de vue du poids du blindage de faire échec à une attaque en altérant l'orientation et les caractéristiques propres du projectile, au lieu d'absorber son énergie cinétique.
L'action de la plaque intermédiaire sur le projectile court avec son ogive intacte et se déplaçant à une vitesse proche de sa vitesse initiale est ainsi presque aussi destructrice que celle de la plaque extérieure sur le projectile initial. Ainsi qu'on l'a mentionné, L'impact crée de nouveau une impulsion de compression W1 (fig. 4 et 5) qui se propage vers le culot. Une rupture comme celle esquissée en 50, forme une surface de réflexion nouvelle et plus proche. de sorte que l'onde de compression W I retourne bientôt vers l'ogive sous la forme d'une onde de tension.
De nouveau la contrainte effective subie en un point quelconque du projectile est la somme algébrique des amplitudes des ondes de compression et de tension en ce point et à ce moment, et lorsque cette contrainte effective dépasse la résistance du matériau une rupture s'y produit.
La plaque intermédiaire, même si elle n'est qu'à moitié aussi épaisse que la plaque extérieure, peut ainsi presque aussi bien agir sur le projectile. Toutefois, étant plus mince. I'impulsion de la plaque intermédiaire est de plus courte durée. Une rupture du projectile - provoquée par la contrainte de traction réfléchie de la surface de rupture initiale 50 - est repérée en 52 sur la fig. 6.
La petitesse de l'atténuation qui se produit dans le noyau raccourci a invariablement pour résultat un éclatement spectaculaire du projectile.
Le fragment d'ogive et les derniers débris du projectile 20 apparaissent aux rayons X ou par examen effectif d'un échantillon coupé, comme l'indique la fig. 7. A noter que même la plaque intermédiaire n'a pas notablement ralenti l'ogive du projectile.
Cette ogive, quoique se déplaçant encore rapidement, n'a que relativement peu d'énergie cinétique une fois que le corps du projectile s'est rompu et s'en est séparé. Un blindage en alliage d'aluminium est efficace pour provoquer un arrêt complet et final de l'ogive du projectile et des fragments restants du projectile.
L'efficacité du blindage feuilleté et espacé décrit, qui provoque l'éclatement du projectile dur, peut être attribuée comme on vient de l'exposer, à l'agencement de ses plaques. L'éclatement du projectile causé par le blindage feuilleté et espacé est provoqué par une succession de compressions et d'extensions qui conduit à une tension résultante excédant la résistance à la traction caractérisant le matériau du projectile dur.
D'après le meilleur mode de réalisation envisagé pour mettre l'invention en pratique, L'espace (b) qui sépare la plaque extérieure de la plaque intermédiaire doit être de l'ordre de la longueur h du plus long projectile pour lequel le blindage est prévu. Ceci donne le temps à l'onde de contrainte de compression initialement provoquée dans le projectile d'effectuer quelques aller-retour à l'intérieur du projectile. Cet espace n'est pas suffisant pour permettre un amortissement intérieur ou une atténuation exagérés de l'énergie vibratoire du projectile avant l'impact avec la plaque intermédiaire.
Non seulement l'espace (b) est important, mais l'espace (c) qui sépare la plaque intermédiaire de l'enclume l'est également. Si l'on veut parvenir à une plus grande efficacité, on doit prévoir un espace suffisant pour que les fragments du projectile éclaté
puissent se disperser avant leur impact sur l'enclume. La force
centrifuge due à la rotation du projectile provoque une telle
dispersion. De cette façon, la contrainte due à l'impact est répar
tie sur une plus grande surface de l'enclume d'où réduction de la
contrainte unitaire et de la probabilité d'une rupture.
Un espace (c) exagéré rend le blindage plus épais et permet un
amortissement intérieur des ondes de choc résiduelles après le
passage de la plaque d'induction.
Le fonctionnement des modes de réalisation préférés de l'inven option va maintenant être résumé, ce résumé comporte aussi des
indications permettant de concevoir un blindage pour divers
projectiles.
PLAQUE EXTÉRIEURE
Fonction NO I
Impose une charge de choc par compression à l'ogive du
projectile (fig. 2).
Fonction NO 2
Cède et cesse ainsi d'imposer une charge à l'ogive du projec
tile, une fois qu'une impulsion positive de durée finie a été appli
quée (fig. 3).
ESPACE ENTRE LA PLAQUE EXTÉRIEURE
ET LA PLAQUE INTERMÉDIAIRE (b)
Fonction N0 I
Donne le temps aux ondes de contrainte élastique se dévelop
pant dans le corps du projectile d'effectuer quelques aller-retour à
l'intérieur du projectile.
L'espace (b) suffit à donner un laps de temps suffisant entre
I'enfoncement brusque de la plaque extérieure (instant où une
charge de compression cesse d'être appliquée à l'ogive du projec
tile), et l'impact de l'ogive du projectile sur la plaque intermé
diaire. On choisira de préférence un espace (b) de l'ordre de la
longueur du plus grand projectile à arrêter.
Pendant que le projectile poursuit sa course à travers
l'espace (b), I'onde élastique se meut dans le projectile, et est
réfléchie alternativement sur le culot, ou sur les fissures 50, 52,
etc., et sur l'ogive avec un changement de phase à chaque
réflexion.
Fonction N" 2
Ces aller-retour permettent à une résultante formant une
tension de s'établir et d'agir sur le matériau du projectile.
Une résultante superposant localement plusieurs tensions dues
à à différentes ondes élastiques pourra donc provoquer une rupture
du projectile.
Fonction N 3
Une rupture du projectile se produit une ou plusieurs fois
(fig. 4).
Quoique le projectile puisse être très dur (beaucoup plus dur
que l'acier) et présenter une très forte résistance à la compression
ainsi qu'un module d'élasticité extrêmement élevé, le projectile
résiste moins à la tension.
PLAQUE INTERMÉDIAIRE
Fonction N" I
Impose un choc de compression à l'ogive du projectile (fig. 4).
L'impact avec la plaque intermédiaire crée une contrainte par
compression qui est proportionnelle: au module d'élasticité de la
**ATTENTION** fin du champ DESC peut contenir debut de CLMS **.
This invention relates to a laminated armor for retaining projectiles whose length does not exceed a determined value, in particular jacketed projectiles having a perforating core. This armor is intended in particular to fragment and stop projectiles at high speed and high kinetic energy.
The laminated armor of the present invention is characterized by the fact that it comprises an outer plate, an intermediate plate spaced from the outer plate by a distance substantially equal to said determined maximum length, and an anvil located on the side of the intermediate plate opposite to that of the outer plate and thicker than the latter, the spacing between the anvil and the intermediate plate being at least double that separating the latter from the outer plate.
Important advantages of the laminated armor of the present invention can be summarized as follows:
1. For an attack by a given projectile, the weight of the armor expressed in kilos per square meter of impact surface (surface density) is surprisingly low.
2. The above characteristic is obtained in the attack of the hardest type - at an angle of zero degrees.
3. Armor withstands multiple attacks provided their impact zones do not essentially coincide.
4. The shield can easily cover any large or small area.
5. Known mass production techniques can be used for the production of all shield elements.
There follows a description of exemplary embodiments of the invention and of its use which, together with the accompanying drawing, suffices to enable a specialist in the art to understand it. Some of the embodiments described represent preferred embodiments presently contemplated for carrying out the invention.
On the drawing:
Fig. 1 is a vertical section of a structure incorporating a preferred form of the shield of the present invention
fig. 2 is a diagram showing a projectile hitting the outer plate:
fig. 3 shows the penetration of the outer plate;
fig. 4 shows the impact with the intermediate plate:
fig. 5 shows an initial stage of penetration into the intermediate plate;
fig. 6 shows a slightly later stage;
fig. 7 shows how the anvil holds the projectile.
In fig. 1, an anvil A welded to supports 30 and 32, constitutes the inner wall of the shielding. A U-shaped bracket 36 is bolted at mark 37, along the lower edge of the anvil A.
Another U-shaped bracket 38 is bolted at mark 39 on the outside and along the top edge of the anvil.
An intermediate plate It is attached to the U-shaped elements 36-38 at a distance (c) greater than the length of the largest projectile 20 to be retained. Spacers 42 surround the bolts 44, running along the lower and upper edges so as to serve as a support, for an outer plate S located in front of the intermediate plate II at a distance (b) which is of the order of the length of the biggest projectile to hold back. The anvil A consists of a thick aluminum plate and the outer plate S I like the intermediate plate II can both be made of steel. These steel plates are thin enough to be successively pierced by the projectile 20 and, in a preferred structure, the intermediate plate I1 may have about half the thickness of the outer plate S 1.
The function of this plate is not to retain the projectile, but to induce a shock wave inside it. However, this armor failed the projectiles described above.
To describe the present invention more fully, reference is made to the diagrams of FIGS. 2-7 (double the scale of fig. 1), it being understood that these diagrams are given only as an example.
Referring to fig. 2. It shows a hard high speed projectile 20 having a length h and a diameter g, just at the moment of impact with the outer plate S 1.
When the impact occurs between the warhead of the hard projectile 20 and the outer steel plate, it is the latter which undergoes plastic deformation. The projectile is so hard that its point is not even blunted by the obstacle. It makes its way into the outer plate. pushing aside part of the steel sheet and pushing further fragments forward as seen in fig. 3.
The impact of the projectile on the hard steel outer plate causes the projectile to undergo very high stress. The magnitude of this stress, which has the character of a compression. keep increasing until either the outer plate gives way or the projectile crashes into the outer plate - as the case may be.
The stress that develops in the projectile initially manifests itself in the form of a compression wave W (fig. 2).
which propagates from the bullet of the projectile towards the base.
The stress wave first reaches the base of the projectile at about the same time as the warhead of the projectile reaches the plane of the posterior face of the undeformed outer plate, a time which coincides quite closely with that at which the entire bullet bullet penetrated the outer plate.
When the stress wave W reaches the base of the projectile, it is reflected there and gives rise to a voltage wave propagating from the base to the warhead. When either the tension or the resulting compression at any point of the projectile exceeds - even momentarily - the resistance of the material, the projectile gives way, as indicated at 50 in fig. 3. Rupture 50 can also occur later, when the projectile travels through space (b) towards the intermediate plate.
The hard materials used to pierce armor are much more resistant to compression than to tension, so the essential mechanism by which the laminated and spaced armor of the present invention fragments the projectiles is to impose tension on them. excessive.
Failure of the projectile is manifested by one or more sharp and blunt stress fractures of the projectile. The first of these ruptures is usually about 6.4 mm from the base of the projectile. Even if the projectile is not fractured by the outer plate, the latter imparts a strong and intense longitudinal vibration to the projectile.
The vibration which animates the projectile represents a stored elastic energy and it is with this absorbed energy that the projectile then strikes the intermediate plate I1, see fig. 4.
Note that the intermediate plate is disposed at a distance (b) from the outer plate S I substantially equal to the length of the projectile. This leaves sufficient time for several round trips of the stress wave before the impact of the projectile on the intermediate plate. If this is located at a significantly greater distance from the outer plate, the vibrational energy stored by the projectile will not yet be significantly attenuated at the time of this impact.
The intermediate plate, like the outer plate before it, is now struck by the bullet of the projectile (fig. 4), and imparts a compression pulse W I to the projectile. Note that this intermediate plate is thinner than the outer plate S 1. This has the effect that the pulse printed by the intermediate plate is of very short duration.
A projectile that has already suffered one or more tensile failures will appear intact upon reaching the intermediate plate and, in fact, will be intact for some distance behind the warhead. The first break may have occurred as far forward as the middle. Very little elastic vibrational energy will remain in the warhead, because most of the stored energy will have been entrained with one or more shards, as the base parts which were torn off are called.
When one or more shards have come off. the intact anterior part of the projectile (a short projectile) still advances with almost the same speed as it had at the time of impact with the outer plate. It can thus again be seen that the mechanism responsible for the fragmentation of the projectile does not consist of a progressive slowing down of a projectile. that is to say in a decrease in its kinetic energy by successive impacts on multiple plates. The armor described causes the rupture of the projectile, so as to deprive it of the physical characteristics: geometric shape, orientation, etc., essential for its penetration into the armor.
It has been found much more economical from the point of view of the weight of the armor to defeat an attack by altering the orientation and the specific characteristics of the projectile, instead of absorbing its kinetic energy.
The action of the intermediate plate on the short projectile with its warhead intact and moving at a speed close to its initial speed is thus almost as destructive as that of the outer plate on the initial projectile. As mentioned above, the impact again creates a compression pulse W1 (fig. 4 and 5) which propagates towards the base. A break like the one sketched at 50, forms a new and closer reflection surface. so that the compression wave W I soon returns to the ogive in the form of a voltage wave.
Again the effective stress experienced at any point of the projectile is the algebraic sum of the amplitudes of the compression and tension waves at that point and at this moment, and when this effective stress exceeds the resistance of the material a rupture occurs there.
The intermediate plate, even if it is only half as thick as the outer plate, can thus act almost as well on the projectile. However, being thinner. The pulse of the intermediate plate is of shorter duration. A rupture of the projectile - caused by the tensile stress reflected from the initial rupture surface 50 - is marked at 52 in FIG. 6.
The small amount of attenuation that occurs in the shortened core invariably results in dramatic bursting of the projectile.
The warhead fragment and the last debris of the projectile 20 appear on X-rays or by actual examination of a cut sample, as shown in FIG. 7. Note that even the intermediate plate did not significantly slow down the warhead of the projectile.
This warhead, though still moving rapidly, has relatively little kinetic energy once the projectile body has ruptured and separated from it. Aluminum alloy armor is effective in bringing about a complete and final stop of the projectile warhead and remaining fragments of the projectile.
The effectiveness of the disclosed laminated and spaced armor, which causes the hard projectile to burst, can be attributed, as just discussed, to the arrangement of its plates. The bursting of the projectile caused by the laminated and spaced armor is caused by a succession of compressions and expansions which leads to a resulting tension exceeding the tensile strength characterizing the material of the hard projectile.
According to the best embodiment envisaged for putting the invention into practice, the space (b) which separates the outer plate from the intermediate plate should be of the order of the length h of the longest projectile for which the armor is planned. This gives time for the compressive stress wave initially caused in the projectile to make a few round trips inside the projectile. This space is not sufficient to allow excessive internal damping or attenuation of the vibratory energy of the projectile before impact with the intermediate plate.
Not only is the space (b) important, but also the space (c) that separates the intermediate plate from the anvil. If greater efficiency is to be achieved, sufficient space must be provided for the fragments of the exploded projectile
may disperse before their impact on the anvil. Strength
centrifugal due to the rotation of the projectile causes such
dispersion. In this way, the stress due to the impact is repaired.
tie over a larger area of the anvil hence reducing the
unit stress and the probability of failure.
An exaggerated space (c) makes the armor thicker and allows
internal damping of residual shock waves after
passage of the induction plate.
The operation of the preferred embodiments of the invent option will now be summarized, this summary also includes
indications for designing shielding for various
projectiles.
EXTERIOR PLATE
NO I function
Imposes a compressive shock load on the warhead of the
projectile (fig. 2).
NO 2 function
Gives in and thus ceases to impose a load on the projecting warhead
tile, once a positive pulse of finite duration has been applied
quée (fig. 3).
SPACE BETWEEN THE EXTERIOR PLATE
AND THE INTERMEDIATE PLATE (b)
Function N0 I
Allows time for elastic stress waves to develop
pant in the body of the projectile to make a few round trips to
inside the projectile.
The space (b) is sufficient to give sufficient time between
Sudden depression of the outer plate (instant when a
compressive load ceases to be applied to the ogive of the projec
tile), and the impact of the bullet's warhead on the intermediate plate
diary. We will preferably choose a space (b) of the order of
length of the largest projectile to be stopped.
As the projectile continues its course through
space (b), the elastic wave moves in the projectile, and is
reflected alternately on the base, or on cracks 50, 52,
etc., and on the ogive with a phase change at each
reflection.
Function N "2
These round trips allow a resultant forming a
tension to be established and act on the material of the projectile.
A resultant locally superimposing several tensions due
at different elastic waves may therefore cause a break
of the projectile.
Function N 3
Projectile rupture occurs one or more times
(fig. 4).
Although the projectile can be very hard (much harder
than steel) and have a very high compressive strength
as well as an extremely high modulus of elasticity, the projectile
less resistant to tension.
INTERMEDIATE PLATE
Function N "I
Imposes a compression shock on the bullet of the projectile (fig. 4).
The impact with the intermediate plate creates a stress by
compression which is proportional: to the elastic modulus of the
** ATTENTION ** end of DESC field can contain start of CLMS **.