CN103256860A - 一种阻尼装置 - Google Patents

Abstract

本申请公开一种阻尼装置，其由高强度高韧性的合金材料制成的阻尼环多层交错排列在装甲上；阻尼环迎着弹头的方向称为迎锋面，阻尼环的旋转截面在迎锋面方向是锐角，以减少弹头与环体直接撞击的概率；阻尼环面向装甲方向被称为背锋面，其为环面或者其他的形状，可以在阻尼环贴上弹头后再侵彻装甲时，将弹头的侵彻由绝热剪切改为绝热挤压，从而极大地增大弹头阻力；阻尼环在装甲外多层交错排列，使得上层的阻尼环间空隙被下层阻尼环覆盖，消除阻尼环的保护盲区；阻尼环与装甲间的缓冲层是为了减小阻尼环贴合并跟随弹头侵彻时产生的撞击力量，避免弹头撞破或撞飞阻尼环。本专利申请可以改变弹头侵彻形状，增加弹头侵彻阻力，减少弹头侵彻深度。

Description

一种阻尼装置

技术领域

本申请涉及一种能够增大阻尼的阻尼装置，尤其涉及一种高速运动碰撞下增大碰撞阻力以保护目标的装置。

背景技术

中国的理论强调阴阳协调，以柔克刚，是因为柔所代表的力量可以胜过刚的力量。武学上的含义是以巧劲来化解刚猛的境界，如四两拨千斤，用巧劲来解决硬碰硬的模式中的各种问题。而化则是中国古典哲学的核心，意味着变化和转化。

高速运动的物体撞击的时候会产生很大的冲击力，比较软的物体会被撞击变形。比如高速破甲弹撞击装甲的时候，高硬度的弹头会像切软泥一样将装甲碰撞出一个大洞。

为了解决这个问题，目前业界的解决方式是增加装甲的厚度和/或装甲的强度，或者用反应装甲系统。但是这样会增加重量和成本，减少目标系统的机动性。

通过研究弹头侵彻装甲的过程，我们可以知道这实际上是一个绝热剪切过程，初始剪切面很小，导致剪切物如的剪切性能被分而治之，逐步化为流态而像烂泥一样被穿透。因此很多研究者都是以流体力学的理论来研究弹头侵彻装甲的过程。有没有办法改变初始剪切面很小的问题呢？那只有改变弹头的侵彻形状。可是弹头特别是敌方的弹头怎么能任由你改变弹头形状呢。因此需要从巧字上下功夫了。改变弹头的侵彻形状需要让改变的东西，我们称之为阻尼器，能够有效地附着在弹头上而不被弹头在侵彻过程中挤碎裂，因此要求阻尼器比被侵彻的对象装甲的强度要高很多，最好比弹头也高出很多。同时在阻尼器与弹头接触并发挥作用的过程中，阻尼器不被撞碎和撞飞，并且能够全面地覆盖整个装甲，因此需要一些巧妙的设计和安装的配合，来实现增大侵彻阻尼和减少保护盲区。

本专利申请就是提出这样一种阻尼器，配合适当的组装方式，能够实现给高速侵彻弹头套上一个阻尼环，有效地增加侵彻面积，降低弹头的侵彻深度。

发明内容

为了改变高速弹头侵彻装甲的弹头形状，提高侵彻阻力，本申请的技术方案是，用和弹头强度接近甚至超过弹头强度的合金做成阻尼环。我们认为阻尼环的剪切强度M＞0.9倍弹头的剪切强度，才能保证在阻尼环与弹头的贴合碰撞中不至于被弹头破坏；阻尼环的强度应该至少为装甲剪切强度的2倍以上，才能在与装甲的挤压过程中保持自己的形状和阻力，两个强度范围中选择高的范围作为阻尼环的最终材料强度选择范围。阻尼环还要保证有一定的韧度，保证其分别与弹头贴合和雨装甲挤压过程中不至于碎裂。阻尼环外立面是柱形，面向弹头侵彻方向的阻尼环旋称为迎锋面，其旋转面是锋利的锐角，其角度一般为弹头锥形面顶角的一半，允许有±5度左右的角度偏差，也可以设计有一定的弧度来适应弹头曲线形式锥形面；其迎锋面的平面图形是一个理论上没有面积的圆圈；贴着或面向装甲一面的阻尼环称为背锋面，背锋面的平面是环形的。这样的构造保证弹头不会卡在阻尼环的迎锋面上导致阻尼环被弹飞，进入阻尼环的弹头将被引导至环的中心线方向，由于迎锋面没有面积，因此阻尼环与弹头侵彻时与迎锋面正面碰撞的概率很低；面向装甲的一面的阻尼环是一个平面，具有一定的面积和装甲接触。弹头一旦从迎锋面进入阻尼环，阻尼环跟着弹头一起撞击向装甲的时候，不再是弹头的尖头侵彻装甲，而是背锋面的圆环的面来侵彻装甲，能将尖头绝热剪切的过程变成一个绝热平面挤压的过程，极大地增加弹头的阻力，降低弹头侵彻深度。

阻尼环以两层或者多层的方式部署在装甲上，每一层都紧密排列，每一层的阻尼环的环间的空隙被下一层的阻尼环所覆盖，这样不管弹头撞击在那个部位，都会进入一个阻尼环。这样既可保证整个装甲处在阻尼环的保护范围之内，又保证了进行阻尼板安装时施工上方便。

因此总体来说是：将高强度高韧度的阻尼环构成的保护层分层交错排布在装甲上，装甲和阻尼环保护层间有一层缓冲材料。阻尼环由和弹头强度接近的合金材料制成，其迎着弹头侵彻的一面称为迎锋面，阻尼环的旋转截面在迎锋面一侧的形状是锋利的锐角；阻尼环面向装甲的一面成为背锋面，背锋面的阻尼环的旋转界面形状是直线，其跟随弹头侵切装甲的时候是环面。阻尼环规则地紧密排布在一个平面上，构成阻尼环保护层；保护层的阻尼环迎锋面和背锋面分别在同一个平面上，其阻尼环的迎锋面和背锋面保持一致的方向；阻尼环间的空隙被另外一层阻尼环保护层的阻尼环的环覆盖；各保护层的背锋面均面向装甲，迎锋面均面向弹头方向。阻尼环保护层与装甲间部署一层缓冲层，以降低阻尼环贴合并跟随弹头侵彻的过程中弹头对阻尼环的碰撞。

附图说明

图1是阻尼环的剖面示意图。

图2是阻尼环在装甲上的多层部署方式。

具体实施方式

如图1所示的阻尼环，由高强度的合金如钨合金构成，具有接近于或者超过弹头的剪切强度和韧度，其剪切强度和硬度远高于装甲材料。阻尼环上面是迎锋面，弹头的尖头从迎锋面一侧穿过阻尼环，下面是背锋面，弹头穿过阻尼环后透过背锋面继续它的侵彻之旅。阻尼环的中间是空心的，可以填充合金或者其他材料，环体也可以采用各种复合材料以改善各种局部的性能。阻尼环旋转截面在迎锋面一侧是尖锐的锐角并很锋利，这样可以保证落入迎锋面环内的侵彻弹头不会因为撞击到迎锋面几乎没有面积的锋刃上，而将阻尼环弹开而导致装甲失去阻尼环的保护。弹头套入阻尼环的空心部分后，由于阻尼环的重量比弹头轻许多，阻尼环会紧贴并跟随着弹头运动，给弹头带上了阻尼环，从而改变弹头的侵切形状。但弹头撞击到装甲后，阻尼环同时也会将背锋面的环形面贴到装甲上，使弹头的侵彻行为由绝热剪切变为绝热挤压。正是这种侵切形状的改变，导致了弹头侵切阻力得到了极大的提高，理论上估算的阻力可以提高达数十倍乃至上千倍，这也意味着弹头的侵彻深度会大大降低。

图1只是一个示意图，对阻尼环的旋转环面形状的更改(如将迎锋面的锐角改变或者改变锐角直线锥面为曲线锥面，将背锋面的受挤压的平面环状改为其他曲面环状以改善非正对轴线碰撞情况下的挤压严重不对称的问题等)，对阻尼环材料的更改，对阻尼环强度的更改，对阻尼环的直径/高度比的改变，对阻尼环内部添加填充材料，以及对阻尼环的外表面进行复合加工等，均不构成对本专利申请的实质性改进。因此图1及相关的实施方案不能视为对本专利申请的实施限制。

图2为阻尼环部署在装甲上的示意图，其中图2(a)为阻尼环装配侧视图，图2(b)两层阻尼环保护面的顶视图中的阻尼环环间空隙交叠。图2(a)表达了阻尼环在装甲上以多层的形式构成的保护装置，每一层阻尼环的迎锋面并列排布在迎锋面平面，背锋面也分别并列排布在背锋面平面面上，构成一层阻尼环保护层。两层阻尼环保护层之间可以紧贴，也可以使用缓冲层；阻尼环保护层与装甲的贴合面之间需要部署有高强度高韧性材料构成的缓冲层，其是为了保证阻尼环在与弹头贴合的过程中不至于飞出去，也不会因为猛烈的撞击而导致阻尼环破裂。阻尼环保护层至少要两层才能构成对装甲保护面的全覆盖，同时上下两层之间要错开一定的位置交叠，使得上层的阻尼环间的缝隙刚好被下层的阻尼环所覆盖，这样阻尼环在装甲上就没有留下死角，如图2(b)所示。这样子的阻尼环保护层间的排布，使得弹头侵彻过程中，不落入上层的阻尼环内，必定会落入下层的阻尼环内，因此这样部署的阻尼环保护层对装甲的全面保护没有留下任何空挡。阻尼环旋转环面设计的时候迎锋面方向是锐角的，可以保证迎锋面的环面积很小，或者说很锋利，可以保证弹头碰撞到迎锋面上阻尼环的概率很小，弹头就不会把阻尼环弹飞，况且弹头刚好砸到迎锋面环面上的时候，大部分时候还是会落入下层或者上层的环体内。因此只有及其少数几个点会发生弹头与迎锋面的碰撞，这种概率百万分之一都不到，如果阻尼环比弹头强度大，阻尼环的锋面会对弹头产生剪切。

图2(a)的侧视图没有画出阻尼环的旋转切面，仅画了外轮廓示意其部署方式，虚线表示阻尼环的对称轴；图2(b)仅画了阻尼环保护层的顶视图，且阻尼环也只画了外轮廓作为示意。这样做是为了表达的方便，因为画出来的旋转切面和阻尼环内径可能会对意思表达产生干扰。

多层的阻尼环设计可以让不同层面的阻尼环套在侵彻弹头的不同部位，对于有大的尾巴的图钉式穿甲弹，头部设计这样的阻尼环后，针对其尾巴也可以设计这样的阻尼环，从而改变其尾部侵彻装甲时的流线形状，进一步地提高弹头侵彻阻力。一般来说，外径大的阻尼环施工时应放置在里装甲远的外层，避免小口径阻尼环与侵彻弹头碰撞时产生的激波干扰大口径阻尼环贴合弹头的过程。

图2所示的实施方案中的阻尼环部署方式可能对保护效果有影响，但可以肯定对阻尼环在装甲上的部署方式的微调，比如把同一阻尼环保护层内的阻尼环的轴心由正三角形排布改为正方形或者其他方式，在阻尼环保护层间添加缓冲层、自由活动层等功能层，改变阻尼环在装甲上的部署层数或者用不同口径的阻尼环组合部署到装甲上，去掉装甲和阻尼环保护层间的缓冲层等，均不构成对本专利申请的实质性改进。因此图2及其实施方案也不能作为对本专利申请的实施限制。

本专利申请的有益后果是，通过阻尼环贴到高速运动的弹头上，改变弹头侵切装甲的形状，使得弹头的侵彻由绝热剪切变为绝热挤压，极大地提高了弹头侵彻阻力，降低了弹头的侵彻深度，极大地提高了装甲的防护能力。

Claims (5)

1.一种阻尼装置，其特征在于：将阻尼环构成的保护层分层交错排布在装甲上，装甲和阻尼环保护层间有一层缓冲材料。

2.一种如权利要求1所述的阻尼装置，其特征在于：阻尼环由合金材料制成，其迎着弹头侵彻的一面称为迎锋面，阻尼环的旋转截面在迎锋面一侧的形状是锋利的锐角；阻尼环面向装甲的一面称为背锋面，背锋面的阻尼环的旋转界面形状是直线，其跟随弹头侵切装甲的时候是环面。

3.一种如权利要求1所述的阻尼装置，其特征在于：阻尼环规则地紧密排布在一个平面层上，构成阻尼环保护层；保护层的阻尼环迎锋面和背锋面分别在同一个平面上，前者为迎锋面平面，后者为背锋面平面；阻尼环间的空隙被另外一层阻尼环保护层的阻尼环的环覆盖；各保护层的背锋面平面均面向和贴近装甲，迎锋面平面均面向弹头方向。

4.一种如权利要求2所述的阻尼装置，其特征在于：阻尼环迎锋面锐角的角度为弹头锥形面顶角的一半，允许有±5度的偏差。

5.一种如权利要求2所述的阻尼装置，其特征在于：阻尼环的强度为弹头材料强度的0.9倍以上；阻尼环的强度为装甲材料的2倍以上，以其中高的强度范围为最终材料强度范围。

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