CN103727845B - 一种可建立倾角的防弹结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种可建立倾角的复合材料，其特征在于由两层结构组成，分别是陶瓷层、压电层。陶瓷层由刚玉或碳化硅或碳化硼元件组成，陶瓷元件可以是颗粒状，也可以是板状，颗粒包括球形、两端面平行的柱形、两端面鼓起的柱形，空心的柱形，优先选用刚玉陶瓷柱；压电层由压电陶瓷石英晶片或镍电极压电陶瓷晶片组成，优先选用压电陶瓷石英晶片。该复合结构防弹材料具有能够强烈的使子弹发生偏航甚至水漂运动的性能，能够抵抗多发弹的打击，可作为7.62mm及其以上中小型口径穿甲燃烧弹的防护材料。

Description

一种可建立倾角的防弹结构

技术领域

本发明专利涉及一种防弹结构，尤其是涉及一种能够使弹丸发生明显偏航的防弹结构，可用于诸如运输车辆、坦克、飞机等战斗装备用的保护性板材的装甲板。

背景技术

世界上许多先进坦克的防护装甲都开始采用高性能陶瓷。目前陶瓷复合装甲得到迅猛发展，应用范围越来越广泛，不仅应用在坦克防护上，而且还应用在航空、航天和舰船等其它防护设备上。因此，研究陶瓷复合装甲抗弹丸侵彻的机理显得尤为重要。根据流体理论建立的陶瓷侵彻靶板的建议模型可以得到，射流对陶瓷复合装甲的穿深与弹丸速度、弹丸侵彻速度、靶板密度以及靶板强度有关。研究表明，陶瓷靶板的破坏呈破碎性破坏，其破坏过程是先成坑，后裂纹，最后形成碎块。研究者还对弹丸垂直侵彻靶板与大倾角侵彻靶板进行了试验对比，发现，弹丸在大倾角侵彻陶瓷复合装甲过程中射流反溅，而弹丸在垂直侵彻陶瓷装甲无此现象。由于射流反溅造成后续射流的断裂，降低弹丸的侵彻威力。并且弹丸在侵彻陶瓷靶板的过程中，弹丸出现弯曲，这主要是由于陶瓷靶呈破碎性破坏，陶瓷碎块对后续弹丸的干扰作用。

水漂是日常生活中常见的现象，而其中却包含了包括选进、流体表面张力、动量守恒在内的众多物理原理。水漂的影响力甚至对于在轨航天器返回是载入大气层的姿态控制，汽车和飞机的轮胎设计等均产生了深远的影响。我们很容易描述石块的弹道式运动，但是石块与水面之间的相互作用却要复杂得多。当石块与水面想接触时，水面对石块的作用力的垂直分量使得是魁岸的纵向速度反向，是一种接近于弹性碰撞的结果，而水平分量则使石块的水平速度减小。力的综合效果是使得石块的后缘略微克服水的表面张力，划开水面，这也使得石块产生一定角度的倾斜。

吉林大学李晓韬在对压电自感应式惯性驱动器的理论及试验研究中指出，压电元件的振动模式是指在特定的条件下比如不同的极化方向、外加激励、电极设置等等，具有某种几何尺寸的压电元件完成机械能与电能的相互转化的振动方式。对于一般压电单晶来说，可以综合为四类压电振动类型，分别是LE模、TE模、FS模和TS模。本发明结构选用其TE模，即在平行于电场方向的伸缩振动(厚度伸缩)。

南京理工大学机械工程学院也对大倾角条件下的陶瓷复合装甲抗弹流的侵彻做了实验研究，研究表明大倾角条件下陶瓷复合装甲对射流的横向和纵向都有干扰。同时还指出，当陶瓷靶呈破碎性破坏时，陶瓷碎块对后续射流的干扰作用使其出现弯曲。

因此，本发明就找到了一种防弹结构，既能在弹丸开始侵彻靶板时就发生偏航或者是水漂，又能让此材料对后续弹丸造成干扰。利用压电晶片在电场作用下产生与其大小成正比的形变，从而使表层陶瓷柱呈现此起彼伏的状态，即使子弹垂直入射到此结构上，也可因为表面的凹凸不平而发生偏航甚至水漂。

发明内容

为解决上述问题，本发明公开一种可建立倾角的防弹结构，其特征在于由两层结构组成，分别是陶瓷层、压电层。能够应对7.62mm、12.7mm、14.5mm等中小型口径穿甲燃烧弹，或者与其动能类似的炮弹碎片，或者其他中小型口径弹丸的垂直侵彻。本发明所述的防弹材料，通过硅橡胶牢固粘接，陶瓷层10为刚玉或碳化硅或碳化硼元件组成，陶瓷元件形状是两端面平行或两端面具有凸起的陶瓷圆柱，优先选用刚玉陶瓷圆柱；压电层20为压电陶瓷石英晶片或镍电极压电陶瓷晶片组成，优先选用压电陶瓷石英晶片。要求刚玉陶瓷柱的截面形状与压电晶片表面形状相同实现一对一的粘接。并且将压电晶片粘接于基体上，从而给压电晶片和陶瓷柱给予固定基体约束，保证结构的完整性。同时，每一个压电晶片外接一个电压回路，不同的压电回路由电脑编程实现，相邻晶片之间依次有个恒定的相位差，从而使压电晶片因电压不同而形成相邻之间的厚度差。

本发明是利用功能压电陶瓷的特性，使具有各向异性的晶片在电压作用下，变厚变薄从而产生上下振动，从而带动上面一层陶瓷柱也随之上下运动。若给这些晶片的外界交变电压存在相位差，从而上表面表现出来的效果即是陶瓷柱此起彼伏。当弹丸侵彻这样的靶板结构时，即会发生偏航甚至水漂运动，从而大大降低弹丸的侵彻能力，降低材料的损失。

本发明优点在于：(1)利用功能压电晶片，造成陶瓷柱表面凹凸不平，制造弹丸的偏航及水漂条件；(2)表面材料选用陶瓷，本身就会增加弹丸弯曲的几率，降低弹丸威力；(3)压电陶瓷与陶瓷柱的粘结易于实现并且牢固，具有可行性和实用性。

附图说明

图1可建立倾角的防弹结构示意图

图中10为陶瓷层，20为压电层。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐明本发明，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定。

实施例1

陶瓷层10为高18mm的刚玉陶瓷柱，两端面平行，面密度为5.2g/cm2；压电层20为2.3mm压电陶瓷石英晶片，面密度为0.59g/cm2；复合后整板面密度为5.8～6.0g/cm2，亦即58～60Kg/m2，整板厚度为20～23mm，整板为正方形平板，长宽均为150mm。

最后应说明的是，以上上述仅为本发明的几个具体实施方式，但本发明的设计构思并不局限于此，凡在本发明构思的精神和原则之内，所做的利用此构思对本发明进行非实质性的改动，均应属于侵犯本发明保护的范围的行为。

Claims (5)

1.一种可建立倾角的防弹材料，由陶瓷层和压电层两层结构组成，其特征在于陶瓷层由陶瓷元件组成，压电层由压电晶片组成，陶瓷元件的截面形状与压电晶片表面形状相同，实现陶瓷元件和压电晶片一对一的粘结，且每一个压电晶片外接一个电压回路，不同的压电回路由电脑编程实现。

2.根据权利要求1所述的防弹材料，其特征在于所述的陶瓷元件组分是刚玉或碳化硅或碳化硼，形状是两端面平行或两端面具有鼓起的陶瓷圆柱，陶瓷圆柱之间紧密排列。

3.根据权利要求1所述的防弹材料，其特征在于所述的压电晶片是压电陶瓷石英晶片或镍电极压电陶瓷晶片，相邻压电晶片之间依次有个恒定的相位差，从而使压电晶片因电压不同而形成相邻压电晶片之间的厚度差。

4.根据权利要求3所述的防弹材料，其特征在于所述的陶瓷圆柱和压电晶片粘接于固定基体上，保证结构的完整性。

5.根据权利要求3所述的防弹材料，其特征在于所述的压电晶片相邻之间的厚度差带动陶瓷元件的表面进行此起彼伏的协调运动。