CN104736368B - 耐受射弹冲击造成的超压的储罐 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于液体(2)的储罐(100，12，11)，该储罐适于抵抗由射弹冲击造成的超压且该储罐被放置在结构(4)中，所述储罐包括超压管理装置，所述装置包括基于聚乙烯的超弹性泡沫的层(3)。本发明的目的在于获得既用于现有的储罐又用于新储罐上的简单、耐用且被动形式的膨胀。

Description

耐受射弹冲击造成的超压的储罐

技术领域

本发明涉及液体储罐领域，例如燃料储罐，且更具体地，包括可应对超压的装置的储罐，所述超压由穿过装满液体的储罐的射弹引起。

背景技术

当射弹穿过软油箱的液体或固定于例如航空器或陆地交通工具的结构上的储罐的液体时，存在由此引起的超压问题。液体中的所述超压可以导致储罐的破裂摧毁。

事实上，射弹在它的轨道上，取代了液体的体积，自然情况下该体积通常是不可压缩的。

在目前的储罐中，当射弹穿过液体时，含有液体的体积不可能膨胀，这意味着压力会逐渐增加地施加到储罐壁上，直至储罐壁破裂。更具体地说，射弹和液体之间的相互作用首先产生动能损失，其次产生逐渐增加的位移(displacement)，该位移如果得不到补偿，将会导致压力增大。然后最终的压力波将在相当大的区域上冲击燃料储罐壁，根据该压力波的振幅和燃料储罐的结构，所述压力波可以打破该燃料储罐壁。

目前，没有储罐能够完全控制这种体积压力。因此，由于储罐的爆炸而损失航空器或交通工具的风险是非常高的。

某些软油储罐，尤其是那些配有围绕着具有自密封功能的泡沫的双壁的储罐，例如在某些军用航空器的情况下，穿孔后可以可选择地限制炮火的影响。然而，这种泡沫远远不适合消解由射弹的穿入引起的超压。

各种已知的现有技术或多或少地可以应对减少储罐面对弹道威胁时的易损点的目标。这些目标在于减少超压冲击的技术如下：

-两个储罐的嵌套(也被称为“储罐中储罐”系统)，在弹道冲击下，最大储罐内部的储罐只能破裂，且将它所容之物清空至另一个储罐中，

-使用涂覆在储罐内部的橡胶(也被称为“储罐四周的橡胶层”)，使将液体从组成储罐的结构上分离成为可能，

-使用涂覆在储罐内部的纤维增强的橡胶，其是前述理念的衍生；

-使用装满开孔泡沫的Kevlar软油箱(也被称为“软油箱中的泡沫”)，

-使用具有可充气的壁的软油箱(也被称为“充了氮气的弹道囊”系统)，记载在专利US 4925057中，

-使用由玻璃纤维/树脂制成的波纹加固物，所述波纹加固物结合在硬壁储罐和包含所述储罐的结构之间(采用专利US 4469295和专利US7566489中描述的原理)，在超压的冲击下，可以使该波纹加固物变形，

-使用排列在储罐内部的牺牲层，该牺牲层由覆盖有外皮的蜂窝块制成，该外皮由玻璃纤维/树脂(用于密封小孔)制成，在超压的作用下，该牺牲层可以被压碎。

然而，这些储罐不适合高压，此外不可能限制若干连续或同时发生的射弹冲击造成的损害。

同样在专利EP 2048079中已知的是燃料储罐组装和相应的方法，该方法能够限制弹道射弹冲击能造成的损害，尤其是促使燃料泄漏的孔-类型的损害。该专利描述了一种双层储罐，该双层储罐通过两个嵌套的囊袋形成且因此能够限制弹道冲击造成的损害。这种组装还包含放置于两个囊袋之间的以便至少部分限制囊袋膨胀的多个连接器。因此，这种组装能够限制内部囊袋的膨胀，但是如果在射弹穿入期间，燃料的体积膨胀产生的压力太大，该组装不能阻止储罐的爆炸。

最后，已知基于聚氨酯泡沫的产品单独保护燃料储罐抵抗静电效应和晃动，同时提供蒸气的惰性化和抵抗外界碎片的屏障。该系统不能应对弹道冲击产生的超压。

发明内容

因此，本发明的目的在于，通过提供适合抵抗射弹冲击产生的超压的储罐，克服现有技术中的一个或更多缺陷。

更具体地，本发明提供一种应对液体储罐内的超压的装置。

为此，本发明为液体提供一种储罐，该储罐适于抵抗射弹冲击造成的超压且放置于结构中，所述储罐包括超压管理装置。

因此，该改进涉及容纳液体的体积的膨胀，通过一种非常简单适当的装置。

既为了现有的储罐又为了将被设计出的新储罐，本发明的目的在于获得一种以简单、耐用且被动的方式的膨胀。所述词语“耐用”应被理解为是指获得连续膨胀的能力，如果在一段时间内若干射弹穿过储罐。换句话说，机械装置不应该是可消耗品。

根据本发明，所述超压管理装置包括超弹性泡沫层。所述词语“超弹性泡沫”应被理解为是指能够在负载下被大大压缩且卸载后恢复它的初始形状的泡沫。优选地，该超弹性泡沫为基于聚乙烯的泡沫。

根据本发明的一种实施方式，所述装置被放置于储罐内部，尤其当储罐为例如翼或机身的结构的不可分割部分。

根据本发明的一种实施方式，所述装置被放置于储罐外部，在储罐的弹性外壁和容纳所述储罐的结构之间。

根据本发明的一种实施方式，根据所需的膨胀体积，调整所述超弹性泡沫层的厚度。

根据本发明的一种实施方式，所述超弹性泡沫层的厚度在5至15mm之间。

根据本发明的一种实施方式，当储罐具有平行六面体(parallelepipedal)形状时，所述装置至少覆盖所述储罐的四个面。

根据本发明的一种实施方式，所述超弹性泡沫为闭孔泡沫。

附图说明

阅读以下描述，参考以实施例方式给出的附加特征，本发明的其它特点和优点将会被更好地理解且将更加清楚地表现出来。

-图1是根据本发明的一种实施方式的储罐变体的一部分的剖视图的示意图，

-图2是根据本发明的一种实施方式的储罐变体的中线剖视图的示意图，

-图3说明了现有技术a)完全充满的储罐获得的结果，b)90％充满的储罐获得的结果(四壁的总反作用力作为时间的函数)，

-图4说明了本发明a)完全充满的储罐获得的结果，b)90％充满的储罐获得的结果(四壁的总反作用力作为时间的函数)。

具体实施方式

本发明涉及一种简单、被动、完全机械化的装置，该装置能够获得含有液体的储罐的膨胀。

在本发明的上下文中，所述储罐例如为软油箱或内置储罐。所述词语“软油箱”应被理解为是指通过封套形成的储罐，所述封套不是将该储罐放置在其中的结构。所述词语“内置储罐”应被理解为是指由所述储罐被放置其中的结构形成的储罐。

储罐中存在的液体是例如燃料。

储罐壁限定了液体储存体积。所述储罐被放置在例如航空器结构的结构中。所述储罐还可以被放置在陆地交通工具结构中或者包括可以充满液体的储罐的任意其他类型的结构中。

用于抵抗由射弹穿过液体造成的冲击的装置包括泡沫层。在本发明上下文中使用的泡沫具有超弹性机械特性。事实上，重要的是，该装置不仅能够应对由射弹穿透储罐造成的压力的增大，而且能够应对连续或同时产生的压力的增大。为此，已经在超压的冲击下被压缩后的泡沫迅速恢复它的初始形状是必要的。此外，不论是否存在额外的储罐，所述泡沫层的压缩刚度必须使得泡沫层可以柔弱地施加压力于支撑它的结构上。

所述词语“超弹性泡沫”应被理解为是指能够在负载下被大大压缩且在卸载后恢复它的初始形状的泡沫。例如900的聚乙烯泡沫存在这种特性，该泡沫的属性如表1所示。可以使用超弹性泡沫的其他参考文献。

表1：超弹性泡沫的特性。

因此，本发明上下文中提到的解决方案接近“牺牲层”方案，但是使用具有合适的机械行为的材料。

根据使用的储罐的类型，根据本发明的装置将被放置在内置储罐中或者弹性壁储罐的外面。

更具体地说，根据图1中所示的本发明的一种变体，在软油箱的情况下，该装置被放置在所述结构和所述储罐的外壁之间。在该变体中，所述液体2储存在储罐10的内部体积中。所述射弹5，在穿透储罐10的时候，产生了波51，该波将会施加超压52且使储罐10的壁53变形。这种变形被放置于结构4和储罐10之间的泡沫层3所消解。

根据一种实施方式，所述结构由两个复合皮囊组成，例如该结构位于蜂巢状材料41的层之间。所述泡沫层被嵌在软油箱壁和因此构成的夹层板之间。该结构4的机械强度大于泡沫的机械强度。所述夹层板可以包括附件支撑物6。

在这种类型的变体中，换句话说，放在机身或机翼中的软油箱10可以使用开孔泡沫或闭孔泡沫。事实上，所述液体没有直接与泡沫接触，因此对于该液体，闭孔泡沫是没有必要的。

根据图2所示的本发明的另一个变体，在内置储罐100的情况下，换句话说，由航空器的结构形成的储罐，所述泡沫3在所述储罐100的内壁11上排成至少4面。在这种变体中，所述储罐的壁12可以直接通过例如航空器的结构形成。在一个壁上展示穿孔阶段的射弹8。用线7表示储罐100中的液体的水平。

在这种类型的变体中，换句话说，在储罐100建造在例如机身或机翼中的情况下，优选地，直接与燃料接触的泡沫为闭孔泡沫，以避免液体进入孔中的任何迁移。

在所述两种类型的变体，软油箱或内置储罐中，当储罐为平行六面体形状和例如立方体形状或矩形形状时，优选地，所述泡沫放置在平行于射弹轨道的至少四个面上。根据一种实施方式，所述泡沫排列于储罐的所有面上。

根据一种实施方式，所述超弹性泡沫层具有5至15mm的厚度，优选地，厚度等于10mm。

根据本发明的一种变体，使用的泡沫可以为基于聚乙烯(PE)的闭孔泡沫，例如以商品名900提供的闭孔泡沫。

根据本发明的一种变体，上述装置可以被软油箱的设计者使用，且上述装置可以用于例如原本装备有泡沫的双壁储罐，该原本装备的泡沫主要具有自封闭功能，通过在穿孔发生时与燃料发生化学反应。在两个弹性体墙之间加入所述泡沫使应对由于射弹的穿入造成的超压成为可能。

不仅可以设想现有储罐的更新，而且可以设想将本发明装置并入的新的内置储罐的设计。

在所有这些类型的应用中，在使用寿命期间，使用具有超弹性行为的泡沫的事实使保障有效利用成为可能。

事实上，在例如军用飞机的情况下，弹道威胁不是单次威胁，若干射弹可连续和/或同时到达且穿过储罐。因此，容纳燃料的体积的多重且连续的膨胀是必要的。因此，超弹性泡沫使响应这种类型的要求成为可能，且因此在弹道冲击后，超弹性泡沫使得限制由于储罐的爆炸而失去没有配备这种泡沫层的航空器的风险成为可能。

本发明的示例性实施方式

利用数值模拟实施所提出的方案，以便体现由超弹性泡沫提供的有益效果。

所述实施例涉及尺寸为200mm(H)x 200mm(A)x 200mm的立方体储罐(如图2所示，中线剖视图)，该立方体储罐为两种配置：

-完全填充，

-90％填充。

假设所有壁是极其坚硬的且它们中的四个外围壁承载泡沫层：

-或者由硬聚氨酯(PU)制成，

-或者由根据本发明的900聚乙烯(PE)制成。

在两种情况下，所述泡沫的厚度为10mm。一个8mm立方体射弹在液体区域中以初速度250m/s到达。

在模拟期间，对于每一个承载泡沫层的刚性壁，全部反作用力作为时间的函数被记录。

图3a表明了在装备有硬PU泡沫的完全充满的储罐的存在下获得的结果，所述力的峰值达到约57800N，即平均压力大于14巴。当所述储罐仍然装备有相同的泡沫且90％填充时(图3b)，所述力的峰值下降至约31800N，即平均压力接近9巴。

图4a表明了在装备有100％填充的900PE泡沫的完全充满的储罐的存在下获得的结果，最大的力约为2430N，即平均压力约为0.6巴。仍然装备有相同的泡沫的所述储罐为90％填充(图4b)，所述反应力保持小于1800N，即平均压力小于0.5巴。

这些模拟结果是显著的，因为观察到了装备有超弹性PE泡沫的100％充满的储罐或者90％充满的储罐在超压上的减小。例如900的超弹性PE泡沫的性能远远优于用硬PU泡沫获得的性能。

Claims (3)

1.用于液体(2)的储罐(10，100)，所述储罐适于抵抗由射弹冲击造成的超压且放置在结构(4)中，所述储罐包括超压管理装置，所述装置由基于聚乙烯的超弹性泡沫层(3)构成，其中，所述超弹性泡沫层的厚度为5至15mm，其中所述基于聚乙烯的超弹性泡沫为闭孔泡沫，其中，所述装置(3)放置在所述储罐(10，100)内部或所述装置(3)放置在所述储罐的外部，且在所述储罐(10，100)和所述结构(4)之间。

2.根据权利要求1所述的储罐，其中，根据所需膨胀体积调整所述超弹性泡沫层的厚度。

3.根据权利要求1所述的储罐，所述储罐具有平行六面体形状，并且所述装置(3)覆盖所述储罐的至少四个面。