FR2713327A1 - Ballistic, thermal and electromagnetic protection panel - Google Patents
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Abstract
Description
Le domaine technique de la présente invention est celui des panneaux de construction pour la réalisation de cloisons résistant à une agression balistique, thermique et électromagnétique tout en étant doué d'une résistance structurale. The technical field of the present invention is that of construction panels for the production of partitions resistant to ballistic, thermal and electromagnetic attack while being endowed with structural resistance.
Il existe de nombreuses configurations de panneaux structuraux capables d'arrêter des projectiles de petit ou moyen calibre, ou de résister de manière satisfaisante à une agression thermique tout en assurant une certaine résistance mécanique. There are numerous configurations of structural panels capable of stopping small or medium caliber projectiles, or of satisfactorily withstanding thermal aggression while ensuring a certain mechanical resistance.
A titre indicatif, on citera le Brevet FR
A-2655413 qui décrit un blindage de protection balistique, mais n'offre aucune protection thermique. On citera encore le Brevet FR-A-2 649 095 décrivant un matériau composite réfractaire, qui n'offre aucune protection balistique. On citera également le Brevet FR-A-2 605 267 décrivant un panneau de protection balistique comprenant une couche d'aluminium, une couche de composite stratifié et une couche de céramique. Toutefois, ce panneau ne résiste pas à une agression thermique.As an indication, we will mention the FR Patent
A-2655413 which describes a ballistic protection shield, but does not offer any thermal protection. We will also cite Patent FR-A-2,649,095 describing a refractory composite material, which offers no ballistic protection. Mention will also be made of Patent FR-A-2 605 267 describing a ballistic protection panel comprising a layer of aluminum, a layer of laminated composite and a layer of ceramic. However, this panel does not resist thermal attack.
L'état de la technique connu montre qu'on n'a jamais proposé un panneau doué d'une résistance mécanique résistant aux agressions balistique et thermique. Il est toujours possible d'imaginer diverses associations de matériaux pour obtenir les trois critères indiqués cidessus, sans toutefois optimiser l'assemblage et surtout répondre à des contraintes de masse, d'accélération de vibrations, de chocs, etc... The known state of the art shows that a panel with mechanical resistance resistant to ballistic and thermal attack has never been proposed. It is always possible to imagine various combinations of materials to obtain the three criteria indicated above, without however optimizing the assembly and above all responding to mass constraints, acceleration of vibrations, shocks, etc.
Le but de la présente invention est de fournir un panneau structural, doué d'une résistance mécanique, résistant à des agressions thermique, balistique et électromagnétique d'une part et à des contraintes de masse, d'accélération et/ou de vibration d'autre part. The aim of the present invention is to provide a structural panel, endowed with mechanical resistance, resistant to thermal, ballistic and electromagnetic attacks on the one hand and to mass, acceleration and / or vibration stresses of somewhere else.
Un autre but de la présente invention est de fournir un panneau répondant aux caractéristiques ci-dessus tout en ayant un coût et une masse surfaciques conformes aux exigences de l'utilisateur. Another object of the present invention is to provide a panel meeting the above characteristics while having a cost and a surface mass in accordance with the requirements of the user.
Un autre but encore de la présente invention est de fournir un procédé de fabrication de cloisons, de parois, d'enceintes, permettant la tenue en place des différentes couches de protection. Yet another object of the present invention is to provide a method of manufacturing partitions, walls, enclosures, allowing the various protective layers to be held in place.
L'invention a donc pour objet un panneau de protection contre les agressions balistique, thermique et électromagnétique doué d'une résistance mécanique et destiné notamment à la fabrication d'enceintes de sûreté, caractérisé en ce qu'il est constitué de l'extérieur vers l'intérieur
- d'une peau externe en acier de 1 à 7 mm d'épaisseur,
- d'une première couche d'isolant thermique de 1 à 20 mm d'épaisseur,
- d'une couche de protection balistique de 6 à 28 mm d'épaisseur,
- d'une seconde couche d'isolant thermique de 1 à 15 mm d'épaisseur,
l'ensemble des couches étant relié par un moyen de fixation mécanique à la peau externe.The subject of the invention is therefore a panel for protection against ballistic, thermal and electromagnetic attack endowed with mechanical resistance and intended in particular for the manufacture of safety enclosures, characterized in that it is constituted from the outside towards the interior
- an outer steel skin 1 to 7 mm thick,
- a first layer of thermal insulation from 1 to 20 mm thick,
- a ballistic protective layer 6 to 28 mm thick,
- a second layer of thermal insulation 1 to 15 mm thick,
all the layers being connected by a mechanical fixing means to the external skin.
Selon une autre caractéristique de l'invention, la peau externe est constituée par un acier de très haute dureté de l'ordre de 500 HB. According to another characteristic of the invention, the outer skin consists of a steel of very high hardness of the order of 500 HB.
Selon une autre caractéristique de l'invention, la première couche d'isolant thermique est constituée par un feutre réfractaire ou un matériau micronisé microporeux ou de la silice micronisée. According to another characteristic of the invention, the first layer of thermal insulator is constituted by a refractory felt or a microporous micronized material or micronized silica.
Selon une autre caractéristique de l'invention, la couche de protection balistique est constituée d'une couche céramique et d'une couche d'un composite verrerésine ou aramide-résine. According to another characteristic of the invention, the ballistic protection layer consists of a ceramic layer and a layer of a glass or aramid-resin composite.
Selon encore une autre caractéristique de l'invention, la couche de protection balistique est constituée par un composite verre-résine ou aramide-résine, ou d'un sandwich à âme en nid d'abeilles et d'une plaque en bois. According to yet another characteristic of the invention, the ballistic protective layer consists of a glass-resin or aramid-resin composite, or of a sandwich with a honeycomb core and a wooden plate.
Enfin, selon encore une autre caractéristique de l'invention, la seconde couche d'isolant thermique est constituée de fines couches de laine de silice séparées par des films d'aluminium, enfermées dans un caisson métallique gaufré. Finally, according to yet another characteristic of the invention, the second layer of thermal insulation consists of thin layers of silica wool separated by aluminum films, enclosed in an embossed metal box.
Selon un mode de réalisation de l'invention, le panneau de protection selon l'invention comprend
- 3 mm environ d'une plaque d'acier à très haute dureté,
- 13 à 16 mm environ de feutre réfractaire ou de silice micronisée,
- 6 mm environ de céramique et 12 à 15 mm d'un composite verre-résine ou aramide-résine,
- 10 mm environ de fines couches de laine de silice séparées par des films d'aluminium, l'ensemble étant enfermé dans un caisson métallique gaufré.According to one embodiment of the invention, the protective panel according to the invention comprises
- approximately 3 mm from a very high hardness steel plate,
- approximately 13 to 16 mm of refractory felt or micronized silica,
- approximately 6 mm of ceramic and 12 to 15 mm of a glass-resin or aramid-resin composite,
- about 10 mm of thin layers of silica wool separated by aluminum films, the whole being enclosed in an embossed metal box.
Selon un autre mode de réalisation, ledit panneau de protection peut être constitué par
- 3 mm environ d'une plaque d'acier à très haute dureté,
- 10 mm environ de feutre réfractaire ou de silice micronisée,
- 25 mm de composite verre-résine ou aramiderésine,
- 10 mm environ de fines couches de laine de silice séparées par des films d'aluminium, l'ensemble étant enfermé dans un caisson métallique gaufré.According to another embodiment, said protective panel can be constituted by
- approximately 3 mm from a very high hardness steel plate,
- about 10 mm of refractory felt or micronized silica,
- 25 mm of glass-resin or aramideresin composite,
- about 10 mm of thin layers of silica wool separated by aluminum films, the whole being enclosed in an embossed metal box.
Selon encore un autre mode de réalisation, le panneau de protection selon l'invention peut comprendre
- 3 mm environ d'une plaque d'acier à très haute dureté,
- 10 mm environ de silice micronisée,
- 10 mm environ d'un sandwich à âme en nid d'abeilles,
- 10 mm environ d'une plaque de bois,
- 10 mm environ de fines couches de laine de silice séparées par des films d'aluminium, l'ensemble étant enfermé dans un caisson métallique.According to yet another embodiment, the protective panel according to the invention can comprise
- approximately 3 mm from a very high hardness steel plate,
- approximately 10 mm of micronized silica,
- about 10 mm from a sandwich with a honeycomb core,
- about 10 mm from a wooden plate,
- about 10 mm of thin layers of silica wool separated by aluminum films, the whole being enclosed in a metal box.
Le moyen de fixation mécanique peut être constitué par un ensemble de raidisseurs soudés à la peau externe et une plaque radiale métallique soudée à l'extrémité libre de chaque raidisseur. The mechanical fixing means may consist of a set of stiffeners welded to the external skin and a metallic radial plate welded to the free end of each stiffener.
Une lame de protection thermique peut être disposée sur la plaque métallique radiale de façon à limiter la conduction thermique au travers du moyen de fixation. A thermal protection blade can be placed on the radial metal plate so as to limit the thermal conduction through the fixing means.
L'invention concerne également un procédé de panneaux destinés à la réalisation d'enceintes, caractérisé en ce que
- on soude un ensemble de raidisseurs sur la peau externe,
- on fixe à l'extrémité libre des raidisseurs des plaques radiales de façon à constituer avec les raidisseurs et la peau externe des logements de réception d'au moins deux couches de protection,
- on met en place la première couche de protection thermique et la couche de protection balistique,
- on isole les plaques radiales à l'aide de lames de protection thermique,
- on dispose un adhésif sur les lames,
- on applique sur l'ensemble ainsi obtenu la ou les plaques suivantes du panneau.The invention also relates to a method of panels intended for producing enclosures, characterized in that
- a set of stiffeners is welded to the outer skin,
radial plates are fixed at the free end of the stiffeners so as to constitute, with the stiffeners and the outer skin, receptacles for receiving at least two protective layers,
- the first thermal protection layer and the ballistic protection layer are put in place,
- the radial plates are isolated using thermal protection blades,
- there is an adhesive on the blades,
- The following plate (s) of the panel are applied to the assembly thus obtained.
Un tout premier avantage réside dans la simplicité de réalisation du panneau selon l'invention pour obtenir des caractéristiques balistique, thermique et électromagnétique. A very first advantage lies in the simplicity of production of the panel according to the invention for obtaining ballistic, thermal and electromagnetic characteristics.
Un autre avantage de l'invention réside dans la masse surfacique du panneau de l'ordre de 30 à 85 kg/m2 offrant à l'utilisateur une large gamme d'utilisation. Another advantage of the invention lies in the surface mass of the panel of the order of 30 to 85 kg / m2 offering the user a wide range of use.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux compris à la lecture du complément de description donné à titre indicatif en référence aux dessins annexés sur lesquels
- la figure 1 est une vue en coupe d'un premier mode de réalisation du panneau selon l'invention,
- la figure 2 est une vue en coupe d'un second mode de réalisation du panneau selon l'invention,
- la figure 3 est une vue en coupe d'un troisième mode de réalisation du panneau selon l'invention,
- la figure 4 illustre un exemple de réalisation d'un moyen de fixation des différentes couches.Other characteristics and advantages of the invention will be better understood on reading the additional description given for information with reference to the appended drawings in which
FIG. 1 is a sectional view of a first embodiment of the panel according to the invention,
FIG. 2 is a sectional view of a second embodiment of the panel according to the invention,
FIG. 3 is a sectional view of a third embodiment of the panel according to the invention,
- Figure 4 illustrates an embodiment of a means of fixing the different layers.
Le panneau selon l'invention est principalement destiné à la construction de cloisons, de caisses de véhicules de sûreté, d'enceintes, de coffres, utilisables pour le transport ou le stockage d'objets précieux du type civil ou militaire. Ces exigences sont satisfaites avec les panneaux 1, 2, et 3 selon les figures 1 à 3 qui peuvent être combinés au gré de l'utilisateur. The panel according to the invention is mainly intended for the construction of partitions, cases of security vehicles, enclosures, chests, usable for the transport or the storage of precious objects of the civil or military type. These requirements are met with panels 1, 2, and 3 according to Figures 1 to 3 which can be combined at the option of the user.
Le panneau selon la figure 1 est constitué d'un ensemble de couches, cinq au total, offrant le maximum de protection balistique. Il comprend de l'extérieur, c'est-àdire du côté d'où l'agression peut se produire, vers l'intérieur, une peau externe 4 en acier de très haute résistance, par exemple d'une dureté de 500 HB. Cette peau 4 peut avoir une épaisseur de 1 à 7 mm, en particulier 3 mm environ. Cette peau participe à la résistance à l'agression balistique et assure la résistance structurale. De plus, même en cas d'agression avec des projectiles de petit ou moyen calibre, cette peau 4 peut être percée mais n'est pas désorganisée au niveau du point d'impact. Cette peau 4 est suivie d'une première couche 5 d'isolant thermique de 10 à 20 mm d'épaisseur. On a choisi préférentiellement la silice micronisée qui se présente sous une forme commerciale facile à mettre en oeuvre, de 13 à 16 mm environ. Cette couche 5 est suivie d'une couche 6 d'un matériau assurant la protection balistique. Elle est composée d'une couche de céramique 6a de 6 mm d'épaisseur environ et d'une couche 6b d'un composite verre-résine ou aramide-résine de 12 à 15 mm environ. Le rôle de cette couche est d'arrêter complètement un projectile ayant traversé la peau 4. On trouve enfin une couche 7 d'isolant thermique de 10 mm d'épaisseur environ. The panel according to FIG. 1 consists of a set of layers, five in total, offering the maximum of ballistic protection. It comprises from the outside, that is to say on the side from which the aggression can occur, towards the inside, an outer skin 4 made of very high strength steel, for example with a hardness of 500 HB. This skin 4 can have a thickness of 1 to 7 mm, in particular approximately 3 mm. This skin participates in resistance to ballistic aggression and provides structural resistance. In addition, even in the event of aggression with small or medium caliber projectiles, this skin 4 can be pierced but is not disorganized at the point of impact. This skin 4 is followed by a first layer 5 of thermal insulation 10 to 20 mm thick. Preferably, micronized silica was chosen, which is in a commercial form which is easy to use, from 13 to 16 mm approximately. This layer 5 is followed by a layer 6 of a material ensuring ballistic protection. It is composed of a ceramic layer 6a of approximately 6 mm thick and a layer 6b of a glass-resin or aramid-resin composite of approximately 12 to 15 mm. The role of this layer is to completely stop a projectile having passed through the skin 4. Finally, there is a layer 7 of thermal insulation approximately 10 mm thick.
Cette couche 7 est composée de fines couches de laine de silice séparées par des films d'aluminium, l'ensemble étant enfermé dans un caisson métallique gaufré. Toutes ces couches sont disponibles dans le commerce et n'ont pas à être décrites plus complètement.This layer 7 is composed of thin layers of silica wool separated by aluminum films, the whole being enclosed in an embossed metal box. All of these layers are commercially available and need not be described more fully.
Un panneau conforme à la figure 1 possède une 2 masse surfacique de l'ordre de 70 à 85 kg/m et résiste aux agressions balistiques par des projectiles de petit ou moyen calibre de tout type connu et à toutes les agressions thermiques susceptibles d'intervenir en cours de stockage ou de transport. A panel conforming to FIG. 1 has a 2 surface mass of the order of 70 to 85 kg / m and resists ballistic attacks by small or medium caliber projectiles of any known type and all thermal attacks liable to occur. during storage or transport.
Un autre exemple de panneau 2 conforme à l'invention est illustré par la figure 2 constitué de quatre couches dont les couches 4 et 5 du panneau 1. La couche 5 est suivie ici d'une couche 8 d'un composite verre-résine ou aramide-résine de 25 mm d'épaisseur environ. Elle assure en combinaison avec la peau 4 la protection balistique. On applique sur la couche 8 une couche 9 d'isolant thermique de 10 mm environ constituée de fines couches de laine de silice séparées par des films d'aluminium, enfermées dans un caisson métallique gaufré. Another example of panel 2 according to the invention is illustrated by FIG. 2 consisting of four layers including layers 4 and 5 of panel 1. Layer 5 is followed here by a layer 8 of a glass-resin composite or aramid-resin about 25 mm thick. In combination with skin 4, it provides ballistic protection. A layer 9 of thermal insulation of approximately 10 mm is applied to layer 8 consisting of thin layers of silica wool separated by aluminum films, enclosed in an embossed metal box.
Le panneau 2 présente une masse surfacique de 65 à 80 kg/m2 et offre une protection thermique identique au panneau 1 mais une protection balistique légèrement inférieure. Le panneau 2 peut être utilisé chaque fois que la protection balistique maximale procurée par le panneau 1 n'est pas nécessaire.Panel 2 has a surface mass of 65 to 80 kg / m2 and offers thermal protection identical to panel 1 but slightly lower ballistic protection. Panel 2 can be used whenever the maximum ballistic protection provided by panel 1 is not necessary.
Un autre exemple de panneau 3 est schématisé sur la figure 3. I1 comprend la peau externe 4 et la couche adjacente 5 de protection thermique du panneau 1. Sur cette dernière, on applique une couche 10 de 10 mm d'épaisseur environ constituée par un sandwich à âme nid d'abeilles métallique, synthétique ou en carton et à peau en alliage métallique léger. On dispose ensuite une plaque 11 de 10 mm environ de bois pour assurer en combinaison avec la peau 4 et la couche 10 la protection balistique et la tenue structurale. Another example of a panel 3 is shown diagrammatically in FIG. 3. It includes the outer skin 4 and the adjacent thermal protection layer 5 of the panel 1. To this latter, a layer 10 of approximately 10 mm thick is applied, consisting of a sandwich with metallic, synthetic or cardboard honeycomb core and light metal alloy skin. Then there is a plate 11 of about 10 mm of wood to ensure in combination with the skin 4 and the layer 10 ballistic protection and structural strength.
Enfin, on dispose une couche 12 de 10 mm environ d'isolant thermique identique à la couche 9 décrite précédemment. Les couches 5 et 12 du panneau 3 assurent en combinaison la protection thermique. Finally, there is a layer 12 of about 10 mm of thermal insulation identical to the layer 9 described above. Layers 5 and 12 of panel 3 provide thermal protection in combination.
Le panneau 3 possède une masse surfacique de 35 à 45 kg/m2. La protection balistique conférée par ce panneau est inférieure à celle offerte par le panneau 2. Le panneau 3 bien qu'offrant une protection balistique plus faible est doué d'une résistance à la compression très importante et peut donc être utilisé à la réception de charges de masse importante où la protection balistique maximale n'est pas requise. Panel 3 has a surface mass of 35 to 45 kg / m2. The ballistic protection conferred by this panel is less than that offered by panel 2. The panel 3 although offering lower ballistic protection is endowed with a very high compressive strength and can therefore be used for receiving loads large mass where maximum ballistic protection is not required.
Sur la figure 4, on a représenté un exemple d'un moyen de montage des différentes couches sur la peau externe 4. Il est constitué d'un raidisseur 13 fixé par une soudure 14 à la peau 4. A l'extrémité libre de ce raidisseur, on soude de part et d'autre une plaque radiale 15. Celle-ci coopère avec le raidisseur 13 et la peau 4 pour délimiter un logement dans lequel on insère au moins deux couches des panneaux 1, 2 ou 3. Sur cette plaque 15, on colle une lame 16 d'isolant thermique constituée de mica aggloméré par une résine silicone. Le rôle de cette lame 16 est de limiter toute transmission de chaleur vers le côté interne du panneau par les éléments métalliques 4, 13 et 15. Un adhésif 17 est enfin appliqué sur la lame 16 pour assurer l'adhérence de la couche adjacente du panneau. FIG. 4 shows an example of a means of mounting the different layers on the outer skin 4. It consists of a stiffener 13 fixed by a weld 14 to the skin 4. At the free end of this stiffener, a radial plate 15 is welded on both sides. This cooperates with the stiffener 13 and the skin 4 to delimit a housing in which at least two layers of panels 1, 2 or 3 are inserted. On this plate 15, a blade 16 of thermal insulation is made up of mica agglomerated by a silicone resin. The role of this blade 16 is to limit any transmission of heat to the internal side of the panel by the metallic elements 4, 13 and 15. Finally, an adhesive 17 is applied to the blade 16 to ensure the adhesion of the adjacent layer of the panel. .
Lorsque le moyen de montage précédemment décrit est appliqué à un panneau 1 selon la figure 1, on réalise l'assemblage de la manière suivante. Les couches 5 et 6 sont engagées sous la plaque 15, avec une découpe adéquate locale de la plaque 6 pour recevoir la plaque 15 et la lame 16 de façon à assurer une planéité de surface. La couche 7 interne est alors retenue par l'adhésif 17 et l'ensemble ainsi obtenu peut être utilisé tel que pour la fabrication d'une enceinte. When the mounting means described above is applied to a panel 1 according to FIG. 1, the assembly is carried out as follows. The layers 5 and 6 are engaged under the plate 15, with a suitable local cutting of the plate 6 to receive the plate 15 and the blade 16 so as to ensure a surface flatness. The internal layer 7 is then retained by the adhesive 17 and the assembly thus obtained can be used as for the manufacture of an enclosure.
Appliqué au panneau de la figure 2, le procédé de réalisation est le suivant. Les couches 5 et 8 sont engagées sous la plaque 15, avec comme précédemment une découpe adéquate de la plaque 8 pour intégrer la plaque 15 et la lame 16 de façon à assurer la continuité de surface. Applied to the panel of Figure 2, the production method is as follows. The layers 5 and 8 are engaged under the plate 15, with, as previously, an adequate cutting of the plate 8 to integrate the plate 15 and the blade 16 so as to ensure surface continuity.
La couche 9 interne est retenue par l'adhésif 17 et l'ensemble peut être utilisé tel que pour fabriquer une enceinte.The internal layer 9 is retained by the adhesive 17 and the assembly can be used such as to manufacture an enclosure.
Appliqué à un panneau 3 de la figure 3, le procédé de réalisation est le suivant. On peut par exemple engager les couches 5 et 10 sous la plaque 15 avec une découpe adéquate de la plaque 10 pour assurer la continuité de surface. Les deux dernières plaques 11 et 12 sont posées et maintenues en place par simple gravité. On utilisera alors le panneau 3, dans cette configuration, principalement pour réaliser le plancher d'une enceinte, d'une caisse ou d'un coffre, etc... qui n'exige pas une configuration rigide de l'ensemble des couches du panneau 3. Applied to a panel 3 in FIG. 3, the production method is as follows. One can for example engage layers 5 and 10 under the plate 15 with an adequate cutout of the plate 10 to ensure surface continuity. The last two plates 11 and 12 are placed and held in place by simple gravity. We will then use the panel 3, in this configuration, mainly to make the floor of an enclosure, a box or a chest, etc. which does not require a rigid configuration of all of the layers of the panel 3.
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