KR20010031397A

KR20010031397A - 복합체 장갑 패널

Info

Publication number: KR20010031397A
Application number: KR1020007004414A
Authority: KR
Inventors: 코헨미카엘
Original assignee: 추후제출; 모페트 에치온
Priority date: 1998-03-30
Filing date: 1998-03-30
Publication date: 2001-04-16
Also published as: WO1999050612A1; CN1278324A; CA2309053A1; KR100529535B1; JP2002527705A; CN1082655C; TR200001629T2; JP3628257B2; CA2309053C

Abstract

본 발명은 팰릿(18)들이 복수개의 인접 열로 결합되도록 고형화 물질(16)에 의해서 평판 형태로 직접 결합 및 보유되는 고밀도 세라믹 팰릿(18)의 내부 단일층을 갖는, 고속의 장갑을 관통하는 탄도(12)로부터의 운동에너지를 흡수 및 공핍하기 위한 복합체 장갑 판에 있어서, 상기 팰릿이 적어도 93%의 Al₂O₃함유량과 적어도 2.5 비중을 가지며, 상기 팰릿(18)의 대부분은 각기 적어도 3㎜ 길이인 적어도 하나의 축을 가지며 인접 열의 내부 단일층으로 상기 고형화 물질(16)에 의해서 결합되며, 상기 팰릿(18) 각각의 대부분은 적어도 4개의 인접한 팰릿과 직접 접촉하며, 상기 고형화 물질(16)과 상기 장갑 판(28)은 탄성인 것을 특징으로 하는 복합체 장갑 판에 의해서 달성된다.

Description

복합체 장갑 패널{COMPOSITE ARMOR PANEL}

방어형 장갑 패널에 관한 4가지 주요 고려사항이 있다. 제 1 고려사항은 중량이다. 탱크와 대형 선박과 같은 중량의 가동형 군장비가 공지되어 있다. 이러한 장갑은 보통 중량의 폭발성 탄도를 방어하도록 의도되는 강철 합금의 두꺼운 층으로 구성되어 있다. 그러나, 차량의 구성요소 모두에 대한 변형을 감소시키기 때문에, 중량 장비에서 조차도 장갑 중량을 감소시키는 것이 바람직하다. 게다가, 이러한 장갑은, 강철 밀리미터당 7.8㎏/m²무게 인자가 부가되기 때문에, 수 밀리미터보다 두꺼운 벽 두께의 강철 패널에 의해서 그 성능이 수행되는 자동차, 지프, 경량 보우트 또는 항공기와 같은 경량 챠량에 대해서 꽤 부적합하다.

700 내지 1000 ㎧ 범위의 속도로 충돌할 때조차, 경량 차량의 장갑은 임의의 유형의 탄알의 침투를 방지하도록 기대된다. 그러나, 무게 제한으로 인하여, 이러한 탄도를 방어하는 표준 장갑의 무게가 이러한 차량의 가동성 및 성능을 방해하는 정도이기 때문에, 경량 차량이 고 캘리버 예컨대 12.7 내지 14.5㎜의 장갑을 관통하는 탄도를 방어하기 어렵게 한다.

제 2 고려사항은 비용이다. 매우 복잡한 장갑 배열체, 특히 전체적으로 합성 섬유로 된 배열체들은 총 차량 비용을 현저하게 증가시킬 수 있으며 그 제조가 비영리적일 수 있다.

제 3 고려사항은 콤팩트성이다. 그 여러 층들 사이에 공기 공간을 갖는 두꺼운 장갑 패널은 차량의 타켓 프로파일을 증가시킨다. 내장형 장갑을 부착한 비군사적으로 개장된 장갑형 자동차의 경우에, 간단히 방어를 필요로 하는 영역 대부분에 두꺼운 패널용 공간이 없다.

제 4 고려사항은 개인용으로 사용되는 세라믹판과 경량 장갑에 관한 것으로, 이 판은 바위, 낙석 등에 의한 기계적 충돌에 의해 손상받기 쉽다고 알려져 있다.

적당한 최근의 장갑 시스템의 실시예가 미국 특허 제 4,836,084 호에 개시되어 있으며, 여기에는 알루미늄으로 된 오픈 허니콤 구조체로 된 지지판을 갖는 장갑 판 복합체가 개시된다. 탄도 방어 복합체 장갑을 개시한 미국 특허 제 4,868,040 호가 개시된다.

다른 장갑 판 패널이 예컨대 영국 특허 제 1,081,464 호와, 제 1,352,418 호, 제 2,272,272 호 및 미국 특허 제 4,061,815 호에 개시되어 있으며, 세라믹 물질의 사용뿐만 아니라 소결된 내열성 물질의 사용이 개시되어 있다.

세라믹 물질은 비금속, 결정 또는 유리질 구조체를 갖는 비금속, 무기 고체이며, 내열성, 내부식성 및 내압축성, 고강성, 강철에 비한 경량성 및 현저한 내약품 안정성을 포함한 많은 유용한 물리적 성질을 갖는다. 장갑 디자이너들은 오랫동안 이러한 특성에 주목하였는데, 고체 세라믹판은 개인용으로는 3㎜의 두께가 상업적으로 유용하게 사용되며, 중량 군장비에 대해서는 50㎜ 두께가 상업적으로 유용하게 사용된다.

대부분의 조사 결과, 세라믹 물질은 저 인장력과 저 휨 강도 및 나쁜 파열 조도를 향상시키는데 기여한다. 그러나, 유입 탄화의 쇼크에 대응하여 균열 및/또는 파열될 수 있는 세라믹판 및 다른 대형 구성요소의 사용에는 여전히 커다란 문제가 남아 있다.

경량의 가요성 장갑 의복 제품은 화력 탄도 및 탄도 스플린터에 대한 개인 방어용으로 수 십년 동안 사용되어 왔다. 이런 유형의 장갑의 예가 미국 특허 제 4,090,005 호에 개시되어 있다. 이러한 의복은 수백 미터 떨어진 곳으로부터 발사된 것과 같은 저 에너지 탄도에 대해 특히 유용하지만, 더 가까운 범위에서 발사된 고속 탄도에 대해서 착용자를 보호할 수 없으며 특히 장갑을 관통하는 탄도를 방어할 수 없다. 이러한 방어를 제공하는 경우에는 의복의 무게 및/또는 비용이 증가하기 때문에 이를 사용하기가 어렵다. 이러한 의복에 관한 다른 문제점은 이들이 탄도를 멈추는데 성공했을 때조차 매우 작은 영역이 탄환의 에너지를 흡수하는데 사용되기 때문에 방탄조끼의 요철로 인하여 착용자가 상처를 입을 수도 있다는 것이다.

종래의 세라믹 장갑의 공통된 문제점은 탄환을 멈추게 하든 탄환이 관통하든 제 1 탄도에 의해 장갑 구조체상에 발생하는 손상에 관한 것이었다. 이러한 손상은 장갑 패널을 약화시켜 제 1 탄도의 수십 센티미터내에 충돌되는 다음 탄도가 쉽게 관통하게 한다.

발명의 요약

따라서, 본 발명은 종래의 세라믹 장갑의 단점을 완화시키는 것을 의도하며, 제 1 실시예에 있어서 캘리버가 작은 화력 탄도에 대해 효과적이지만 경량의 즉 약 9lbs/ft²과 등가인 45㎏/㎡ 이하의 무게를 갖는 장갑 패널을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 실시예에 있어서, 보통의 캘리버가 작은 화력 탄도뿐만 아니라 5.56㎜ 최대 30㎜인 장갑을 관통하는 탄도의 총 범위에 대해 효과적이지만, 25㎜ 내지 30㎜ 탄도에 대해 본 발명에 따라 제공된 장갑은 그 중량에 비해 경량 즉, 185㎏/㎡ 이하의 무게를 가진다.

본 발명의 다른 목적은 패널의 동일 총면적에 충돌되는 복수개의 장갑을 관통하는 탄도에 대해 특히 효과적이다.

상기 목적은 팰릿들이 복수개의 인접 열로 결합되도록 고형화 물질에 의해서 평판 형태로 직접 결합 및 보유되는 고밀도 세라믹 팰릿의 내부 단일층을 갖는, 고속으로 장갑을 관통하는 탄도로부터의 운동에너지를 흡수 및 공핍하기 위한 복합체 장갑 판에 있어서, 상기 팰릿이 적어도 93%의 Al₂O₃함유량과 적어도 2.5 비중을 가지며, 상기 팰릿의 대부분은 각기 적어도 3㎜ 길이인 적어도 하나의 축을 가지며 인접 열의 내부 단일층으로 고형화 물질에 의해서 결합되며, 상기 팰릿 각각의 대부분은 적어도 4개의 인접한 팰릿과 직접 접촉하며, 상기 고형화 물질과 상기 장갑 판은 탄성인 것을 특징으로 하는 복합체 장갑 판에 의해서 달성된다.

본 발명의 바람직한 실시예에 있어서, 팰릿 대부분은 각기 약 6 내지 19 ㎜ 범위의 적어도 하나의 축을 가지며, 인접 열의 내부 단일층으로 고형화 물질에 의해서 결합되며 상기 팰릿의 대부분은 각기 적어도 4개의 인접 팰릿과 직접 접촉하며 상기 장갑 판의 총 무게는 45 ㎏/㎡을 초과하지 않는다.

본 발명의 다른 실시예에 있어서, 상기 팰릿 대부분은 각기 약 20 내지 40㎜ 범위의 길이를 갖는 적어도 하나의 축을 가지며, 상기 팰릿의 무게는 185 ㎏/㎡을 초과하는 전술한 바와 같은 복합체 장갑 판이 제공된다.

본 발명의 특히 바람직한 실시예에 있어서, 상기 팰릿의 대부분은 각각 인접한 6개의 팰릿과 직접 접촉한다.

상기 고형화 물질은 알루미늄, 에폭시, 열가소성 중합체 또는 열경화성 플라스틱과 같은, 사용 두께로 경화될 때 탄성을 보유하는 임의의 적절한 물질일 수 있어서 보호될 만곡면에 정합하도록 균열없이 장갑 판의 만곡을 허용할 수 있다.

프랑스 특허 제 2,711,782 호에 있어서, 세라믹 물질로 보강된 강철 패널이 개시되어 있다. 그러나, 상기 패널의 강철의 탄성력 부족 및 강성으로 인하여, 상기 패널은 약 8 내지 9㎜ 두께가 사용되지 않으면 장갑을 관통하는 탄도를 편향시킬 수 있는 능력을 가지지 못하며, 패널에 바람직하지 못한 과도한 무게를 부과한다.

본 발명의 바람직한 실시예에 있어서, 사용된 물질의 탄성은 몇개의 탄도가 동시에 몇개의 팰릿과 충돌할 가능성을 증가시키는 역할을 함으로써 본 발명에 따른 패널의 정지 파워의 효율을 증가시킨다.

본 발명의 부가의 바람직한 실시예에 있어서, 고속으로 충돌하는 장갑을 관통하는 탄도를 변형 및 파괴시키기 위한, 전술한 바와 같은 복합체 장갑 판으로 된 충격을 수용하는 외부 패널과, 상기 외부 패널에 인접하며 상기 파편으로부터 잔존 운동에너지를 흡수하기 위한 탄성재 제 2 패널로 이루어진 내부 패널을 갖는 다층의 장갑 패널이 제공된다. 상기 탄성재는 비용 및 무게 조건에 따라 선택될 것이며 알루미늄 또는 직조 직물과 같은 임의의 적절한 재료로 제조될 수 있다.

본 발명의 특히 바람직한 실시예에 있어서, 고속으로 충돌하는 장갑을 관통하는 탄도를 변형 및 파괴하기 위한 전술한 복합체 장갑 판으로 된 충격을 수용하는 외부 패널과, 상기 탄도의 잔존 파편의 비대칭 변형을 야기하고 상기 파편으로부터 잔존 운동 에너지를 흡수하기 위한 거친 직포 직물의 제 2 패널로 이루어진, 상기 외부 패널에 인접한 내부층을 갖는 다층 장갑 패널로서, 상기 다층 패널이 상기 다층 패널의 삼감형 영역에서 차후 발사되는 3개의 탄도를 멈추게 하는데 적합하며, 상기 삼각형의 높이는 상기 팰릿의 축의 3배와 거의 같다.

미국 특허 제 5,361,678 호에 개시된 바와 같이, 알루미늄 합금 매트릭스에 분포된 구형 세라믹 볼 질량체를 함유하는 복합체 장갑 판이 당해 기술분야에 알려져 있다. 그러나, 이러한 종래의 복합체 장갑 판은 하나 또는 그 이상의 심각한 단점을 가짐으로써 제조가 어렵고 금속 탄도를 약화시키기에 전체적으로 적합하지 않다. 보다 상세하게는 상기 특허에 개시된 장갑 판에 있어서, 세라믹 볼은 세라믹 입자를 함유한 결합재 물질로 피복되며, 상기 피막은 0.76 내지 1.5 두께를 가지며, 장갑 판의 제조중 용융 매트릭스 물질을 용탕 중입할 때 열 쇼크로인한 변형으로부터 세라믹 코어를 보호할 수 있도록 형성된다. 그러나, 피막은 볼의 강성 세라믹 코어를 서로 분리하는 역할을 하며 탄환 또는 다른 탄도로부터의 충격에 대응하여 볼 사이에 전달 및 공유되는 에너지 모멘트를 제어하는 역할을 할 것이다. 이 때문에 피막 물질이 세라믹 코어보다 본성적으로 덜 강성이므로, 상기 특허에 개시된 바와 같이 구성된 장갑 판의 정지 파워는, 상기 강성 세라믹 팰릿이 인접 팰릿과 직접 접촉할 때의 본 발명에 따른 장갑 판의 무게에 대해 양호하지 않다.

맥도걸(McDougal) 등의 미국 특허 제 3,705,558 호는 세라믹 볼의 층을 이루어진 경량의 장갑 판을 개시한다. 세라믹 볼은 서로 접촉되며, 용융 금속의 유입시 작은 간극을 형성한다. 일 실시예에 있어서, 세라믹 볼은 스테인레스 강철 와이어 스크린에 담긴다. 다른 실시예에 있어서, 복합체 장갑은 폴리설파이드 접착제에 의해서 알루미늄 합금판에 니켈 피복 산화알루미늄을 접착함으로써 제조된다.

맥도걸 등의 특허에 개시된 복합체 장갑 판은 세라믹 구형체가 용융 금속과 접촉할 때 발생되는 열 쇼크에 의해서 손상될 수도 있기 때문에 제조가 어렵다. 때때로, 세라믹 구형체가 용융 금속의 주물동안 구형체들 사이의 간극에 배치될 수도 있다.

이러한 배치를 최소화하기 위해서, 휴트(Huet)의 미국 특허 제 4,534,266 호 및 제 4,945,814 호는 용융 금속의 주물동안 세라믹 삽입물을 둘러싸기 위한 상호결합하는 금속 쉘로 된 망을 제안한다. 금속이 고화된 후, 금속 쉘은 복합체 장갑에 합체된다. 그러나, 이러한 상호결합 금속 쉘로 된 망은 장갑 패널의 전체 무게를 실질적으로 증가시키고 그 정지 파워를 감소시키기 때문에 결정되었다.

맥도걸 등의 특허는 파라미드 관계로 접촉 배치된 세라믹 볼의 어레이를 개시하며, 이 배열체는 또한 장갑 패널의 전체 무게를 실질적으로 증가시키며 충돌시 완전 탄성효과로 인하여 그 정지 파워를 감소시킨다는 것을 개시하고 있음을 알 수 있다.

미국 특허 제 3,523,057 호 및 제 5,134,725 호에, 세라믹 볼이 결합된 장갑 패널이 더 개시되어 있다. 그러나, 충격력 자체가 상기 패널의 가요성과 충돌하는 세라믹 볼과 인접한 세라믹 볼의 지지 효과의 감소를 야기하기 때문에, 상기 패널은 가요성이 있으며 상기 패널의 가요성은 충돌시 정지 강도를 실질적으로 감소시킨다. 또한, 미국 특허 제 5,134,725 호의 개시내용은 적어도 2개의 중첩 층으로 배열된 유리 또는 세라믹재의 복수개의 구성체를 갖는 장갑 판에 제한되지 않으며, 이 배열체는 맥도걸 등의 미국 특허 제 3,705,558 호에 개시된 배열체와 유사하다. 또한, 상기 특허의 도 3 및 도 4를 참조하면, 제 1 층의 팰릿은 동일층의 팰릿과 접촉하지 않고 인접층의 팰릿과만 접촉하는 것으로 도시된다.

여기서 알 수 있는 바와 같이, 상기 종래 특허중 어느 것도 상기 팰릿과 결합하는 패널이 비교적 경량임에도 불구하고 장갑을 관통하는 14.5㎜ 캘리버의 탄도를 성공적으로 방어할 수 있는 이 후에 도시하는 바와 같은 서로 직접 접촉하는 세라믹 팰릿의 단일층으로 된 놀랄만한 정지 파워를 개시 또는 제시하지 못하였다.

따라서, 본 발명에 따른 신규의 장갑은 단일층에 강성의 상호 접촉 관계로 고정되는 몇개의 매우 강성의 세라믹 팰릿 사이에 유입 탄도를 포획한다는 것을 알 수 있다. 비교적 보통 크기의 팰릿은 제 1 탄도에 의해서 야기된 손상을 국부화하며 세라믹 팰릿의 경우에서와 같이 인접 영역에 확산되지 않게 한다.

본 발명에 의해서 제공된 새로운 방법의 주요 장점은 여러가지 문제점을 해결하기에 적합한 다양한 패널을 제조할 수 있는 것으로, 에컨대, 소형 팰릿은 개인용 장갑으로 사용될 수 있으며 5.56㎜, 7.62㎜ 및 9㎜ 탄도의 문제점을 해결하며, 대형 팰릿은 장갑을 관통하는 14.5㎜, 25㎜ 및 30㎜ 이상의 탄도에 의해서 제공된 전술한 문제점들을 해결하는데 사용될 수 있다.

따라서, 9.5㎜의 직경과 9.5 내지 11.6㎜의 높이를 갖는 실린더형 팰릿 뿐만 아니라 12.7㎜의 직경과 9.5㎜ 내지 11.6㎜의 높이를 갖는 실린더형 팰릿이 본 발명에 따라 패널로 배열될 때, 5.56 내지 9㎜ 사이의 탄도를 다루기에 보다 적합하다.

마찬가지로 전술하는 바와 같이, 19㎜의 직경과 22 내지 26㎜의 높이를 갖는 실린더형 팰릿은 장갑을 관통하는 14.5 ㎜ 탄도를 다루기에 보다 적합하다.

38㎜의 직경과 32 내지 45㎜ 사이의 높이를 갖는 중량의 장갑차량 팰릿에 대해서는 본 발명에 따른 다층 장갑 패널이 사용될 때 20, 25 및 30㎜ 장갑을 관통하는 탄도를 다루기가 보다 적합하다는 것을 알 수 있었다.

유입 탄도는 3가지 방법중 하나로 팰릿 어레이와 접촉될 수도 있다.

1. 중앙 접촉. 충돌은 팰릿의 전체적이 탄도를 멈추게 하는데, 이것은 전체 팰릿을 분쇄하지 않고 에너지 세기 테스크를 관통할 수 없게 한다. 사용된 팰릿은 단면이 구형 또는 육각형에 유사한 구형 또는 기타 형상이며, 강성 매트릭스에 지지될 때, 이 형태는 직사각형 형상보다 저항 및 분쇄에 양호하다는 것을 알 수 있었다.

2. 플랭크 접촉. 충돌은 탄도의 한쪽으로의 흔들림(yaw)을 야기하므로, 탄도의 날카로운 코 뿐만아니라 더 전방면과 접촉할 때, 탄도가 더 쉽게 정지되게 한다. 탄도는 측방향으로 편향되어 자체가 큰 구멍을 형성할 필요가 있으므로 장갑이 탄도 에너지를 흡수한다.

3. 밸리 접촉. 탄도는 모두 탄도를 포획하는 3개의 플랭크 사이에서 보통 걸린다. 팰릿에 가해지는 큰 측력이 고체 매트릭스에 의해서 고정되는 그에 인접한 팰릿에 의해서 방지되어 투과가 방지된다. 이 특정 접촉 모드를 달성하기 위해서 14.5 ㎜ 캘리버 B-32 탄도를 사용하여 일 테스트가 배열되며, 판상 복합체 주물의 준비될 필요가 있으며, 세라믹 팰릿은 중앙층을 채우며 주물 알루미늄이 완전히 팰릿에 매립된다. 용융 금속을 사용하여 팰릿이 용융 금속을 냉각할 때, 소망의 긴밀한 팰릿의 형성이 주물 공정에 의해서 방해될 수 있다. 전술한 바와 같이, 이 문제는 맥도걸의 미국 특허 제 3,705,558 호에 개시된다. 이 문제를 해결하고자 하는 시도가 휴트의 미국 특허 제 4,534,266 호와 제 4,945,814 호 및 결합제와 세라믹 입자로 세라믹체를 피복하는 단계와, 그 후 용융 금속을 다이에 도입하는 단계와 관련된 다른 해결 방법을 제안하는 루프챈드 등의 미국 특허 제 5,361,678 호에 개시되어 있다.

따라서, 본 발명의 목적은 비본질적이고 연장가능한 부가의 구성요소를 최종 패널에 도입함없이, 전술한 바와 같이 복합체 장갑 판을 제조하는 방법을 제공하는 것이다.

따라서, 본 발명은 전술한 바와 같은 복합체 장갑 판의 제조 방법으로서, 저부를 갖는 몰드와, 둘 사이의 거리가 상기 팰릿의 높이의 약 1.1 내지 1.4배인 2개의 주표면과, 2개의 표면 및 개방 상부를 제공하는 단계와, 상기 팰릿을 상기 몰드에 삽입하여 상기 측면의 부표면 사이의 전체 길이, 즉 상기 저부로부터 상기 개방 상부까지를 따라 거의 연장되는 복수개의 중첩된 열의 팰릿을 형성하는 단계와, 몰드안에 용탕 주입될 물질의 유동점의 적어도 100℃ 이상의 온도까지 그 내부에 수납된 팰릿과 몰드를 가열하는 단계와, 상기 용융 물질을 고화하는 단계와, 상기 복합체 장갑 판을 상기 몰드로부터 제거하는 단계를 포함하는 상기 복합체 장갑 판의 제조 방법을 제공한다.

본 발명은 전술한 바와 같은 복합체 장갑 판의 제조 방법으로서, 저부를 갖는 몰드와, 둘 사이의 거리가 상기 팰릿의 높이의 약 1.1 내지 1.4배인 2개의 주표면과, 2개의 표면 및 개방 상부를 제공하는 단계와, 상기 팰릿을 상기 몰드에 삽입하여 상기 측면의 부표면 사이의 전체 길이, 즉 상기 저부로부터 상기 개방 상부까지를 따라 거의 연장되는 복수개의 중첩된 열의 팰릿을 형성하는 단계와, 상기 몰드안에 액체 에폭시 수지를 용탕주입하여 이를 충전하는 단계와, 상기 에폭시를 고화하는 단계와, 상기 복합체 장갑 판을 상기 폴드로부터 제거하는 단계를 포함하는 상기 복합체 장갑 판의 제조 방법을 제공한다.

마찬가지로, 상기 에폭시는 당해 기술분야에 공지된 바와 같이, 용탕주입하는 대신에 수평 몰드안에 배열된 팰릿상에 분무함으로써 도포될 수 있다.

여기서 알 수 있는 바와 같이, 본 발명에 따른 복합체 장갑 판을 준비할 때, 상기 팰릿은 상기 고화된 물질에 의해서 양측상에 완전히 피복될 필요는 없으며, 성형 패널의 외면으로부터 접촉될 수 있거나 또는 부피가 커질 수도 있다.

또한 본 발명은 이하에 설명될 무게가 아주 중요한 장갑 의복과 관련된다.

본 발명은 보다 충분히 이해될 수도 있는 이하의 도시예에 관련하여 임의의 바람직한 실시예와 관련하여 이제 설명될 것이다.

도면을 이제 상세히 참조하면, 도시된 세부사항들은 예시적인 것이며 단지 본 발명의 바람직한 실시예를 예시적으로 설명하기 위한 것으로 본 발명의 주요 특징 및 개념을 가장 유용하고 쉽게 이해할 수 있는 것으로 믿어지는 것을 제공하는 것이다. 이와 관련하여, 본 발명의 구조적 세부사항을 본 발명의 기본적 이해에 필요한 것보다 더 자세히 설명할 의도는 없으며 도면과 관련된 상세한 설명을 통해 당업자들은 본 발명의 여러가지 형태가 실제로 구현될 수도 있음을 알 수 있다.

본 발명은 복합체 장갑 패널에 관한 것으로, 보다 상세하게는 사용자에 의해서 착용될 수도 있는 경량의 탄도를 방어할 수 있는 장갑 패널에 관한 것으로, 고속으로 장갑을 관통하는 탄도 또는 파편에 대해 경량 및 중량의 가동형 장치 및 차량을 보호하기 위한 것이다. 본 발명은 패널을 제조하기 위한 방법을 또한 제공한다.

도 1은 본 발명에 따른 장갑 패널의 바람직한 실시예의 사시도이며,

도 2 및 도 3은 다른 팰릿 실시예의 사시도이며,

도 4는 장갑 패널의 2층 실시예의 단면도이며,

도 5는 패널 제조방법에 사용되는 몰드의 개략도이며,

도 6은 성형가능한 물질이 본체 사이의 공간을 채운 패널의 소단면의 사시도이며,

도 7a 및 도 7b는 본 발명에 따른 패널상에 충돌하는 탄도의 어레이를 도시한다.

도 1에는 고속 탄도(12)로부터 운동 에너지를 흡수 및 공핍시키기 위한 복합체 장갑 판(10)이 도시되어 있다. 패널(14)은 고형화 물질(16)로 제조되며, 패널은 고밀도 세라믹 팰릿(18)으로 된 내부층을 갖는다. 패널의 외부면은 고형화 물질(16)로 형성되며, 팰릿(18)은 그 내부에 매립되어 있다. 고형화 물질(16)의 성질은 장갑의 사용 목적에 적합하게 무게, 성능 및 비용에 따라 선택된다.

수륙 차량용 장갑은 적어도 80% 알루미늄을 함유한 금속 주물 합금을 사용하여 적절히 제조된다. 적절한 합금은 9% 신장도를 갖는 우수한 연성의 35,000㎏/in²의 고 인장 강도를 갖는 알루미늄 어소시에션 넘버 535.0이다. 부가의 적절한 합금은 5% 실리콘 B443.0을 함유한 유형이다. 이들 합금은 박막으로 주물되기 쉽다. 이들의 나쁜 기계가공성은 본 발명의 실시예에 있어서 중요하지 않다. 바람직하게 섬유 보강된 에폭시 또는 다른 플라스틱 또는 중합체 물질이 또한 적절하다.

팰릿(18)은 적어도 93%의 산화알루미늄 함유량을 가지며, 모스 경도 9를 가진다. 크기에 관하여, 팰릿의 대부분은 약 3 내지 40㎜ 범위의 주축을 가지며, 이 범위는 개인용 장갑 및 경량 차량에 대해서는 6 내지 19㎜이며, 중경량 이동 장비 및 차량을 캘리버가 큰 장갑을 관통하는 탄도를 방어하기 위해서 20 내지 30㎜이다.

전술한 목적을 위해서 도 1에는 적어도 하나의 볼록하게 만곡된 단부면(18a), 평면 실린더형 팰릿(18b) 및 구형 팰릿(18c)을 갖는 실린더형 팰릿 혼합체가 도시되어 있다. 본 발명자에 의해서 수행된 테스트 뿐만 아니라 고려사항들은 가장 효과적인 팰릿 형상이 적어도 하나의 볼록한 단부면(18a)을 갖는 실린더형 팰릿임을 나타낸다. 세라믹 팰릿은 다양한 유형의 크기 감소 밀(mil) 보통 텀블링 밀의 연마 매체로서 사용된다.

완성된 패널(14)에서, 팰릿(18)은 중첩 열(20)의 단일 층으로 고형화된 용융물(16)에 의해서 결합된다. 팰릿(18)의 대부분은 각각 접촉되어 적어도 4개의 인접 팰릿을 이룬다.

작업시, 패널(14)은 유입 탄도(12)가 3방향 모드, 전술한 중앙 접촉, 플랭크 접촉 및 밸리 접촉중 하나에서 멈추도록 작동한다.

이제 도 2를 보면, 팰릿(18d)의 다른 실시예가 도시되며, 상기 팰릿은 하나의 볼록하게 만곡된 표면 세그먼트(22)를 갖는 규칙적인 기하형상의 프리즘형을 갖는다.

도 3은 AA선을 따라 취한 원형 단면(24)을 갖는 팰릿(18e)을 도시한다.

도 4는 다층 장갑 패널(26)을 도시한다. 이하의 다른 도면에 있어서, 유사한 참조 범호가 유사부를 정의하는데 사용된다. 복합체 장갑 물질의 외부 패널(28)은 도 1에 관련하여 상술한 패널(14)과 유사하다. 패널(28)은 충돌되는 고속 탄도(12)를 변형 및 파열시키는 작용을 한다. 개인 방어용 경량 장갑은 예컨대 폴리카본네이트 또는아크릴로나이트-부타디엔 스티렌 또는 에폭시와 같은 거칠지만 단단한 열가소성 수지를 사용하여 제조되는 것이 바람직하다.

내부 패널층(30)은 외부 패널(28)에 인접하며 그에 부착되는 것이 바람직하다. 내부 패널(30)은 파마스톤(Famaston)의 상표명으로 알려진 케블라(Kevlar)(등록상표)의 다층과 같은 탄성 물질로 제조된다. 부가의 실시예에 있어서, 내층 패널(30)은 폴리아미드망의 다수층을 포함한다.

작동시, 내부 패널(30)은 탄도(12)의 잔존 파편(32)의 비대칭 변형을 야기하며, 도 1에 도시한 영역(34)에서 파편을 편향 및 압축함으로써 이들 파편으로부터 잔존 운동 에너지를 흡수한다. 영역(34)은 탄도 단면보다 훨씬 크므로 내부 패널(30)의 내측부(36)상에 압력 펠트를 감소시킨다. 이 요인은 개인적으로 착용하는 장갑에 있어서 중요하다.

이제 도 5를 참조하면, 도 1과 관련하여 상술한 복합체 장갑 물질(10)을 제조하기 위해서 사용되는 주물 몰드(38)가 도시되어 있다.

단계 A

저부(40), 2개의 주표면(42), 2개의 부표면(44) 및 개방 상부(46)를 갖는 몰드(38)가 제공된다. 이들 2개의 주표면(42) 사이의 거리는 팰릿(18)의 주축의 1.2 내지 1.8배이다. 예를들어, 8㎜ 팰릿이 사용되며 주표면 사이의 거리는 10㎜이다.

단계 B

팰릿(18)은 몰드(38)속에 삽입되어 복수개의 중첩 열의 팰릿(18)을 형성하는데, 이들은 개방 상부(46)에 대해 저부(40)로부터 부표면(44) 사이의 전체 거리를 따라 거의 연장된다.

단계 C

그 내부에 수납된 몰드(38)와 팰릿(18)은 우선 약 100℃ 온도까지 점진적으로 가열되며, 몰드에 용탕주입될 물질의 유동점의 100℃ 이상의 온도로 가열된다. 예를들어, 알루미늄은 약 540℃의 유동점을 가지며, 몰드 가열을 요구하며, 그 내부에 수납된 세라믹 팰릿를 640℃ 이상으로 한다. 사용될 합금에 따라, 몰드를 850℃까지 가열하는 것이 바람직함을 알 수 있다.

단계 D

알루미늄 C443.2 ASTH B 85 또는 GBD-AlSi9CU2와 같은 용융물이 몰드(38)로 용탕주입되어 이를 충전시킨다. 알루미늄에 대한 용탕주입 온도 범위는 830 내지 900℃이다. 폴리카본네이트는 250 내지 350℃ 사이로 용탕주입된다. 바람직하게는, 몰드(38)의 표면이 복수개의 공기 구멍(48)을 구비하여 용융물(16)이 그 내부로 용탕주입되는 동안, 공기의 이탈을 용이하게 한다. 용탕주입동안, 팰릿(18)은 용융물에 의해서 팰릿에 가해진 정적 및 동적 힘에 따라 다소 재배열된다.

단계 E

용융물(16)를 고화시킨다.

단계 F

복합체 장갑 물질(10)이 몰드(38)로부터 제거된다.

이하의 승온 제조 방법이 사용된다. 제조 방법에 따른 이하의 실시예는 에폭시 수지를 사용하여 열경화 매트릭스를 형성한다. 공지된 바와 같이, 에폭시는 실온에서 주물되어 화학적으로 경화될 수 있으며, 또한 경화가 열 적용에 의해서 가속화될 수 있다. 에폭시 장갑은 항공기에 이용하기에 적합하다. 수득 강도 및 영의 모듈러스는 섬유 보강체를 첨가함으로써 모두 증가된다.

단계 A

저부(40), 2개의 주표면(42), 2개의 부표면(44) 및 개방 상부(46)를 갖는 몰드(38)가 제공된다. 이들 2개의 주표면(42) 사이의 거리는 팰릿(18)의 주축의 1.2 내지 1.8배이다.

단계 B

팰릿(18)은 몰드(38)속에 삽입되어 복수개의 중첩 열의 팰릿(18)을 형성하는데 이들은 개방 상부(46)까지 저부(40)로부터 부표면(44) 사이의 전체 거리를 따라 거의 연장된다.

단계 C

액체 에폭시 수지는 몰드(38)로 용탕주입되어 이를 충전한다.

단계 D

상기 에폭시는 고형화된다.

단계 E

복합체 장갑 물질(10)이 몰드(38)로부터 제거된다.

도 6을 참조하면, 고속 탄도로부터 운동에너지를 흡수 및 공핍시키기 위한 복합체 장갑 판(50)을 도시되어 있다.

장갑 판은 에폭시와 같은 고형화 물질(54)에 의해서 패널 형태로 결합 및 제한된 복수개의 고밀도 세라믹체(52)의 단일층을 구비한다. 세라믹체(52)는 장갑 판의 에지를 따른 팰릿(52')이 4개인 인접 팰릿과 직접 접촉하는 복수개의 인접열로 배열되며, 내부 팰릿(52″)은 6개의 인접 팰릿과 직접 접촉된다. 팰릿(52)의 주축(AA)은 서로 거의 평행하며 장갑 판 표면(56)에 수직하다.

도 7a 및 도 7b는 프랑스 소시에테 A.R.E.S에 의해서 독립적으로 테스트되고 본 발명에 따라 준비된 2개의 장갑 판상의 충돌점 사이의 거리를 측정한 충돌 패턴을 도시한다.

각각의 장갑 판은 크기가 25 ×30㎝이며 적어도 하나의 볼록한 단부면을 갖는 거의 실린더형상인 복수개의 팰릿을 가지며, 상기 팰릿의 각각의 직경은 약 12.7㎜이며, 상기 볼록한 단부면을 포함한 상기 팰릿의 높이는 약 11㎜이며, 상기 팰릿은 에폭시에 의해서 복수개의 인접열로 결합되며, 도 7a의 장갑 판은 디네마(Dyneema : 등록상표)로 제조된 12㎜ 두께의 내부 지지층을 가지며 도 7b의 장갑 판은 디네마(Dyneema : 등록상표)로 제조된 10㎜ 두께의 내부 지지층을 가진다. 제 1 다수층 장갑 패널은 단지 38.6 ㎏/㎡의 무게를 가지며 제 2 다수층 장갑 패널은 33.6 ㎏/㎡의 무게를 가진다.

제 1 패널은 높이 0에서 831.1㎧, 845.7㎧ 및 885.8㎧ 의 점진적인 속도로 타겟으로부터 13m 떨어진 곳에서 발사된 일련의 3개의 7.62×51 PPI 탄도가 충돌된다.

단지 5㎝인 측부를 갖는 삼각형 영역안에 발견되는 3개의 탄도중 어느 것도 패널을 투과하지 않는다.

제 2 패널은 높이 0에서 783.7㎧, 800.2㎧, 760.5㎧ 및 788.4㎧의 속도로 타겟으로부터 13m 떨어진 곳에서 발사된 일련의 3개의 7.62×51 PPI 탄도가 충돌된다.

4개의 탄도중 어느 것도 패널을 관통하지 않으며, 비록 탄도(1, 3)가 서로에 대해 3㎝ 내에 놓일지라도, 탄도(4)는 패널에 손상을 야기하는 일 없이 패널의 측면에서부터 7㎝ 내에 놓임을 알 수 있다.

이러한 시험은 본 발명의 복합체 장갑 판의 우수한 다중 충돌 특성을 명확히 입증한다.

표 1은 도 4를 참조하여 상술된 알루미늄 매트릭스 다중층 패널에 관한 테스트 보고서의 재발간으로서, 알루미늄 매트릭스 다중층 패널은 적어도 하나의 볼록하게 굴곡진 단면을 갖는 실질적으로 원통형 형상의 다수의 팰릿을 팰릿 각각의 지름은 약 9.5㎜이고 상기 볼록한 단면을 포함하는 상기 팰릿의 높이는 약 9.5㎜이며, 상기 팰릿은 알루미늄에 의해 다수의 인접한 열로 접하게 되며, 내부 지지층(backing layer)을 갖는 상기 판은 파마스톤(Famaston : 등록상표)으로 제조되며 전체 다층화된 장갑 판은 단지 34.3 ㎏/㎡의 전체 중량을 갖는다.

3개의 장갑 관통 탄환은 근접한 범위에서 AK-47 돌격 소총(assault rifle)으로부터 사람이 착용하는 장갑용으로 사용하기 충분한 경량의 다층화된 패널에 발사된다. 보고된 결과는 본 발명에 따라 제조된 패널의 유효성을 입증한다.

[표 1]

크기 : 300×250 패널 중량 ㎡ : 22.300 ㎏

온도 : 23.0℃ 습도 : 58%

범위 : 7.0m

SPEC. : NIJ. STD. 0108.01 레벨 : 4

패널 상태 : 습윤, IN WATER FOR : 0 시간

주의 : +12 ㎏/㎡ FAMASTON

결과표

발사수	총모델	총신길이	구경(㎜)	탄환형태	탄환중량(grain)	발사각도(도)	외상(inch)	속도	관통Y/N	관통된층 수
발사수	총모델	총신길이	구경(㎜)	탄환형태	탄환중량(grain)	발사각도(도)	깊이	폭	관통Y/N	관통된층 수	m/sec	ft/sec
1 AK-47	24.00	7.620	A.P.I.	125.0	0	0	0	739	2425	N	0
2 AK-47	24.00	7.620	A.P.I.	125.0	0	0	0	757	2484	N	0
3 AK-47	24.00	7.620	A.P.I.	125.0	0	0	0	741	2431	N	0
관통되지 않은 탄환의 평균	0.0	0.0	745	2446		0

표 2는 판상에 실시된 탄도 저항 시험에 관한 테스트 보고서의 재발간으로서, 적어도 하나의 볼록하게 굴곡진 단면을 갖는 실질적으로 원통형 형상의 다수의 팰릿을 가지며, 상기 각각의 팰릿의 직경은 약 19㎜이며, 상기 볼록한 단면을 포함하는 상기 팰릿의 높이는 약 23㎜이며, 상기 팰릿은 에폭시에 의해 다수의 중첩된 열로 경계지며, 24㎜ 두께의 내측 지지 층을 갖는 상기 팰릿은 다이니마(Dyneema : 등록상표)로 제조된다. 전체의 다층화된 장갑 판은 단지 80.9 lbs.의 전체 중량을 갖는다.

표 2에 나타난 바와 같이, 제 1 및 제 2 테스트 발사시 사용된 탄약은 더욱더 높은 값의 평균 속도를 갖는 14.5㎜ 장착 관통 B-32 탄환인 반면, 본 발명에 따른 동일한 24×24 inch 패널에 발사된 나머지 시험 탄환은 고속의 20㎜ 조각 STM 발사체이다. 제 1 발사체는 초당 3,303 ft.의 속도로 발사되며, 제 2 의 14.5㎜ 장갑 관통 발사체는 초당 3,391 ft.의 속도로 연속해 발사되며, 2개의 20㎜ 조각 STM 발사체는 각기 4,333 ft/sec 및 4,437 ft/sec의 평균 속도로 발사되며, 제 4 의 발사체만이 패널을 관통하며, 이 패널은 이미 3번의 충격을 받았다.

[표 2]

피. 화이트 레버러토리 인코포레이티드

데이터 저장

탄도 저항 시험

날짜 : 6/18/97 No. : 7403-01

Via : 손으로 이송 시험일 : 6/19/97

Returned : 손으로 이송

파일(HPWLI) : IBC-2.PIN 고객 : I.B.C.

시험 패널

설명 : 소유자 샘플 번호 : ARRAY-1/TARGET-2

제조자 : 소유자 중량 : 80.9 lbs. (a)

크기 : 24 ×24 in. 경도 : NA

두께 : na 플라이/적층 : NA

평균 두께 : na in.

탄약

(1) : 14.5㎜ B-32 로트 수. :

(2) : 20㎜ Frag. Sim. 로트 수. :

(3) : 로트 수. :

(4) : 로트 수. :

장비

Vel. 스크린 : 15.0 ft. ＆ 35.0 ft.

목표물과의 범위 : 40.67 ft.

발사 간격 : 고객의 요구

범위 수 : 3

총신 수/총 : 20-30㎜/14.5-1

지지재 : NA

경사각 : 0 도

Target to Wit. : 6.0 in.

증거 패널 : 0.020″2024-T3 ALUM.

조건 : 70 deg. F.

적용가능한 표준 또는 방법

(1) : 고객의 요구

(2) :

(3) :

발사수	Ammo.	시간s×10-5	속도ft/s	시간s×10-5	속도ft/s	평균 속도ft/s	속도 손실ft/s	Stk. 속도ft/s	관통력	각주
1	1	605.3	3304	605.3	3303	3304	7	3297	None
2	1	589.6	3392	589.6	3391	3392	7	3385	None
3	2	461.5	4334	461.5	4333	4334	100	4234	None
4	2	450.8	4437	450.8	4437	4437	102	4335	탄환/조각
각주:	논평:위치 BP-29.88 in. Hg, Temp.-72.0 F, RH-69%(a) 중량은 연질 직조된 아라미드 커버를 위해 1.3 lbs.를 포함하지 않음

표 3은 판상에 실시된 탄도 저항 시험에 과한 테스트 보고서의 재발간으로서, 적어도 하나의 볼록하게 굴곡진 단면을 갖는 실질적으로 원통형 형상의 다수의 팰릿을 가지며, 상기 각각의 팰릿의 직경은 약 19㎜이며, 상기 볼록한 단면을 포함하는 상기 팰릿의 높이는 약 23㎜이며, 상기 팰릿은 에폭시에 의해 다수의 중첩된 열로 경계지며, 17㎜ 두께의 내측 지지 및 또한 6.35㎜ 두께의 알루미늄 지지 층을 갖는 상기 팰릿은 다이니마(Dyneema : 등록상표)로 제조된다. 전체의 다층화된 장갑 판은 단지 78.3 lbs.의 전체 중량을 갖는다.

표 3에 나타난 바와 같이, 제 1 시험 발사시 사용된 탄약은 고속의 20㎜ 조각 STM 발사체인 반면, 본 발명에 따른 동일한 24.5×24.5 inch 패널에 발사된 나머지 시험 탄환은 더욱더 높은 값의 평균 속도를 갖는 14.5㎜ 장갑 관통 B-32 탄환이다. 제 1 발사체는 초당 4,098 ft.의 속도로 발사된 20㎜ 조각 STM 발사체이며, 7개의 14.5㎜ 장갑 관통 발사체는 2,764 ft/sec 및 3,328 ft/sec의 평균 속도로 연속해 발사된다. 알 수 있는 바와 같이, 3,328 ft/sec의 평균 속도에서만 제 8 의 장갑 관통 B-32 탄환이 패널을 관통하며, 이 패널은 이미 7번의 충격을 받았다.

[표 3]

에이치. 피. 화이트 레버러토리 인코포레이티드

데이터 저장

탄도 저항 시험

날짜 : 6/18/97 No. : 7403-01

Via : 손으로 이송 시험일: 6/19/97

Returned : 손으로 이송

파일(HPWLI) : IBC-1.PIN 고객 : I.B.C.

시험 패널

설명 : 소유자

제조자 : 소유자 샘플 번호 : ARRAY-1/TARGET-1

크기 : 24.5×24.5 in. 중량 : 78.3 lbs. (a)

두께 : na 경도 : NA

평균 두께 : na in. 플라이/적층 : NA

탄약

(1) : 20㎜ Frag. Sim 로트 수. :

(2) : 14.5㎜ B-32 로트 수. :