KR20010074484A - 복합 장갑 패널 - Google Patents

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KR20010074484A
KR20010074484A KR1020007011302A KR20007011302A KR20010074484A KR 20010074484 A KR20010074484 A KR 20010074484A KR 1020007011302 A KR1020007011302 A KR 1020007011302A KR 20007011302 A KR20007011302 A KR 20007011302A KR 20010074484 A KR20010074484 A KR 20010074484A
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pellet
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마이클 코헨
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Abstract

본 발명은, 고속의 장갑-관통 발사체 및 연성 탄두의 발사체로부터의 운동 에너지를 흡수하여 소산시키기 위한 복합 장갑판(4)으로서, 고밀도의 세라믹 펠릿(6) 단일 내부층을 포함하는 복합 장갑판(4)에 있어서, 상기 펠릿은, 대부분의 각각의 펠릿(6')이 적어도 4개의 인접한 펠릿(6")에 직접 접촉하며 각각의 상기 펠릿은 적어도 하나의 볼록하게 만곡된 단부면을 갖는 실질적인 원통형 형상을 갖는 인접한 행과 열의 단일 층으로 배열되며, 또한 상기 인접한 원통형 펠릿 사이에 형성된 공간은 충돌 발사체로부터의 연성 금속이 상기 공간을 통해 유동하는 것을 방지하는 재료(10)로 충전되며, 상기 펠릿(6)과 재료(10)는 응고된 재료(8)에 의해 판 형태로 결합되어 유지되며, 상기 응고된 재료(8)와 판 재료는 탄성적인 것을 특징으로하는 복합 장갑판을 제공한다.

Description

복합 장갑 패널{COMPOSITE ARMOR PANEL}
방호 장갑 패널과 관련된 4개의 주 고려사항이 있다. 첫 번째 고려사항은 무게이다. 탱크 및 대형 선박과 같은, 중량의 이동 군용 장비에 대한 방호 장갑은 공지되어 있다. 이러한 장갑은 대개 중량의 폭발성 발사체에 대한 보호를 제공하도록 의도된 두꺼운 합금강의 층을 포함한다. 그러나, 중량의 장비에 있어서도, 장갑의 무게를 감소시키는 것이 장점적인데, 이는 이것이 차량의 모든 구성요소에 대한 변형을 감소시키기 때문이다. 또한, 이러한 장갑은 자동차, 지프, 소형 보트 또는 항공기와 같은 경량의 차량에 매우 부적합하다. 이러한 장갑의 성능은 수 mm 이상의 두께를 갖는 강(steel) 패널에 의해 저하되는데, 이는 강의 1mm당 7.8kg/㎡의 비율로 무게를 더하기 때문이다.
경량 차량에 대한 장갑은 탄환이 심지어 700 내지 1000m/sec 범위의 속도로 충돌하더라도 모든 유형의 탄환의 관통을 방지하도록 기대된다. 그러나, 무게 제약에 기인하여, 예컨대 12.7 및 14.5 mm의 큰 캘리버 장갑-관통 발사체로부터 경량의 차량을 보호하는 것은 어려운데, 이는 이러한 발사체에 견디기 위한 표준 장갑의 무게가 이러한 차량의 이동성 및 성능을 저해하는 정도이기 때문이다.
두 번째 고려사항은 가격이다. 과도하게 복잡한 장갑 구성, 특히 합성 섬유에 전적으로 의지하는 구성은 총 차량 가격에 상당히 비례하여, 차량의 제조를 이득없게 만들 수 있다.
장갑 설계에서 세 번째 고려사항은 소형화이다. 여러 층 사이의 공간을 포함하는 두꺼운 장갑 패널은 차량의 타겟 프로파일을 증가시킨다. 내부 장갑을 구비한 민간용으로 개장(改裝)된 장갑 자동차의 경우에, 보호가 요구되는 대부분의 영역에 두꺼운 패널에 대한 여지가 전혀 없다.
네 번째 고려사항은 개인용 장갑 및 경량의 차량 장갑에 사용되는 세라믹 판에 관한 것으로, 이러한 판은 바위, 낙하물 등에 의해 야기되는 기계적 충격에 의해 손상되기 쉽다고 밝혀져 있다.
장갑 시스템의 최근의 예가 미국 특허 제 4,836,084 호 및 미국 특허 제 4,868,040 호에 개시되어 있는데, 전자는 개방된 벌집형 구조의 알루미늄으로 구성된 지지판을 포함하는 장갑판 복합체를 개시하며, 후자는 충격 흡수 층을 포함하는 탄도저항(antiballistic) 복합체를 개시한다. 또한, 미국 특허 제 4,529,640 호는육각형 벌집 코어 부재를 포함하는 이격된 장갑을 개시한다.
다른 장갑판 패널은 예컨대 영국 특허 제 1,081,464 호, 제 1,352,418 호 및 제 2,272,272 호와, 미국 특허 제 4,061,815 호에 개시되어 있는데, 여기에는 소결 내화성 재료의 사용 및 세라믹 재료의 사용이 개시되어 있다.
세라믹 재료는 결정 또는 유리 구조를 갖는 비금속, 무기성 고체이며, 내저항성, 내마모성 및 내압축성과, 고강성, 강에 비한 저중량 및 우수한 화학적 안정성을 갖는다. 이러한 특성은 오랫동안 장갑 설계자의 주의를 끌어왔고, 개인 보호용의 3mm로부터 중량의 군용 차량용의 50mm의 두께 범위에 있는 견고한 세라믹 판이 이러한 사용을 위해 상업적으로 입수가능하다.
세라믹 재료의 저 인장성, 저 가요성 강도 및 불량한 파괴 인성을 개선시키기 위해, 많은 노력이 행해지고 있다. 그러나, 세라믹 판 및 다른 대형 요소의 사용에 대해, 진입하는 발사체의 충격에 응답하여 깨지고 또한/또는 산산이 부서질 수 있는 중요한 결점이 남아있다.
발사 무기 발사체 및 발사체의 파편에 대해 개인을 보호하기 위해 천으로 제조된 경량의 가요성 장갑 제품이 수 십년 동안 사용되고 있다. 이러한 유형의 장갑의 예는 미국 특허 제 4,090,005 호에 개시되어 있다. 이러한 천은 수백 미터 거리에서 발사된 것과 같은 저-에너지 발사체에 대해서는 확실히 가치있지만, 보다 가까운 지역에서 발사된 고속의 발사체에 대해 착용자를 보호하지 못하며, 특히 장갑 관통 발사체에 대해서는 보호하지 못한다. 이러한 천이 이와 같은 보호를 제공하도록 제조된다면, 천의 무게 및/또는 가격면에서 실용적이지 못하다. 이러한 천의 다른 공지된 문제는 발사체를 정지시키는데 성공하는 경우라도 충격을 받는 신체 영역이 너무 작음으로써 야기되며 탄환의 에너지를 흡수하는데 요구되는 신체내로의 조끼의 만입에 기인하여 사용자가 상처를 입을 수 있다는 것이다.
종래의 세라믹 장갑의 공통적인 문제는 제 1 발사체가 정지되든 관통하든 제 1 발사체에 의해 장갑 구조체에 가해진 손상에 관련된다. 이러한 손상은 장갑 패널을 약하게 하여, 제 1 발사체의 수 ㎝내에서 충돌하는 다음 발사체의 관통을 허용한다.
발명의 요약
따라서, 본 발명은 종래의 세라믹 장갑의 결점을 제거하려는 것으로, 제 1 실시예에서, 소구경 발사 무기 발사체에 대해 효과적이며 경량인 즉, 45kg/㎡(약 9 lb/ft2) 이하의 무게를 갖는, 부피가 작은 장갑 패널을 제공한다.
본 발명의 다른 실시예에 있어서, 25 mm 및 30 mm 발사체를 다루기 위해 본 발명에 의해 제공된 무거운 장갑에 대해서도, 통상의 소구경 발사 무기 뿐만 아니라 5.56 mm 및 30 mm 구경의 발사 무기로부터의 전체 범위의 장갑 관통 발사체에 대해 효과적이며 경량인 즉, 185kg/㎡ 이하의 무게를 갖는 장갑 페널이 제공된다.
본 발명의 다른 목적은 패널의 거의 동일한 영역에 충돌하는 다수의 장갑 관통 발사체를 억제하는데 특히 효과적인 장갑 패널을 제공하는 것이다.
본 발명자에 의한 PCT 출원 제 PCT/IL98/00153 호에는, 고속의 장갑-관통 발사체의 운동 에너지를 흡수하여 소산시키는 복합 장갑판으로서, 펠릿이 다수의 인접한 열로 결합되도록 응고된 재료에 의해 직접 결합되어 판 형태로 유지되는 고밀도 세라믹의 단일 내부층을 포함하는 장갑판에 있어서, 펠릿은 적어도 93%의 Al2O3함량을 가지며 적어도 2.5의 비중을 가지며, 대부분의 펠릿은 각각 적어도 3 mm의 적어도 하나의 축선을 가지며 상기 응고된 재료에 의해 인접한 열의 단일 내부층으로 결합되며, 대부분의 상기 펠릿 각각은 적어도 4개의 인접한 펠릿과 직접 접촉하며 상기 응고된 재료와 상기 판은 탄성적인 것을 특징으로 하는 복합 장갑판이 제공된다.
본 발명의 양호한 실시예에서, 위에서 정의된 바와 같은 복합 장갑판에 있어서, 대부분의 펠릿은 각각 약 6-19 mm 범위의 적어도 하나의 축을 가지며 응고된 재료에 의해 인접한 열의 단일 내부층으로 결합되며, 대부분의 상기 펠릿은 각각 적어도 4개의 인접한 펠릿과 직접 접촉하며, 상기 판의 총 무게는 45kg/㎡를 넘지 않는 복합 장갑판이 제공된다.
본 발명의 다른 양호한 실시예에서, 위에서 정의된 바와 같은 복합 장갑판에 있어서, 대부분의 상기 펠릿은 각각 약 20mm 내지 40mm 범위의 길이를 갖는 적어도 하나의 축선을 가지며 장갑판의 총 중량은 185kg/㎡를 넘지 않는 장갑판이 제공된다.
본 명세서에 기재된 특히 양호한 실시예에 있어서, 상기 펠릿은 직사각형 형상을 가지며 적어도 하나의 볼록하게 만곡된 표면 세그먼트를 갖는다.
본 명세서는 그 범위내에 6각형 프리즘과 볼록하게 만곡된 단부면을 갖는 정사각형 단면의 프리즘과 같은 기하학적 형태를 포함하지만, 본 명세서에 개시된 가장 양호한 실시예는 볼록하게 만곡된 단부면을 갖는 원통형 단면의 펠릿이다.
상기 펠릿과 그것을 사용하는 장갑 패널을 시험하여 충돌하는 고속의 장갑-관통 패널을 변형시켜 산산이 부수는데 특히 효과적임을 발견하였으며, 동일한 것을 포함하는 패널은, 충돌하는 고속의 장갑-관통 발사체를 변형시키고 산산이 부수기 위한, 앞에서 규정된 바와 같은 복합 장갑판의 충격-수용 외부 패널과, 상기 파편으로부터 나머지 운동 에너지를 흡수하기 위한 제 2 탄성 패널로 구성되며 상기 외측 패널에 인접한 내부층을 포함하는, 다층 패널의 비교적 작은 삼각형 영역으로 순차적으로 발사된 3개의 장갑-관통 발사체를 정지시킴을 발견하였다. 그러나, 납 총알과 같은 연성 탄두의 발사체 및/또는 연성 금속 요소를 갖는 발사체가 이러한 패널에 발사되는 경우, 연한 금속이 인접하게 배열된 원통형 펠릿 사이의 틈새를 통해 흘러서 이러한 유동 파편으로부터 잔류 운동 에너지를 흡수하기 위해 DYNEEMA(등록상표)와 같은 단단한 직조재의 두꺼운 내부층이 사용되어야 함을 발견하였다.
공지된 바와 같이, 폴리에틸렌 섬유로 제조된 DYNEEMA(등록상표) 및 FAMASTON(등록상표)과, 아라미드 섬유로 제조된 KEVLAR(등록상표)와 같은 복합 장갑에 사용되는 다양한 단단한 직조재는 매우 고가이므로 그 부가된 두께는 그것을 포함하는 복합 장갑 패널의 가격을 상당히 증가시킨다.
이러한 문제를 제거하기 위해, 본 발명에 따르면, 고속의 장갑-관통 발사체 뿐만 아니라 연성 탄두의 발사체로부터 운동 에너지를 흡수하여 소산시키기 위한복합 장갑판으로서, 고밀도 세라믹 펠릿의 단일 내부층을 포함하는 복합 장갑판에 있어서, 상기 펠릿은, 대부분의 펠릿이 각각 적어도 4개의 인접한 펠릿과 직접 접촉하며, 상기 펠릿은 각각 적어도 하나의 몰록하게 만곡된 단부면을 갖는 거의 원통 형상인 인접한 행과 열의 단일 층으로 배열되며, 상기 인접한 원통형 펠릿 사이에 형성된 공간은 충돌하는 발사체로부터의 연성 금속이 상기 공간을 통해 유동하는 것을 방지하기 위한 재료로 충전되며, 상기 펠릿과 재료는 응고 재료에 의해 판 형태로 결합 및 유지되며, 상기 응고 재료와 상기 판 재료는 탄성적인 것을 특징으로 하는 복합 장갑판이 제공된다.
본 발명의 양호한 실시예에 있어서, 상기 공간-충전 재료는 세라믹과 유리로 구성된 그룹으로부터 선택된다.
본 발명의 제 1 실시예에 있어서, 상기 재료는 3개의 인접한 원통형 펠릿 측면의 볼록한 곡률에 상보적인 오목한 측면을 갖는 삼각형 인서트의 형태로 되어 있다.
본 발명의 제 2 실시예에 있어서, 상기 재료는 공간 틈새-충전 펠릿의 일부로 일체로 형성되며, 상기 펠릿은 6개의 인접한 원통형 펠릿의 측면의 볼록한 곡률에 상보적인 오목한 측면을 갖는 6개 변의 별 형태이다.
본 발명의 특히 양호한 실시예에 있어서, 대부분의 특정 펠릿은 각각 6개의 인접한 펠릿과 직접 접촉한다.
본 발명에 따른 판은 PCT/IL98/00153에 기재된 것과 유사한 방식으로 조립될 수 있으며(그 기재 내용은 본 명세서에 참조로 인용 합체됨), 3개의 인접한 펠릿사이의 틈새내에 삼각형 인서트를 포함하거나 또는 첨부된 도 2에 보다 잘 도시된 바와 같이, 각 측면이 단일 원통형 펠릿에 접하며 2개의 원통형 펠릿에 의해 상부 및 바닥에 떠받쳐진 중앙 특정 펠릿을 갖는 어레이를 설정할 필요에 의해 필요한 변형이 행해지며, 상기 어레이의 어느 것이 수평한 금형내에 놓이며, 액체 형태의 상기 판-형성 응고 재료는 공지된 방법에 의해 금형내로 주입되거나 또는 스프레이된다.
응고 재료는, 사용되는 두께로 경화시 탄성을 보유하여, 파괴없이 판의 곡률이 신체 표면을 포함하는 보호될 만곡된 표면에 부합하도록 할 뿐만 아니라 진입하는 발사체에 대한 탄성적 반응이 충격 지점에서의 인접한 펠릿 사이의 접촉력을 증가시키는, 알루미늄, 에폭시, 열가소성 폴리머 또는 열경화성 플라스틱과 같은 임의의 적합한 재료일 수 있다.
프랑스 특허 제 2,711,782 호에는, 세라믹 재료로 보강된 강(steel) 패널이 개시되어 있지만, 이러한 패널의 강이 강성이고 탄성이 결여되어 있기 때문에, 상기 패널은 약 8-9mm 두께의 강이 사용되지 않는다면 장갑-관통 발사체를 편향시킬 능력이 없으며, 이것은 패널에 바람직하지 못하게 과다한 무게를 부가한다.
본 발명의 양호한 실시예에 사용되는 재료의 탄성은 발사체가 수 개의 펠릿에 동시에 충돌할 가능성을 어느 정도 증가시켜 본 발명의 패널의 정지력의 효율을 증가시키는 작용을 한다.
본 발명의 특히 양호한 실시예에 있어서, 충돌하는 고속의 장갑-관통 발사체를 변형시켜 산산이 부술 뿐만 아니라 판의 원통형 펠릿 사이로의 납과 같은 연성발사체 재료의 유동을 방해하기 위한, 앞에서 정의된 바와 같은 복합 장갑판의 충돌-수용 외부 패널과, 상기 외부 패널에 인접하며 상기 발사체의 나머지 파편의 비대칭 변형을 야기하고 상기 파편으로부터의 잔류 운동 에너지를 흡수하기 위한 단단한 직조재의 제 2 패널로 구성된 내부층을 포함하는 다층형 장갑 패널이 제공된다.
예컨대 미국 특허 제 5,361,678 호에 기재된 바와 같이, 알루미늄 합금 매트릭스내에 분포된 구(球)형의 세라믹 볼의 매스를 포함하는 복합 장갑판은 종래에 공지되어 있다. 그러나, 이러한 종래의 복합 장갑판은 하나 이상의 심각한 결점을 가지므로, 제조하기 곤란하며, 금속 발사체에 견디기에는 부적합하다. 특히, 상기 특허에 기재된 장갑판에 있어서, 세라믹 볼은 세라믹 입자를 함유하는 결합재로 코팅되어 있으며, 코팅은 0.76 내지 1.5 사이의 두께를 가지며 판의 제조중에 용융 매트릭스 재료를 주입할 때 열쇼크에 기인한 손상으로부터 세라믹 코어를 보호하는 것을 돕도록 제공된다. 그러나, 코팅은 볼의 보다 단단한 세라믹 코어를 서로 분리시키는 작용을 하며 탄환 또는 다른 발사체로부터의 충격에 응답하여 볼 사이에 전달되어 공유되는 에너지 모멘트를 감쇠시키도록 작용할 것이다. 이 때문에 또한 코팅의 재료가 본질적으로 세라믹 코어의 재료보다 덜 단단하기 때문에, 상기 특허에 기재된 바와 같이 구조된 판의 정지력은 단단한 세라믹 펠릿이 인접한 펠릿에 직접 접촉하는 본 발명에 따른 판의 것보다 중량면에서 양호하지 못하다.
맥도갈 등의 미국 특허 제 3,705,558 호는 세라믹 볼의 층을 포함하는 경량의 장갑판을 개시한다. 세라믹 볼은 서로 직접 접촉하며 용융 금속의 유입을 위한작은 갭을 남겨 놓는다. 일 실시예에 있어서, 세라믹 볼은 스테인레스 강 와이어 스크린내에 집어 넣어지며, 다른 실시예에 있어서, 복합 장갑은 니켈-코팅된 알루미늄 구를 폴리설파이드(polysulfide) 접착제에 의해 알루미늄 합금판에 고착함으로써 제조된다.
맥도갈 등의 특허에 기재된 바와 같은 복합 장갑판은 제조하기 어려운데, 이는 세라믹 구가 용융 금속 접촉으로부터 발생하는 열 쇼크에 의해 손상될 수 있기 때문이다. 세라믹 구는 또한 때때로 용융 금속의 주조동안 구 사이의 틈새내로 변위된다.
이러한 변위를 최소화하기 위해서, 휴트의 미국 특허 제 4,534,266 호 및 제 4,945,814 호는 용융 금속의 주조동안 세라믹 인서트를 둘러싸는 상호 연결된 금속 쉘의 네트워크를 제안한다. 금속이 응고된 후, 금속 쉘은 복합 장갑에 합체된다. 그러나, 이러한 상호 연결된 금속 쉘의 네트워크는 장갑 패널의 총 중량을 증가시키고 그 정지력을 감소시킨다고 판단된다.
맥도갈의 특허는 접촉하는 피라미드 관계로 배치된 세라믹 볼의 어레이를 제안하고 개시하는데, 이러한 구성은 또한 충돌시의 당구같은 효과에 기인하여 실질적으로 장갑 패널의 총 중량을 증가시키고 그 정지력을 감소시킴을 주목해야 한다.
미국 특허 제 3,523,057 호 및 제 5,134,725 호에는 세라믹 볼을 포함하는 다른 장갑 패널이 개시되어 있다. 그러나, 이러한 패널은 가요성이며 이러한 가요성은 패널의 충돌시 정지 강도를 감소시킨다고 밝혀졌는데, 이는 충돌력 자체가 상기 패널의 굽힘과 충돌된 세라믹 볼에 대한 인접한 세라믹 볼의 정지 효과의 감소를 야기하기 때문이다. 또한, 미국 특허의 개시내용은 적어도 두 개의 중첩된 층으로 배열된 유리 또는 세라믹 재료의 다수의 구성체를 갖는 장갑판으로 제한되는데, 이러한 구성은 맥도갈의 미국 특허 제 3,705,558 호에 개시된 것과 유사하다. 또한, 상기 특허의 도 3 및 도 4를 참조하면, 제 1 층의 펠릿이 동일한 층의 펠릿과 접촉하지 않고 인접한 층의 펠릿과만 접촉함을 알 수 있다.
인식할 수 있는 바와 같이, 상기 종래의 특허의 어느 것도 서로 직접 접촉하는 세라믹 펠릿의 단일 층의 예기치 않았던 우수한 정지력을 개시하거나 제시하고 있지 않으며, 후술되는 바와 같이, 100mm 두께 이하의 단단한 직조재의 비교적 좁은 층과 함께 사용될 때, 장갑-관통 발사체의 관통 및 연성 탄두의 발사체로부터의 파편의 관통을 성공적으로 방지하는 원통형 펠릿과 틈새-충전 재료의 조합된 사용을 개시하거나 제시하고 있지 않다.
따라서, 본 발명의 신규한 장갑은 견고한 상호 인접 관계의 단일 층으로 유지되는 매우 단단한 수 개의 세라믹 펠릿 사이에 진입하는 발사체를 포획할 수 있음이 밝혀졌다. 비교적 적절한 크기의 펠릿은 제 1 발사체에 의해 야기된 손상이 국부적으로 발생되어, 세라믹 펠릿의 경우와 같이 인접한 영역으로 퍼지지 않도록 한다.
본 발명에 의해 제공된 신규한 접근의 주요한 장점은 여러 발사체를 다루기에 적합한 여러 패널의 제조를 가능하게 하는데, 보다 작은 펠릿은 개인용 장갑으로 또한 5.56mm, 7.62mm, 및 9mm 발사체를 처리하는데 사용될 수 있으며, 보다 큰 펠릿은 14.5mm, 25mm 및 30mm 장갑 관통 발사체에 의해 제공되는 예측되는 충격을처리하는데 사용될 수 있다.
따라서, 12.7mm의 직경 및 12.7mm의 높이를 갖는 원통형 펠릿은 8mm의 DYNEEMA(등록상표)만의 지지체를 갖는 본 명세서에 기재된 특정한 별모양의 틈새-충전 펠릿의 내부 분산과 조합하여, 본 발명에 따른 패널로 배열된 경우, 5.56mm와 7.62mm 사이의 장갑-관통 발사체와 연성 탄두의 발사체를 모두 처리하기에 매우 적합함이 밝혀졌다.
진입하는 발사체는 다음 세가지 방법 중 하나로 펠릿 어레이와 접촉할 수 있다.
1. 중앙 접촉: 충돌은 펠릿의 전체 체적이 발사체를 정지하는데 참여하도록 하여, 발사체는 전체 펠릿을 가루로 만드는 에너지-집중 작업 없이 관통할 수 없게 된다.
2. 측면 접촉: 충돌은 발사체의 벗어남(yaw)을 야기하여, 발사체의 예리한 탄두 뿐만 아니라 보다 큰 전방 영역이 접촉되는 경우 발사체가 보다 쉽게 정지되게 한다. 발사체는 측면으로 편향되어 그 자체가 관통하기 위한 큰 개구를 형성할 필요가 있으므로, 장갑이 발사체 에너지를 흡수하도록 한다.
3. 골 접촉: 방사체는 대개 모두 발사체의 정지에 참여하는 3개의 펠릿의 측면 사이에 갖힌다. 견고한 매트릭스에 의해 유지되는 경우 펠릿에 가해지는 큰 측면 힘이 그에 인접한 펠릿에 의해 저항되어, 관통이 방지된다.
인식할 수 있는 바와 같이, 본 발명의 복합 장갑판을 준비하는 경우, 펠릿과 삼각형 인서트 및 특수한 펠릿은, 어느 것이 사용되든, 양 측면이 응고된 재료에의해 완전히 덮일 필요는 없으며, 이들는 형성된 패널의 외측 표면으로부터 눌려지거나 또는 부풀어 오를 수 있다.
이하, 본 발명이 충분히 이해되도록 첨부된 도면을 참조로 특정한 양호한 실시예와 관련하여 본 발명을 설명한다.
도면을 상세히 설명하면, 도시된 상세한 사항은 예시로서 본 발명의 양호한 실시예을 설명할 목적으로 제공되며, 본 발명의 원리 및 개념적 관점에 관해 가장 유용하고 쉽게 이해되는 기재라고 여겨지는 것을 제공하기 위해 제시된 것임을 주목하기 바란다. 이점과 관련하여, 본 발명의 기본적 이해에 필요한 것 이상으로 본 발명을 구조적으로 상세히 도시하지는 않았으며, 도면과 참조하여 기재된 설명에 의해 당업자들은 본 발명의 수 개의 형태가 실제로 구현되는 방법을 인식할 것이다.
본 발명은 복합 장갑판 및 그것을 포함하는 복합 장갑 패널에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 사용자에 의해 착용될 수 있는 경량의 탄도 방호체(ballistic protection)를 제공하며, 고속의 장갑-관통 발사체 또는 파편에 대해 또한 연성 탄두의 발사체로부터 경량 및 중량의 이동 장비 및 차량을 보호하기 위한 탄도 방호체를 제공하는 장갑 패널에 관한 것이다.
도 1은, 본 발명에 따른 장갑 패널의 제 1 양호한 실시예의 일부 섹션의 사시도,
도 2는 본 발명에 따른 장갑 패널의 제 2 양호한 실시예의 일부 섹션의 사시도.
도 1에는 고속의 장갑-관통 발사체로부터의 운동 에너지 및 연성 탄두의 발사체로부터의 운동 에너지를 흡수하여 소산시키기 위한 복합 장갑판(4)이 도시되어 있는데, 이러한 장갑판은 고밀도 세라믹 펠릿(6)의 단일 내부층을 포함하며, 상기 펠릿은, 대부분의 각각의 펠릿(6')이 적어도 4개의 인접한 펠릿(6")에 직접 접촉하며 각각의 펠릿은 적어도 하나의 볼록하게 만곡된 단부면을 갖는 실질적인 원통형 형상을 갖는 인접한 행과 열의 단일 층으로 배열되는 것을 특징으로 한다.
도 1에서 알 수 있는 바와 같이, 인접한 원통형 펠릿(6) 사이에 형성된 공간은 3개의 인접한 원통형 펠릿 측면의 볼록한 곡률(13)에 상보적인 오목한 측면(11)을 갖는 삼각형 인서트(10)로 충전된다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 다른 양호한 실시예가 도시되어 있는데, 특정한 별모양의 다수의 틈새-충전 펠릿(12)을 포함하는 장갑판(14)이 제공되며, 특정한 펠릿(12)은 각각 그것을 둘러싸는 6개의 인접한 펠릿(6)과 접촉한다. 도시된 바와 같이, 전체 어레이는 응고된 에폭시(8)에 의해 다수의 인접한 열과 행의 단일 층으로 결합되며, 장갑판(14)은 또한 도시된 바와 같은 다층형 장갑 패널(2)을 형성하도록 DYNEEMA(등록상표)나 또는 그와 유사한 재료로 제조된 내부 지지층(16)을 구비한다.
작동시, 내부층(16)은 발사체의 나머지 파편의 비대칭 변형을 야기하여 내부 패널의 범위내에서 이들 파편들을 편향시키고 압축시킴으로써 이들 파편으로부터 나머지 운동 에너지를 흡수한다.
응고된 재료(8)의 성질은 장갑의 의도된 사용에 적용가능한 무게, 성능 및 비용을 고려하여 그에 따라 선택된다.
육상 및 해상 차량용 장갑은 적어도 80% 알루미늄을 함유하는 금속 주조 합금을 사용하여 제조되는 것이 바람직하다. 적합한 합금은 35,000kg/in2의 고인장 강도에 우수한 연성을 결합하여, 9% 신장률을 갖는 알루미늄 협회(Aluminum Association) No. 535.0이다. 다른 적합한 합금은 5% 실리콘 B443.0을 함유하는 유형을 갖는다. 이들 합금은 얇은 섹션으로 주조하기에 용이하다. 이들의 불량한 가공성은 본 발명의 적용에 있어서 거의 고려되지 않는다. 바람직하게는 섬유 보강된, 에폭시 또는 다른 플라스틱 또는 폴리머 재료가 또는 적합하다.
펠릿(6)은 적어도 93%의 알루미나(Al2O3) 함량을 가지며, 9의 모어 경도를 갖는다. 크기에 관해서는, 대부분의 펠릿은 약 3 내지 40mm 범위의 주축을 가지며 개인용 장갑 또는 경량의 차량에 대해서는 5-19mm의 범위가 바람직하며, 큰 캘리버의 장갑-관통 발사체에 대해 경량 및 중량의 이동 장비를 보호하기 위해서는 20-30mm의 범위가 바람직하다.
작동시, 패널(2)은 전술된 바와 같은 중앙 접촉, 측면 접촉 및 골 접촉의 3개 모드 중 하나로 진입하는 발사체를 정지하는 작용을 한다.
표 1 및 표 2는 적어도 하나의 볼록하게 만곡된 단부면을 갖는 실질적으로 원통형 형상인 다수의 펠릿을 갖는 도 2를 참조로 전술된 에폭시-결합 다층 패널에 관한 시험 보고서를 재작성한 것으로, 상기 펠릿의 각각의 직경은 약 12.7mm이고, 상기 볼록한 단부면을 포함하는 상기 펠릿의 높이는 약 12.7mm이고, 상기 펠릿은 그것을 둘러싸는 6개의 인접한 원통형 펠릿과 접촉하는 별모양의 틈새-충전 펠릿을포함하며, 전체 어레이는 응고된 에폭시에 의해 단일 층의 다수의 인접한 열과 행으로 결합되며, 장갑판은 DYNEEMA(등록상표)로 제조된 8mm 두께의 내부 지지층을 갖는, 도 2에 도시된 어레이로 형성된다. 패널은 각각 40㎝ X 40㎝의 치수를 갖는다.
제 1 패널은 고도 0에서 타겟으로부터 15m의 거리에서 발사된 일련의 8개의 7.62mm 장갑-관통 발사체에 의해 충돌된다.
8개의 발사체 중 어느 것도 패널을 관통하지 못했다.
제 2 패널은 또한 고도 0에서 타겟으로부터 15m의 거리에서 발사된 일련의 9개의 7.62mm 연성 탄두 발사체에 의해 충돌된다.
9개의 발사체 중 어느 것도 패널을 관통하지 못했다.
[표 1]
탄도 시험 보고서
날짜 : 1998.03.29 시험 No. :5639
소비자 : MOFET-EZION CODE :
크기 : 400 X 400 1㎡당 패널 중량 : 0.000Kg
온도 : 23.0℃ 습도 : 57%
사격장 : 15.0m
사양 :NIJ-STD-0101.03 LEVEL : 4
패널 조건 : 0 시간 동안 물속에서 젖음
결과표
사격 No. 건모델 배럴 길이(in) 캘리버(mm) 탄알 유형 탄알무게(g) 사격각도(도) 충격 속도 관통(Y/N) 경사V-50+/-
깊이(in) 폭(in) m/초 ft/초
1 BARREL 24.00 7.620 A.P-M2 166.0 0 0 0 887 2910 N +
2 BARREL 24.00 7.620 A.P-M2 166.0 0 0 0 882 2894 N +
3 BARREL 24.00 7.620 AP-IB32 171.0 0 0 0 875 2870 N +
4 BARREL 24.00 7.620 AP-IB32 171.0 0 0 0 879 2885 N +
5 BARREL 20.00 7.620 AP 120.0 0 0 0 757 2485 N +
6 BARREL 20.00 7.620 AP 120.0 0 0 0 766 2512 N +
7 BARREL 24.00 7.620 AP M61 166.0 0 0 0 873 2865 N +
8 BARREL 24.00 7.620 AP M61 166.0 0 0 0 871 2859 N +
비관통 사격의 평균 0.0 0.0 848 2785 0.0
비고:
탄알 NO 1,2 .30-06 7.62X63 NO. 3,4. 7.62X54 DROGANOV
NO. 5,6. 7.72X39 마-47 CHINA. NO. 7,8. 7.62X51
사수 성명: 푸흐스 유발 검열관 성명: 엘란
_______________________ _________________________
사수 서명 검열관 서명
[표 2]
탄도 시험 보고서
날짜 : 1998.03.29 시험 No. :5649
소비자 : MOFET-EZION CODE :
크기 : 400 X 400 1㎡당 패널 중량 : 0.000Kg
온도 : 23.0℃ 습도 : 57%
사격장 : 15.0m
패널 조건 : 0 시간 동안 물속에서 젖음
결과표
사격 No. 건모델 배럴 길이(in) 캘리버(mm) 탄알 유형 탄알무게(g) 사격각도(도) 충격 속도 관통(Y/N) 경사V-50+/-
깊이(in) 폭(in) m/초 ft/초
1 BARREL 24.00 7.620 F.M.J 150.0 0 0 0 847 2779 N +
2 BARREL 24.00 7.620 F.M.J 150.0 0 0 0 852 2795 N +
3 BARREL 24.00 7.620 F.M.J 150.0 0 0 0 846 2776 N +
4 BARREL 20.00 7.620 M-193 55.0 0 0 0 1004 3294 N +
5 BARREL 20.00 7.620 M-193 55.0 0 0 0 1017 3337 N +
6 BARREL 20.00 7.620 M-193 55.0 0 0 0 1022 3353 N +
7 BARREL 20.00 7.620 M-43 123.0 0 0 0 749 2457 N +
8 BARREL 20.00 7.620 M-43 123.0 0 0 0 756 2480 N +
9 BARREL 20.00 7.620 M-43 123.0 0 0 0 760 2493 N +
비관통 사격의 평균 0.0 0.0 872 2862 0.0
비고:
탄알 NO 1-3 NATO BALL USA NIJ STD. 0101.03 LEVEL 3.
탄알 NO. 4-9 I.D.F. STD.
사수 성명: 푸흐스 유발 검열관 성명: 엘란
_______________________ _________________________
사수 서명 검열관 서명
표 3 및 표 4는 적어도 하나의 볼록하게 만곡된 단부면을 갖는 실질적으로 원통형 형상인 다수의 펠릿을 갖는 에폭시-결합 다층 패널에 관한 비교 시험 보고서를 재작성한 것으로, 상기 펠릿의 각각의 직경은 약 12.7mm이고, 상기 볼록한 단부면을 포함하는 상기 펠릿의 높이는 약 12.7mm이고, 상기 펠릿은 그내에 삽입되는 삼각형 인서트 또는 별모양의 틈새-충전 펠릿이 없이 EP/IL98/00153에 개시된 것과 같은 인접한 원통형 펠릿의 어레이로 형성된다. 전체 어레이는 응고된 에폭시에 의해 다수의 인접한 열과 행의 단일 층으로 결합되며, 장갑판은 DYNEEMA(등록상표)로 제조된 8mm 두께의 내부 지지층을 갖는다. 각각의 패널은 25㎝ X 30㎝의 치수를 갖는다.
다음의 표 3에 인용된 패널은 고도 0에서 타겟으로부터 10m의 거리에서 발사된 일련의 4개의 7.62mm 장갑-관통 발사체에 의해 충돌된다.
4개의 발사체 중 어느 것도 패널을 관통하지 못했다.
표 4에 인용된 패널은 또한 고도 0에서 타겟으로부터 10m의 거리에서 발사된, 일련의 3개의 연성 금속 요소 5.56mm 발사체 및 3개의 연성 금속 요소 7.62mm 발사체에 의해 충돌된다.
6개의 발사체 모두 패널을 관통하는 파편을 생성하였다.
[표 3]
탄도 시험 보고서
날짜 : 1996.10.09 시험 No. :4294
소비자 : IDF-MOFET-FMS CODE :
크기 : 300 X 250 1㎡당 패널 중량 : 31.000Kg
온도 : 23.0℃ 습도 : 55%
사격장 : 10.0m
사양 : IDF-STD
패널 조건 : 0 시간 동안 물속에서 젖음
비고:
26 Kg/㎡-MOFET + 5 Kg/㎡-ARISTON + 14 LAIERS ARAMID STYLE 802
결과표
사격 No. 건모델 배럴 길이(in) 캘리버(mm) 탄알 유형 탄알무게(g) 사격각도(도) 충격 속도 관통(Y/N) 경사V-50+/-
깊이(mm) m/초 ft/초
1 AK-47 20.00 7.620 API-EZ 120.5 0 20 0 716 2349 N +
2 AK-47 20.00 7.620 API-EZ 120.5 0 22 0 740 2428 N +
3 AK-47 20.00 7.620 API-EZ 120.5 0 25 0 768 2520 N +
4 AK-47 20.00 7.620 API-EZ 120.5 0 23 0 744 2441 N +
비관통 사격의 평균 22.5 0.0 742 2434 0.0
비고:
탄알: 러시아제
탄알 4에서 탄알 3 사이 25mm, 탄알 4에서 2 사이 40mm
사수 성명: 와이. 푸흐스 겸열관 성명: 엘란
_______________________ _________________________
사수 서명 검열관 서명
[표 4]
탄도 시험 보고서
날짜 : 1996.10.09 시험 No. : 4291
소비자 : MOFET-EZION CODE :
크기 : 300 X 250 1㎡당 패널 중량 : 0.000Kg
온도 : 23.0℃ 습도 : 57%
사격장 : 10.0m
패널 조건 : 0 시간 동안 물속에서 젖음
결과표
사격 No. 건모델 배럴 길이(in) 캘리버(mm) 탄알 유형 탄알무게(g) 사격각도(도) 충격 속도 관통(Y/N) 경사V-50+/-
깊이(In) 폭(in) m/초 ft/초
1 BARREL 20.00 5.560 M-193 55.0 0 0 0 979 3212 N +
2 BARREL 20.00 5.560 M-193 55.0 0 0 0 1008 3307 Y +
3 BARREL 20.00 5.560 M-193 55.0 0 0 0 995 3264 Y +
4 BARREL 24.00 7.620 F.M.J. 150.0 0 0 0 854 2802 Y +
5 BARREL 24.00 7.620 F.M.J. 150.0 0 0 0 841 2759 Y +
6 BARREL 24.00 7.620 F.M.J. 150.0 0 0 0 830 2723 Y +
비관통 사격의 평균 0.0 0.0 979 3212 0.0
비고:
이 기준에 따르면 시험은 실패함
사수 성명: 푸흐스 유발 검열관 성명: 엘란
_______________________ _________________________
사수 서명 검열관 서명
알 수 있는 바와 같이, PCT/IL98/00153에 개시되고 청구된 복합 장갑 패널은 8mm 두께의 DYNEEMA(등록상표)의 내부층을 구비하는 경우 장갑-관통 발사체에 의한 관통을 방지하기에 보다 적합하지만, 상기 두께는 표준 라운드로부터의 연성 발사체 재료 파편의 관통을 방지하기에는 충분하지 않다. 따라서, 본 발명은 직접 결합되어 판 형태로 보유되며 펠릿이 실질적으로 원통형인 경우 적어도 4개의 인접한 펠릿과 접촉하는 고밀도 세라믹 펠릿의 어레이를 갖는 복합 장갑 패널에 대한 중요한 개선을 제공한다.
인식되는 바와 같이, 상기 문제는 PCT/IL98/00153에 개시된 다른 기하학적 형태, 예컨대 육각형 프리즘 및 볼록하게 만곡된 단부면을 갖는 정사각형 단면의 프리즘과 같은 기하학적 형태에 관해서는 존재하지 않는데, 이들 실시예에 있어서, 이는 펠릿의 모든 측면이 거의 공간없이 인접한 펠릿과 직접 접촉하고 있기 때문이다. 그러나, 이러한 구조는 제조가 보다 어렵기 때문에, 본 발명은 실질적으로 원통형이며 쉽게 제조되는 펠릿에 대한 해결책을 제공하지만, 12mm 이하의 DYNEEMA(등록상표)의 지지체가 제공되지 않는 경우 인접한 각각의 3개의 펠릿 사이의 삼각형 틈새내에 연성 금속 발사체 재료의 관통의 문제를 나타낸다.
본 발명은 전술한 실시예의 세부 사항에 제한되지 않고 그 사상 또는 본질적 특성으로부터 일탈됨 없이 다른 특정한 형태로 구현될 수 있음이 당업자들에게는 명백할 것이다. 따라서, 본 발명의 실시예는 예시적인 것으로 간주되며 제한적인 것으로 간주되지 않는다. 본 발명의 범위는 전술한 기재에 의하기 보다는 첨부된 청구범위에 의해 정해진다. 따라서, 청구범위의 균등물의 의미 및 범위내에 있는 모든 변경은 그내에 포함되는 것으로 의도된다.

Claims (6)

  1. 고속의 장갑-관통 발사체 및 연성 탄두의 발사체로부터의 운동 에너지를 흡수하여 소산시키기 위한 복합 장갑판으로서, 고밀도의 세라믹 펠릿 내부층을 포함하는 복합 장갑판에 있어서,
    상기 펠릿은, 대부분의 각각의 펠릿이 적어도 4개의 인접한 펠릿에 직접 접촉하며 각각의 상기 펠릿은 적어도 하나의 볼록하게 만곡된 단부면을 갖는 실질적인 원통형 형상을 갖는 인접한 행과 열의 단일 층으로 배열되며, 또한 상기 인접한 원통형 펠릿 사이에 형성된 공간은 충돌 발사체로부터의 연성 금속이 상기 공간을 통해 유동하는 것을 방지하는 재료로 충전되며, 상기 펠릿과 재료는 응고된 재료에 의해 판 형태로 결합되어 유지되며, 상기 응고된 재료와 판 재료는 탄성적인 것을 특징으로하는 복합 장갑판.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 재료는 세라믹과 유리로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 복합 장갑판.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 재료는 3개의 인접한 원통형 펠릿 측면의 볼록한 곡률에 상보적인 오목한 측면을 갖는 삼각형 인서트의 형태인 복합 장갑판.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 재료는 공간 틈새-충전 펠릿의 일부로 일체로 형성되며, 상기 펠릿은 6개의 인접한 원통형 펠릿 측면의 볼록한 곡률에 상보적인 오목한 측면을 갖는 6개 변의 별 형태로 되어 있는 복합 장갑판.
  5. 다층형 장갑 패널에 있어서,
    충돌하는 고속의 장갑-관통 발사체를 변형시켜 소산시키고 또한 연성 발사체 재료의 관통을 방해하기 위한, 제 1 항에 따른 복합 장갑판의 충격-수용 외부 패널과,
    상기 외부 패널에 인접하고, 상기 발사체의 나머지 파편의 비대칭 변형을 야기하고 또한 상기 파편으로부터의 잔류 운동 에너지를 흡수하기 위한 단단한 직조재의 제 2 패널로 구성된 내부층을 포함하는 다층형 장갑 패널.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 내부층은 10mm 이하의 두께를 갖는 다층형 장갑 패널.
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