NL194280C

NL194280C - Gelamineerd pantser.

Info

Publication number: NL194280C
Application number: NL9015007A
Authority: NL
Original assignee: Secr Defence Brit
Priority date: 1989-10-04
Filing date: 1990-10-01
Publication date: 2001-11-05
Also published as: DE4042341A1; NL194280B; GB9021278D0; ES2204199B2; IT1250492B; US5272954A; GB8922340D0; DE4042341C2; ITRM910501A1; ES2204199A1; NL9015007A; ITRM910501A0; GB2258294A; GB2258294B

Description

1 194280

Gelamineerd pantser

De uitvinding heeft betrekking op gelamineerd pantser, voorzien van gelijke metaalplaten, die verbonden zijn door hechtlagen.

5 Een pantser van het in de aanhef genoemde soort is bekend uit de Europese octrooiaanvrage 237.095.

Het bekende pantser omvat aan de aanvalszijde een harde keramische laag, die wordt ondersteund door een voor energie-absorptie dienend laminaat van afwisselend metaalplaten en vezelmateriaal bevattende hecht- en tussenlagen.

Wanneer een pantser met een hard inslagoppervlak, dat wordt ondersteund door een ductiele laag, wordt 10 gebruikt ais structureel pantsersamenstel, neemt de achtste laag van ductiel lage-sterkte-metaal gewoonlijk 50% of meer van het volume van het pantser in beslag. Daarom zal het prestatieniveau van het pantser worden verlaagd.

Het is het doel van de onderhavige uitvinding om te voorzien in een pantser van een in de aanhef genoemde soort, dat geschikt dienst kan doen als structureel pantser met een hoge weerstand tegen het 15 binnendringen van fragmenten.

Volgens de uitvinding wordt dit bereikt, doordat het pantser gevormd wordt door een aan de aanvalszijde gelegen eerste deel uit gelijke metaalplaten van dikte t, die verbonden zijn door hechtlagen met een dikte in het gebied van 0,41 tot 0,91 en met een elasticiteitsmodulus (Young’s Modulus) in compressie in een richting dwars op de lagen van minder dan 4 GPa alsmede door een hechtlaag met dit eerste deel 20 verbonden tweede deel, dat ten minste één tweede metaalplaat omvat, waarvan het metaal ductieler is dan het metaal van de eerste metaalplaten.

De dikte en de lage elasticiteitsmodulus van de hechtlagen van het eerste deel zorgen ervoor dat het eerste deel van het pantser maximaal gebruik maakt van de mogelijkheden van de eerste metaalplaten om . energie te absorberen door in hoge mate een vrije vervorming toe te laten. Scheuruitbreiding in een richting 25 dwars op de eerste metaalplaten (hetgeen vervolgens zou kunnen leiden tot ponsen), kan worden beperkt tot de eerste metaalplaten, waardoor het tweede deel van het pantser alle resterende energie kan absorberen terwijl tevens het optreden van schilferen kan worden voorkomen. Defaminatie van het pantser draagt bij tot de energie-absorptie, door het gebied te vergroten waar door plastische vervorming energie wordt geabsorbeerd.

30 Omdat versterkingsvezels de elasticiteitsmodulus van een gebruikelijke impregneerhars gewoonlijk verhogen, zijn de hechtlagen van het eerste deel bij voorkeur vezelvrij.

Volgens de uitvinding is het mogelijk dat de eerste metaalplaten aluminium, titanium, magnesium of legeringen daarvan omvatten, waarbij de breukrek van de eerste metaalplaten minder is dan 14%, en dat de breukrek van het materiaal dat zich in het tweede deel van het pantser bevindt groter is dan 14%.

35 Het tweede deel van het pantser kan een laminaat omvatten van ten minste twee gelijke tweede metaalplaten, die onderling en met het eerste deel van het pantser door een hechtlaag zijn gehecht, met een versterking hierin die vezels omvat

Om schilferen te voorkomen, bezitten bekende, algemeen toegepaste pantsersamenstellen met een tweeledig ductiliteit relatief dikke, ductiele achtervlakken, die gewoonlijk 50% of meer van het volume van 40 het pantser in beslag nemen. Dientengevolge leidt dit een verlaging van het prestatieniveau van het pantser, omdat de binnendringweerstand van het pantser niet is gemaximaliseerd. Daarom is het volgens de _onderhavige uitvinding voordelig dat het eerste deel ten minste 75% van het volume van het pantser in_ beslag neemt 45 De uitvinding zal nu uitsluitend bij wijze van voorbeeld worden beschreven onder verwijzing naar de begeleidende tekeningen, waarin figuur 1 toont het prestatieniveau van een pantser vervaardigd volgens de uitvinding varieert met de scheidingslaagdikte van het pantser; figuur 2 een dwarsdoorsnede toont van een pantser volgens de uitvinding; en 50 figuur 3 een schematische dwarsdoorsnede toont van het pantser volgens de uitvinding na de simulatie van een inslag van een stomp fragment met hoge snelheid.

De in figuur 2 getoonde pantserplaat is op de volgende wijze vervaardigd.

(a) Zes eerste metaalplaten 1 van de aluminiumlegering 7075 T6 (1,02 mm dik) en twee tweede metaal-55 platen 2 van de ductielere aluminiumlegering 5083 (1,0 mm dik) worden ontvet en krijgen gedurende 1 uur bij kamertemperatuur een voorbehandeling in een natriumcarbonaat (Ν%003 80g/L in gemineraliseerd water); 194280 2 (b) de platen 1 en 2 worden gedurende 10 minuten gespoeld met kraanwater; (c) de platen 1 en 2 worden gedurende vier uur ondergedompeld gehouden in een etsoplossing omvattende koperionen in een oplossing van H2S04 (Sg 1,84,150 ml/L), Na2Cr207.2H20(75 g/L), CuS04.5H20 (4g/L), tot 1 liter aangevuld met gedemineraliseerd water; 5 (d) vervolgens gespoeld met kraanwater, (e) vervolgens gedroogd met warme lucht; (f) binnen 6 uur na de voorbehandelingsstappen (a)-(e) gelijmd; (g) delen van kruislings geweven acamide Kevlar (RTM) doek 4, die van te voren waren gereinigd voor het verwijderen van het weefmiddel, worden op maat gesneden; 10 (b) gelijke hoeveelheden lijm worden over de respectieve oppervlakken van elke plaat uitgesmeerd (versterkt, twee componenten epoxy Hysol-Dexter (RTM) 9309.3 (NA)); (i) een enkele laag van het Kevlar doek wordt tussen en bovenop de twee tweede metaalplaten 2 van de aluminiumlegering 5083 geplaatst; (j) de eerste metaalplaten 1 worden vervolgens verbonden zoals is weergegeven in figuur 2. Alle verbindin-15 gen worden voorzien van dikteregelende afstandhouders 5.

De dikte t1 (0,51 mm) van elke scheidingslaag 8 tussen de eerste metaalplaten 1 is 50% van de dikte van de eerste metaalplaten. De dikte tg van de laag die de tweede metaalplaten van elkaar en van de rest van het pantser scheidt is 0,5 mm, welke dikte voldoende is om het hierboven vermelde doek op te nemen.

(k) De pantserplaat wordt vervolgens in een pers gelegd en bij een druk van 30psi (21092 kg/m2) 20 gedurende een uur verhit tot 60°C om de lijm te laten vloeien, zodat het doek volledig kan worden geïmpregneerd.

De termen beschermingsgrens” en "presentatieniveau”, die gebruikt worden in de beschrijving zijn als volgt gedefinieerd:

Vgo Beschermingsgrens (m/s) - heeft betrekking op een aanval met een specifiek sorot projectiel en betreft 25 de inslagsnelheid waarbij de kans 50% is dat het pantser wordt vernietigd (ongeacht de wijze van bezwijken).

Presentatieniveau = (rf/kg a) 30 Het presentatieniveau geeft een normalisatie van de V50 resultaten waardoor bepantsering met verschillende oppervlaktedichtheden kunnen worden vergeleken (NB realistische vergelijking van verschil· lende pantsers kan slechts plaatsvinden met behulp van het belastingniveau, wanneer de oppervlaktedichtheden dezelfde orde van grootte bezitten).

Wanneer aangevallen door pantser-doorborende projectielen of fragmenten van bijvoorbeeld een 35 fragmentatieaanvalsbom, kan bepantsering van relatief laag gewicht op een aantal verschillende manieren bezwijken.

Deze wijzen van bezwijken zijn: 1. Ponsen - waarbij lokaal over de volledige dikte bezwijken op afschuiven plaatsvindt, waardoor een materiaaiprop met een diameter van dezelfde ordegrootte als die van het projectiel uit het pantser verdwijnt.

40 De prop elf kan met resterende kinetische energie worden uitgestoten en vormt een gevaarlijk secundair projectiel. Bij het ponsen wordt weinig energie geabsorbeerd, omdat weinig plastische vervorming van het pantser plaatsvindt, en daarom is het bijzonder gewenst dat dit mechanisme wordt vermeden; 2. Uitrukken of schilferen - waardoor van de achterzijde van het pantser een schijfvormig stuk materiaal afsplintert en wegschiet. Dit bezwijkmechanisme vraagt eveneens weinig energie, en indien mogelijk dient 45 ook dit bezwijkmechanisme te worden vermeden, omdat hierdoor het gebruikte pantser niet ten volle wordt benut; 3. Segmentatie - waardoor radiale scheuren worden gevormd die pantsersegmenten begrenzen, welke naar achteren wegbuigen van het aanvalsprojectiel, wanneer dit door het pantser beweegt. Omdat hierbij een aanzienlijke hoeveelheid plastische vervorming en ductiel bezwijken optreedt, vereist dit bezwijk- 50 mechanisme meer energie dan het ponsen of schilferen.

Een aantal verschillende pantserplaten die hoofdzakelijk zoals hierboven is beschreven zijn vervaardigd, en met elk een andere dikte t1 van de scheidingslaag, zijn getest voor het vaststellen van het presentatieniveau van het pantser onder de inslag van hoge snelheidsfragementen 13 met verschillende snelheden. De resultaten worden getoond in figuur 1, hetgeen een grafiek is waarin de verandering van het prestaienlveau 55 (MR - m3/kg s wordt getoond afhankelijk van de verhouding t1/ta (scheidingslaag dikte gedeeld door eerste metaalplaatdikte). Het prestatieniveau is bij een verhouding van t,/^ = 0,5 maximaal, en blijft binnen het gebied van 0,4 tot 0,9 hoog. Het prestatieniveau valt af wanneer de verhouding t,/^ onder 0,4 komt, omdat

Claims

1. Gelamineerd pantser, voorzien van gelijke metaalplaten, die verbonden zijn door hechtlagen, met het ! kenmerk, dat het pantser gevormd wordt door een aan de aanvalszijde gelegen eerste deel (11) uit gelijke eerste metaalplaten (1) van dikte t, die verbonden zijn door hechtlagen (8) met een dikte in het gebied van 0,41 tot 0,91 en met een elasticiteitsmodulus (Young’s Modulus) in compressie in een richting dwars op de 55 lagen (8) van minder dan 4 GPa alsmede door een hechtlaag met dit eerste deel (11) verbonden tweede deel (12), dat ten minste één tweede metaalplaat (2) omvat, waarvan het metaal ductieler is dan het metaal van de eerste metaalplaten (1). 194280 4

2. Pantser volgens conclusie 1, met het Kenmerk, dat de hechtlagen (8) van het eerste deel (11) een vezelvrije hars omvatten.

3. Pantser volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk, dat de eerste metaalplaten (1) aluminium, titanium, magnesium of legeringen daarvan omvatten, waarbij de breukrek van de eerste metaalplaten (1) minder is 5 dan 14%, en dat de breukrek van het materiaal dat zich in het tweede deel (12) van het pantser bevindt, groter is dan 14%.

3 194280 de scheidingstagen dan onvoldoende dik zijn om een in hoofdzaak onafhankelijke vervorming van de eerste metaalplaten 1 toe te staan, en dientengevolge treedt bezwijken op door lage-energie-ponsen over de volle dikte. Wanneer een pantser met de optimal t,/t2 verhouding nog net niet is bezweken, ontstaat een schadevorm zoals getoond in figuur 3. De eerste metaalplaten 1 absorberen een grote hoeveelheid energie 5 door plastisch vervormen bij 9. Dit is mogelijk (a) door de dikte van de scheidingslagen 8 en (b) door de lage modulus van Young van de scheidingslagen 8 (3 GPa). De tweede metaalplaten 2 in combinatie met het aramide doek 4 voorkomt het plaatsvinden van schilferen, en zij absorberen eveneens energie door platische vervorming en inwendige koordwrijving. De elasticiteitsmodulus (Young’s Modulus) van de hechtlagen van het eerste deel van het pantser is in 10 compressie in een richting dwars op de lagen minder dan 5 GPa. Bij voorkeur is de elasticiteitsmodulus (Young’s Modulus in compressie) in de richting dwars op de lagen minder dan 3,5 GPa. Doordat het over de dikte ponsen wordt vermeden, ontstaat bij projectielinslag meer delamineren van het pantser door de vorming van scheuren 10. Het voordeel hiervan is dat het gebied van het pantser dat de energie van het projectiel opneemt wordt vergroot.

15 De resulterende prestatieniveaus zijn alle gunstig verlijkbaar met die van monolitisch aluminiumpantser met een vergelijkbare oppervlaktedichtheid, waarvan het prestatieniveau met punt A in figuur 1 is weergegeven. Opdat de pantserplaat een bruikbaar op zichzelf staand gebalanceerd constructiemateriaal kan vormen, zijn het eerste deel 11 van het pantser en het tweede deel 12 zodanig uitgevoerd, dat zij op verlijkbare wijze 20 reageren op aangebrachte belastingen, en als gevolg daarvan wordt de neiging van het pantser om te vervormen tot een minimum beperkt. De twee ductiele metaalplaten kunnen onderling en aan het eerste deel van het pantser zijn gehecht met een met aramide vezels versterkte kleefstof. Het van vezels voorzien van het tweede deel van het pantser verhoogt aanzienlijk diens mogelijkheid tot het absorberen van energie. De rekbaarheid van de platen staat 25 toe dat de vezels, die bij voorkeur een doek vormen, zich kunnen uitstrekken waardoor zij energie kunnen absorberen middels inwendige koordwrijving. Voorts leidt het gebruik van twee of meer ductiele metaalplaten en vezelversterkte lijmlagen tot een onverwachte toename van het prestatieniveau van het pantser in vergelijking met het gebruik van één ductiele plaat en één laag van vezelversterkte kleefstof. Het van vezels voorzien van het tweede deel van het pantser kan tevens het trekkrachtdraagvermogen 30 van het tweede deel tot dezelfde orde als dat van het eerste deel verhogen. Het resultaat is het vermogen een gebalanceerd structureel constructiemateriaal te vervaardigen, dat minder kans heeft onder belasting te vervormen. Een extra voordeel van dit kenmerk is dat een hoger percentage van het pantser gevormd kan worden door een hogere sterkte (minder ductiel) metaal met een daaruit voortvloeiende toename van het prestatieniveau van het pantser. Het eerste deel neemt bij voorkeur ten minste 75% van het volume van het 35 pantser in beslag. Om schilferen te voorkomen, bezitten bekende, algemeen toegepaste pantsersamens-teilen met een tweeledige ductiliteit relatief dikke, ductiele achtervlakken, die gewoonlijk 50% of meer van het volume van het pantser in beslag nemen. Dientengevolge leidt dit tot een verlaging van het prestatieniveau van het pantser, omdat de binnendringweerstand van het pantser niet is gemaximaliseerd. Om een aanval van gebruikelijke kleine fragmenten te weerstaan, is de dikte t van elke eerste metaal· 40 plaat bij voorkeur minder dan 2 mm. De dikte t kan echter tot 6 mm bedragen, om een aanval van grotere fragmenten te weerstaan. De platen zijn bij voorkeur onafhankelijk geselecteerd uit aluminium, titanium of magnesium of legeringen daarvan. Het eerste deel van het pantser omvat bij voorkeur vier tot tien eerste metaalplaten^ De vezeiversterking in het tweede deel wordt bij voorkeur gevormd door twee orthonogaal in elkaar 45 geweven vezelsamenstellen. Met deze uitvoering van de versterking wordt de kans op scheurvorming en scheurgroei in de hechtlagen geminimaliseerd. 50

4. Pantser volgens conclusie 1,2 of 3, met het kenmerk, dat het tweede deel (12) een laminaat omvat van ten minste twee gelijke metaalplaten (2), die onderling en met het eerste deel (11) van het pantser door een hechtlaag zijn gehecht met een versterking (4) hierin, die vezels bevat

5. Pantser volgens een van de voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat het eerste deel (11) ten minste 75% van het volume van het pantser in beslag neemt Hierbij 1 blad tekening