NL8002091A - Pantsering met een multidirectionele opbouw. - Google Patents

Description

tj/As/i2 "Pantsering met een multidirectionele opbouw"

De uitvinding heeft betrekking.op een pantsering met een multidirectionele opbouw.

Meer in het bijzonder heeft de uitvinding betrekking op een werkwijze voor het vervaardigen van 5 pantseringen, beschermingsschilden of -schermen, die bedoeld - zijn om vast of mobiel materieel of personeel te beschermen tegen met name gevechtsproj ectielen, zoals kogels of traagheids- of explosieve projectielen, en in het bijzonder tegen die van het type met "holle lading", ofwel tegen scherven 10 van dergelijke projectielen of van door deze projectielen geraakte obstakels, ofwel tegen scherven van andere explosieve. tuigen, zoals granaten, mijnen of torpedo's of tegen scherven ten gevolge van het scheuren van inrichtingen onder druk. De uitvinding heeft ook betrekking op de bescherming 15 van materieel en personeel tegen de mechanische en fysieke gevolgen van explosies van pyrotechnische of nucleaire aard, zoals luchtverplaatsing, schokgolf, X-flits, %-straling, neutronenflux, enzovoorts.

Een goed bekend beschermingsmiddel omvat het 20 gebruikmaken van een pantsering van zwaar materiaal met een grote taaiheid, zoals massief staal. Dit is bijvoorbeeld het geval bij de pantserplaten, die op dit moment gebruikt worden ' voor de bescherming van tanks, pantserboten of vaste installaties. Dergelijke pantseringen van het zuiver passieve type 25 verhinderen het binnendringen van projectielen door hun grote traagheid en deze dissiperen het grootste gedeelte van de kinetische energie door plastische deformatie.

De doelmatigheid van dit type pantsering hangt af van de dikte daarvan. Deze moet groter zijn naarmate 30 het tegen te houden projectiel zwaarder is maar bovenal naarmate de snelheid daarvan hoger is. De ernstigste gevallen die op dit moment bekend zijn, zijn de metaalstralen die 8 0 0 2 0 9 1 - t ' *9 -2- uitgestoten worden door projectielen met holle lading, die een snelheid kunnen bereiken van 10.000 m/sec. en door de de "kinetische energie-projectielen" of "pijlen" genaamde traagheidsprojectielen, waarvan de snelheid 2.000 m/sec.

5 kan bereiken. Bekend is bijvoorbeeld dat een modern antitankwapen waarvan het projectiel met holle lading een diameter van 105 mm heeft een massief stalen pantsering van 60 cm dikte kan doorboren. Om een tank op doelmatige wijze tegen dit soort wapen te beschermen, zou men deze van een 10 zodanige massa pantsering moeten voorzien, dat deze niet meer in staat zou zijn zich voort te bewegen.

Er zijn verschillende oplossingen voorgesteld voor het verhogen van de doeltreffendheid van de pantseringen, onder behoud van een massa en een omvang die verenigbaar is 15 met de transportcapaciteit van het te beschermen voertuig.

Voor de voorbepantsering, bij de doeltreffendste projectielen, zoals die van de moderne antitankwapens tegen moet houden, is voorgesteld om de massa van de pantse- ------------ ring te verdelen in een aantal op elkaar liggende onafhanke- 20 lijke bladen, in éénzelfde pantsering meerdere metaalsoorten te verenigen, zoals staalsoorten en lichte legeringen en eventueel tussen deze metalen bladen één of meerdere materialen aan te brengen, die fysische en mechanische eigenschappen, hebben, welke verschillen van die van metaal, zoals bijvoor-25 beeld keramische materialen of kunststofmaterialen.

In het geval van schilden die in het bijzonder bedoeld zijn om traagheidsprojectielen tegen te houden met een relatief klein kaliber, zoals pistoolkogels, geweerkogels, kogels van een machinegeweer of verschillende soorten scherven, 30 is het bekend om in principe gebruik te maken van een samengesteld materiaal van het gelaagde type dat gevormd wordt door op elkaar geplaatste weefsellagen op basis van natuurlijke of synthetische vezels met een grote taaiheid, waarbij 9 deze vezellagen geïmpregneerd en met elkaar verbonden worden 35 door een thermohardende kunsthars. De doeltreffendheid van dergelijke schilden hangt af van hun vermogen de kinetische energie van het projectiel te dissiperen door de destructie van het mate—1—*—--^iiied^dat^om het inslagpunt ligt.

8 0 0 2 0 9 1 ~~ V * t %

Bepaalde uitvoeringsvormen van deze scnxiaen zzjn aan net oppervlak bekleed met platen van dicht keramisch materiaal, zoals gefrit aluminium, die het doel hebben de punt van het projectiel af te stompen, eventueel het scheuren daarvan te 5 veroorzaken en aldus het indringingsvermogen te verminderen. Deze schilden worden bijvoorbeeld gebruikt voor het beschermen van piloten van vliegtuigen of helikopters. Deze worden dan opgenomen in de zitting van de piloot.

Ten slotte kent men een ander type beschermingszo schild, dat bedoeld is voor de afzonderlijke bescherming van personeel en bekend is onder de naam "kogelvrij vest".

Dit vest moet voldoende licht en soepel zijn om de bewegingen van degeen, die het draagt niet te. hinderen. Eén van de meest recente modellen, die het beste voldoen, wordt in 15 wezen gevormd door een zeer dik en. compact weefsel met een tridirectionele structuur dat vervaardigd wordt uitgaande van een textielvezel met een zeer hoge elasticiteit. Deze vezel wordt normaal gebruikt zonder enige impregnatie.

Het doel van de huidige uitvinding is een '20 schild te verschaffen, dat evengoed bruikbaar is voor de bescherming van vaste installaties of voertuigen tegen allerlei soorten aanvallen, waarvan deze het onderwerp kunnen zijn, en in het bijzonder tegen de aanval met antitankwapens, als wel voor de individuele bescherming tegen lichte vuur-25 wapens of verschillende scherven.

Dit doel wordt bereikt met een pantsering die, volgens de uitvinding, ten minste gedeeltelijk gevormd wordt door een multidirectionele structuur gevormd door stijve elementen die ten minste nagenoeg rechtlijnig verlopen 30 volgens ten minste drie verschillende richtingen en die elkaar op regelmatige wijze kruisen, waarbij de richtingen van de elementen niet alle evenwijdig zijn en in één vlak liggen en hoeken insluiten tussen 30 en 90°.

Onder regelmatige kruising verstaat men hier 35 een relatief regelmatige plaatsing in de ruimte van de elementen met dezelfde richting en een relatief regelmatige verdeling in de structuur tussen de elementen met verschillende richtinaen.____________________________ ____________________

Bij voorkeur is genoemde structuur of opbouw compact, dat wil zeggen dat de verhouding tussen het door de elementen ingenomen volume en het schijnbare volume van de structuur zo hoog is als mogelijk is voor de elementen 5 van de gegeven vorm,, afmetingen en richtingen.

Volgens een vervaardigingswerkwijze overeenkomstig de uitvinding, welke werkwijze in het bijzonder de voorkeur heeft, wordt de multidirectionele structuur gevormd door rechtlijnige stijve, elementen, die verschillende 10 richtingen hebben.

De elementen kunnen een willekeurige dwarsdoorsnede hebben. Deze vorm is echter in het algemeen cirkelvormig of veelhoekig.

De diameter van de dwarsdoorsnede van de 15 elementen of van de omschreven cirkel van deze doorsnede kan variëren al naar gelang de beoogde toepassing voor de pantsering en al naar gelang de aard van het materiaal waaruit de elementen bestaan. In het algemeen ligt deze _____ _ diameter tussen enige tienden milimeters en verscheidene 20 centimeters, bijvoorbeeld ongeveer tussen.0,5 mm en 5 cm.

Wat betreft de lengte, de vorm en de afmetingen van de dwarsdoorsnede, kunnen de elementen constant of variabel zijn.

De elementen kunnen gewone staven of stangen 25 zijn.

Het is ook mogelijk om buisvormige elementen te gebruiken, die leeg kunnen zijn of gevuld kunnen zijn met een andersoortig materiaal, eventueel met een actief materiaal. Onder actief materiaal verstaat men een materiaal dat heftig 30 kan reageren ofwel alleen, zoals een explosief, ofwel met een ander produkt dat deel uitmaakt van de pantsering of afkomstig is van een met de pantsering in contact komend projectiel. Mogelijk combinaties zijn bijvoorbeeld ammonium-magnesiumnitraat of stikstof-titaniunperoxyde.

35 Het materiaal van de elementen wordt gekozen...

naar de functie van de pantsering. Het kan bestaan uit een metaal, zoals staal, wolfraam, ...... een keramisch materiaal, glas, hout, kunststofmateriaal, een samengesteld materiaal, 8 0 0 2 0 9 1 )(β|Β.

- ί -5- een actief materiaal zoals hierboven aangegeven, .......*.'

Men zou voor de pantsering de structuur kunnen gebruiken, zoals deze is. De samenhang van de structuur wordt dan verzekerd door op een ondersteuning in de vorm 5 van een plaat of blad de uiteinden te bevestigen van de elementen die het vlak van de structuur bepalen nabij die ondersteuning, of door de elementen onderling te plaatsen van de kruisingen met elkaar te verbinden. Deze verbinding kan gebeuren met behulp van een kleef middel, bijvoorbeeld 10 door de structuur onder te dompelen in een polymeriseerbare hars, en uitnemen van de structuur en het hiervan uit laten druppelen voordat deze wordt gepolymeriseerd.

De structuur kan ook samenwerken met een vulmateriaal of matrix, die de ruimte tussen de elementen van 15 de structuur vult. Dit vulmateriaal is bijvoorbeeld metaal, keramisch, van glas, cement, een kunststofmateriaal of rubberachtig materiaal, een samengesteld materiaal of een actief materiaal.

Voor eenzelfde pantsering, kan men verschillende 20 soorten materiaal gebruiken voor het vervaardigen van de elementen van de structuur of van de eventuele matrix, waarbij de elementen in verschillende delen van de pantsering verschillende vormen en afmetingen kunnen hebben. Deze variaties in materiaal, vorm en afmetingen kunnen op uniforme 25 wijze geschieden of bijvoorbeeld van het ene vlak van de pantsering naar het andere. Een pantsering kan ook gevormd worden door verschillende lagen met verschillende structuren.

Ook is het mogelijk in één pantsering lagen: met een multidirectionele structuur volgens de uitvinding 30 af te wisselen met op een andere wijze vervaardigde lagen, bijvoorbeeld met conventionele massieve platen.

Zoals hierboven werd aangegeven, vormt in de voorkeursuitvoeringsvorm van de uitvinding de de basis van de pantsering vormende multidirectionele structuur de 35 regelmatige en compacte kruising van vier bundels rechtlijnige elementen, die volgens vier verschillende richtingen in de ruimte verlopen. Men zoü voor de elementen een onderlinge rangschikking kunnen gebruiken,, die identiek is aan 8 0 0 2 0 9-1 ΗβΒΒβ·*·* die van de elementen, welke de versterkingsstructuur vormen voor samengestelde materialen, zoals beschreven in het Franse octrooischrift 2.276.916. Deze structuur wordt gewoonlijk aangeduid met 4D.

.5 In de 4D-structuur verlopen de vier richtingen, in de evenwichtsvorm van de structuur, volgens de vier grote diagonalen van een kubus, zodanig, dat elk van de richtingen een hoek van 70° 1/2 maakt met elk van de drie <· andere.

10 Deze voorkeur voor de 4D-structuur moet niet gezien worden als een uitsluitende voorkeur. De multidirectio-nele structuur vervaardigd van stijve elementen, kan een structuur zijn die slechts drie bundels elementen omvat en bekend is onder de naam van 3D, of een structuur die meer 15 dan vier bundels elementen omvat, zoals die welke beschreven in de Duitse octrooiaanvrage 2.917.362 of in het Franse octrooischrift 2.427.198, of een structuur die afgeleid is van de 4D-structuur door een progressieve kromming van de _________ richting van de elementen, zoals beschreven in het Franse 20 octrooischrift 2.421.056. In elk geval wordt de structuur gevormd door een regelmatige kruising van ten minste nagenoeg rechtlijnige stijve elementen.

De volgende voorbeelden, illustreren op een niet-beperkende wijze verschillende uitvoeringsvormen van 25 een pantsering volgens de uitvinding.

In fig. 1 - 3 wordt een vervaardigingswijze getoond van een multidirectionele structuur voor een pantsering volgens de uitvinding en twee opstellingen van deze structuur voor proefnemingen.

# 30 ' VOORBEELD 1

De pantsering wordt gevormd, door middel van de in fig. 1 weergegeven evenwichts-4D-structuur 10. Deze structuur wordt gevormd door de staven 1, 2, 3, 4, die verlopen in de richtingen van de vier grote diagonalen van 35 een kubus. De verschillend gerichte staven maken onderling hoeken van 70° 1/2.

Deze compacte evenwichts-4D-structuur is vervaardigd van metalen staven met een cirkelvormige 8 0 0 2 0 9 1 — - » V * -7- _____ doorsnede van 2 ram diameter, van staal. Deze structuur heeft een soortelijke massa van 5.300 kg/m . Deze structuur is in de getoonde toestand, dat wil zeggen zonder matrix, onderworpen aan een perforatieproef met een holle lading om de 5 doeltreffendheid vast te stellen ten opzichte van een klassieke pantsering, gevormd door massief staal, waarvan 3 de soortelijke massa gelijk is aan 7.800 kg/m . De perforatieproef bestaat uit het blootstellen van de wapening aan een loodrechte aanval op het oppervlak met een holle lading met 10 een kaliber van 62 mm, waarvan het vooroppervlak zich bevindt op 12,4 cm van het oppervlak van de pantsering. In deze omstandigheden wordt het massieve staal geperforeerd over een diepte van 40 cm.

Voor deze proef werd de 4D-structuur, waarvan 15 de dikte niet groter was dan 5 cm, voor een massief stalen blok 20 geplaatst (fig. 2) ten einde de resterende energie te meten van de van de holle lading .afkomstige metaalstraal in het geval dat de 4D-structuur volledig geperforeerd zou ________ worden. De stand van de structuur was zodanig, dat de richting 20 van twee van de vier bundels metalen stalen evenwijdig was aan het aan de holle lading blootgestelde oppervlak, waarbij de richtingen van de twee andere bundels hoeken maakten van 54° 3/4 met dit oppervlak.

Na het schot was de 4D-structuur volledig 25 geperforeerd en was het massief stalen blok geperforeerd over een diepte van 23,5 cm. Dit resultaat toont aan dat de 5 cm pantsering met 4D-structuur een effekt heeft dat gelijk is aan 16,5 cm massief staal en dat daardoor met deze pantse- ' ring een winst in dikte van 70% ten opzichte van massief staal 30 en, rekening houdend met de kleinere soortelijke massa, eeh winst van 79% in oppervlaksmassa bereikt kan worden. De oppervlaksmassa van een pantsering is de verhouding tussen de soortelijke massa en de dikte daarvan, of hetgeen op hetzelfde neerkomt, het is de massa van de pantsering die 35 nodig is per oppervlakte-eenheid om de bescherming te ver- / zekeren.

VOORBEELD 2 80 ö 2 0 9 t Een compacte 4D~ev®nwiciltsstructuur was ver.- C -ί ·.

-8- ____________ vaardigd met behulp van zachtstalen staven met een cirkelvormige doorsnede van 8 mm diameter. De structuur had een soortelijke massa van 5.300 kg/m . Deze structuur.was ondergedompeld in een vloeibare epoxyhars die daarna gepolymeri-5 seerd was waardoor de matrix van het materiaal van de samengestelde pantsering werd gevormd, waarbij de resulterende soortelijke massa 5.650 kg/m bedroeg. Een blok van deze samengestelde pantsering werd onderworpen aan een perforatie-proef met een holle lading van 62 mm.

IQ Voor deze proef was de stand van de structuur 10 zodanig, dat de vier staafbundels dezelfde hoek hadden ten opzichte van het vooroppervlak van het blok, en wel 35° 1/4 (fig. 3).

Onder deze omstandigheden vertoonde dit samen-15 gestelde pantseringmateriaal een winst in oppervlaksmassa van 18% ten opzichte van massief staal.

VOORBEELD 3

Een compacte 4D-evenwichtsstructuur was ver- _____ vaardigd van wolframstaven met een cirkelvormige doorsnede 20 van 7 mm diameter. Na het inbrengen van een matrix van epoxyhars, had dit pantseringmateriaal een soortelijke massa van 13.400 kg/m .

Een blok van dit materiaal werd blootgesteld aan een perforatieproef met de holle lading van 62 mm. Voor 25 deze proef werd de structuur opgesteld op een wijze die identiek was aan die van het blok van Voorbeeld 2.

In deze omstandigheden vertoonde de samengestelde pantsering een winst in dikte van 42% ten opzichte van massief staal, maar rekening houdend met de veel grotere 30 soortelijke massa, was de oppervlaksmassa gelijk aan die van het staal.

VOORBEELD 4 'Een compacte 4D-evenwichtsstructuur was vervaardigd van glazen staven met een cirkelvormige doorsnede 35 van 7 mm. Na het inbrengen van een matrix van epoxyhars, 3 had dit pantsermateriaal een soortelijke massa van 2.000 kg/m .

Op dit materiaal werden twee perforatieproeven met de holle lading van 62 mm uitgevoerd.

G 9· > -9-

Bij de eerste proef werd de structuur opgesteld op dezelfde wijze als het blok in het Voorbeeld 1.

In deze omstandigheden vertoonde de samengestelde pantsering een winst in oppervlaksmassa van 78% 5 vergeleken met massief staal, maar rekening houdend met de veel kleinere soortelijke massa, was de winst in dikte niet meer dan 13%.

Voor de tweede proef werd de structuur opgesteld op een wijze identiek aan die van het blok van Voorbeeld 2.

10 In deze omstandigheden waren de winst in oppervlaksmassa en de winst in dikte respectievelijk 78% en 13%, dat wil zeggen, gelijk aan die bij de eerste proef.

VOORBEELD 5

Voor een materiaal dat in het bijzonder bedoeld 15 is ter bescherming tegen het effekt van de X-flits bij een nucleaire explosie, heeft men een samengesteld koolstof-koolstof gebruikt met een 4D-structuur, en een soortelijke massa van 2.000 kg/m , die gevormd werd uitgaande van draden ------- van i mm diameter, verzwaard door impregnatie en carbonisatie 20 onder druk. Het samengestelde materiaal werd onderworpen aan door explosieven veroorzaakte zeer zware schokgolven die de toestand simuleren, waaraan het materiaal is blootgesteld onder invloed van de X-flits. Het samengestelde materiaal heeft een uitzonderlijk goede weerstand getoond ten opzichte 25 van andere, voor hetzelfde gebruik .bedoelde materialen.

VOORBEELD 6

Voor de bescherming van personeel tegen kogels en scherven, maakt men gebruik van een multidirectionele . structuur met n verschillende richtingen (structuur nD)., en 30 bij voorkeur van de 4D-structuur of de 6D-structuur, zoals getoond in fig. 6 van de bovengenoemde octrooiaanvrage 2.424.888. Deze structuur kan gerealiseerd worden met draden met een diameter kleiner dan of gelijk aan 1 mm, gevormd door een unidirectioneel samengesteld materiaal in een matrix van 35 epoxyhars of een elastomeer. De structuur kan een keramische bekleding hebben.

8002091 2

Claims (11)

1. Pantsering ter bescherming tégen met name -projectielen en de mechanische en fysieke effekten van een explosie, met het kenmerk, dat deze ten minste gedeeltelijk gevormd wordt door een multidirectionele structuur, die 5 gevormd wordt door ten minste nagenoeg rechtlijnige stijve elementen, die verlopen volgens ten minste drie verschillende richtingen en elkaar op regelmatige wijze kruisen, waarbij de richtingen van de elementen niet alle evenwijdig zijn en in hetzelfde vlak liggen en onderling hoeken insluiten tussen 10 30 en 90°.

2. Pantsering volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de structuur compact is.

3. Pantsering volgens conclsuie 1 of 2, met het kenmerk, dat de multidirectionele structuur gevormd 15 wordt door rechtlijnige stijve elementen, die in vier verschillende richtingen verlopen.

----------- 4. Pantsering volgens conclusie 3, met het kenmerk, dat de rechtlijnige stijve elementen verlopen in richtingen evenwijdig aan de grote diagonalen van een kubus.

5. Pantsering volgens één van de voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat een matrix de ruimte tussen de elementen van de multidirectionele structuur opvult.

6. Pantsering volgens één van de voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat de elementen van de struc- 25 tuur een cirkelvorm of veelhoekige dwarsdoorsnede hebben.

7. Pantsering volgens één van de voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat de diameter, van de omschreven cirkel van de dwarsdoorsnede van de elementen van de structuur tussen 0-,5 mm en 5 cm ligt. 30

’8. Pantsering volgens één van de voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat de structuur buisvormige elementen omvat.

9. Pantsering volgens conclusie 8, met het kenmerk, dat de buisvormige elementen gevuld zijn met een 35 materiaal dat verschilt van het samenstellende materiaal. 8 0 0 2 0 9 1 ...... “ * -n-

--- 10. Pantsering volgens conclusie 9, met bet - kenmerk, dat het verschillende materiaal een actief materiaal is.

11. Pantsering volgens één van de voorgaande 5 conclusies, met het kenmerk, dat deze meerdere verschillende lagen omvat waarvan er ten minste één de multidirectionele structuur omvat. 8002091 ____