NO811845L - Keramisk komposisjonsarmering. - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører armering og, nærmere bestemt, en sammensatt lettvektspansring for beskyttelse av kjøretøyer o.l. mot ekstremt harde, høy-hastighet spros jekt iler .

US-patentskrift nr. 3 481818 omtaler en beskyttende lettvekts-panserplate hvori kraften fra et hardt prosjektil, spres som følge av at energispredende•elementer i panserplaten som treffes av prosjektilet blir splintret, slik at selve prosjektilet splittes i fragmenter og derved forhindres i å gjennomtrenge panserplaten. Fig. 2 viser en panserplate med en hoveddel eller matrise som er fremstilt av et plastmateriale av høy styrke, f.eks. en varmeherdende epoksyharpiks med fiberglassarmering. To lag eller rekker av "fast" plasserte, langstrakte sylindre er innleiret i matrisen, og tjener som elementer for spreding av prosjektilenergien. Sylindrene er tilvirket av keramisk materiale, fortrinnsvis aluminiumoksyd, nikkelbelagt aluminiumoksyd eller borkarbid. Ved innslag av et prosjektil, og som vist i fig. 2, blir en sylinder både i det ytre og i det indre lag delvis splintret, og prosjektilet splittes i fragmenter.

Bølgeformede lag av skillemateriale i form av armerte, piastimpregnerte, vevede flak av plastmateriale er innleiret i epoksymatrisen og vevet vekselvis under og over de keramiske sylindre i hver rekke. Disse forsterkede dukflak har som oppgave å redusere eller forhindre overføringen av sjokkbølger fra prosjektilet, som ellers vil forårsake splintring av keramikksylindrene over en større sone rundt et enkelt prosjektils innslagspunkt og derved forringe effektiviteten (flertreffskapasiteten) av panserplaten. Panserplaten omfatter både ytre og indre lag av plastmateriale, i likhet med den piastinatrise hvori sylindrene er innleiret, som enten er integrert med eller forbundet med den sammensatte panserplatekonstruksjon.

US-patenskrift nr. 2 723 214 beskriver et elastisk kaskade-slagdempersystem som- er basert på et prinsipp for uskadeliggjøring av prosjektilet, som avviker fullstendig fra det som er kjent fra det førstnevnte US-patentskrift

3 481 818. Ifølge det sistnevnte patenskrift 2 723 214 er

pansringen- fremstilt av suksessive lag av plater av fiber-glassharpiks eller legeringsstål som er plassert kant mot kant og hvor flatemålet av platene i hvert lag øker fra det ytterste til det innerste lag. Bak hvert lag av plater er anordnet et elastomermateriale som skal fungere "i likhet med et sjikt som er sammensatt av et lag av små spiral-fjærer med innbyrdes parallelle akser rettvinklet mot lag-ets overflat". En liste over elastomer som er egnet for dette formål er angitt i spalte 7, linje 24-43.

Det angis i dette patentskrift (med utgangspunkt

nederst i spalte 3) at:

"Ved gradering av fjæringskonstatene vil materialet i det ytterste, elastiske lag sammenpresses praktisk talt fullstendig innen materialet i det påfølgende lag sammenpresses i merkbar grad. Prosjektilets fremadgående bevegelse blir derved oppholdt over et maksimalt tidsrom, og omfanget av energiabsorberingen øker mens energien overføres til lagene i pansringen og når den gjenværende energi avtar."

"Som følge av omdanningen av prosjektilets kinetiske energi til lagret, potensiell energi i de sammenpressede

lag i plastmaterialet, vil denne lagrede energi være umidd-elbart tilgjengelig for gjennomdanning til kinetisk energi. Denne gjennomdanning' innledes samtidig med at prosjektilets fremadgående bevegelse opphører, hvorved prosjektilet aksel-ereres i motsatt retning."

Denne beskrevne pansring vil således ikke (og kan ikke) uskadeliggjøre et meget hardt prosjektil ved spintring av et armeringselement i innslagssonen med derav følgende søndersplitting av prosjektilet, men vil istedet virket etter prinsippet for omdanning av prosjektilets kinetiske energi til potensiell energi.

US-patentskrift 2 318 301 omhandler en prosjektil-bestandig pansring som omfatter en hard stålstøtteplate og en hoveddel eller matrise av seig,, vulkanisert gummi, med en foretrukket Shore-hardhetsgrad av 90 og ikke under 80, hvori det er innleiret et frontsjikt av overlappende, harde stål- strimler som forløper i en vinkel av 45° mot panserplatens plan. Prosjektiler som treffer pansringen, vil avbøyes av metallstrimlene som, grunnet innmonteringen i gummikompo-sisjonen, kan foreta en mindre og avdempende bevegelse og derved absorbere en stor del av prosjektilenergien. Denne pansring virker således etter det samme energiomdannelses-prinsipp som er nærmere beskrevet i det førnevnte US-patentskrift 2 723 214 og som består i temporær omdanning av prosjektilets kinetiske energi til potensiell energi. Heller ikke denne pansring er istand til å bevirke splintring av ekstremt harde prosjektiler eller prosjektilkjernér.

I forbindelse med US-patenstkrift 2 738 29.7 er det

i fig. 1 vist en plate som omfatter et grunnmateriale eller en matrise, av stål eller av polyamid, f.eks. nylon, hvori det er istøpt et granulert fyllmateriale. Fyllmaterialet må ha stor hardhet og trykkstyrke, og de foretrukne materialer er kvarts, hard basalt., silisiumkarbonat eller korund. Når den sammensetning som er vist i fig.. 12 anvendes som pansring, er de harde kornmaterialer stål eller nylon istøpt under trykk, og fyllmaterialet knuses av prosjektilet, hvorved prosjektilenergien spres over en bredvinklet kjegle-flate. Når materialet benyttes som pansring for tanks, skip, fly o.l., kan det granulerte fyllmateriale bestå av en blanding av- stål og steatitt (såpesten) eller korund,

da dette materiale har.et smeltepunkt langt over smelte-punktet for stålet som utgjør grunnmatrisematerialet.

US-patentskrift 3 324 768 beskriver plater for beskyttelse av pansring mot formede ladninger. De aktuelle former som er beskrevet omfatter plater av tynt metall.som omgir et sammensatt materiale bestående av glasskuler, glassplater eller glassklosser som er innleiret i et ut-fyllende eller støtabsorberende materiale, f.eks. 85% magnesia eller bitumin.

Pansringen ifølge foreliggende oppfinnelse uskadelig-gjør ( blir ikke gjennomtrengt av) ekstremt harde prosjektiler eller harde kjerner av mantlede prosjektiler.og absorberer energien fra disse ved at prosjektilene bokstav-elig talt pulveriseres ved innslaget. Denne destruksjon av prosjektilet før gjennomslaget oppnås under ledsagelse av en lokalisert eller liten flatebeskadeligelse av pansringen, og ingen store pansringskomponenter blir forskjøvet eller sprengt ut i innslagssonen. Denne gir en statistisk høy sannsynlighet for oppnåelse av flertreffståleevne i hoved-sonen for et forutgående innslag. Den ovennevnte prosjektil-pulveriserings- og energispredningsvirkning forårsakes av en sammensatt pansring som omfatter minst to lag eller rekker av parallelle, langstrakte og generelt sylindriske stenger som er fremstilt av et hardt, keramisk prosjektilknusende materiale, (fortrinnsvis silisiumkarbid), hvor samtlige stenger er atskilt fra hverandre'.

I en utførelsesform av oppfinnelsen har stengene stort sett sirkelformet tverrsnitt, og stengene i den ene rekke er anordnet forskjøvet i forhold til stengene i den tilgrensede rekke. I en annen versjon har stengene stort sett ellipseformet tverrsnitt, hvor hovedaksene heller ca. 45° mot pansringsplanet, og i dette tilfelle er det unød-vendig at stengene i tilgrensende rekke er anordnet for-' skjøvet.

Stengene er innleiret i en matrise som er fremstilt av en homogen masse av elastomermateriale med en prosentvis forlengelse av ca. 400 til 600 og en Shore-durom-eterhardhet på skala A av ca. 50 til 70, idet den foretrukkede forlengelse av 600% ved en hardhet av A-70. Elastomermaterialet i den. homogene matrisedel er det eneste stoff som er anbrakt mellom innbyrdes tilgrensende keramikkstaver. Matrisematerialets lydhastighet er meget mindre enn de harde keramikkstavers. En slik matrise, med sin lave lydhastighet, vil-begrense stavsplintringen til det parti av

en stav som treffes av det harde prosjektil, idet de destruktive sjokkbølger ikke forplantes fra en truffet stav til en nærmestliggende stav. Det er ikke nødvendig å innføre korr-ugert platemateriale mellom stavene, for at disse skal fast-holdes i stilling ved prosjektilinnslag. I motsetning til prinsippet ifølge førnevnte US-patentskri.fI; 2 723 214 og 2 318 301 er det ingen oppgave for matrisen å omdanne pro-

sjektilets kinetiske energi til potensiell energi. Grunnet matrisematerialtes relativt høye, prosentvise forlengelse til stav- og matrisefragmenter ikke sprute ut av pansringen over et felt som omgit innslagssonen. Innersiden av matrisen . forsterkes av en støtteplate av seigt, ikke-avskallende materiale, så som aluminium eller fiberglassarmert harpiks.

Det har under patentsøkerens ledelse vært foretatt skyteprøver for testing av en pansring hvori to rekker av keramiske prosjektilknusende staver var innleiret i en epoksymatrise av herdet epoksyharpiks med lav, prosentvis forlengelse sammenliknet med forlengelsen ifølge foreliggende oppfinnelse. Matrisen bestod av epoksyharpiks "Formultion 1 - 7 - 11", levert av Dow Chemical Company of Midland, Michigan. ■ Den herdete harpiks hadde en maksimal, prosentvis forlengelse av ca. 100. Prosjektilet hadde en panserbrytende kjerne, og kaliberen var ca. en halv ganger stavdiameteren. Store partier av de trufne staver og de tilgrensende staver såvel i den ytre som i den indre rekke ble knust og fullstendig fjernet eller "utkastet"- fra et stort felt rundt innslagssonen, og støtteplaten ble blottlagt. Den utsprengte sone.utgjorde ca. 6-8 ganger stavdiameteren. Dette ville i høy grad redusere pansringens flertreffs-tåleevne.

Et annet trekk ved pansringen ifølge oppfinnelsen er muligheten utbedring i marken av pansrihgsskade på bekvem måte. Beskadigede soner vil kunne utskiftes ved at de opprinnelige, pansrede soner utformes som en gruppe atskilte, rektangulære panserplateenheter med relativt små, individuelle, flatemål, eksempelvis rektangler med blokker av keramikkstaver av 18 til 45 cm lengde, som er innleiret i en elastomermatrise. Blokkene for hver enhet er omgitt av en s jokkabsorbe-rende, seig metallramme, f.eks. aluminium med høy strekkstyrek. Remmen vil begrense overføringen av prosjektilenergien i lengderetningen eller i tverretningen av truffede staver i en av enhetene til staver i en tilgrensende enhet. Stavskaden vil således begrenses til deler av staver ved innslagssonen i en enkelt, omrammet enhet. Det er anordnet forankringsdeler for utskiftbar montering av de remmeforsynte panserblokker på yttersidene av det

kjøretøy eller liknende som skal beskyttes.

Hvis flyting er ønskelig, kan det anordnes en knusingsfremkallende panserstålplate i vesentlig avstand utenfor yttersiden av den keramiske panseringsmatrise. Denne plate som kan gjennomtrenges av et meget hardt prosjektil med tilstrekkelig størrelse og hastighet, fremkaller innledende sjokkbølger i prosjektilet, og disse bølger reflek-teres frem og tilbake langs prosjektilet under dets flukt mot den keramiske panserplatemontasje, slik at denne innledende, knusingsfremkallende sjokkbølgevirkning fremmer den endelige, prosjektilpulveriseringsvirkning av keramikkstavene.

Oppfinnelsen er nærmere beskrevet i det etterfølgende under henvisning til de medfølgende tegninger, hvori: Fig. 1 viser et fremre riss at et flateparti som er utstyrt med en platemontasje som danner en pansring ifølge foreliggende oppfinnelse, Fig. 2 viser et noe forstørret planriss, med ute-latte partier, av en av panserplatene ifølge oppfinnelsen, Fig. 3 viser et enderiss av et keramisk element-skillegitter, Fig. 4 viser, et perspektiv-delriss av platen ifølge. 2, hvor en del av platematrisen er utelatt, Fig. 5 viser et forstørret, fremre del-riss av partier av flere plater, hvor deler av den ene plate er utelatt,

Fig. 6 viser et snitt langs linjen.6-6 i fig. 5,

Fig. 7 viser et delsnitt av en modifisert versjon

av pansringen ifølge fig. 1-6,

Fig. 8 viser et delsnitt av pre fabrikerte gummi-strimler som anvendes ved fremstilling av en modifisert

pansringsmatrise,

Fig. 9 viser et delsnitt av en pansring hvor det, foran den keramiske pansring er anordnet en sjokkfremkallende plate, samt Fig. 10 viser et delsnitt av panserplater med keramisk elementer av en modifisert form.

Det er i fig. 1 vist et pansret felt A som er dannet av et antall sammensatte, rektangulære panserplater P ifølge oppfinnelsen, som er anordnet i et lukket mønster. Oppbygningen av en enkeltplate P er vist i fig. 2-6. Platene er demonterbart forankret til hovedkonstruksjonen på det kjøretøy eller liknende som skal beskyttes.

Hver plate P omfatter en rektangulær kasse eller form 10 som opptar en sammensatt panserplate som innbefatter to rekker av prosjektilsplintrene keramikkstavér R som er innleiret i en matrise M av elastomermatriale. Detaljer ved keramikkstav- og matrisesammensetningene er beskrevet i det etterfølgende.

Platekassen 10 omfatter endevegger 12 som er fast-sveiset til sidevegger 14, og disse vegger er fortrinnsvis fremstilt av en aluminiumlegering av panserkvalitet, f.eks. en type, nr. 5083, som har gjennomgått en varmebehandling med betegnelsen T6. Ende- og sideveggene er sammensveiset ved 15 (fig 5) og en tynn bunnplate 16 er ved 17 fast-sveiset til plateveggene 12 og 14, hvorved det fremkommer en lukket kasse med en åpen side (fig. 6).

Prosjektilsplihtringsstavene R er fremstilt av et sintret keramikkmateriale med en hardhetsgrad på Moh-skalaen av minst 9 og fortrinnsvis ca. 9,5. Det foretrukkede materiale er sintret silisiumkarbid som har nesten like stor hardhet som en diamant og som er relativt rimelig i pris selv ved levering i den ønskede, langstrakte stangform. Annet materiale som er egnet for anvendelse i de prosjektil-splintrende staver, er rent aluminiumoksyd (korund), silisiumnitrid eller borkarbod, selv om de to sistnevnte materialer er forholdsvis kostbare, sammenliknet med silisiumkarbod.

I samtlige versjoner av oppfinnelsen er keramikkstavene R innleiret i en matrise av et elastomérmateriale med relativt høy, prosentiv forlengelse. Matrisematerialet som er vist i fig. 1-6, består f.eks. av en herdet polyur-etanharpiks. For å tilvirke en sammensatt plate 10 hvor matrisen består av herdet harpiks, er rekker av staver R opplagret ved sine endepartier i gjennomhullet avstands-holder-rister 20. Som det tydeligst fremgår av fig. 3,

er risten 20 forsynt med en ytre rad 22 av åpninger 24 som er innrettet for å oppta en rekke rette sylindriske staver R av fullt tverrsnitt. Risten er dessuten forsynt med en indre rad 26 av åpninger, hvor fulltverrsnitts-åpningene 24 er' anordnet forskjøvet i forhold til de motsvarende åpninger i ytterraden, og hvor innerraden innbefatter to generelt halvsirkelformede endeåpninger 24a for inner-rekken. Stavene R med fullt, generelt sirkelformet tverrsnitt opplagrés i åpningen 24, og stengene RI med generelt halvsylinderformet tverrsnitt opplagrés i endeåpningene 24a, når stavene innledningsvis monteres i plateboksen 10.

Avstandsholderristene 20 er fortrinnsvis tilvirket av elastomérmateriale med lav lydhastighet, f.eks. plategummi, for å redusere overføringen av sjokkbølger mellom endene av innbyrdes tilgrensende keramikkstaver.

Hvis det anvendte matrisemateriale er i form av uherdet, flytende harpiks, eksempelvis polyuretan, blir det flytende materiale, etter at det platekassen 10 er anordnet rekker av innbyrdes forskjøvne staver R, ihelt i kassen praktisk talt til nivå med overkantene av dens sidevegger 12 og 14. Som det fremgår av tegningene, er stavene slik atskilt fra hverandre, at det er dannet et lag av elastomer-matrisemateriale som befinner seg mellom innbyrdes tilgrensende staver og derved atskiller disse fra hverandre. Avstanden mellom nærmestliggende staver er mindre enn stavtykkelsen. Hvis f.eks. stavene har en diameter av 19,1 22,2 mm, vil avstanden være ca. 4,8 - 3,2 mm. Som vist i fig. 2, er det anordnet et lag 28 i platekassen 10. ■ Derved forebygges forplanting av destruktive sjokkbølger fra stavene i en plate til stavene i den nærmestliggende plate.

Foreliggende oppfinnelse er, som tidliger nevnt, kjennetegnet ved at matrisen M er fremstilt av et materi--ale med meget lav lydhastighet sammenliknet med keramikkstavene R. Da stavene er isolert fra hverandre i matrisen, vil den omtalte egenskap ved matrisematerialet forhindre overføring av en destruktiv sjokkbølge som er fremkalt i en stav som er truffet av et prosjektil, til de tilgrensende staver slik at disse staver vil forbli relativt ubeskadiget, selv om den direkte truffet stav kan påføres lokal splintring. Det vil forholde seg slik, selv om staven eller stavene som treffes direkte av prosjektilet eller et delvis splintres prosjektil, kan knuses lokalt. Et egnet matrisemateriale for dette formål er, som nevnt eksempelvis, polyuretanelas-tomer som leveres i flytende form og som kan helles i, platekassene 10, etter at stavene er innmontert, til

kassene er oppfylt til overkanten. Et egnet, kommersielt tilgjengelig materiale er Indpol Monothane som markeds-

føres av Sinair Corporation of Tustin, California. Dette materiale leveres i flere kvaliteter, men den foretrukne kvalitet er betegnet A-70 og har en prosentiv forlengelse .

av 600. Harpiksen leveres som en relativt viskøs væske som kan helles ved å oppvarmes til ca 70°C. Etter at en eller flere platekasser ér fylt med nevnte materiale, anbringes kassene i en herdeovn hvori de herdes ved ca. 135°C i omtrent 8 timer. Den herdede matrise har en Shoredurometer-hardhet på skala A av ca. 70, og selv om dette er den foretrukne hardhetsgrad, kan det også anvendes materialer

fra ovennevnte firma, som har Shorehardhétsgrader av A-50

og A-6 0 og som også har en prosentvis forlengelse av ca.

6 00. Sistnevnte to materialer er også blant de foretrukne materialer for anvendelse som plastmatrise ifølge foreliggende oppfinnelse. Av andre, varmeherdende elastomerer som kan'komme til anvendelse, kan nevnes polypropylener tilsatt gummi, ABS (gummi og styren) samt ulike gummityper som omtalt i det etterfølgende.

Selv om keramikkstavene R vil splitte hardkjerne-prosjektiler og redusere dem til små lavenergi-fragmenter, er det viktig at det anordnes en støtteplate eller ambolt som kan absorbere energien fra prosjektilfragmentene og hindre fragmentgjennomtregning av matrisen, uten avskalling av selve ambolten eller støtteplaten. I versjonen ifølge fig. 2-6 er en slik funksjon oppnådd ved at hver plate P

er fastgjort til en ambolt eller støtteplate 30 (fig. 6) som, i forening med den prosjektilkriusende virkning av keramikkstavene R, forårsaker fullstendig uskadeliggjøring av prosjektilet og forhindrer ethvert gjennomslag av prosjektilet eller fragmenter av dette, uten avskalling (løsriving av.støtteplatefragmenter). Platen 30 og veggel-ementene 12 og 14 er fremstilt av et seigt materiale såsom aluminium av panserkvalitet med betegnelsen 5083 eller

7093 som har gjennomgått en varmebehandling T6. Platens tykkelse er fortrinnsvis større enn diameteren eller hoveddimensjonen av noen av stavene R (ca. 2 5,4 mm i det gitte eksempel) men kan være mindre enn tykkelsen av den sammensatte plate P. Platen kan også være fremstilt av seig, fiberglassarmert harpiks, hvori et antall grove, vevde fiberglass flak er laminert i en bueformet matrise av harpiks, f.eks. epoksy eller polyester..

Et prosjektiltreff på en plate kan forårsake lokalt brudd på en og ofte to av stavene R, f.eks. en ytterstav, som direkte mottar slaget fra prosjektilet,

og en underliggende stav som opptar slaget fra prosjektilfragmentene. Stavenes konveksitet forårsaker avleding av prosjektilet fra dets opprinnelige bane, h-vorved virkningen av prosjektilet reduseres. To ytterstaver kan stort sett direkte oppta slaget fra et prosjektil, hvoretter stengene vil være lokalt splintret over en del av stavlengden.

Selv om innslaget av et høyhastighets-prosjektil med hard kjerne kan redusere flertreffs-tåleevne, i tilfelle av en andre treffer i samme platesone som er truffet tidligere, hvorved den øvrige del av platen bibeholder sin fulle effektivitet, er det å foretrekke at platene P er utskiftbare med henblikk på fullstendig gjennoppretting av helheten av en delvis beskadiget platesone. Av denne grunn er platene fastgjort til.den beskyttede konstruksjon ved hjelp av forankringsdeler som vil forhindre løsriving av truffede plater fra underlaget,, men som vil tillate hurtig utskifting av enhver plate. Hver plates sidevegger og endevegger 12 og 14 er derfor gjennomboret, som tydeligst vist i fig. 5 og 6, for opptakelse av festebolter 31. Åpningene 32 for boltene 31 er tydeligst vist i fig. 2, 4

og 6. I konstruksjonen ifølge fig. 6 er boltene 31 innskudd i den underliggende støtte- eller amboltplate 30 som er forbundet med en rekke plater P.

Dimensjonene av de enkelte, sammensatte plater P

er ikke kritisk, men har forbindelse med ytterflaten av det kjøretøy eller liknende som skal pansres og med den lett-het hvormed platene ønskes håndtert i tilfelle av plateut-skriftning i dimensjonene av platene P vil også ha. til-knytning til diameteren eller tykkelsen av keramikksLavene R. Generelt: vil. keramikks tavenes diametre eller hovedtverr-snittsdimensjoner være noe større enn diameteren (kaliberen) av den prosjektilkjerne som skal uskadeliggjøres. Som et typisk men ikke begrensende eksempel kan nevnes, at en plate.

P med sylindriske keramikkstaver R av stort sett sirkelformet tverrsnitt med en diameter av ca. 19,1 mm til 22,2 mm, kan ha en bredde av ca. 30,5.cm og en lengde av ca. 45,5 cm.

Disse dimensjoner er ikke kritisk, og det kan benyttes

plater som er lengre eller både lengre og bredere. I det viste eksempel, er 19,1- mm staver plassert slik at matrisematerialet i den smaleste, mellomliggende sone har en bredde av ca. 3,2 mm. Hvis således stavene har en diameter av eksempelvis 19,1 mm, vil en plate P med nominell bredde av 30,5 cm ha en innvendig bredde av ca. 31,4 cm. Det er ikke mulig å angi noen bestemte dimensjoner for de ulike komponenter av hver plate eller av stavene, da disse dimensjoner er av-hengig av kaliberen og hastigheten av.det prosjektil som skal

uskadeliggjøres av pansringen. Som tidligere omtalt, fremgår det av prøveskytingsdata ifølge det eneste konkrete eksempel som- kan fremlegges, at ved en plate som utsettes for direkte treff av et prosjektil med hard, panserbrytende kjerne,

bør stavens diameter eller hovedtverrsnittsskimensjon over-stige prosjektilkjernens uten derved nødvendigvis å over-stige to ganger prosjektilkaliberen. Tynne keramikkelementer som i realiteten utelukkende virker som plater, ansees ikke på flatetetthetsbasis å være effektiv, sammenliknet med de beskrevne staver.

Fig. 7 viser en første, modifisert versjon Al av pansringen, hvor sideveggene av hver plate Pl er sveiset direkte til en dermed sammenfallende ambolt- eller støtte-plate 30a, og hvor den tidligere beskrevne, tynne plate 16 ikke er nødvendig. I delsnittet ifølge fig. 7 er den ene av sideveggene 14a vist sveiset ved 15a til den relativt tykke .støtteplate 30a. Bolthullene, f.eks. hullet 32 som er vist i fig. 7, forløper i flukt med bolthuller 32a i støtteplaten 30a, slik at platene 1.0A i sin helhet danner pansringsenheter som kan fastgjøres til en bærevegg på et kjøretøy, eller en liknende del, som skal pansres. I denne platekonstruksjon er sylindriske keramikkstaver R av stort sett sirkelformet fulltverrsnitt'av staver RI av parial-tverrsnittsform innleiret i en elastomermatrise M, som tidligere beskrevet.

Delsnittet ifølge fig. 8 viser et innledende prosess-trinn ved fremstilling av en matrise for keramikkstavene, hvor matrisen, istedenfor å bestå av et herdet elastomer-harpiksmateriale som, innen det herdes, kan helles i en platekasse, er tilvirket av syntetisk gummi eller en naturgummi. Matrisen Ml er sammensatt av tre prefabrikerte gummi-deler som kan være støpt eller ekstrudert og som, hvis de overhodet har herdet innledningsvis etter fremstillingen, bare er delvis herdet. For eksempelvis å opprette et stav-mønster som vist i fig. 1-7, blir det anvendt en prefabrikert innerdel 40 med kantkanaler 42 for opptakelse av staver Ri med halvsirkelformet tverrsnitt, og hal.runde kanaler 44 for opptakelse av fulltverrsnittsstaver R. Den motvendte side av en midtre, prefabrikert del 4 6 innbefatter motsvarende kanaler henh. 42a og 44a. Den annen side av den prefabrikerte midtdel 46 innbefatter en rad halvrunde kanaler 48 for opptakelse av fulltverrsnitts-keramikkstaver. En prefabrikert ytterdel 50 er forsynt med halvrunde kanaler 48a som motsvarer kanalene 48 i den prefabrikerte midtdel 46. De beskrevne,prefabrikerte deler monteres i en platekasse (ikke vist), slik som hver av de tidligere beskrevne, sam-men med keramikkstavene, på en åpenbar måte. Etter mont-eringen blir kassen (stavene og de prefabrikerte matrise-deler "bagged")i overensstemmelse med den konvensjonelle gummiherdingsprosess, og en eller flere av de monterte plater herdes i en konvensjonell herdingsovn. For å isolere stavendene fra de tilgrensende kasseendevegger, f.eks. de tidligere beskrevne vegger 12 innføres tynne strimler av uherdet gummi mellom stavendene og platens endevegger.

I overensstemmelse med vanlig praksis kan det overføres trykk til de pre fabrikerte deler under herdingen, ved innføring av en inert gass under trykk i vulkaniserings-eller herdingsovene. Derved sammenføyes de prefabrikerte deler langs sine innbyrdes motsvarende flatesider og det frembringes en homogen gummimatrise Ml i et stykke. Selv

om naturgummi kan benyttes, er en akrylnitril- og butadien-.basert gummi også egnet for anvendelse, og er mindre kostbar enn naturgummi. En neofrengummi vil også kunne anvendes. Den egnede gummi.har en Shoredurometer hardhet av ca. 50A til 70A, idet 70A er foretrukket.

Fig. 9 viser et delsnitt av en tredje, modifisert versjon A3 av pansringen. Denne pansringen er ment å uska-deliggjøre prosjektiler med hard kjerne og av noe større kaliber enn de prosjektiler som de forutgående utførelses-former av oppfinnelsen er konstruert for. Pansringen A3 ifølge fig. 9. kan bestå av en plate 10C motsvarende de tidligere beskrevne plater. I den viste form innbefatter hver plate en underdel 16 som er fastboltet til en full-flate-ambolt eller -støtteplate 30 av samme type som vist i fig. 5. Pansringen omfatter en rekke innbyrdes forskjøvne keramikkstaver R, som tidligere, og en elastomermatrise M

tilsvarende hver av de tidligere beskrevne.

For å frembringe sjokkbølger i prosjektilet og svekke dets konstruksjon innen det treffer selve den sammensatte panserplate, er en hard plate 60 av panserstål mon-tert i viss avstand foran yttersiden av matrisen M i den sammensatte pansring. Platene 60 kan være fastgjort til plateveggene såsom veggen 14C. Hvis flyting er ønskelig, som f.eks. ved amfibiekjøretøyer, kan det anbringes et lag av skumgummi, bppskummet polypropylen eller liknende mellom panserplaten 60 og matrisen M i den sammensatte pansring. Avstanden mellom stålpanserplaten 60 og forsiden av i den sammensatte pansring utgjør flere ganger diameteren av stavene R. Hensikten med dette mellomrom er at sjokkbølgene som fremkalles i prosjektilkjernen, når denne treffer og gjennomtrenger platen 60, skal kunne gjennomføre ett eller flere utslag i prosjektilkjernens lengderetning. Denne bevegelse vil fremme den etterfølgende knusing av prosjektilkjernen, når denne treffer en eller flere av stangene. R eller RI i den sammensatte pansring. Konstruksjonen- ifølge fig. 9

kan fremstilles enten ved anvendelse av plateseksjoner med en tynn bunnplate 16 for montering på en plate 30 av stort flatemål, eller ved anvendelse av plater som er fastgjort direkte til en relativt tykk, dermed sammenfallende støtte-plate 30a, som vist i fig. 7.

I denne modifiserte versjon ifølge fig. 10 kan samtlige keramikkstaver R4 ha samme form og likevell gi samme beskyttelsesvirkning som en fullstendig rekke eller et fullstendig lag, uten tillegg av mellomromsutfyIlende staver av deltverrsnittsform i én rekke, tilsvarende, de halv-syliridriske staver RI ifølge de tidligere beskrevne versjoner.

I den utførelses form som er vist i fig.10, er pansringen A4 dannet av separate plateelementer 10D, og det er derved anordnet et platemønster som vist i fig. 1. Som det fremgår av fig. 2-6, er platene forbundet med endevegger .12 (ikke vist i fig. 10) og sidevegger 14, og undersiden er lukket av en tynn bunnplate .16. Stavene R4 er fremstilt av et hardt, keramisk materiale som tidligere beskrevet, men har i dette tilfelle et stort sett ellipeseformet tverrsnitt. Ellipsenes hovedakser heller i forhold til plate-nes inner- eller yttersider i en vinkel av fortrinnsvis 45^. I denne konstruksjon er det ikke nødvendig at stavene i den ene rekke er anordnet forskjøvet i forhold til stavene i den tilgrensende rekke, da det, som angitt ved linjen c-c, ikke eksisterer noen spalte som er åpen for prosjektilet mellom stavene, selv om prosjektilbanen ved pansringen for-løper rettvinklet mot yttersiden av denne, som vist ved den brutte pil T i fig. 10

I det foretrukne arrangement av stavene R4 som er vist i fig. 10, vil hovedaksene i de enkelte ellipser for-løper stort sett parallelt med en linje d-d som angir den

foretrukne.vinkel av ca. 45° med grunnlinjen 16. All den tid stavene i hver rekke er anordnet slik at det ikke er oppstått noen nevneverdige mellomrom i retning av linjen c-c, vil det innsees at hovedaksene for de enkelte, elliptiske staver i en rekke ikke behøver å forløpe nøyaktig i flukt med hovedaksene for de elliptiske staver i en tilgrensende rekke. Selv om den viste matrise M ifølge fig. 10 kan være fremstilt av samme elastomerpolyuretanmateriale som tidligere beskrevet,, kan den også bestå av naturgummi eller -syntetisk gummi, i likhet med matrisen Ml i fig. 8. Det er også forutsatt, at istedenfor at det anvendes en tynn bunnplate 16 for platene 10D i pansringen ifølge fig. 10, kan disse platene være forbundet med dermed sammenfallende bunnplater av et tykkere grunnmateriale, f.eks. platene 30a som er vist i fig. 7.

De forskjellige sidevegger 12, 14, etc. har tilstrekkelig dybde, målt i normalretningen mot bunnplaten 16, til å uskadeliggjøre et prosjektil som treffer platene direkte og som ville ha blitt ødelagt av keramikkstavene.

Vedrørende formen av de generelt elliptiske staver R4 ifølge fig. 10, er lengden av stavenes store akse

ca. 10 ganger lengden av den lille akse i den foretrukne utforming, selv om disse dimensjoner ikke er eksakte. Lengden av storaksen kan også være noe større enn diameteren av det prosjektil som pansringen er dimensjonert for å

uskadeliggjøre.

I den strengeste, matematiske betydning kan uttrykket "ellipse" betegne et lukket kjeglesnitt, og kan

x v

2 2 uttrykkes ved den kartesianske ligning - + £ . = 1, hvor a og b betegner ellipsen store og lille halvakse. I de etterfølgende patentkrav er uttrykket "éllipse" eller "elliptisk" ikke begrenset til en stav med en tverrsnitts-form som nøyaktig overensstemmer med de ovennevnte, geomet-riske definisjoner av en ellipse, men omfatter, stenger med en stavtverrsnittets bueformede yttergrenser ikke består av matamatisk eksakte,'elliptiske elementer. Videre er .uttrykket "sylinder" eller "sylindrisk" i de etterfølgende krav ment å henvise til den mer generelle definisjon av dette uttrykk,.nemlig en flate som beskreves av en rett linje. Denne definisjon av uttrykket "sylinder" innbefatter stavformen av stavene R i versjonene ifølge fig. 1-9, hvor det høyre tverrsnitt av sylinderen er elliptisk eller stort sett elliptisk.

I de etterfølgende krav hvor uttrykket "rektangulær" er benyttet om en plate, innbefatter dette uttrykk også en kvadratisk plate, da kvadratet utelukkende er en spesiell, form av rektanglet.

Selv om virkemåten av den sammensatte pansring ifølge oppfinnelsen er omtalt tidligere i korthet,

. er gjengivelsen av noen ytterligere observasjoner antatt, å være på sin plass. Det er foretatt testing i et ballis-tikkanlegg og i et røntgenundersøkelsesanlegg for studium av pansringens motstandsdyktighet mot forskjellige prosjektiler. Ved undersøkelser av ødeleggelser av pansring som er tilvirket i overensstemmelse med oppfinnelsen, etter at pansringen har bevirket splintring og knusing av prosjektilkjernen, hvilket bevises av den kjennsgjerning at korn-partikler av prosjektilet er funnet fordelt i tilgrensning til pansringens sokkel eller støtteplate. Det vil normalt ikke finnes store pros jektilk jerne.f ragmenter, og største-delen av prosjektilfragmentene består av kornete og pulveri-

serte partikler.

Grunnet de konvekse flater som er vendt mot det inn-slående prosjektil og mot f ragmenter • som eventuelt kan, løs-brytes fra dette, vil prosjektilet etter innslaget avledes fra sin opprinnelige bane, og denne avledningen vil i seg selv absorbere en del av.prosjektilenergien., Etter sammen-støtet mellom prosjektilet eller en del av dette og en keramikkstav, vil prosjektilets kinetiske energi spres av staven som omdanner prosjektilets energi til den nødvendige energi for fremkalling av brudd på staven og lokal knusing av denne. Dette initialinnslag av en hard prosjektilkjerne må også splintre og knuse prosjektilet i slik grad at dette splittes, og fragmenter av prosjektilet som avledes fra

den første stavrekke, gjennomtrenger den mellomliggende matrise og treffer den andre stavrekke. Foruten av prosjektilfragmentene nedbremses, er deres masse mindre enn den tot-ale prosjektilmasse, slik at den kinetiske energi av hvert . enkeltfragment blir redusert i høy grad. Dette handlings-mønster gjentas ved den indre stavrekke, hvorved prosjektilfragmentene i seg selv sønderdeles til små korn eller partikler som gjenfinnes i den indre del av matrisen. Ved lokal knusing av en eller flere staver, vil de knuste partier av stavene bevare formen av omhyllingsflaten.

Selv om stavpartier som.treffes direkte av prosjektilet, blir splintret over an viss avstand i lengderetningen, vil stavknusirtgen lokaliseres til en lengde av eksempelvis ca. to-tre ganger stavtykkelsen. Et parti av stavene i den indre eller bakre rekke kan også brekkes lokalt eller endog knuses delvis. Det er et viktig trekk ved pansringen ifølge oppfinnelsen, at som følge av at det rundt stavene er anordnet en elastomermatrise som er meget lavere lydhastighet enn selve stavene, vil sjokkbølger som oppstår i en truffet stav, ikke overføres gjennom matrisen med tilstrekkelig styrke til å bevirke direkte knusing av tilgrensende, utruffede staver. De staver som splintres av prosjektilet, blir med andre ord bare splintret ved direkte innslag av prosjektilet eller fragmenter av dette. Dessuten blir store stavfragmenter ikke utkastet av innslagssonen.

Som tidligere nevnt, er det. gjennomført prøveskyting mot en pansring innbefattende innbyrdes atskilte keramiske staver av aluminium, inneliret i en harpiksmatrise med relativ liten, prosentivs forlengelse og motsvarende høy lydhastighet. Denne pansring stoppet prosjektilet men var ute av stand til å gi akseptabel f lertref f s-beskyttelse .

En matrise som f.eks. er fremstilt av en seig epoksyharpiks med relativ stor, prosentiv forlengelse for en epoksy (ca. 100%) forårsaker splitting av et stort flateparti som omgir innslagssonen, og keramikkstavene i innslagsfeltet og i de tilgrensende soner sprenges eller kastes ut fra underlaget, hvor en slik epoksymatrisepansrings flertreffståleevne nedsettes i betenkelig grad.

Svakhetssonen overfor gjentatte treff i pansringen ifølge oppfinnelsen er relativt liten, slik at størstedelen av pansrings flaten som omgir innslagspunktet, vil bevare sin integritet som en prosjektilødeleggende montasje, selv etter å ha mottatt en treffer. Istedenfor å sprenges ut på samme måte som når stavene er innleiret i en epoksyharpiks, vel stavene i innslagssonen forbli i stilling,.selv om de splintres lokalt. Hvis et enkelt plateelement mottar flere treffere (forutsatt at pansringen er oppbygd av plateelementer) og trefferne ligger tilstrekkelig tett til å redusere hele plateelement lettvint utskiftes mot et nytt i marken.

Hvis det, som tidliger omtalt, er viktig å ta hensyn til pansringens tyngde (slik tilfellet er for de fleste land-, sjø-, luft- og amfibiefarkoster) er det vanlig å an-ordne en bestemt pansringsenhet'for uskadeliggjørelse av prosjektiler opp til en gitt kaliber og ved en gitt maksimal-hastighet. Ved utforming av pansringen i overensstemmelse med foreliggende oppfinnelse er således pansringens akseptable maksimumstyngde eller egenvekt pr. flateenhet den viktigste faktor som må tas i betraktning. Etter at flateegen-vekten (enhetsvekt pr. flateenhet av pansringen) er valgt, vil den være bestemmende for maksimums tyngden av de keramiske staver 'som kan anordnes over en gitt flate, og følgelig bestemmende for stavtverrsnittsdimensjonen.

Stavene bør, som tidligere nevnt, ha en tverrsnitts-tykkeise som er noe større enn kaliberen av prosjektilet som skal uskadeliggjøres.' Det er viktig at matrisen av elastomérmateriale har relativ stor, prosentvis forlengelse (eksempelvis 400% eller mer), som tidligere omtalt, og at matrisen isolerer hver av stavene fra de øvrige og fra veggene og sokkeldelen av hvert plateelement, forutsatt at pansringen er tilvirket i plateform. Selv om aluminiumoksyd (korund) av høy renhet, silisiumnitrid eller borkarbid er egnet for anvendelse, er sintret silisiumkarbid det foretrukne materiale for tilvirking av stavene. Dette materiale, med en hardhet av minst 9 ifølge Moh-skalaen, er økonomisk relativt rimelig i fremstilling, og når staver av silisiumkarbid innleires, i en elastomermatrise av den beskrevne type, vil disse staver vise seg like effektive for praktiske formål som de staver som er tilvirket av dyrere materialer, såsom borkarbid o.l. Oppvinnelsen vil kunne modifiseres innenfor remmen av de etterfølgende krav.

Claims (13)

1. Sammensatt pansring for splintring av den harde kjerne i et panserbrytende prosjektil, hvor pansringen er av den type som omfatter en matrise av polymermateriale med minst to rekker av parallelle, langstrakte og sylindriske rundstaver av et hardt, keramisk, prosjektilsplittende materiale som er innleiret i matrisen, hvorved samtlige staver er plassert i en innbyrdes avstand som er vesentlig mindre enn stavtykkelsen, karakterisert ved at matrisen er. fremstilt av en homogen masse av elastomérmateriale med en prosentvis forlengelse av størrelsesorden 400 til 600, at elastomermaterialet i matrisen er den eneste substans som er anbrakt mellom og i lengderetningen av innbyrdes tilgrensende keramikkstaver, og at elastomermaterialets lydhastighet er meget mindre enn keramikkstavenes, hvorved en stavfrektur begrenses hovedsakelig til de partier av stavene som treffes av prosjektilet, uten at det stort sett oppstår brudd på de utruffede staver som følge av overføring av sjokkbølger fra de truffede staver gjennom matrisen.

2. Pansring i samsvar med krav 1, karakterisert ved at den videre omfatter en plate av seigt, ikke-avskallende materiale som er anbrakt mot baksiden av matrisen, med et lag av.matrisemateriale plassert mellom den innerste stavrekke og platen.

3. Pansring i samsvar med krav 1, karakterisert ved at matrisen er' fremstilt av herdet poly-uretanharpiks.

4. Pansring i samsvar med krav 1, karakterisert ved at matrisen er fremstilt av gummi.

5. Pansring i samsvar med krav 1, karakterisert ved at matrisen har en Shore-hardhetsgrad av ca. 70A.

6. Pansring i samsvar med krav 1, karakterisert ved at matrisen har en prosentvis forlengelse av ca. 600.

7. Pansring i samsvar med krav 1, • karakterisert ved at stavene har stort sett sirkelformet tverrsnitt, og at stavene i hver rekke er anordnet forskjøvet i forhold til stavene i en tilgrensende rekke.

8. Pansring i samsvar med krav 7, karakterisert ved at det er anordnet to stavrekker.

9. Pansring i samsvar med krav 8, karakterisert ved at samtlige staver i den ytterste stavrekke har stort sett sirkelformet tverrsnitt, at det er anordnet en stav av stort sett halvsirkelformet tverrsnitt på hver side av den underliggende rekke, og at de øvrige staver i den underliggende stavrekke likeledes har stort sett sirkelformet tversnitt.

10. Pansring i samsvar med krav, 1, karakterisert ved at stavene er plassert i en innbyrdes avstand som utgjør ca. 1/8 av hovedtverrsnittsdimensjonen av en stav.

11. Pansring i samsvar med krav 1, karakterisert ved at stavene har ellipseformet tverrsnitt, hvor stavtverrsnittsflåtenes store akser heller ca. 30 til 60° mot pansringens overflate.

12. Pansring i samsvar méd krav 11, karakterisert ved at hellingsvinkelen er ca. 45°.

13. Sammensatt pansring i samsvar med krav 1, hvor matrisen og de innleirede staver er fremstilt i form av separate plateelementer, karakterisert ved at platen består av et kasseformet element med et bunnparti og sidevegger som er tilvirket av et seigt pansringsmateriale som omslutter matrisen, at det er anordnet et lag av matrisemateriale mellom stavene og sideveggene av det kasseformede element, og et det er anordnet midler for fastgjøring av plateelement til en kjøretøykonstruksjon.