TR201809625T4 - Araçların zırhlanması için kompozit panel. - Google Patents

Abstract

Bir alüminyum alaşımı plaka içeren ve ayırt edici özelliği aşağıdaki gibi olan zırhlama paneli: a) sözü geçen alüminyum alaşımın, ağırlığa göre yüzde olarak ifade edildiğinde, aşağıdaki kimyasal bileşime sahiptir: % 5,1 ? Zn ? % 9,7 % 1,5 ? Mg ? % 2,9 % 1,2 ? Cu ? % 2,1 Si ?% 0,4 Fe ? % 0,5 Mn ? % 0,3 Cr ? % 0,28 Ti ? % 0,2 Zr ? % 0,15 b) sözü geçen plaka, darbelere maruz kalan bir yüz ve sözü geçen darbelere maruz kalan yüzün ters tarafında kalan ve yüksek bir balistik koruma kapasitesine sahip olan yüksek mekanik performanslı camdan, aramidden ya da yüksek performanslı polietilenden takviye lifler ya da bantlar içeren kompozit bir takviye tabakasıyla kaplanmış bir yüz içermektedir.

Description

TARIFNAMEARACLARIN ZIRHLANMASI ICIN KOMPOZIT PANELBulus araçlarin delici firlayan parçalara ve bir çarpisma sirasinda firlayan fragmanlara karsi korunmasina olanak saglayan zirhlama panelleri gerçeklestirilmesiyle ilgilidir.Zirhlama, genel olarak, metalden, tipik olarak çelik, alüminyum, titan ya da bunlarin alasimlarindan bir panel içermektedir. Bu tür paneller genel olarak bir darbe sirasinda firlayan delici parçanin kinetik enerjisini emme konusunda mükemmel bir kapasiteye sahiptir.

Bununla birlikte, bu tür paneller, özellikle de çelik ya da titan alasimi olduklarinda, agirdir ve bir araç tarafindan tasinan agirliga oranla düsünüldügünde, enerji emme açisindan etkililigi zayif kalmaktadir.

Titan alasimi paneller genel olarak en iyi zirhli korumayi saglamaktadir ama çok maliyetli ve agirdirlar.Zirhlama paneli, bir darbelere maruz kalan yüz ve bir arka yüz içerinektedir, Metal bir zirhlama paneli üzerine bir darbe geldigi zaman, delici parça panel içiiide inükeminel sekilde durdurulabilmektedir ama panelin arka yüzü üzerinde olusan zarar, fragmanlar olusmasiyla sonuçlanabilmekte, bunlar da panelden siddetli bir biçimde disari atildiginda (aracin içine dogru.) panel tarafindan durdurulan parçadan çok daha tehlikeli hale gelebilmektedir.Firlayan parçalari durdurma konusunda daha büyük bir kapasiteye vefragmantasyon konusunda daha düsük bir hassasiyete sahip olan,böylece de aracin agirligina oranla düsünüldügünde en iyi performanslari saglayan kompozit paneller gelistirilmistir. Fakat, kendisi de kompozit olan, genel olarak karbon, cam ve yüksek moleküler agirlikli polimerden olusan bir dayanak plakasinin darbelere maruz kalan yüzü üzerine yerlestirilmis kerainik ürünler içeren, kompozit ürünler söz konusudur. Bu tür ürünler çok maliyetlidir.Etkililiklerini karakterize etmek içiii, zirhlaina panelleri genel olarak iki tip teste tabi tutulmaktadir. Birinci test, delici parçalari durdurma yeteneklerini kantifiye etmeye yöneliktir. "AP" ("Armour Piercing") kisaltmasiyla tanimlanmaktadir ve delinmeye direnci karakterize etmektedir. Ikinci test, parçalara ayrilan kalintilarin darbelerine direnme yetenegini kantifiye etmeye yöneliktir. Bu ikinci tip test, "FSP" ("Fragment simulated pro jectiles") kisaltmasiyla tanimlanniaktadir. Zirhlama panelleri, bu testler sirasinda, degisik formlarda firlayan parçalara (AP testi için ucu sivrilen forinda, FSP testleri için daha büyük, daha t0parlanmis formda firlayan parçalar) hedef olmaktadir. Her test tipinde, firlayan parçalar için test edilen panelin kalinligina ve sözü geçen zirhlama panelinin koruma saglamasi gereken tehditleriii türüne göre, birçok farkli geometri seçilmistir.Bu iki test için, firlayan parçalari durdurma, tehlikeli kalintilar ortaya çikarmadan kinetik enerjilerini einme yetenegi, örnek olarak MIL- STD-662 standardi içinde V50 hiziyla kantifiye edilmistir: bir darbe sirasinda firlayan parçalar tarafindan ulasilan hizlariii, en yüksek parsiyel penetrasyon hizlarini sunan sonuçlar ve en düsük tam peiietrasyon hizlarini sunaii sonuçlar esit sayida ele alinarak eldeedilen hizlariii ortalamasi söz konusudur; hiz 'ozellikleri belirlenmisbir alan içinde empoze edilmektedir.Genel olarak, zirhlaina panelini olusturan malzeme, ister bir kerainik olsun, ister bir çelik, bir alüminyum ya da titan alasiini, nadiren AP- FSP açisindan iyi bir uyusma sunmaktadir. Delinmeye karsi direnç açisindan iyi performanslar sundugunda, siklikla FSP direnç açisindan orta bir performansa sahip olmaktadir. Tersine, FSP direnç açisindan iyi performanslar suiian bir malzeme, siklikla AP direnç açisindan orta düzeyde performans sunmaktadir.USZOll/0252956 sayili patent talep belgesi, birbirlerine metalürjik olarak baglanan farkli alüminyum alasimlarina sahip en az iki tabakadan olusan, metalik zirhlaina paiiellerini tanimlamaktadir. Bu iki tabaka arasindaki yakin metalürjik baglanti, tipik olarak, ko- laininaj, çoklu tabaka akitma ya da plakanin kalinligi içinde, yiiie magnezyum gibi bir elementin kontrollü yoguiilastirina gradyaninin elde edilmesine olanak saglayan bir akitina gibi tipik dönüstürme gamlarinin sonucu olarak ortaya çikmaktadir. Alasimlarin seçimi ve plakanin kalinligi içine yerlestirilmesi, biri bütüne deliiimeye karsi iyi bir direnç ve digeri iyi bir FSP direnci saglayacak sekilde yapilmaktadir. Bu tür panellerin gerçeklestirilmesi, yine de, karmasik ve maliyetli yöntemler kullanilmasini gerektirmektedir.Istein 1 için bir çikis noktasi olusturan US 2001/053645 Al sayili patent talep belgesi, buna göre bir kompozit zirhlama paneli tanimlamaktadir.Patent talep sahibi, askeri araçlar gibi hizli, tipik olarak tekerleklerle donatilmis araçlara özellikle uygun, AP ve FSP korumalari açisindan agirliga orantilandiginda daha iyi bir etkililige sahip, bilinen ürünlere göre gerçeklestirilmesi daha kolay ve daha az maliyetli bir zirhlainasistemi gerçeklestirmenin yollarini aramistir.Bulusun birinci amaci, bir alüminyum alasimi plaka içeren birzirhlama panelidir ve ayirt edici özelligi:a) sözü geçen alüminyum alasimin, agirliga göre yüzde olarak ifade edildiginde, asagidaki kimyasal bilesime sahip olmasidir:% 7,5 5 Zn S % 9,7% 1,5 SMgS%2,9% l,25CuS%2,lSi 5% 0,4Fe S % 0,5Mn S % 0,3Cr S % 0,28Ti S % 0,2Zr S % 0,15 geriye kalan kisim alüminyum ve kaçinilmaz safsizliklardir; her element % 0,05°in altinda bir agirlik oranina sahiptir, toplami % 0,1 5 ”in altinda kalmaktadir; b) sözü geçen plaka, darbelere maruz kalan bir yüz ve sözü geçen darbelere maruz kalan yüzün ters tarafinda kalan ve yüksek bir balistik koruma kapasitesine sahip olmasini saglayacak sekilde yüksek bir mekanik performans sunan takviye lifler ya da bantlar içeren kompozit bir takviye tabakasiyla kaplanmis bir yüz içermektedir. Bu tür yüksek balistik koruma kapasitesine sahip takviye lifleri ya da bantlari, asagidakileri içeren gruba ait bir ya da birçok malzemeden olabilmektedir:- R, H, S ya da tercihen SZ camlar gibi, yüksekmekanik performansli camlar;- arainidler, tercihen de Kevlar ® gibi para-arainidler;- yüksek performansli polietilenler (HPPE) ya da lifler ya da bantlar formunda sunulan, yüksek ölçüde yönlendirilmis polietilenler olan ultra-yüksek moleküler agirlikli polietilenler (UHMWPE ya da UHMW), 'Örnek olarak Tensylon®.Avantajli olarak, sözü geçen kompozit takviye tabakasi, yüksek balistik koruma kapasiteli lifler içeren ipliklerden dokunmus ya da ipliklerin ayni yönde yerlestirilinesiyle olusturulmus bir ya da tercihen birçok dokuina içermektedir.Iplikler ya da bantlar, tercihen bir termoplastik ya da isiyla sertlestirilmis reçineye, tipik olarak bir modifiye fenolik reçineye PVB (polivinil bütiral) batirilmistir. Dokuinalar birçok atki sekliyle örülerek (tek yönlü, hasir, zirhli dokuma, vb. . .) gerçeklestirilebilmektedir. Kompozit takviye tabakasi, örnek olarak, dokumalarin birbiri üzerine yigilmasi ve sicakla sikistirilniasiyla elde edilmektedir.Plaka tanimindan, yassi bir ürün, tipik olarak bir levha("sheet") ya da kalinligi 5 mm'nin üzerinde, tercihen 20 mm°nin üzerinde, tipik olarak 20-30 mm”ye yakin, kalin bir levha ("plate") anlasilmaktadir.

Plakanin genislik/kalinlik orani, zorunlu olmamakla birlikte, tercihen °un üzerindedir.Kompozit panel, tipik olarak 50 mm°nin altinda, tercihen 40 mrn”nin altinda bir kalinliga sahiptir ve 125 kg/n12”iiin altinda,tercihen 110 kg/iiiz°nin altinda, daha da tercihen 100 kg/m27nin altinda bir yüzey yogunlugu sunmaktadir.Zirhlama panellerinin faydasi, olabilecek en düsük yüzey yoguiiluguyla, olabilecek en iyi AP ve FSP korumayi saglamaktir. Buna göre,bulusa göre olan, 90kg/m2”nin altinda, hatta 85 kg/m2”nin altinda bir yüzey yogunlugusunaii bir kompozit panelle, STANAG 4569'da tanimlanan koruma seviyesi Sie ulasilmasi umut edilebilir (25 inetreden atilaii 20 mm kalibresinde firlayan parçayla V50 FSP = 960 m/sn).Alüminyum alasim plaka, darbelere maruz kalan, darbeye dogrudan maruz kalabilecek ya da aksine, 'Örnek olarak seramik parçalarla koruiiabilecek bir yüz içermektedir. Sözü geçen darbelere maruz kalan yüzün ters tarafinda, tüm temas yüzeyi üzerinde kesintisiz bir baglanti olmasi zorunlulugu olmaksizin, örnek olarak bir yapistirici baglayici yardiiniyla birlestirilmis bir kompozit takviye tabakasiyla kapli bir yüz içermektedir. Örnek olarak, kompozit takviye tabakasinin plakayla, plakanin periferisinden, yapistirinayla ya da tipik olarak mekanik, baska bir sabitleine araciyla dayanisik hale getirilmesi yeterlidir.Aramid lifler içeren bir kompozit takviye tabakasiyla kaplanmis ya da kaplaiiniainis alüminyum alasim plakalar üzerinde AP ve FSP testleri gerçeklestirdik. AP delinme testleri, 7,62 m kalibresinde ve 35,6 mm uzunlugunda olan “0,30 kal AP M2” olarak adlandirilan, orta kisini çelik, arada bir kursun tabaka ve üzerinde bakirdan bir mermi basi kaplamasi içeren firlayan parçalar kullanilmistir. FSP testleri, bulusa göre olan paneller ve karsilastirma testlerine konu olan paneller için, silindir seklindeki kismi 20 mm”lik bir çap sunan, “20 mm FSP” olarak adlandirilan, 23 mm uzunlugunda çelik firlayan parçalar kullanmaktadir.Ilk olarak, test edilen panel yapilariyla (19 ila 46 mm kalinliginda plakalar, 30 ve 50 mm arasinda kalinliga sahip paneller, kompozit takviye tabakasi/ panelin toplam agirligi arasindaki agirlik oraiii %25”in altinda) hedefleiieii yüzey yogunlugu (50 ila 125 kg/mz) alaniiçin, deliiime testlerinin sonuçlarinin esas olarak plakaiiin alasimina vekompozit panelin ortalama yüzey yogunluguna bagli olarak degistigini tespit ettik: verili alasimdaki kaplamasiz bir panel, neredeyse ayni alasimdaii olusan ama daha ince ve kalinligi, bütünün ayni yüzey yogunlugunu sunmasi saglanacak sekilde seçilen bir kompozit takviye tabakasiyla kapli bir panelinkiyle neredeyse ayni sonucu (Hiz V50 olarak ifade edilen) vermektedir. Hatta, kompozit takviye tabakasi/panelin toplam agirligi arasindaki agirlik olarak oran %22 dolayinda oldugunda, AP özelliklerinde hafif bir bozulma bile teSpit edilmistir. Buna göre, tel basina deliiimeye direnç kriteri üzerinden bakildiginda, kaplamasiz bir plaka, ayni olan, hatta daha yüksek bir performans için, hatiri sayilir bir ekonomik avantaj ve daha az yer kaplama avantaji sunmaktadir.Test edilen materyaller arasinda, seri 7XXX alüminyum alasimlar, karsilastirilabilir yüzey yogunlugunda, seri SXXX ve seri 6xxx alasimlara, ayni zamanda da çeliklere oranla daha iyi sonuçlar vermektedir.FSP testlerinin sonuçlari, farkli ve sasirtici baska bir saptama ortaya koymustur. Patent talebi sahibi, aslinda, plakalar yüzey yogunlugu 0,5 kg/m2”nin, tercihen l kg/m2°nin, daha da tercihen 2 kg/m2,nin üzerinde olan, Örnek olarak araiiiid liflerden olmak üzere, yüksek balistik koruma kapasitesine sahip takviye lifleri ya da bantlari içeren bir kompozit takviye tabakasiyla kapli oldugunda, zirhlama paneliiiin yüzey yogunlugundaki artisa göre V50°nin artmasi anlaminda kazancin, alüminyum alasimlar içiii ve 'Özellikle de seri 7xxx alasimlar için anlamli sekilde yüksek oldugunu tespit etmistir.En iyi AP-FSP uyusmasi, yine de, çinko ve bakir açisindan orani yeterince yüksek olan seri 7XXX alasinilarla elde edilmistir. Buiia göre, 7039 ve 7020, arainid liflerinden bir kompozit takviye tabakasiylabirlestirildiklerinde, net olarak iyilestirilinis FSB performanslarisuninakla birlikte, AP delinine testlerinde düsük performansli kalmaktadir. Buna göre, bulusa göre olan plaka alasimi, oranlarinagirliga göre yüzde olarak ifade edildigi, asagidaki bilesime sahiptir:% 7.55 Zn 5% 9,7, tercihen % 7,5 5 Zn

Claims (13)

1. ISTEMLER 1.Bir alüminyum alasimi plaka içeren zirhlama paneli: a) sözü geçen alüminyum alasimin, agirliga göre yüzde olarak ifade edildiginde, asagidaki kimyasal bilesime sahiptir: Si 5% 0,4 b) sözü geçen plaka, darbelere maruz kalan bir yüz ve sözü geçen darbelere maruz kalan yüzün tersinde kalan ve yüksek bir balistik koruma kapasitesine sahip olmasini saglayacak sekilde yüksek bir mekanik performans sunan takviye lifler ya da bantlar içeren kompozit bir takviye tabakasiyla kaplanmis bir yüz içermektedir.
2. 2. Istem l°e göre zirhlama paneli olup ayirt edici özelligi, yüksek balistik koruma kapasitesine sahip takviye lifleri ya da bantlari, asagidakileri içeren gruba ait bir ya da birçok malzemeden olabilinesidir: - R, H, S ya da tercihen 82 camlar gibi, yüksek mekanik performansli camlar; - aramidler, tercihen de para-aramidler; - yüksek performansli polietilenler (HPPE) ya da ultra-yüksek moleküler agirlikli polietilenler (UHMWPE ya da UHMW). .
3. Istem 1 ya da 2”ye göre zirhlama paneli olup ayirt edici uzanan ya da yüksek balistik koruma kapasitesine sahip lifler içeren ipliklerden hareketle dokunmus bir ya da birçok dokuma içermesidir. .
4. Istein 3°e göre olan, içindeki sözü geçen kompozit takviye tabakasinin, reçineye daldirilmis para-aramid ipliklerden hareketle dokunmus dokumalar içerdigi zirhlama paneli. .
5. Istem 4,6 göre olan, içindeki sözü geçen reçinenin bir modifiye fenolik reçine PVB (polivinil bûtiral) oldugu zirhlama paneli. .
6. Istem 1 ila 5”ten herhangi birine göre olan, içindeki kompozit takviye tabakasinin sicakta sikistirilmis bir dokumalar yigini oldugu zirhlama paneli. .
7. Istem 1 ila 6”dan herhangi birine göre zirhlama paiieli olup ayirt edici 'Özelligi, 5 mm'nin üzerinde ve 50 mm”nin altinda bir kaliiiliga sahip olmasi ve 125 kg/m2°nin altinda bir yüzey yogunlugu sunmasidir. .
8. Istem 7'ye göre zirhlama paneli olup ayirt edici 'Özelligi, 20 mmsnin üzerinde ve 40 mm”niii altinda bir kalinliga sahip bir yüzey yogunlugu sunmasidir. .
9. Istem 1 ila 8°den herhangi birine göre zirhlama paneli olup ayirt edici 'özelligi, aramid lifleri içeren kompozit takviye tabakasinin yüzey yogunlugunun, panelin t0p1am yüzey yogunlugunun %25°inden azini, tercihen %15°inden azini temsil etmesidir.
10. 10.Istem 1 ila 9,dan herhangi birine göre zirhlama paneli olup ayirt edici özelligi, aramid lifleri içeren kompozit takviye tabakasinin yüzey yogunlugunun, 0,5 kg/m2°nin üzerinde, tercihen l kg/m2°nin 'üzerinde, daha da tercihen 2 kg/ii12°nin üzerinde olmasidir.
11. 11.Istem 1 ila 10”dan herhangi biriiie göre zirhlama paneli olup ayirt edici özelligi, aramid lifleri içeren kompozit takviye tabakasinin yüzey yogunlugunun, 25 kg/1n2”nin altinda, tercihen 20 kg/m2”nin altinda, daha da tercihen 15 kg/in2,nin altiiida olmasidir.
12. 12.Istem 1 ila 11”den herhangi birine göre zirhlama paneli olup ayirt edici 'Özelligi, sözü geçen plakanin 7449 alasimi, tercihen T651 durumunda olmasidir.
13. 13.Istem 1 ila 12”den herhangi birine göre zirhlama paneli olup ayirt edici `Özelligi, sözü geçen kompozit takviye tabakasinin, polivinil bütiral (PVB)°den fenolik reçineyle kaplanmis Kevlar ipliklerinden hareketle dokunmus dokumalar içermesidir.