WO2004011871A1 - Structure sandwich - Google Patents

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Inventor
Jean-Christophe Duclos
Gérard Martin
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Société Nouvelle Des Automobiles Auverland (S.N.A.A.)
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    • F41H—ARMOUR; ARMOURED TURRETS; ARMOURED OR ARMED VEHICLES; MEANS OF ATTACK OR DEFENCE, e.g. CAMOUFLAGE, IN GENERAL
    • F41H5/00—Armour; Armour plates
    • F41H5/013—Mounting or securing armour plates
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F41—WEAPONS
    • F41H—ARMOUR; ARMOURED TURRETS; ARMOURED OR ARMED VEHICLES; MEANS OF ATTACK OR DEFENCE, e.g. CAMOUFLAGE, IN GENERAL
    • F41H5/00—Armour; Armour plates
    • F41H5/02—Plate construction
    • F41H5/04—Plate construction composed of more than one layer
    • F41H5/0442—Layered armour containing metal
    • F41H5/045—Layered armour containing metal all the layers being metal layers

Definitions

  • the present invention relates to a sandwich structural element making it possible to protect equipment against external aggressions and in particular the impacts of projectiles.
  • This type of vehicle generally includes a survival cell made up of an assembly of welded steel sheets, covered on the inside of the cell by internal plates in a material such as aluminum.
  • an aluminum plate tends to fragment when it undergoes a shock wave, which in some cases results in the projection of shards.
  • a protective layer which generally consists of plates of composite material.
  • Patent DE 197 40 103 describes a bottom shielding of a vehicle body, in particular against mines, composed of an outer layer of light metal, and an inner layer of shielding steel.
  • the layer of light metal has ribs on its face opposite the internal layer which are applied against the internal layer so that the external layer is kept at a distance from the internal layer. It turns out that these ribs make the outer layer completely rigid and therefore impossible to conform to protect the curved surfaces of a vehicle.
  • these ribs require a specific manufacture of the outer layer requiring special molds. This therefore also results in risks of difficulty in supply.
  • the patent FR 865 964 describes a shield formed by two layers kept spaced from one another by springs. This structure is not very effective because it does not allow to benefit from a beam effect which appears when the external plate is rigidly fixed on the internal layer.
  • the present invention aims to eliminate these drawbacks. This objective is achieved by the provision of a sandwich structure ... (here will be copied for legal reasons the claims)
  • Figure 1 schematically shows a section of the sandwich structure according to the present invention
  • FIGS. 2 to 4 show in section other variants according to the invention of the sandwich structure shown in FIG. 1.
  • Protection against projectile impacts from weakly protected vehicles is in principle placed inside the vehicle body. Contrary to this principle, the protective elements are placed according to the invention, outside the vehicle body.
  • the vehicle body generally produced by an assembly of steel sheets 1, that is to say a material with very high hardness, is covered on the outside by plates of protection 2 in one very ductile material, such as aluminum.
  • the arrow 6 represents the direction of movement of a possible projectile.
  • the two layers 1, 2 of the sandwich structure are kept apart from one another, by mechanically fixing the protective plates 2 at a distance from the body 1.
  • the distance between the two layers is determined according to the nature of the projectiles to be stopped.
  • spacers 7 which are for example welded to the body 1.
  • these spacers are for example drilled by a thread to receive screws 5 for fixing the plates of protection.
  • the steel sheet plates 1 constituting the body have a thickness of the order of a few millimeters.
  • the aluminum protection plates 2 have a thickness of the order of 10 mm or more, depending on the type of projectile to be stopped, and the spacing of these two layers is of the order of one to several tens of millimeters, also depending on the type of projectile to be stopped.
  • the assembly undergoes differential expansion during temperature changes. At least part of the holes made for the passage of the screws 5, preferably in the protective plates 2, are therefore oblong.
  • the body includes angles 8 which are welded for example by their edge, preferably on the edges of the sheet metal plates 1 constituting the body.
  • These angles 8 each include a threaded hole provided for receiving a screw 9 for fixing a protection plate 2.
  • These angles make it possible to ensure electrical continuity between the plates 1 of the bodywork and the protection plates 2, for the purposes suppression. They are preferably flexible to allow differential expansions.
  • connection between the two layers 1, 2 of the structure is also preferably elastic to allow differential expansions.
  • an elastic layer 10 is interposed between the spacer 7 'and the protective plate 2 ( Figure 2).
  • This elastic layer also makes it possible to dampen the vibrations generated by projectile impact and ensure isolation of the galvanic couple, while allowing a wider mounting tolerance.
  • the spacers 13 have a tabular shape whose central bore is fully threaded, the two layers 1, 2 being drilled to receive screws 5 ', 11 which come screw on each side of the spacer in the central hole.
  • the spacers 14 can also have a tabular shape, the two layers 1, 2 being drilled to receive a single screw 5 "passing successively through one of the two layers, the spacer, then the other layer, to be screwed into a nut 12.
  • the hole passing through the spacers 14 is tapped so as to be able to fix them on the bodywork before mounting the protection plate 2.
  • the sandwich structure described above makes it very surprisingly possible to obtain significantly better protection than when the protection plates 2 are arranged inside the bodywork, and in particular a significantly higher protection-to-mass ratio.
  • the first ductile barrier (aluminum protection plate 2) fixed at a distance from the body makes it possible to obtain a beam effect which absorbs part of the kinetic energy of the projectile, while the second barrier (the plates of sheet 1 in body steel) with very high hardness stops the projectile which has lost part of its energy.
  • the protection plates 2 can cover the entire body of the vehicle, which makes it possible to obtain a high degree of homogeneity of the protection.
  • the sandwich structure according to the invention has a significantly reduced cost of implementation compared to the solutions of the prior art, since it is no longer necessary to provide splash protection plates, the body playing this role.
  • the installation of the protective plates 2 is greatly simplified, since these plates can be installed without having to dismantle any equipment. As a result, an armored vehicle that has been impacted can be repaired much more quickly with a simple exchange of damaged protection plates, which are mounted outside the vehicle, resulting in greater operational availability of the vehicles thus protected.
  • the invention also makes it possible to considerably simplify the supply of protective elements since the aluminum protective plates are simple plates without any particular machining and having a constant thickness. They can therefore be obtained from a larger number of manufacturers than the protection plates of the prior art which have a specific shape adapted to a type of vehicle.
  • the protective plates can also be easily curved, for example to be adapted to the shapes of a vehicle body.

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Abstract

Cette structure sandwich, comprend une plaque extérieure (2) en un matériau très ductile, destinée à recevoir en premier des impacts de projectiles, et une couche intérieure (1) en un matériau à très haute dureté pour arrêter les projectiles ayant traversé la première couche, la plaque extérieure (2) présentant une épaisseur constante et étant fixée sur la couche intérieure (1) au moyen d'entretoises (13).

Description

STRUCTU E SANDWICH.
La présente invention concerne un élément de structure sandwich permettant de protéger un équipement contre des agressions extérieures et en particulier les impacts de projectiles.
Elle s'applique notamment, mais non exclusivement, aux installations et équipements fixes ou mobiles, tels que les véhicules qu'ils soient terrestres, maritimes ou aériens, les conteneurs, les emballages, etc.
On a déjà proposé une structure sandwich pour véhicules moyennement protégés. Ce type de véhicule comprend généralement une cellule de survie constituée d'un assemblage de tôles en acier soudées, recouvertes du côté intérieur de la cellule par des plaques intérieures dans un matériau tel que l'aluminium.
Il s'avère que cette solution présente de nombreux inconvénients. Tout d'abord, la pose de plaques à l'intérieur de la cellule s'avère peu aisée, notamment en raison de la présence d'équipements qu'il faut dans certains cas contourner. Il en résulte des discontinuités dans la protection de la cellule.
En outre, une plaque d'aluminium a tendance à se fragmenter lorsqu'elle subit une onde de choc, ce qui dans certains cas entraîne la projection d'éclats. Pour éviter que de tels éclats, arrachés aux plaques intérieures, soient projetés sur les occupants de la cellule, on recouvre les plaques intérieures d'une couche de protection qui est généralement constituée de plaques en matériau composite.
Ces plaques de protection sont fabriquées et adaptées à la forme de la cellule à protéger à l'aide d'une presse. Les fabricants de telles plaques sont donc en nombre très limité, ce qui peut poser des problèmes d'approvisionnement.
Par ailleurs, lorsqu'il s'agit de réparer un véhicule blindé ayant subi des impacts qui ont endommagé les plaques intérieures, il est nécessaire de retirer la couche de protection et dans certains cas, de démonter les équipements intérieurs pour pouvoir enlever les plaques intérieures endommagées en vue de les remplacer. Il en résulte des durées de réparation importantes qui réduisent d'autant la disponibilité opérationnelle du véhicule. Le brevet DE 197 40 103 décrit un blindage de fond de caisse de véhicule, notamment contre les mines, composé d'une couche externe de métal léger, et d'une couche interne d'acier de blindage. La couche de métal léger présente sur sa face en regard de la couche interne des nervurations qui viennent s'appliquer contre la couche interne de sorte que la couche externe est maintenue à distance de la couche interne. Il s'avère que ces nervurations rendent la couche externe totalement rigide et donc impossible à conformer pour protéger les surfaces courbes d'un véhicule. En outre, ces nervurations imposent une fabrication spécifique de la couche externe nécessitant des moules particuliers. Il en résulte donc également des risques de difficulté d'approvisionnement.
Le brevet FR 865 964 décrit un blindage formé de deux couches maintenues espacées l'une de l'autre par des ressorts. Cette structure s'avère peu efficace car elle ne permet pas de bénéficier d'un effet de poutre qui apparaît lorsque la plaque externe est rigidement fixée sur la couche interne.
La présente invention a pour but de supprimer ces inconvénients. Cet objectif est atteint par la prévision d'une structure sandwich ... (ici seront recopiées pour des raisons juridiques les revendications)
Un mode de réalisation préféré de l'invention sera décrit ci-après, à titre d'exemple non limitatif, avec référence aux dessins annexés dans lesquels :
La figure 1 représente schématiquement une coupe de la structure sandwich conforme à la présente invention ;
Les figures 2 à 4 montrent en coupe d'autres variantes selon l'invention de la structure sandwich montrée sur la figure 1.
La protection contre les impacts de projectiles des véhicules faiblement protégés est en principe placée à l'intérieur de la carrosserie du véhicule. Contrairement à ce principe, les éléments de protection sont placés selon l'invention, à l'extérieur de la carrosserie du véhicule.
Ainsi, tel que représenté sur la figure 1, la carrosserie du véhicule, généralement réalisée par un assemblage de tôles 1 en acier, c'est-à-dire un matériau à très haute dureté, est recouverte à l'extérieur par des plaques de protection 2 dans un matériau très ductile, tel que l'aluminium. La flèche 6 représente la direction de déplacement d'un éventuel projectile.
Les deux couches 1, 2 de la structure sandwich sont maintenues écartées l'une de l'autre, en fixant de manière mécanique les plaques de protection 2 à distance de la carrosserie 1. La distance entre les deux couches est déterminée en fonction de la nature des projectiles à arrêter.
Cet écartement est obtenu à l'aide d' entretoises 7 qui sont par exemple soudées à la carrosserie 1. Pour la fixation des plaques de protection 2, ces entretoises sont par exemple percées par un taraudage pour recevoir des vis 5 de fixation des plaques de protection.
Les plaques de tôle 1 en acier constituant la carrosserie présentent une épaisseur de l'ordre de quelques millimètres. Les plaques de protection 2 en aluminium présentent une épaisseur de l'ordre de 10 mm ou davantage, selon le type de projectile à arrêter, et l'espacement de ces deux couches est de l'ordre d'une à plusieurs dizaines de millimètres, également selon le type de projectile à arrêter.
Comme la carrosserie 1 et les plaques de protection 2 sont dans des matériaux différents, l'ensemble subit une dilatation différentielle lors de changements de température. Au moins une partie des perçages réalisés pour le passage des vis 5, de préférence dans les plaques de protection 2, sont donc de forme oblongue.
De préférence, la carrosserie comprend des cornières 8 qui sont soudées par exemple par leur tranche, de préférence sur les bords des plaques de tôle 1 constituant la carrosserie. Ces cornières 8 comprennent chacune un perçage taraudé prévu pour recevoir une vis 9 de fixation d'une plaque de protection 2. Ces cornières permettent d'assurer la continuité électrique entre les plaques 1 de la carrosserie et les plaques de protection 2, à des fins d'antiparasitage. Elles sont de préférence flexibles pour autoriser des dilatations différentielles.
La liaison entre les deux couches 1, 2 de la structure est également de préférence élastique pour autoriser des dilatations différentielles. A cet effet, une couche élastique 10 est interposée entre l'entretoise 7' et la plaque de protection 2 (figure 2).
Cette couche élastique permet également d'amortir les vibrations générées par un impact de projectile et d'assurer une isolation du couple galvanique, tout en autorisant une tolérance de montage plus large.
Selon une variante préférée de l'invention telle que représentée sur la figure 3, les entretoises 13 présentent une forme tabulaire dont le perçage central est entièrement taraudé, les deux couches 1, 2 étant percées pour recevoir des vis 5', 11 qui viennent se visser de chaque côté de l'entretoise dans le perçage central.
Selon une autre variante de l'invention telle que représentée sur la figure 4, les entretoises 14 peuvent également présenter une forme tabulaire, les deux couches 1, 2 étant percées pour recevoir une seule vis 5" traversant successivement l'une des deux couches, l'entretoise, puis l'autre couche, pour se visser dans un écrou 12. Avantageusement, le perçage traversant les entretoises 14 est taraudé pour pouvoir fixer celles-ci sur la carrosserie avant de monter la plaque de protection 2.
La structure sandwich décrite ci-avant permet d'une manière très surprenante d'obtenir une protection notablement meilleure que lorsque les plaques de protection 2 sont disposées à l'intérieur de la carrosserie, et en particulier un rapport protection sur masse notablement plus élevé. En fait, la première barrière ductile (plaque de protection 2 en aluminium) fixée à distance de la carrosserie permet d'obtenir un effet de poutre qui absorbe une partie de l'énergie cinétique du projectile, tandis que la seconde barrière (les plaques de tôle 1 en acier de la carrosserie) à très haute dureté arrête le projectile qui a perdu une partie de son énergie.
Comme il n'y a pas d'équipements encombrants à l'extérieur du véhicule, les plaques de protection 2 peuvent recouvrir l'ensemble de la carrosserie du véhicule, ce qui permet d'obtenir une grande homogénéité de la protection.
En outre, la structure sandwich selon l'invention présente un coût de mise en œuvre notablement réduit par rapport aux solutions de l'art antérieur, car il n'est plus nécessaire de prévoir des plaques de protection contre les éclats, la carrosserie jouant ce rôle. En outre, la pose des plaques de protection 2 se trouve grandement simplifiée, car ces plaques peuvent être posées sans avoir à démonter d'éventuels équipements. Il en résulte qu'un véhicule blindé ayant subi des impacts, peut être réparé beaucoup plus rapidement par un simple échange des plaques de protection endommagées, qui sont montées à l'extérieur du véhicule, d'où une plus grande disponibilité opérationnelle des véhicules ainsi protégés.
L'invention permet également de simplifier d'une manière importante l'approvisionnement en éléments de protection car les plaques de protection en aluminium sont de simples plaques sans usinage particulier et présentant une épaisseur constante. Elles peuvent donc être obtenues auprès d'un nombre plus important de fabricants, que les plaques de protection de l'art antérieur qui présentent une forme spécifique adaptée à un type de véhicule.
Du fait de leur épaisseur constante et de leur grande ductilité, les plaques de protection peuvent en outre être facilement courbées, par exemple pour être adaptées aux formes d'une carrosserie de véhicule.
Les essais réalisés montrent que la structare sandwich décrite ci-avant est très efficace contre des projectiles perforants ayant une vitesse supérieure à 650 m/s.

Claims

REVENDICATIONS
1. Structure sandwich pour la protection d'une installation ou d'un équipement fixe ou mobile, ladite structure sandwich comprenant une couche intérieure (1) et une plaque extérieure (2) en un matériau très ductile, fixée à distance de la couche intérieure (1) et destinée à recevoir en premier des impacts de projectiles, la couche intérieure (1) étant réalisée en un matériau à très haute dureté pour arrêter les projectiles ayant traversé la première couche, caractérisée en ce que la plaque extérieure (2) présente une épaisseur constante et est fixée sur la couche intérieure (1) au moyen d'entretoises (7, 7', 13, 14).
2. Structure sandwich selon la revendication 1, caractérisée en ce que des éléments élastiques (10) sont interposés entre chaque entretoise (7') et la plaque extérieure (2) pour supporter des dilatations différentielles entre la plaque extérieure et la couche intérieure et amortir des vibrations générées par un impact.
3. Structure sandwich selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce qu'elle comprend des éléments conducteurs (8) disposés entre la plaque extérieure (2) et la couche intérieure (1) pour assurer la continuité électrique entre celles-ci.
4. Structure sandwich selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que l'espacement la plaque extérieure (2) et la couche intérieure (1) est de l'ordre de une à quelques dizaines de millimètres.
5. Structure sandwich selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que la couche intérieure (1) est en acier et la plaque extérieure (2) est en aluminium.
6. Structure sandwich selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que chacune de entretoises (7, 7', 13, 14) est munie d'un perçage taraudé pour recevoir une vis de fixation (5') de la plaque extérieure (2) sur l'entretoise.
7. Structure sandwich selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que chacune des entretoises (13) est munie d'un perçage taraudé pour recevoir une vis (11) de fixation de l'entretoise sur la couche intérieure (1) et une vis de fixation (5') de la plaque extérieure (2) sur l'entretoise.
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