Oklep je milijone let starejši od človeštva in se je razvil predvsem za zaščito pred čeljustmi in kremplji. Možno je, da bi krokodili in želve deloma navdihnili ljudi k ustvarjanju zaščitnih elementov. Vse orožje s kinetično energijo, naj bo to prazgodovinski klub ali oklepostrelni projektil, je zasnovano tako, da koncentrira veliko silo na majhnem območju, njegova naloga je prodreti v tarčo in ji nanesti največjo škodo. Posledično je naloga oklepa to preprečiti z odklonom ali uničenjem napadalnih sredstev in / ali razprševanjem udarne energije na čim večje območje, da se čim bolj zmanjša škoda na delovni sili, transportnih sistemih in strukturah, ki jih ščiti.
Sodobni oklep je običajno sestavljen iz trde zunanje plasti za zaustavitev, odklon ali uničenje izstrelka, vmesne plasti z zelo visokim "delom za lomljenje" in viskozne notranje plasti za preprečevanje razpok in naplavin.
Jeklo
Jeklo, ki je postalo prvi material, ki se je široko uporabljal pri ustvarjanju oklepnih vozil, je kljub pojavu oklepov na osnovi lahkih zlitin aluminija in titana, keramike, kompozitov s polimerno matrico, ojačanih s steklenimi vlakni, aramida, še vedno v povpraševanju in polietilena ultra visoke molekulske mase ter kompozitnih materialov s kovinsko matrico.
Številne jeklarne, vključno s SSAB, še naprej razvijajo jekla visoke trdnosti za različne aplikacije, ki so kritične do teže, na primer za dodatno oblogo. Blindirano jeklo razreda ARM OX 600T, na voljo v debelinah 4-20 mm, je na voljo z zajamčeno trdoto od 570 do 640 enot HBW (kratica za Hardness, Brinell, Wolfram; preskus, pri katerem se pritisne volframova krogla standardnega premera v vzorec materiala z znano silo, nato se meri premer nastale vdolbine; nato se ti parametri nadomestijo v formulo, ki vam omogoča, da dobite število enot trdote).
SSAB prav tako poudarja pomen doseganja pravega ravnovesja trdote in žilavosti za zaščito pred penetracijo in razpoko. Kot vsa jekla je tudi ARMOX 600T sestavljen iz železa, ogljika in številnih drugih zlitinskih komponent, vključno s silicijem, manganom, fosforjem, žveplom, kromom, nikljem, molibdenom in borom.
Uporabljene proizvodne tehnike imajo omejitve, zlasti kar zadeva temperaturo. To jeklo ni namenjeno dodatni toplotni obdelavi; če po dobavi segreje nad 170 ° C, SSAB ne more jamčiti za njegove lastnosti. Podjetja, ki se lahko izognejo tej vrsti omejitev, bodo verjetno pritegnila pozorni nadzor proizvajalcev oklepnih vozil.
Drugo švedsko podjetje Deform proizvajalcem oklepnih vozil, še posebej tistim, ki želijo izboljšati zaščito komercialnih / civilnih vozil, ponuja vroče oblikovane dele, odporne na krogle.
Enodelni požarni zidovi Deform so vgrajeni v Nissan PATROL 4x4, minibus Volkswagen T6 TRANSPORTER in tovornjak Isuzu D-MAX skupaj s trdno talno ploščo iz istega materiala. Postopek vročega oblikovanja, ki ga je razvil Deform in se uporablja pri proizvodnji pločevine, ohranja trdoto 600HB [HBW].
Družba trdi, da lahko obnovi lastnosti vseh oklepnih jekel na trgu, hkrati pa ohrani strukturno določeno obliko, nastali deli pa so veliko boljši od tradicionalnih varjenih in delno prekrivajočih se konstrukcij. Pri metodi, ki jo je razvil Deform, se pločevine po vročem kovanju kalijo in kalijo. Zahvaljujoč temu postopku je mogoče dobiti tridimenzionalne oblike, ki jih s hladnim oblikovanjem ni mogoče dobiti brez obveznih v takih primerih "zvarov, ki kršijo celovitost kritičnih točk".
Deformirane vroče oblikovane jeklene pločevine so bile uporabljene v sistemih BAE Systems BVS-10 in CV90 ter od zgodnjih devetdesetih let prejšnjega stoletja na številnih strojih Kraus-Maffei Wegmann (KMW). Prihajajo naročila za proizvodnjo tridimenzionalnih oklepnih plošč za rezervoar LEOPARD 2 in več oblikovanih plošč za vozila BOXER in PUMA ter za več vozil Rheinmetall, vključno spet BOXER, pa tudi loputo za vozilo WIESEL. Deform deluje tudi z drugimi zaščitnimi materiali, vključno z aluminijem, kevlarjem / aramidom in titanom.
Napredek aluminija
Kar zadeva oklepna vozila, se je aluminijasti oklep prvič široko uporabljal pri izdelavi oklepnega transporterja M113, ki se proizvaja od leta 1960. To je bila zlitina z oznako 5083, ki je vsebovala 4,5% magnezija in veliko manjše količine mangana, železa, bakra, ogljika, cinka, kroma, titana in drugih. Čeprav 5083 ohrani trdnost tudi po varjenju, ni toplotno obdelana zlitina. Nima tako dobre odpornosti proti 7,62-milimetrskim oklepnim kroglam, vendar, kot so potrdili uradni testi, ustavi 14,5-milimetrske oklepne krogle v sovjetskem slogu bolje kot jeklo, hkrati pa prihrani težo in doda želeno moč. Za to raven zaščite je aluminijasta pločevina debelejša in 9 -krat močnejša od jekla z manjšo gostoto 265 r / cm3, kar ima za posledico zmanjšanje teže konstrukcije.
Proizvajalci oklepnih vozil so kmalu začeli zahtevati lažje, bolj balistično močnejše, varljive in toplotno obdelane aluminijaste oklepe, kar je privedlo do razvoja podjetja Alcan leta 7039 in kasneje 7017, oboje z višjo vsebnostjo cinka.
Tako kot pri jeklu lahko žigosanje in naknadna montaža negativno vplivata na zaščitne lastnosti aluminija. Pri varjenju se toplotno prizadeta območja zmehčajo, vendar se njihova moč delno obnovi zaradi utrjevanja med naravnim staranjem. Struktura kovine se spreminja v ozkih conah blizu zvara, kar ustvarja velike preostale napetosti v primeru napak pri varjenju in / ali montaži. Zato bi jih morale proizvodne tehnike čim bolj zmanjšati, hkrati pa je treba zmanjšati tudi tveganje korozijske razpoke zaradi napetosti, še posebej, če je predvidena življenjska doba stroja več kot tri desetletja.
Stresno korozijsko razpokanje je proces nastanka in rasti razpok v korozivnem okolju, ki se s povečevanjem števila zlitinskih elementov ponavadi poslabša. Nastanek razpok in njihova kasnejša rast sta posledica difuzije vodika vzdolž meja zrn.
Določanje dovzetnosti za razpoke se začne z ekstrakcijo majhne količine elektrolita iz razpok in njegovo analizo. Preskusi korozije z nizko stopnjo naprezanja se izvajajo, da se ugotovi, kako močno je bila določena zlitina poškodovana. Do mehanskega raztezanja dveh vzorcev (enega v korozivnem okolju, drugega v suhem zraku) pa pride do odpovedi, nato pa se primerja plastična deformacija na mestu zloma - bolj ko se vzorec raztegne do odpovedi, tem bolje.
Odpornost proti razpokanju zaradi korozijske napetosti se lahko med obdelavo izboljša. Na primer, glede na Total Materia, ki se imenuje "največja zbirka materialov na svetu", je Alcan izboljšal zmogljivost 7017 pri pospešenih preskusih razpokanja zaradi korozijske napetosti za 40 -krat. Dobljeni rezultati omogočajo tudi razvoj metod korozijske zaščite za cone varjenih konstrukcij, pri katerih se je težko izogniti preostalim napetostim. V teku so raziskave, namenjene izboljšanju zlitin za optimizacijo elektrokemičnih lastnosti varjenih spojev. Delo na novih toplotno obdelanih zlitinah se osredotoča na izboljšanje njihove trdnosti in odpornosti proti koroziji, medtem ko je delo na zlitinah, ki niso toplotno obdelane, odpraviti omejitve, ki jih nalagajo zahteve varljivosti. Najtrši materiali v razvoju bodo 50% močnejši od najboljšega aluminijastega oklepa, ki se uporablja danes.
Zlitine z nizko gostoto, kot je litijev aluminij, ponujajo približno 10% prihranka teže v primerjavi s prejšnjimi zlitinami s primerljivo odpornostjo na krogle, čeprav balistične zmogljivosti še ni treba v celoti ovrednotiti glede na Total Materia.
Izboljšajo se tudi varilne metode, tudi robotske. Med nalogami, ki jih je treba rešiti, so zmanjšanje oskrbe s toploto, stabilnejši varilni lok zaradi izboljšanja sistemov oskrbe z energijo in žico ter spremljanje in nadzor procesa s strani strokovnih sistemov.
MTL Advanced Materials je v sodelovanju z družbo ALCOA Defense, priznanim proizvajalcem aluminijastih oklepnih plošč, razvil, kar podjetje opisuje kot "zanesljiv in ponovljiv postopek hladnega oblikovanja". Družba ugotavlja, da aluminijeve zlitine, razvite za oklep, niso bile oblikovane za hladno oblikovanje, kar pomeni, da bi moral novi postopek pomagati pri izogibanju običajnim načinom okvar, vključno z razpokanjem. Končni cilj je omogočiti oblikovalcem strojev, da zmanjšajo potrebo po varjenju in zmanjšajo število delov, navaja podjetje. Zmanjšanje obsega varjenja, poudarja podjetje, povečuje strukturno moč in zaščito posadke, hkrati pa zmanjšuje proizvodne stroške. Začelo se je z dobro preverjeno zlitino 5083-H131, podjetje pa je razvilo postopek za hladno oblikovane dele z upogibnim kotom 90 stopinj vzdolž in čez zrna, nato pa prešlo na bolj zapletene materiale, na primer zlitine 7017, 7020 in 7085, dosega tudi dobre rezultate.
Keramika in kompoziti
Pred nekaj leti je Morgan Advanced Materials napovedal razvoj več oklepnih sistemov SAMAS, ki so bili sestavljeni iz kombinacije napredne keramike in strukturnih kompozitov. Linija izdelkov vključuje oklepe na tečajih, podloge proti drobljenju, kapsule za preživetje iz strukturnih kompozitov za zamenjavo kovinskih trupov in zaščito modulov orožja, tako nastanjenih kot nenaseljenih. Vse jih je mogoče prilagoditi posebnim zahtevam ali izdelati po naročilu.
Zagotavlja stopnjo zaščite STANAG 4569 2-6, skupaj z zmogljivostmi z več udarci in prihrankom teže (podjetje trdi, da ti sistemi tehtajo polovico manj kot podobni jekleni izdelki), in se prilagaja posebnim grožnjam, platformam in misijam. … Obloge proti drobljenju so lahko izdelane iz ravnih plošč, ki tehtajo 12,3 kg in pokrivajo površino 0,36 m2 (približno 34 kg / m2), ali trdne armature, težke 12,8 kg, za 0,55 m2 (približno 23,2 kg / m2).
Po mnenju Morgan Advanced Materials dodatni oklep, namenjen novim in posodobitvi obstoječih platform, ponuja enake zmogljivosti pri polovici teže. Patentirani sistem zagotavlja največjo zaščito pred številnimi grožnjami, vključno z orožjem malega in srednjega kalibra, improviziranimi eksplozivnimi napravami (IED) in raketnimi granatami ter zmogljivostmi z več udarci.
"Polstrukturni" oklepni sistem z dobro odpornostjo proti koroziji je na voljo za orožne module (poleg uporabe v zraku in na morju) in poleg prihranka teže in zmanjšanja težav s težiščem, za razliko od jekla, ustvarja manj težav z elektromagnetno združljivostjo.
Poseben problem je zaščita orožnih modulov, saj so privlačna tarča, saj njihovo onemogočanje močno poslabša obvladovanje posadke nad situacijo in sposobnost vozila, da se spopade z bližnjimi grožnjami. Imajo tudi občutljivo optoelektroniko in ranljive elektromotorje. Ker so običajno nameščeni na vrhu vozila, mora biti oklep lahek, da bo težišče čim nižje.
Sistem zaščite orožnih modulov, ki lahko vključuje oklepno steklo in zaščito zgornjega dela, je popolnoma zložljiv, dve osebi ga lahko ponovno sestavita v 90 sekundah. Sestavljene kapsule za preživetje so narejene iz tega, kar podjetje opisuje kot "edinstvene trpežne materiale in polimerne formulacije", zagotavljajo zaščito pred šrapneli in jih je mogoče popraviti na terenu.
Zaščita vojakov
SPS (Soldier Protection System), ki ga je razvil 3M Ceradyne, vključuje čelade in vložke v oklepu za integriran sistem zaščite glave (IHPS) in VTP (Vital Torso Protection) - komponente ESAPI (Enhanced Small Arms Protective Insert) - izboljšan vložek za zaščito pred osebno orožje) sistema SPS.
Zahteve IHPS vključujejo manjšo težo, pasivno zaščito sluha in izboljšano zaščito pred tupim udarcem. Sistem vključuje tudi dodatke, kot je komponenta za zaščito spodnje čeljusti vojaka, zaščitni vizir, nosilec za očala za nočno opazovanje, vodila za na primer svetilko in kamero ter dodatno modularno zaščito pred naboji. Pogodba, vredna več kot 7 milijonov dolarjev, predvideva dobavo približno 5.300 čelad. Medtem bo po pogodbi v vrednosti 36 milijonov dolarjev dobavljenih več kot 30.000 kompletov ESAPI - lažjih vložkov za oklep. Proizvodnja obeh kompletov se je začela leta 2017.
Tudi v okviru programa SPS je KDH Defense izbrala Honeywellova materiala SPECTRA SHIELD in GOLD SHIELD za pet podsistemov, vključno s podsistemom Torso and Extremity Protection (TEP), ki bo dobavljen za projekt SPS. Zaščitni sistem TEP je 26% lažji, kar na koncu zmanjša težo sistema SPS za 10%. KDH bo v svojih izdelkih za ta sistem uporabljal SPECTRA SHIELD, ki temelji na UHMWPE vlaknih, in GOLD SHIELD, ki temelji na aramidnih vlaknih.
SPECTRA vlakna
Honeywell uporablja lastniški postopek predenja in vlečenja polimernih vlaken za vdelavo surovine UHMWPE v vlakna SPECTRA. Ta material je glede na težo 10 -krat močnejši od jekla, njegova specifična trdnost je 40% večja kot pri aramidnih vlaknih, ima višjo tališče kot standardni polietilen (150 ° C) in večjo odpornost proti obrabi v primerjavi z drugimi polimeri, za na primer poliester.
Močan in tog material SPECTRA kaže velike deformacije pri lomu, to je, da se pred lomom zelo močno raztegne; ta lastnost omogoča absorpcijo velike količine udarne energije. Honeywell trdi, da se kompoziti iz vlaken SPECTRA zelo dobro obnesejo pri visokih hitrostih, kot so naboji pušk in udarni valovi. Po navedbah podjetja: »Naše napredno vlakno se na udar odzove tako, da hitro odstrani kinetično energijo iz območja udarca … ima tudi dobro dušenje vibracij, dobro odpornost na ponavljajoče se deformacije in odlične lastnosti notranjega trenja vlaken skupaj z odlično odpornostjo na kemikalije, vodo in UV svetlobo."
V svoji tehnologiji SHIELD Honeywell širi vzporedne pramene vlaken in jih povezuje tako, da jih impregnira z napredno smolo, da ustvari enosmerni trak. Nato so plasti tega traku postavljene navzkrižno pod želenimi koti in pri dani temperaturi in tlaku, spajkane v kompozitno strukturo. Za mehke nosljive aplikacije je laminiran med dvema plastema tanke in prožne prozorne folije. Ker vlakna ostanejo ravna in vzporedna, učinkoviteje odvajajo udarno energijo, kot če bi bila tkana v tkanino.
Short Bark Industries uporablja tudi SPECTRA SHIELD v telesni straži BCS (Ballistic Combat Shirt) za sistem SPS TEP. Short Bark je specializirano za mehko zaščito, taktična oblačila in dodatke.
Po Honeywellovih besedah so vojaki izbrali zaščitne elemente iz teh materialov, potem ko so pokazali boljše zmogljivosti v primerjavi s svojimi kolegi iz aramidnih vlaken.
