Rustning är miljontals år äldre än mänskligheten, och den utvecklades främst för att skydda mot käkar och klor. Det är möjligt att krokodiler och sköldpaddor delvis kan inspirera människor att skapa skyddande element. Alla rörelser för rörelseenergi, vare sig det är en förhistorisk klubba eller en pansargenomträngande projektil, är utformade för att koncentrera stor kraft i ett litet område, dess uppgift är att tränga in i målet och orsaka maximal skada på det. Följaktligen är rustningens uppgift att förhindra detta genom att avleda eller förstöra angreppsmedlen och / eller sprida slagkraften över ett så stort område som möjligt för att minimera eventuella skador på arbetskraft, transportsystem och strukturer som den skyddar.
Modern rustning består vanligtvis av ett hårt yttre lager för att stoppa, avböja eller förstöra projektilen, ett mellanlager med ett mycket högt "arbete att bryta" och ett visköst inre lager för att förhindra sprickor och skräp.
Stål
Stål, som blev det första materialet som ofta används vid skapandet av pansarfordon, är fortfarande efterfrågat, trots framväxten av rustningar baserade på lätta legeringar av aluminium och titan, keramik, kompositer med en polymermatris, förstärkta med glasfibrer, aramid och polyeten med ultrahög molekylvikt, liksom kompositmaterial med en metallmatris.
Många stålverk, inklusive SSAB, fortsätter att utveckla höghållfasta stål för en mängd viktkritiska applikationer, till exempel ytterligare mantel. Armerad stålkvalitet ARM OX 600T, tillgänglig i tjocklekar på 4-20 mm, finns med en garanterad hårdhet på 570 till 640 HBW-enheter (förkortning för Hardness, Brinell, Wolfram; ett test där en volframkula med en standarddiameter pressas in i ett materialprov med en känd kraft, sedan mäts diametern på den bildade urtagningen; sedan ersätts dessa parametrar i formeln, vilket gör att du kan få antalet hårdhetsenheter).
SSAB betonar också vikten av att uppnå rätt balans mellan hårdhet och seghet för penetration och sprängskydd. Liksom alla stål består ARMOX 600T av järn, kol och ett antal andra legeringskomponenter inklusive kisel, mangan, fosfor, svavel, krom, nickel, molybden och bor.
Det finns begränsningar för tillverkningstekniker som används, särskilt när det gäller temperatur. Detta stål är inte avsett för ytterligare värmebehandling; vid uppvärmning över 170 ° C efter leverans kan SSAB inte garantera dess egenskaper. Företag som kan komma runt denna typ av begränsningar kommer sannolikt att locka till sig noggrannhet hos tillverkare av pansarfordon.
Ett annat svenskt företag, Deform, erbjuder skottsäkra pansarstål varmformade delar till tillverkare av pansarfordon, särskilt de som vill förbättra skyddet för kommersiella / civila fordon.
Enstaka Deform-brandväggar installeras i Nissan PATROL 4x4, Volkswagen T6 TRANSPORTER minibuss och Isuzu D-MAX pickup, tillsammans med en solid golvplåt av samma material. Den hetformningsprocessen som utvecklats av Deform och används vid plåtframställning håller en hårdhet på 600HB [HBW].
Företaget hävdar att det kan återställa egenskaperna hos alla rustningsstål på marknaden samtidigt som de bibehåller en strukturellt definierad form, medan de resulterande delarna är mycket bättre än traditionella svetsade och delvis överlappande strukturer. I metoden som utvecklats av Deform släcks och tempereras arken efter varm smide. Tack vare denna process är det möjligt att få tredimensionella former som inte kan erhållas genom kallformning utan det obligatoriska i sådana fall "svetsar som kränker integriteten hos de kritiska punkterna."
Deforma varmformade stålplåtar har använts på BAE Systems BVS-10 och CV90 och sedan början av 1990-talet på många Kraus-Maffei Wegmann (KMW) maskiner. Beställningar kommer in för tillverkning av tredimensionella pansarplattor för LEOPARD 2-tanken och flera formade plattor för BOXER- och PUMA-fordonen, plus för flera Rheinmetall-fordon, inklusive igen BOXER, samt en lucka för WIESEL-fordonet. Deform fungerar också med andra skyddande material, inklusive aluminium, kevlar / aramid och titan.
Aluminium framsteg
När det gäller pansarfordon användes aluminiumpansar för första gången i stor utsträckning vid tillverkningen av pansarbäraren M113, som har tillverkats sedan 1960. Det var en legering, betecknad 5083, innehållande 4,5% magnesium och mycket mindre mängder mangan, järn, koppar, kol, zink, krom, titan och andra. Även om 5083 behåller sin styrka väl efter svetsning, är det inte en värmebehandlingsbar legering. Den har inte lika bra motståndskraft mot 7,62 mm pansargenomträngande kulor, men som officiella tester bekräftar stoppar den 14,5 mm rustningspenningskulor i sovjetisk stil bättre än stål, samtidigt som den sparar vikt och lägger till önskad styrka. För denna skyddsnivå är aluminiumplåten tjockare och 9 gånger starkare än stål med en lägre densitet på 265 r / cm3, vilket resulterar i en minskning av konstruktionens vikt.
Pansarfordonstillverkare började snart begära lättare, mer ballistiskt starkare, svetsbar och värmebehandlingsbar aluminiumpansar, vilket ledde till Alcans utveckling av 7039 och senare 7017, båda med högre zinkhalt.
Som med stål kan stämpling och efterföljande montering påverka aluminiumets skyddande egenskaper negativt. Vid svetsning mjuknar de värmepåverkade zonerna, men deras styrka återställs delvis på grund av härdning under naturligt åldrande. Metallens struktur förändras i smala zoner nära svetsen, vilket skapar stora restspänningar vid svets- och / eller monteringsfel. Följaktligen bör tillverkningstekniker minimera dem, medan risken för spänningskorrosionssprickor också bör minimeras, särskilt när maskinens konstruktionstid förväntas vara mer än tre decennier.
Spänningskorrosionssprickor är en process med utseende och tillväxt av sprickor i en korrosiv miljö, som tenderar att försämras när antalet legeringselement ökar. Sprickbildning och deras efterföljande tillväxt sker som ett resultat av spridning av väte längs korngränserna.
Bestämning av mottaglighet för sprickbildning börjar med extraktion av en liten mängd elektrolyt från sprickorna och dess analys. Spänningskorrosionstester med låg töjningshastighet utförs för att avgöra hur illa en viss legering har skadats. Mekanisk sträckning av två prover (ett i en korrosiv miljö och det andra i torr luft) sker tills de misslyckas och sedan jämförs plastdeformationen vid sprickstället - ju mer provet sträcks till fel, desto bättre.
Motståndet mot spänningskorrosionssprickor kan förbättras under bearbetningen. Till exempel, enligt Total Materia, som kallar sig "världens största materialdatabas", har Alcan förbättrat 7017: s prestanda i tester för accelererad spänningskorrosion med 40 gånger. De erhållna resultaten gör det också möjligt att utveckla metoder för korrosionsskydd för zoner i svetsade strukturer, där det är svårt att undvika kvarvarande spänningar. Forskning som syftar till att förbättra legeringar för att optimera de elektrokemiska egenskaperna hos svetsade skarvar pågår. Arbetet med nya värmebehandlingsbara legeringar fokuserar på att förbättra deras hållfasthet och korrosionsbeständighet, medan arbete med icke värmebehandlingsbara legeringar syftar till att ta bort de begränsningar som ställs av svetsbarhetskraven. De tuffaste materialen i utvecklingen kommer att vara 50% starkare än den bästa aluminiumpansar som används idag.
Lågdensitetslegeringar som litiumaluminium ger cirka 10% viktbesparingar jämfört med tidigare legeringar med jämförbart kulmotstånd, även om ballistisk prestanda ännu inte har utvärderats fullt ut enligt Total Materia.
Svetsmetoder, inklusive robotiska, förbättras också. Bland de uppgifter som ska lösas är minimering av värmetillförseln, en mer stabil svetsbåge på grund av förbättring av energi- och trådförsörjningssystem, samt övervakning och kontroll av processen av expertsystem.
MTL Advanced Materials arbetade med ALCOA Defense, en känd tillverkare av pansarplåtar i aluminium, för att utveckla det som företaget beskriver som en "pålitlig och repeterbar kallformningsprocess." Företaget noterar att aluminiumlegeringarna som utvecklats för rustningstillämpningar inte var avsedda för kallformning, vilket innebär att dess nya process bör hjälpa till att undvika vanliga misslyckanden, inklusive sprickbildning. Det yttersta målet är att göra det möjligt för maskindesigners att minimera behovet av svetsning och minska antalet delar, enligt företaget. Genom att minska svetsvolymen, framhåller företaget, ökar strukturstyrkan och besättningsskyddet samtidigt som produktionskostnaderna minskar. Från och med den väl beprövade legeringen 5083-H131 utvecklade företaget en process för kallformande delar med en 90-graders böjningsvinkel längs och över kornen och gick sedan vidare till mer komplexa material, till exempel legeringar 7017, 7020 och 7085, också uppnå goda resultat.
Keramik och kompositer
För flera år sedan tillkännagav Morgan Advanced Materials utvecklingen av flera SAMAS rustningssystem, som bestod av en kombination av avancerad keramik och strukturella kompositer. Produktserien inkluderar gångjärnspansar, antifragmenteringsfoder, kapslar för överlevnad av strukturella kompositer för att byta metallskrov och skydda vapenmoduler, både bebodda och obebodda. Alla kan anpassas efter specifika krav eller göras på beställning.
Ger STANAG 4569 nivå 2-6-skydd, tillsammans med prestanda och viktbesparingar med flera effekter (företaget hävdar att dessa system väger hälften så mycket som liknande stålprodukter) och anpassar sig till specifika hot, plattformar och uppdrag. … Antisplinterfoder kan tillverkas av platta paneler som väger 12,3 kg för att täcka en yta på 0,36 m2 (cirka 34 kg / m2) eller massiva beslag som väger 12,8 kg för 0,55 m2 (cirka 23,2 kg / m2).
Enligt Morgan Advanced Materials erbjuder ytterligare rustningar avsedda för ny och modernisering av befintliga plattformar samma funktioner till halva vikten. Det patenterade systemet ger maximalt skydd mot ett brett spektrum av hot, inklusive små och medelstora kalibervapen, improviserade explosiva enheter (IED) och raketdrivna granater, samt prestanda med flera slag.
Ett "halvkonstruerat" rustningssystem med god korrosionsbeständighet erbjuds för vapenmoduler (förutom luft- och havsapplikationer), och tillsammans med att spara vikt och minimera problem med tyngdpunkten, till skillnad från stål, skapar det färre problem med elektromagnetisk kompatibilitet.
Skyddet av vapenmoduler är ett särskilt problem, eftersom de är ett attraktivt mål, eftersom deras funktionshinder drastiskt försämrar besättningens kommando över situationen och fordonets förmåga att hantera närliggande hot. De har också känslig optoelektronik och sårbara elmotorer. Eftersom de vanligtvis är installerade högst upp på fordonet, bör rustningen vara lätt för att hålla tyngdpunkten så låg som möjligt.
Systemet för skydd av vapenmoduler, som kan innefatta pansarglas och skydd av den övre delen, är helt hopfällbart, två personer kan sätta ihop det igen på 90 sekunder. Kompositöverlevnadskapslar är tillverkade av vad företaget beskriver som "unika tuffa material och polymerformuleringar", de ger granatsäkring och kan repareras på fältet.
Soldatskydd
SPS (Soldier Protection System) som utvecklats av 3M Ceradyne inkluderar hjälmar och insatser i kroppspansar för Integrated Head Protection System (IHPS) och VTP (Vital Torso Protection) - ESAPI (Enhanced Small Arms Protective Insert) komponenter - förbättrad insats för skydd mot små armar) i SPS -systemet.
IHPS -krav inkluderar lättare vikt, passivt hörselskydd och förbättrat trubbigt stötskydd. Systemet innehåller också tillbehör som en komponent för att skydda underkäken hos en soldat, ett skyddsvisir, ett fäste för mörkerseende, glasögon för till exempel ficklampa och kamera och ytterligare modulärt kullskydd. Kontraktet, värt mer än 7 miljoner dollar, ger leverans av cirka 5 300 hjälmar. Under tiden kommer mer än 30 000 ESAPI -kit - lättare insatser för kroppspansar - att levereras enligt kontraktet på 36 miljoner dollar. Produktionen av båda dessa kit började 2017.
Under SPS -programmet valde KDH Defense också Honeywells SPECTRA SHIELD- och GOLD SHIELD -material för fem delsystem, inklusive delsystemet Torso och Extremity Protection (TEP) som ska levereras för SPS -projektet. TEP -skyddssystemet är 26% lättare, vilket i slutändan minskar SPS -systemets vikt med 10%. KDH kommer att använda SPECTRA SHIELD, som är baserat på UHMWPE -fiber, och GOLD SHIELD, baserat på aramidfibrer, i sina egna produkter för detta system.
SPECTRA fiber
Honeywell använder en proprietär polymerfiber -spinn- och ritprocess för att bädda in UHMWPE -råmaterial i SPECTRA -fiber. Detta material är 10 gånger starkare än stål när det gäller vikt, dess specifika hållfasthet är 40% högre än aramidfiber, det har en högre smältpunkt än standardpolyeten (150 ° C) och större slitstyrka jämfört med andra polymerer, för exempelvis polyester.
Det starka och styva SPECTRA -materialet uppvisar hög deformation vid brott, det vill säga att det sträcker sig mycket starkt innan det bryts; denna egenskap gör att en stor mängd slagkraft kan absorberas. Honeywell hävdar att SPECTRA -fiberkompositer fungerar mycket bra under höghastighetspåverkan som gevärskulor och chockvågor. Enligt företaget, "Vår avancerade fiber reagerar på stötar genom att snabbt ta bort kinetisk energi från nedslagszonen … den har också bra vibrationsdämpning, bra motståndskraft mot upprepade deformationer och utmärkta inre friktionsegenskaper hos fibrerna tillsammans med utmärkt motståndskraft mot kemikalier, vatten och UV -ljus."
I SHIELD -tekniken sprider Honeywell parallella fibrer och binder ihop dem genom att impregnera dem med ett avancerat harts för att skapa ett enriktat band. Sedan placeras lagren av denna tejp tvärs i önskade vinklar och vid en given temperatur och tryck, lödda i en sammansatt struktur. För mjuka bärbara applikationer lamineras den mellan två lager tunn och flexibel transparent film. Eftersom fibrerna förblir raka och parallella sprider de slagkraften mer effektivt än om de skulle vävas i ett vävt tyg.
Short Bark Industries använder också SPECTRA SHIELD i BCS (Ballistic Combat Shirt) bodyguard för SPS TEP -systemet. Short Bark är specialiserat på mjukt skydd, taktiska kläder och tillbehör.
Enligt Honeywell valde soldater skyddselement tillverkade av dessa material efter att de visat överlägsen prestanda jämfört med sina aramidfibrer.
