زره میلیون ها سال از بشریت قدیمی تر است و عمدتا برای محافظت در برابر فک و پنجه توسعه یافته است. این امکان وجود دارد که تمساح ها و لاک پشت ها تا حدی به انسان ها الهام بخشند تا عناصر محافظ ایجاد کنند. همه سلاح های انرژی جنبشی ، اعم از چوب ماقبل تاریخ یا پرتابه زره ، برای متمرکز کردن نیروی زیاد در یک منطقه کوچک طراحی شده اند ، وظیفه آن نفوذ به هدف و وارد آوردن حداکثر آسیب به آن است. در نتیجه ، وظیفه زره پوش این است که با انحراف یا از بین بردن وسایل حمله و / یا پراکندگی انرژی ضربه در یک منطقه وسیع تا حد ممکن به منظور جلوگیری از این امر به منظور به حداقل رساندن هرگونه آسیب به نیروی انسانی ، سیستم های حمل و نقل و سازه هایی که از آن محافظت می کند جلوگیری کند.
زره مدرن به طور معمول شامل یک لایه بیرونی سخت برای متوقف کردن ، انحراف یا از بین بردن پرتابه ، یک لایه میانی با "کار برای شکستن" بسیار بالا و یک لایه داخلی چسبناک برای جلوگیری از ترک و آوار است.
فولاد
فولاد ، که اولین ماده ای بود که به طور گسترده در ایجاد وسایل نقلیه زرهی مورد استفاده قرار گرفت ، با وجود ظهور زره بر اساس آلیاژهای سبک آلومینیوم و تیتانیوم ، سرامیک ، کامپوزیت با ماتریس پلیمری ، تقویت شده با الیاف شیشه ، آرامید ، هنوز مورد تقاضا است. و پلی اتیلن با وزن مولکولی فوق العاده بالا و همچنین مواد کامپوزیتی با ماتریس فلزی.
بسیاری از کارخانه های فولاد ، از جمله SSAB ، به توسعه فولادهای با استحکام بالا برای انواع کاربردهای مهم وزن مانند روکش اضافی ادامه می دهند. فولاد زرهی ARM OX 600T ، با ضخامت 4-20 میلی متر ، با سختی ضمانت شده 570 تا 640 واحد HBW در دسترس است (مخفف Hardness، Brinell، Wolfram ؛ آزمایشی که در آن یک توپ تنگستن با قطر استاندارد فشار داده می شود. به یک نمونه از مواد با نیروی شناخته شده ، سپس قطر حفره تشکیل شده اندازه گیری می شود ؛ سپس این پارامترها در فرمول جایگزین می شوند ، که به شما امکان می دهد تعداد واحدهای سختی را بدست آورید).
SSAB همچنین بر اهمیت دستیابی به تعادل مناسب سختی و چقرمگی برای نفوذ و حفاظت از پشت سر هم تأکید می کند. مانند همه فولادها ، ARMOX 600T از آهن ، کربن و تعدادی دیگر از اجزای آلیاژی شامل سیلیکون ، منگنز ، فسفر ، گوگرد ، کروم ، نیکل ، مولیبدن و بور تشکیل شده است.
محدودیت هایی در تکنیک های تولید مورد استفاده وجود دارد ، به ویژه در مورد درجه حرارت. این فولاد برای عملیات حرارتی اضافی در نظر گرفته نشده است ؛ اگر بعد از تحویل در دمای 170 درجه سانتیگراد گرم شود ، SSAB نمی تواند خواص آن را تضمین کند. احتمالاً شرکت هایی که می توانند از این نوع محدودیت ها عبور کنند ، مورد توجه دقیق تولیدکنندگان خودروهای زرهی قرار خواهند گرفت.
یکی دیگر از شرکتهای سوئدی ، Deform ، قطعات فولادی زره مقاوم در برابر گلوله را به تولیدکنندگان خودروهای زرهی ، به ویژه کسانی که به دنبال بهبود حفاظت از وسایل نقلیه تجاری یا غیرنظامی هستند ، ارائه می دهد.
فایروال های یک تکه Deform در نیسان PATROL 4x4 ، مینی بوس فولکس واگن T6 TRANSPORTER و وانت Isuzu D-MAX به همراه یک ورق کف جامد از همان مواد نصب شده است. فرآیند شکل دهی داغ که توسط Deform توسعه یافته و در تولید ورق استفاده می شود ، سختی 600HB [HBW] را حفظ می کند.
این شرکت ادعا می کند که می تواند با حفظ شکل مشخص ساختار ، فولاد زرهی موجود در بازار را بازیابی کند ، در حالی که قطعات حاصله بسیار برتر از سازه های جوش داده شده سنتی و تا حدی همپوشانی هستند. در روش توسعه داده شده توسط دفورم ، ورقها پس از جعل داغ خاموش و سفت می شوند. با تشکر از این فرایند ، می توان اشکال سه بعدی را بدست آورد که با تشکیل سرد بدون اجباری در چنین مواردی "جوش هایی که یکپارچگی نقاط بحرانی را نقض می کنند" امکان پذیر است.
ورق های فولادی با شکل گرم در BAE Systems BVS-10 و CV90 و از اوایل دهه 1990 در بسیاری از ماشین آلات Kraus-Maffei Wegmann (KMW) استفاده می شود. سفارشاتی برای تولید صفحات زرهی سه بعدی برای تانک LEOPARD 2 و چندین صفحه شکل برای خودروهای BOXER و PUMA ، به علاوه برای چندین خودرو Rheinmetall ، از جمله دوباره BOXER ، و همچنین دریچه ای برای وسیله نقلیه WIESEL ، در حال سفارش است. Deform همچنین با سایر مواد محافظتی از جمله آلومینیوم ، kevlar / aramid و تیتانیوم کار می کند.
پیشرفت آلومینیوم
در مورد وسایل نقلیه زرهی ، برای اولین بار زره آلومینیومی به طور گسترده ای در ساخت نفربر زرهی M113 مورد استفاده قرار گرفت ، که از سال 1960 تولید می شود. این آلیاژ با نام 5083 ، حاوی 4.5 درصد منیزیم و مقادیر بسیار کمتر منگنز ، آهن ، مس ، کربن ، روی ، کروم ، تیتانیوم و سایر مواد بود. اگرچه 5083 استحکام خود را پس از جوشکاری به خوبی حفظ می کند ، اما آلیاژ حرارتی نیست. این گلوله مقاومت چندانی در برابر گلوله های 7.62 میلی متری زرهی ندارد ، اما همانطور که آزمایشات رسمی تأیید کرد ، گلوله های 14.5 میلی متری زره پوش شوروی را بهتر از فولاد متوقف می کند ، در حالی که وزن را کاهش می دهد و استحکام مورد نظر را افزایش می دهد. برای این سطح حفاظت ، ورق آلومینیوم ضخیم تر و 9 برابر قوی تر از فولاد با چگالی کمتر 265 r / cm3 است که منجر به کاهش وزن سازه می شود.
تولیدکنندگان خودروهای زرهی به زودی درخواست زره آلومینیومی سبک تر ، قوی تر ، قابل جوشکاری و عملیات حرارتی کردند ، که منجر به توسعه Alcan در سال 7039 و بعداً 7017 ، هر دو با محتوای روی بیشتر شد.
مانند فولاد ، مهر زنی و مونتاژ بعدی می تواند بر ویژگی های محافظتی آلومینیوم تأثیر منفی بگذارد. هنگام جوشکاری ، مناطق تحت تأثیر حرارت نرم می شوند ، اما به دلیل سخت شدن در طول پیری طبیعی ، قدرت آنها تا حدی بازیابی می شود. ساختار فلز در نواحی باریک نزدیک جوش تغییر می کند و در صورت بروز خطاهای جوشکاری و / یا مونتاژ ، تنش های باقیمانده زیادی ایجاد می کند. در نتیجه ، تکنیک های تولید باید آنها را به حداقل برساند ، در حالی که خطر ترک خوردگی تنش نیز باید به حداقل برسد ، به ویژه هنگامی که عمر طراحی ماشین بیش از سه دهه پیش بینی می شود.
ترک خوردگی تنشی فرآیندی است برای ظاهر شدن و رشد ترک ها در محیط خورنده ، که با افزایش تعداد عناصر آلیاژی رو به زوال می رود. تشکیل ترک و رشد بعدی آنها در نتیجه انتشار هیدروژن در امتداد مرز دانه رخ می دهد.
تعیین حساسیت به ترک خوردگی با استخراج مقدار کمی الکترولیت از ترک ها و تجزیه و تحلیل آن آغاز می شود. آزمایش های خوردگی تنش با نرخ کرنش پایین برای تعیین میزان آسیب شدید یک آلیاژ خاص انجام می شود. کشش مکانیکی دو نمونه (یکی در محیط خورنده و دیگری در هوای خشک) تا زمان شکست آنها رخ می دهد و سپس تغییر شکل پلاستیک در محل شکست مقایسه می شود - هرچه بیشتر نمونه تا شکست کشیده شود ، بهتر است.
مقاومت در برابر ترک خوردگی ناشی از تنش را می توان در حین پردازش بهبود بخشید. به عنوان مثال ، با توجه به Total Materia ، که خود را "بزرگترین پایگاه داده مواد جهان" می نامد ، Alcan عملکرد 7017 را در آزمایش های ترک خوردگی سریع تنش 40 برابر بهبود بخشیده است.نتایج بدست آمده همچنین امکان توسعه روشهای حفاظت در برابر خوردگی را برای نواحی سازه های جوش داده شده فراهم می کند که در آنها اجتناب از تنشهای باقیمانده دشوار است. تحقیقات با هدف بهبود آلیاژها به منظور بهینه سازی ویژگی های الکتروشیمیایی اتصالات جوش داده شده ادامه دارد. کار روی آلیاژهای جدید قابل درمان با حرارت بر بهبود استحکام و مقاومت در برابر خوردگی آنها متمرکز است ، در حالی که کار بر روی آلیاژهای غیر قابل عملیات حرارتی با هدف حذف محدودیت های ناشی از الزامات قابل جوشکاری انجام می شود. سخت ترین مواد در حال توسعه 50 stronger قوی تر از بهترین زره آلومینیومی است که امروزه استفاده می شود.
آلیاژهای با چگالی پایین مانند آلومینیوم لیتیوم حدود 10 weight صرفه جویی در وزن را نسبت به آلیاژهای قبلی با مقاومت در برابر گلوله ارائه می دهند ، اگرچه عملکرد بالستیک هنوز مطابق با Total Materia ارزیابی نشده است.
روش های جوشکاری ، از جمله روباتیک ، نیز در حال پیشرفت است. از جمله وظایف حل شده می توان به حداقل رساندن منبع گرما ، قوس جوشکاری پایدارتر به دلیل بهبود سیستم های تامین انرژی و سیم و همچنین نظارت و کنترل فرآیند توسط سیستم های متخصص اشاره کرد.
MTL Advanced Materials با ALCOA Defense ، تولید کننده مشهور صفحات زره آلومینیومی ، همکاری کردند تا آنچه را که شرکت به عنوان "فرایند شکل گیری سرما قابل اطمینان و تکرارپذیر" توصیف می کند ، توسعه دهند. این شرکت خاطرنشان می کند که آلیاژهای آلومینیوم توسعه یافته برای کاربردهای زرهی برای شکل گیری سرد طراحی نشده اند ، به این معنی که فرایند جدید آن باید از حالت های خرابی رایج ، از جمله ترک خوردگی جلوگیری کند. به گفته این شرکت ، هدف نهایی این است که طراحان ماشین بتوانند نیاز به جوشکاری را به حداقل برسانند و تعداد قطعات را کاهش دهند. این شرکت تأکید می کند که کاهش حجم جوشکاری ، باعث افزایش مقاومت سازه ای و محافظت از خدمه و کاهش هزینه های تولید می شود. با شروع آلیاژ 5083-H131 که به خوبی اثبات شده است ، این شرکت فرایندی را برای قطعات سرد ساز با زاویه خم 90 درجه در امتداد و در طول دانه ها توسعه داد ، سپس به سراغ مواد پیچیده تری رفت ، به عنوان مثال ، آلیاژهای 7017 ، 7020 و 7085 ، همچنین دستیابی به نتایج خوب
سرامیک و کامپوزیت
چند سال پیش ، Morgan Advanced Materials توسعه چندین سیستم زرهی SAMAS را اعلام کرد که شامل ترکیبی از سرامیک های پیشرفته و کامپوزیت های ساختاری بود. خط تولید شامل زره های لولایی ، روکش های ضد تکه تکه شدن ، کپسول های ماندگاری ساخته شده از کامپوزیت های ساختاری برای جایگزینی بدنه فلزی و حفاظت از ماژول های سلاح ، چه مسکونی و چه غیر مسکونی است. همه آنها را می توان با نیازهای خاص سازگار کرد یا به سفارش انجام داد.
حفاظت STANAG 4569 سطح 2-6 را به همراه عملکرد چند ضربه ای و صرفه جویی در وزن ارائه می دهد (این شرکت مدعی است که وزن این سیستم ها نصف محصولات فولادی مشابه است) و با تهدیدها ، سیستم عامل ها و ماموریت های خاص سازگار است. … آسترهای ضد پارگی را می توان از صفحات تخت با وزن 12.3 کیلوگرم و مساحت 0.36 متر مربع (حدود 34 کیلوگرم در متر مربع) یا اتصالات جامد با وزن 12.8 کیلوگرم برای 0.55 متر مربع (حدود 23.2 کیلوگرم در متر مربع) تهیه کرد.
با توجه به Morgan Advanced Materials ، زره های اضافی طراحی شده برای جدید و مدرن سازی سیستم عامل های موجود ، قابلیت های مشابهی را در نصف وزن ارائه می دهد. سیستم ثبت اختراع حداکثر حفاظت را در برابر طیف گسترده ای از تهدیدها ، از جمله سلاح های کالیبر کوچک و متوسط ، مواد منفجره دست ساز (IED) و نارنجک های موشکی و همچنین عملکرد چند ضربه ای ارائه می دهد.
یک سیستم زرهی "نیمه ساختاری" با مقاومت در برابر خوردگی مناسب برای ماژول های سلاح (علاوه بر کاربردهای هوا و دریا) ارائه می شود و علاوه بر صرفه جویی در وزن و به حداقل رساندن مشکلات مرکز ثقل ، برخلاف فولاد ، مشکلات سازگاری الکترومغناطیسی کمتری ایجاد می کند. به
حفاظت از ماژول های سلاح یک مشکل خاص است ، زیرا آنها یک هدف جذاب هستند ، زیرا ناتوانی آنها به شدت فرماندهی موقعیت و توانایی خودرو را در مقابله با تهدیدات نزدیک مختل می کند. آنها همچنین دارای نوری الکترونیکی ظریف و موتورهای الکتریکی آسیب پذیر هستند. از آنجا که آنها معمولاً در بالای وسیله نقلیه نصب می شوند ، زره پوش باید سبک باشد تا مرکز ثقل را تا حد ممکن پایین نگه دارد.
سیستم حفاظت از ماژول های سلاح ، که می تواند شامل شیشه های زرهی و محافظت از قسمت فوقانی باشد ، کاملاً قابل جمع شدن است ، دو نفر می توانند آن را در 90 ثانیه دوباره جمع کنند. کپسول های کامپوزیت برای بقا از آنچه شرکت به عنوان "مواد سخت و فرمول های پلیمری منحصر به فرد" توصیف می کند ساخته شده اند ، آنها از ترکش محافظت می کنند و می توانند در محل تعمیر شوند.
حفاظت سرباز
SPS (سیستم حفاظتی سرباز) توسعه یافته توسط 3M Ceradyne شامل کلاه ایمنی و درج در زره بدن برای سیستم حفاظت از سر یکپارچه (IHPS) و VTP (حفاظت از پشت بدن) - ESAPI (Enhanced Small Arms Small Arms Protector Insert) - درج بهبود یافته برای محافظت در برابر اسلحه های کوچک) سیستم SPS.
الزامات IHPS شامل وزن سبک تر ، حفاظت از شنوایی غیرفعال و بهبود محافظت در برابر ضربه است. این سیستم همچنین شامل لوازم جانبی مانند یک قطعه برای محافظت از فک پایین سرباز ، یک محافظ محافظ ، یک سوار برای عینک دید در شب ، راهنماهایی برای مثال چراغ قوه و دوربین و محافظتی اضافی از گلوله است. این قرارداد با ارزش بیش از 7 میلیون دلار ، تامین حدود 5300 کلاه ایمنی را در نظر گرفته است. در عین حال ، بیش از 30،000 کیت ESAPI - درجهای سبک تر برای زره بدن - تحت قرارداد 36 میلیون دلاری تحویل داده می شود. تولید هر دوی این کیت ها در سال 2017 آغاز شد.
همچنین تحت برنامه SPS ، KDH Defence مواد Honeywell's SPECTRA SHIELD و GOLD SHIELD را برای پنج زیر سیستم ، از جمله زیر سیستم Torso and Extremity Protection (TEP) که برای پروژه SPS تهیه می شود ، انتخاب کرد. سیستم حفاظتی TEP 26 درصد سبک تر است که در نهایت وزن سیستم SPS را 10 درصد کاهش می دهد. KDH از SPECTRA SHIELD ، که بر اساس فیبر UHMWPE است ، و GOLD SHIELD ، بر اساس الیاف آرامید ، در محصولات خود برای این سیستم استفاده خواهد کرد.
فیبر SPECTRA
Honeywell از یک فرآیند ریسندگی و ترسیم فیبر پلیمری اختصاصی برای جاسازی مواد اولیه UHMWPE در فیبر SPECTRA استفاده می کند. این ماده از نظر وزن 10 برابر قوی تر از فولاد است ، استحکام خاص آن 40 درصد بیشتر از الیاف آرامید است ، دارای نقطه ذوب بالاتری نسبت به پلی اتیلن استاندارد (150 درجه سانتی گراد) و مقاومت بیشتر در برابر سایش در مقایسه با سایر پلیمرها است ، برای به عنوان مثال ، پلی استر
مواد قوی و سفت و سخت SPECTRA هنگام شکستن تغییر شکل بالایی را نشان می دهد ، یعنی قبل از شکستن بسیار کشیده می شود. این ویژگی اجازه می دهد تا مقدار زیادی از انرژی ضربه ای جذب شود. Honeywell ادعا می کند که کامپوزیت های الیاف SPECTRA تحت ضربه های با سرعت بالا مانند گلوله های تفنگ و امواج ضربه ای بسیار خوب عمل می کنند. به گفته این شرکت ، "فیبر پیشرفته ما با حذف سریع انرژی جنبشی از منطقه ضربه به ضربه واکنش نشان می دهد … همچنین دارای میرایی ارتعاش خوب ، مقاومت خوب در برابر تغییر شکل های مکرر و ویژگی های اصطکاک داخلی عالی الیاف به همراه مقاومت عالی در برابر مواد شیمیایی است. ، آب و اشعه ماوراء بنفش."
در فناوری SHIELD ، Honeywell رشته های موازی الیاف را پخش می کند و آنها را با آغشته به رزین پیشرفته به هم می پیوندد و یک روبان یک طرفه ایجاد می کند. سپس لایه های این نوار به صورت ضربدری در زوایای مورد نظر و در دما و فشار معین قرار می گیرند و به یک ساختار کامپوزیت لحیم می شوند.برای کاربردهای نرم پوشیدنی ، بین دو لایه فیلم شفاف نازک و انعطاف پذیر لمینت شده است. از آنجا که الیاف مستقیم و موازی باقی می مانند ، انرژی ضربه را به طور مlyثرتری نسبت به زمانی که در یک پارچه بافته شده بافته شده است ، پخش می کنند.
Short Bark Industries همچنین از SPECTRA SHIELD در محافظ BCS (پیراهن رزمی بالستیک) برای سیستم SPS TEP استفاده می کند. Short Bark متخصص در حفاظت نرم ، لباس تاکتیکی و لوازم جانبی است.
به گفته هانیول ، سربازان پس از اثبات عملکرد برتر نسبت به همتایان خود از الیاف آرامید ، عناصر محافظتی را که از این مواد ساخته شده بودند ، انتخاب کردند.
