التطورات في مجال المواد الخاصة بحماية الجنود والمركبات
تقدم المقالة نظرة عامة على المواد ومجموعاتها في سياق تطوير أنظمة الحماية.
دائمًا ما تكون المفاضلة بين الحماية وتكلفة الحجم الشامل ثابتة لجميع أنواع الدروع ، سواء كانت الدروع الواقية للبدن أو دروع المركبات ، ولا يوجد حل واحد أو مادة يمكن تسميتها بالعلاج الشافي ، وهذا هو السبب في وجود مثل هذا الحجم الواسع. مجموعة متنوعة من المواد المستخدمة حاليا ومجموعاتها
درع أقدم من البشر لملايين السنين وقد تم تطويره بشكل أساسي للحماية من الفكين والمخالب. من الممكن تمامًا أن تلهم التماسيح والسلاحف شخصًا جزئيًا لإنشاء عناصر الحماية. الجميع سلاح الطاقة الحركية ، سواء كانت عبارة عن عصا ما قبل التاريخ أو قذيفة خارقة للدروع ، مصممة لتركيز الكثير من القوة في منطقة صغيرة ، وتتمثل مهمتها في اختراق الهدف وإحداث أكبر قدر من الضرر له. لذلك ، تتمثل مهمة الدرع في منع ذلك عن طريق تشتيت أو تدمير الأصل المهاجم و / أو تشتيت طاقة التأثير على أكبر مساحة ممكنة لتقليل أي ضرر يلحق بالقوى العاملة وأنظمة النقل والهياكل التي تحميها.
يتكون الدرع الحديث عادةً من طبقة خارجية صلبة لإيقاف القذيفة أو انحرافها أو كسرها ، وطبقة وسيطة ذات "عمل للكسر" عالي جدًا ، وطبقة داخلية لزجة لمنع التصدع والتشظي.
فولاذ
الصلب ، الذي أصبح أول مادة تستخدم على نطاق واسع في صناعة المركبات المدرعة ، لا يزال مطلوبًا ، على الرغم من ظهور الدروع على أساس سبائك الألومنيوم الخفيفة والتيتانيوم والسيراميك ومركبات مصفوفة البوليمر المقواة بالألياف الزجاجية والأراميد والجزيئات العالية جدًا وزن البولي إيثيلين ، وكذلك مواد المصفوفة المعدنية المركبة.
تستمر العديد من مصانع الصلب ، بما في ذلك SSAB ، في تطوير فولاذ عالي القوة لمجموعة متنوعة من التطبيقات حيث تكون الكتلة بالغة الأهمية ، مثل ألواح الحماية الإضافية. يتوفر ARM OX 600T من فئة Armor ، المتوفر بسماكة 4-20 مم ، بصلابة مضمونة من 570 إلى 640 HBW (اختصار لـ Hardness ، Brinell ، Wolfram ؛ اختبار يتم فيه ضغط كرة تنجستن ذات قطر قياسي في عينة من المواد ذات القوة المعروفة ، ثم يتم قياس قطر الكساد الناتج ؛ ثم يتم استبدال هذه المعلمات في الصيغة ، مما يسمح لك بالحصول على عدد وحدات الصلابة).
تؤكد SSAB أيضًا على أهمية تحقيق التوازن الصحيح بين الصلابة والمتانة لتوفير الحماية ضد الاختراق والتقويض. مثل جميع أنواع الفولاذ ، يتكون ARMOX 600T من الحديد والكربون وعدد من مكونات السبائك الأخرى بما في ذلك السيليكون والمنغنيز والفوسفور والكبريت والكروم والنيكل والموليبدينوم والبورون.
هناك قيود على تقنيات التصنيع المستخدمة ، خاصة عندما يتعلق الأمر بدرجة الحرارة. هذا الفولاذ غير مخصص لمزيد من المعالجة الحرارية ، وعند تسخينه فوق 170 درجة مئوية بعد التسليم ، لا يمكن لـ SSAB ضمان خصائصه. من المرجح أن تجذب الشركات التي يمكنها الالتفاف على هذا النوع من القيود انتباه مصنعي المركبات المدرعة عن كثب.
تقدم شركة سويدية أخرى ، Deform ، أجزاء فولاذية مدرعة مقاومة للرصاص على الساخن لمصنعي المركبات المدرعة ، ولا سيما أولئك الذين يشاركون في ترقية المركبات التجارية / المدنية.
يتم تثبيت حواجز صد النيران المكونة من قطعة واحدة في نيسان باترول 4x4 ، وشاحنة فولكس فاجن T6 TRANSPORTER ، وشاحنة بيك آب إيسوزو D-MAX ، جنبًا إلى جنب مع لوح أرضي من قطعة واحدة من نفس المادة. عملية التشكيل على الساخن التي طورتها Deform والمستخدمة في إنتاج الألواح تحافظ على صلابة 600HB [HBW].
تقول الشركة إنها تستطيع استعادة خصائص جميع أنواع الفولاذ المدرع في السوق وفي نفس الوقت تحافظ على شكلها الهيكلي ، مع الأجزاء الناتجة أفضل بكثير من التصميمات التقليدية الملحومة والمتداخلة جزئيًا. في الطريقة التي طورتها Deform ، يتبع الختم الساخن تبريد الأوراق وتلطيفها. بفضل هذه العملية ، من الممكن الحصول على أشكال ثلاثية الأبعاد لا يمكن الحصول عليها عن طريق الختم البارد دون الإلزام في مثل هذه الحالات "اللحامات التي تنتهك السلامة في النقاط الحرجة".
تُستخدم ألواح الصلب المطروقة على الساخن من Deform في ماكينات BAE Systems BVS-10 و CV90 ومنذ أوائل التسعينيات على العديد من ماكينات Kraus-Maffei Wegmann (KMW). يتم استلام أوامر إنتاج صفائح مدرعة ثلاثية الأبعاد لـ خزان LEOPARD 2 والعديد من الصفائح المشكلة لآلات BOXER و PUMA بالإضافة إلى العديد من آلات Rheinmetall ، بما في ذلك BOXER مرة أخرى ، بالإضافة إلى فتحة لسيارة WIESEL. يعمل Deform أيضًا مع مواد واقية أخرى بما في ذلك الألمنيوم والكيفلار / الأراميد والتيتانيوم.
قامت Deform بتسليم حواجز واقية من قطعة واحدة لسيارات Toyota LC2016 في عام 200 إلى العميل الأسترالي Craig International Ballistics
تقدم الألومنيوم
أما بالنسبة للمركبات المدرعة ، فلأول مرة تم استخدام درع الألمنيوم على نطاق واسع في تصنيع حاملة الجنود المدرعة M113 ، والتي تم إنتاجها منذ عام 1960. كانت سبيكة مُصنَّفة 5083 تحتوي على 4,5٪ مغنيسيوم وكميات أصغر بكثير من المنجنيز والحديد والنحاس والكربون والزنك والكروم والتيتانيوم وغيرها. على الرغم من أن السبائك 5083 تحتفظ بقوتها جيدًا بعد اللحام ، إلا أنها ليست سبيكة قابلة للمعالجة بالحرارة. لا تتمتع بمقاومة جيدة للرصاص الخارق للدروع عيار 7,62 مم ، ولكن كما أكدت الاختبارات الرسمية ، فإنها تمنع الرصاص السوفيتي الخارق للدروع مقاس 14,5 مم بشكل أفضل من الفولاذ ، مع توفير الوزن وإضافة القوة المطلوبة. للحصول على مستوى معين من الحماية ، تكون صفائح الألمنيوم أكثر سمكًا وأقوى 9 مرات من الفولاذ بكثافة أقل تبلغ 265 ص / سم 3 ، مما يؤدي إلى انخفاض وزن الهيكل.
سرعان ما بدأ مصنعو المركبات المدرعة في طلب دروع ألمنيوم أخف وزنا وأقوى من الناحية البالستية وقابلة للحام والمعالجة بالحرارة ، مما دفع Alcan إلى تطوير أول سبيكة 7039 ثم 7017 ، وكلاهما يحتوي على نسبة عالية من الزنك.
كما هو الحال مع الفولاذ ، يمكن أن يؤثر الختم والتجميع اللاحق سلبًا على الخصائص الوقائية للألمنيوم. أثناء اللحام ، تنعم مناطق اللحام القريبة ، ولكن يتم استعادة قوتها جزئيًا بسبب التصلب أثناء الشيخوخة الطبيعية. يتغير هيكل المعدن في المناطق الضيقة بالقرب من اللحام ، مما يخلق ضغوطًا كبيرة متبقية في حالة حدوث خطأ في اللحام و / أو التجميع. لذلك ، يجب أن تقلل تكنولوجيا التصنيع منها ، في حين يجب أيضًا تقليل مخاطر التآكل الناتج عن الإجهاد ، خاصة عندما يُتوقع أن يكون عمر تصميم الماكينة أكثر من ثلاثة عقود.
تكسير التآكل الناتج عن الإجهاد هو عملية بدء الشق والنمو في بيئة تآكل تميل إلى أن تزداد سوءًا مع زيادة عدد عناصر صناعة السبائك. يحدث تكوين الشقوق ونموها اللاحق نتيجة لانتشار الهيدروجين على طول حدود الحبوب.
يبدأ تحديد القابلية للتشقق باستخراج كمية صغيرة من المنحل بالكهرباء من الشقوق وتحليلها. تُستخدم اختبارات التآكل الإجهادي بمعدلات إجهاد منخفضة لتحديد مدى الضرر الذي تعرضت له سبيكة معينة. يتم شد عينتين ميكانيكيًا (واحدة في بيئة أكالة ، والثانية في الهواء الجاف) حتى تفشل ، ثم تتم مقارنة التشوه البلاستيكي عند نقطة الفشل - وكلما تم تمديد العينة قبل الفشل ، كان ذلك أفضل.
يمكن تحسين مقاومة التكسير الناتج عن الإجهاد أثناء المعالجة. على سبيل المثال ، وفقًا لـ Total Materia ، التي تطلق على نفسها "أكبر قاعدة بيانات للمواد في العالم" ، حسنت Alcan أداء 40 سبيكة 7017 مرة في اختبارات تكسير الإجهاد المتسارع. تتيح النتائج التي تم الحصول عليها أيضًا تطوير طرق للحماية من التآكل لمناطق الهياكل الملحومة ، والتي يصعب فيها تجنب الضغوط المتبقية. الأبحاث التي تهدف إلى تحسين السبائك من أجل تحسين الخصائص الكهروكيميائية للوصلات الملحومة مستمرة. يركز العمل على السبائك الجديدة القابلة للمعالجة بالحرارة على تحسين قوتها ومقاومتها للتآكل ، بينما يهدف العمل على السبائك غير القابلة للمعالجة بالحرارة إلى إزالة القيود التي تفرضها متطلبات قابلية اللحام. أقوى المواد قيد التطوير ستكون أقوى بنسبة 50٪ من أفضل درع الألمنيوم المستخدم اليوم.
توفر السبائك منخفضة الكثافة مثل سبائك الألومنيوم والليثيوم تخفيضًا في الوزن بنسبة 10٪ تقريبًا مقارنة بالسبائك السابقة ذات مقاومة الرصاص المماثلة ، على الرغم من أن أدائها الباليستي لم يتم تقييمه بالكامل بعد وفقًا لدليل Total Materia.
كما أن طرق اللحام ، بما في ذلك الروبوتات ، آخذة في التحسن. من بين المهام التي يجب حلها تقليل المدخلات الحرارية ، وجود قوس لحام أكثر استقرارًا بسبب تحسين أنظمة تزويد الطاقة والأسلاك ، بالإضافة إلى مراقبة العملية والتحكم فيها بواسطة أنظمة خبيرة.
عملت MTL Advanced Materials مع ALCOA Defense ، الشركة المصنعة الشهيرة لألواح الألمنيوم المدرعة ، لتطوير ما تصفه الشركة بأنه "عملية تشكيل على البارد موثوقة وقابلة للتكرار". تلاحظ الشركة أن سبائك الألومنيوم المطورة لتطبيقات الدروع لم يتم تصميمها للتشكيل على البارد ، مما يعني أن عمليتها الجديدة يجب أن تساعد في تجنب حالات الفشل الشائعة ، بما في ذلك التكسير. وفقًا للشركة ، فإن الهدف النهائي هو السماح لمصممي الماكينات بتقليل الحاجة إلى اللحام وتقليل عدد الأجزاء. إن تقليل كمية اللحام ، يؤكد الشركة ، يزيد من القوة الهيكلية وحماية الطاقم مع تقليل تكلفة الإنتاج. بدءًا من سبيكة 5083-H131 الراسخة ، طورت الشركة عملية لأجزاء التشكيل على البارد بانحناءات 90 درجة على طول الحبيبات وعبرها ، ثم انتقلت إلى مواد أكثر تعقيدًا مثل السبائك 7017 و 7020 و 7085 ، وحققت أيضًا نتائج جيدة .
صُنعت أنظمة درع CAMAC من Morgan Advanced Materials من مزيج من السيراميك المتقدم والمركبات الهيكلية.
سيراميك ومركباته
قبل بضع سنوات ، أعلنت شركة Morgan Advanced Materials عن تطوير العديد من أنظمة دروع CAMAS ، والتي تتكون من مزيج من السيراميك المتقدم والمواد المركبة الهيكلية. يشمل خط الإنتاج الدروع المفصلية ، والبطانات المضادة للتشظي ، وكبسولات البقاء على قيد الحياة المصنوعة من المركبات الهيكلية لتحل محل الهياكل المعدنية وحماية وحدات الأسلحة ، الصالحة للسكن وغير المأهولة على حد سواء. يمكن تكييفها جميعًا وفقًا لمتطلبات محددة أو حسب الطلب.
يوفر الناتو STANAG 2 الحماية من المستويات 6-4569 ، إلى جانب الأداء متعدد الضربات وتقليل الوزن (تقول الشركة إن هذه الأنظمة تزن نصف وزن منتجات الصلب المماثلة) ، بالإضافة إلى التكيف مع التهديدات والمنصات والمهام المحددة. يمكن تصنيع البطانات المضادة للتفتت من ألواح مسطحة تزن 12,3 كجم لتغطية مساحة 0,36 م 2 (حوالي 34 كجم / م 2) أو تركيبات صلبة تزن 12,8 كجم مقابل 0,55 م 2 (حوالي 23,2 كجم / م 2).
يوفر الدرع الإضافي المصمم لمنصات جديدة ومحدثة نفس القدرات بنصف الوزن ، وفقًا لـ Morgan Advanced Materials. يوفر النظام الحاصل على براءة اختراع حماية قصوى ضد مجموعة واسعة من التهديدات ، بما في ذلك الأسلحة الصغيرة والمتوسطة ، والعبوات الناسفة (IEDs) والقذائف الصاروخية ، فضلاً عن الأداء متعدد الضربات.
يتم تقديم نظام درع "شبه هيكلي" يتمتع بمقاومة جيدة للتآكل لوحدات الأسلحة (بالإضافة إلى التطبيقات الجوية والبحرية) ، جنبًا إلى جنب مع توفير الوزن وتقليل مشاكل مركز الجاذبية إلى الحد الأدنى ، يخلق مشاكل EMC أقل من الفولاذ.
تعد حماية وحدات الأسلحة مشكلة خاصة لأنها هدف جذاب ، حيث إن عجزها يضعف بشكل كبير من وعي الطاقم الظرفي وقدرة السيارة على التعامل مع التهديدات القريبة. كما يقومون بتركيب الإلكترونيات الضوئية "الحساسة" والمحركات الكهربائية المعرضة للخطر. نظرًا لأنه يتم تركيبها عادةً في الجزء العلوي من السيارة ، يجب أن يكون الدرع خفيفًا من أجل الحفاظ على مركز الجاذبية عند أدنى مستوى ممكن.
نظام حماية وحدة السلاح ، والذي قد يشمل الزجاج المدرع وحماية الجزء العلوي ، قابل للطي تمامًا ، ويمكن لشخصين تجميعه مرة أخرى في غضون 90 ثانية. كبسولات البقاء على قيد الحياة المركبة مصنوعة مما تصفه الشركة بأنه "مواد متينة فريدة ومركبات بوليمر" ، فهي توفر حماية من الشظايا ويمكن إصلاحها في هذا المجال.
حماية الجندي
يشتمل نظام حماية الجندي 3M Ceradyne SPS (نظام حماية الجندي) على خوذات وإدخالات في الدروع الواقية للبدن لـ IHPS (نظام حماية الرأس المتكامل) وحماية الجذع VTP (حماية الجذع الحيوية) - مكونات ESAPI (إدراج حماية الأسلحة الصغيرة المحسّن) - إدخال محسّن للحماية من الأسلحة الصغيرة) لنظام SPS.
تتضمن متطلبات IHPS وزنًا أخف ، وحماية سمعية سلبية ، وحماية مُحسَّنة من الصدمات غير الحادة. يشتمل النظام أيضًا على ملحقات مثل مكون الفك السفلي للجندي ، وواقي واقي ، وحامل لنظارات الرؤية الليلية ، وأدلة ، على سبيل المثال ، مصباح يدوي وكاميرا ، ووحدات حماية إضافية مضادة للرصاص. العقد ، الذي تبلغ قيمته أكثر من 7 ملايين دولار ، ينص على توريد حوالي 5300 خوذة. وفي الوقت نفسه ، سيتم تسليم أكثر من 36 مجموعة من أدوات ESAPI ، وإدراج درع الجسم الأخف وزناً ، بموجب عقد بقيمة 30000 مليون دولار. بدأ إنتاج هاتين المجموعتين في عام 2017.
في إطار برنامج SPS أيضًا ، اختارت شركة KDH Defense مواد Honeywell SPECTRA SHIELD و GOLD SHIELD لخمسة أنظمة فرعية ، بما في ذلك نظام حماية الجذع والأطراف TEP (حماية الجذع والأطراف) ليتم توفيره لمشروع SPS. نظام الحماية TEP أخف بنسبة 26٪ ، مما يقلل في النهاية من وزن نظام SPS بنسبة 10٪. سوف تستخدم KDH مادة SPECTRA SHIELD القائمة على ألياف UHMWPE ومادة GOLD SHIELD القائمة على ألياف الأراميد في منتجاتها الخاصة لهذا النظام.
ألياف SPECTRA
تستخدم شركة Honeywell عملية غزل وغزل من ألياف البوليمر لتضمين المواد الخام UHMWPE في ألياف SPECTRA. هذه المادة أقوى بعشر مرات من الفولاذ من حيث الوزن ، ولها قوة معينة أكبر بنسبة 10٪ من ألياف الأراميد ، ولها نقطة انصهار أعلى من البولي إيثيلين القياسي (40 درجة مئوية) وأكثر مقاومة للتآكل من البوليمرات الأخرى مثل البوليستر.
تُظهر مادة SPECTRA القوية والصلبة إجهادًا عاليًا عند الكسر ، أي أنها تمتد بشدة قبل الانكسار ؛ تسمح لك هذه الخاصية بامتصاص كمية كبيرة من طاقة التأثير. تقول شركة Honeywell إن مركبات الألياف SPECTRA تؤدي أداءً جيدًا للغاية في تأثيرات السرعة العالية مثل طلقات البندقية وموجات الصدمة. وفقًا للشركة ، "تستجيب الألياف المتقدمة لدينا للتأثير من خلال إزالة الطاقة الحركية بسرعة من منطقة التأثير ... كما أنها تخفف الاهتزاز جيدًا ، وتتمتع بمرونة جيدة وخصائص احتكاك داخلي ممتازة للألياف جنبًا إلى جنب مع المقاومة الممتازة للمواد الكيميائية والماء والأشعة فوق البنفسجية. .
في تقنية SHIELD الخاصة بها ، تضع شركة Honeywell خيوطًا متوازية من الألياف وتربطها معًا عن طريق التشريب براتنج متقدم لتشكيل شريط أحادي الاتجاه. ثم يتم وضع طبقات هذا الشريط بالعرض في الزوايا المرغوبة ويتم لحامها في هيكل مركب عند درجة حرارة وضغط معينين. لتطبيقات حماية الجسم الناعمة ، يتم تصفيحها بين طبقتين من فيلم شفاف رقيق ومرن. نظرًا لأن الألياف تظل مستقيمة ومتوازية ، فإنها تبدد طاقة التأثير بشكل أكثر كفاءة مما لو تم نسجها في قماش منسوج.
تستخدم Short Bark Industries أيضًا SPECTRA SHIELD في BCS (القميص القتالي الباليستي) للحماية السفلية لنظام SPS TER. شورت بارك متخصصة في الحماية الناعمة والملابس التكتيكية والإكسسوارات.
وفقًا لشركة Honeywell ، اختار الجنود وسائل الحماية المصنوعة من هذه المواد بعد أن أظهروا أداءً فائقًا مقارنةً بنظرائهم المصنوعة من ألياف الأراميد.
بحسب المواقع:
www.nationaldefensemagazine.org
www.ssab.com
www.rheinmetall.com
www.deform.com
www.riotinto.com
www.totalmateria.com
www.mtladv.com
www.alcoa.com
www.morganadvancedmaterials.com
www.3m.com
www.wikipedia.org
www.honeywell.com
دائمًا ما تكون المفاضلة بين الحماية وتكلفة الحجم الشامل ثابتة لجميع أنواع الدروع ، سواء كانت الدروع الواقية للبدن أو دروع المركبات ، ولا يوجد حل واحد أو مادة يمكن تسميتها بالعلاج الشافي ، وهذا هو السبب في وجود مثل هذا الحجم الواسع. مجموعة متنوعة من المواد المستخدمة حاليا ومجموعاتها
درع أقدم من البشر لملايين السنين وقد تم تطويره بشكل أساسي للحماية من الفكين والمخالب. من الممكن تمامًا أن تلهم التماسيح والسلاحف شخصًا جزئيًا لإنشاء عناصر الحماية. الجميع سلاح الطاقة الحركية ، سواء كانت عبارة عن عصا ما قبل التاريخ أو قذيفة خارقة للدروع ، مصممة لتركيز الكثير من القوة في منطقة صغيرة ، وتتمثل مهمتها في اختراق الهدف وإحداث أكبر قدر من الضرر له. لذلك ، تتمثل مهمة الدرع في منع ذلك عن طريق تشتيت أو تدمير الأصل المهاجم و / أو تشتيت طاقة التأثير على أكبر مساحة ممكنة لتقليل أي ضرر يلحق بالقوى العاملة وأنظمة النقل والهياكل التي تحميها.
يتكون الدرع الحديث عادةً من طبقة خارجية صلبة لإيقاف القذيفة أو انحرافها أو كسرها ، وطبقة وسيطة ذات "عمل للكسر" عالي جدًا ، وطبقة داخلية لزجة لمنع التصدع والتشظي.
فولاذ
الصلب ، الذي أصبح أول مادة تستخدم على نطاق واسع في صناعة المركبات المدرعة ، لا يزال مطلوبًا ، على الرغم من ظهور الدروع على أساس سبائك الألومنيوم الخفيفة والتيتانيوم والسيراميك ومركبات مصفوفة البوليمر المقواة بالألياف الزجاجية والأراميد والجزيئات العالية جدًا وزن البولي إيثيلين ، وكذلك مواد المصفوفة المعدنية المركبة.
تستمر العديد من مصانع الصلب ، بما في ذلك SSAB ، في تطوير فولاذ عالي القوة لمجموعة متنوعة من التطبيقات حيث تكون الكتلة بالغة الأهمية ، مثل ألواح الحماية الإضافية. يتوفر ARM OX 600T من فئة Armor ، المتوفر بسماكة 4-20 مم ، بصلابة مضمونة من 570 إلى 640 HBW (اختصار لـ Hardness ، Brinell ، Wolfram ؛ اختبار يتم فيه ضغط كرة تنجستن ذات قطر قياسي في عينة من المواد ذات القوة المعروفة ، ثم يتم قياس قطر الكساد الناتج ؛ ثم يتم استبدال هذه المعلمات في الصيغة ، مما يسمح لك بالحصول على عدد وحدات الصلابة).
تؤكد SSAB أيضًا على أهمية تحقيق التوازن الصحيح بين الصلابة والمتانة لتوفير الحماية ضد الاختراق والتقويض. مثل جميع أنواع الفولاذ ، يتكون ARMOX 600T من الحديد والكربون وعدد من مكونات السبائك الأخرى بما في ذلك السيليكون والمنغنيز والفوسفور والكبريت والكروم والنيكل والموليبدينوم والبورون.
هناك قيود على تقنيات التصنيع المستخدمة ، خاصة عندما يتعلق الأمر بدرجة الحرارة. هذا الفولاذ غير مخصص لمزيد من المعالجة الحرارية ، وعند تسخينه فوق 170 درجة مئوية بعد التسليم ، لا يمكن لـ SSAB ضمان خصائصه. من المرجح أن تجذب الشركات التي يمكنها الالتفاف على هذا النوع من القيود انتباه مصنعي المركبات المدرعة عن كثب.
تقدم شركة سويدية أخرى ، Deform ، أجزاء فولاذية مدرعة مقاومة للرصاص على الساخن لمصنعي المركبات المدرعة ، ولا سيما أولئك الذين يشاركون في ترقية المركبات التجارية / المدنية.
يتم تثبيت حواجز صد النيران المكونة من قطعة واحدة في نيسان باترول 4x4 ، وشاحنة فولكس فاجن T6 TRANSPORTER ، وشاحنة بيك آب إيسوزو D-MAX ، جنبًا إلى جنب مع لوح أرضي من قطعة واحدة من نفس المادة. عملية التشكيل على الساخن التي طورتها Deform والمستخدمة في إنتاج الألواح تحافظ على صلابة 600HB [HBW].
تقول الشركة إنها تستطيع استعادة خصائص جميع أنواع الفولاذ المدرع في السوق وفي نفس الوقت تحافظ على شكلها الهيكلي ، مع الأجزاء الناتجة أفضل بكثير من التصميمات التقليدية الملحومة والمتداخلة جزئيًا. في الطريقة التي طورتها Deform ، يتبع الختم الساخن تبريد الأوراق وتلطيفها. بفضل هذه العملية ، من الممكن الحصول على أشكال ثلاثية الأبعاد لا يمكن الحصول عليها عن طريق الختم البارد دون الإلزام في مثل هذه الحالات "اللحامات التي تنتهك السلامة في النقاط الحرجة".
تُستخدم ألواح الصلب المطروقة على الساخن من Deform في ماكينات BAE Systems BVS-10 و CV90 ومنذ أوائل التسعينيات على العديد من ماكينات Kraus-Maffei Wegmann (KMW). يتم استلام أوامر إنتاج صفائح مدرعة ثلاثية الأبعاد لـ خزان LEOPARD 2 والعديد من الصفائح المشكلة لآلات BOXER و PUMA بالإضافة إلى العديد من آلات Rheinmetall ، بما في ذلك BOXER مرة أخرى ، بالإضافة إلى فتحة لسيارة WIESEL. يعمل Deform أيضًا مع مواد واقية أخرى بما في ذلك الألمنيوم والكيفلار / الأراميد والتيتانيوم.
قامت Deform بتسليم حواجز واقية من قطعة واحدة لسيارات Toyota LC2016 في عام 200 إلى العميل الأسترالي Craig International Ballistics
تقدم الألومنيوم
أما بالنسبة للمركبات المدرعة ، فلأول مرة تم استخدام درع الألمنيوم على نطاق واسع في تصنيع حاملة الجنود المدرعة M113 ، والتي تم إنتاجها منذ عام 1960. كانت سبيكة مُصنَّفة 5083 تحتوي على 4,5٪ مغنيسيوم وكميات أصغر بكثير من المنجنيز والحديد والنحاس والكربون والزنك والكروم والتيتانيوم وغيرها. على الرغم من أن السبائك 5083 تحتفظ بقوتها جيدًا بعد اللحام ، إلا أنها ليست سبيكة قابلة للمعالجة بالحرارة. لا تتمتع بمقاومة جيدة للرصاص الخارق للدروع عيار 7,62 مم ، ولكن كما أكدت الاختبارات الرسمية ، فإنها تمنع الرصاص السوفيتي الخارق للدروع مقاس 14,5 مم بشكل أفضل من الفولاذ ، مع توفير الوزن وإضافة القوة المطلوبة. للحصول على مستوى معين من الحماية ، تكون صفائح الألمنيوم أكثر سمكًا وأقوى 9 مرات من الفولاذ بكثافة أقل تبلغ 265 ص / سم 3 ، مما يؤدي إلى انخفاض وزن الهيكل.
سرعان ما بدأ مصنعو المركبات المدرعة في طلب دروع ألمنيوم أخف وزنا وأقوى من الناحية البالستية وقابلة للحام والمعالجة بالحرارة ، مما دفع Alcan إلى تطوير أول سبيكة 7039 ثم 7017 ، وكلاهما يحتوي على نسبة عالية من الزنك.
كما هو الحال مع الفولاذ ، يمكن أن يؤثر الختم والتجميع اللاحق سلبًا على الخصائص الوقائية للألمنيوم. أثناء اللحام ، تنعم مناطق اللحام القريبة ، ولكن يتم استعادة قوتها جزئيًا بسبب التصلب أثناء الشيخوخة الطبيعية. يتغير هيكل المعدن في المناطق الضيقة بالقرب من اللحام ، مما يخلق ضغوطًا كبيرة متبقية في حالة حدوث خطأ في اللحام و / أو التجميع. لذلك ، يجب أن تقلل تكنولوجيا التصنيع منها ، في حين يجب أيضًا تقليل مخاطر التآكل الناتج عن الإجهاد ، خاصة عندما يُتوقع أن يكون عمر تصميم الماكينة أكثر من ثلاثة عقود.
تكسير التآكل الناتج عن الإجهاد هو عملية بدء الشق والنمو في بيئة تآكل تميل إلى أن تزداد سوءًا مع زيادة عدد عناصر صناعة السبائك. يحدث تكوين الشقوق ونموها اللاحق نتيجة لانتشار الهيدروجين على طول حدود الحبوب.
يبدأ تحديد القابلية للتشقق باستخراج كمية صغيرة من المنحل بالكهرباء من الشقوق وتحليلها. تُستخدم اختبارات التآكل الإجهادي بمعدلات إجهاد منخفضة لتحديد مدى الضرر الذي تعرضت له سبيكة معينة. يتم شد عينتين ميكانيكيًا (واحدة في بيئة أكالة ، والثانية في الهواء الجاف) حتى تفشل ، ثم تتم مقارنة التشوه البلاستيكي عند نقطة الفشل - وكلما تم تمديد العينة قبل الفشل ، كان ذلك أفضل.
يمكن تحسين مقاومة التكسير الناتج عن الإجهاد أثناء المعالجة. على سبيل المثال ، وفقًا لـ Total Materia ، التي تطلق على نفسها "أكبر قاعدة بيانات للمواد في العالم" ، حسنت Alcan أداء 40 سبيكة 7017 مرة في اختبارات تكسير الإجهاد المتسارع. تتيح النتائج التي تم الحصول عليها أيضًا تطوير طرق للحماية من التآكل لمناطق الهياكل الملحومة ، والتي يصعب فيها تجنب الضغوط المتبقية. الأبحاث التي تهدف إلى تحسين السبائك من أجل تحسين الخصائص الكهروكيميائية للوصلات الملحومة مستمرة. يركز العمل على السبائك الجديدة القابلة للمعالجة بالحرارة على تحسين قوتها ومقاومتها للتآكل ، بينما يهدف العمل على السبائك غير القابلة للمعالجة بالحرارة إلى إزالة القيود التي تفرضها متطلبات قابلية اللحام. أقوى المواد قيد التطوير ستكون أقوى بنسبة 50٪ من أفضل درع الألمنيوم المستخدم اليوم.
توفر السبائك منخفضة الكثافة مثل سبائك الألومنيوم والليثيوم تخفيضًا في الوزن بنسبة 10٪ تقريبًا مقارنة بالسبائك السابقة ذات مقاومة الرصاص المماثلة ، على الرغم من أن أدائها الباليستي لم يتم تقييمه بالكامل بعد وفقًا لدليل Total Materia.
كما أن طرق اللحام ، بما في ذلك الروبوتات ، آخذة في التحسن. من بين المهام التي يجب حلها تقليل المدخلات الحرارية ، وجود قوس لحام أكثر استقرارًا بسبب تحسين أنظمة تزويد الطاقة والأسلاك ، بالإضافة إلى مراقبة العملية والتحكم فيها بواسطة أنظمة خبيرة.
عملت MTL Advanced Materials مع ALCOA Defense ، الشركة المصنعة الشهيرة لألواح الألمنيوم المدرعة ، لتطوير ما تصفه الشركة بأنه "عملية تشكيل على البارد موثوقة وقابلة للتكرار". تلاحظ الشركة أن سبائك الألومنيوم المطورة لتطبيقات الدروع لم يتم تصميمها للتشكيل على البارد ، مما يعني أن عمليتها الجديدة يجب أن تساعد في تجنب حالات الفشل الشائعة ، بما في ذلك التكسير. وفقًا للشركة ، فإن الهدف النهائي هو السماح لمصممي الماكينات بتقليل الحاجة إلى اللحام وتقليل عدد الأجزاء. إن تقليل كمية اللحام ، يؤكد الشركة ، يزيد من القوة الهيكلية وحماية الطاقم مع تقليل تكلفة الإنتاج. بدءًا من سبيكة 5083-H131 الراسخة ، طورت الشركة عملية لأجزاء التشكيل على البارد بانحناءات 90 درجة على طول الحبيبات وعبرها ، ثم انتقلت إلى مواد أكثر تعقيدًا مثل السبائك 7017 و 7020 و 7085 ، وحققت أيضًا نتائج جيدة .
صُنعت أنظمة درع CAMAC من Morgan Advanced Materials من مزيج من السيراميك المتقدم والمركبات الهيكلية.
سيراميك ومركباته
قبل بضع سنوات ، أعلنت شركة Morgan Advanced Materials عن تطوير العديد من أنظمة دروع CAMAS ، والتي تتكون من مزيج من السيراميك المتقدم والمواد المركبة الهيكلية. يشمل خط الإنتاج الدروع المفصلية ، والبطانات المضادة للتشظي ، وكبسولات البقاء على قيد الحياة المصنوعة من المركبات الهيكلية لتحل محل الهياكل المعدنية وحماية وحدات الأسلحة ، الصالحة للسكن وغير المأهولة على حد سواء. يمكن تكييفها جميعًا وفقًا لمتطلبات محددة أو حسب الطلب.
يوفر الناتو STANAG 2 الحماية من المستويات 6-4569 ، إلى جانب الأداء متعدد الضربات وتقليل الوزن (تقول الشركة إن هذه الأنظمة تزن نصف وزن منتجات الصلب المماثلة) ، بالإضافة إلى التكيف مع التهديدات والمنصات والمهام المحددة. يمكن تصنيع البطانات المضادة للتفتت من ألواح مسطحة تزن 12,3 كجم لتغطية مساحة 0,36 م 2 (حوالي 34 كجم / م 2) أو تركيبات صلبة تزن 12,8 كجم مقابل 0,55 م 2 (حوالي 23,2 كجم / م 2).
يوفر الدرع الإضافي المصمم لمنصات جديدة ومحدثة نفس القدرات بنصف الوزن ، وفقًا لـ Morgan Advanced Materials. يوفر النظام الحاصل على براءة اختراع حماية قصوى ضد مجموعة واسعة من التهديدات ، بما في ذلك الأسلحة الصغيرة والمتوسطة ، والعبوات الناسفة (IEDs) والقذائف الصاروخية ، فضلاً عن الأداء متعدد الضربات.
يتم تقديم نظام درع "شبه هيكلي" يتمتع بمقاومة جيدة للتآكل لوحدات الأسلحة (بالإضافة إلى التطبيقات الجوية والبحرية) ، جنبًا إلى جنب مع توفير الوزن وتقليل مشاكل مركز الجاذبية إلى الحد الأدنى ، يخلق مشاكل EMC أقل من الفولاذ.
تعد حماية وحدات الأسلحة مشكلة خاصة لأنها هدف جذاب ، حيث إن عجزها يضعف بشكل كبير من وعي الطاقم الظرفي وقدرة السيارة على التعامل مع التهديدات القريبة. كما يقومون بتركيب الإلكترونيات الضوئية "الحساسة" والمحركات الكهربائية المعرضة للخطر. نظرًا لأنه يتم تركيبها عادةً في الجزء العلوي من السيارة ، يجب أن يكون الدرع خفيفًا من أجل الحفاظ على مركز الجاذبية عند أدنى مستوى ممكن.
نظام حماية وحدة السلاح ، والذي قد يشمل الزجاج المدرع وحماية الجزء العلوي ، قابل للطي تمامًا ، ويمكن لشخصين تجميعه مرة أخرى في غضون 90 ثانية. كبسولات البقاء على قيد الحياة المركبة مصنوعة مما تصفه الشركة بأنه "مواد متينة فريدة ومركبات بوليمر" ، فهي توفر حماية من الشظايا ويمكن إصلاحها في هذا المجال.
حماية الجندي
يشتمل نظام حماية الجندي 3M Ceradyne SPS (نظام حماية الجندي) على خوذات وإدخالات في الدروع الواقية للبدن لـ IHPS (نظام حماية الرأس المتكامل) وحماية الجذع VTP (حماية الجذع الحيوية) - مكونات ESAPI (إدراج حماية الأسلحة الصغيرة المحسّن) - إدخال محسّن للحماية من الأسلحة الصغيرة) لنظام SPS.
تتضمن متطلبات IHPS وزنًا أخف ، وحماية سمعية سلبية ، وحماية مُحسَّنة من الصدمات غير الحادة. يشتمل النظام أيضًا على ملحقات مثل مكون الفك السفلي للجندي ، وواقي واقي ، وحامل لنظارات الرؤية الليلية ، وأدلة ، على سبيل المثال ، مصباح يدوي وكاميرا ، ووحدات حماية إضافية مضادة للرصاص. العقد ، الذي تبلغ قيمته أكثر من 7 ملايين دولار ، ينص على توريد حوالي 5300 خوذة. وفي الوقت نفسه ، سيتم تسليم أكثر من 36 مجموعة من أدوات ESAPI ، وإدراج درع الجسم الأخف وزناً ، بموجب عقد بقيمة 30000 مليون دولار. بدأ إنتاج هاتين المجموعتين في عام 2017.
في إطار برنامج SPS أيضًا ، اختارت شركة KDH Defense مواد Honeywell SPECTRA SHIELD و GOLD SHIELD لخمسة أنظمة فرعية ، بما في ذلك نظام حماية الجذع والأطراف TEP (حماية الجذع والأطراف) ليتم توفيره لمشروع SPS. نظام الحماية TEP أخف بنسبة 26٪ ، مما يقلل في النهاية من وزن نظام SPS بنسبة 10٪. سوف تستخدم KDH مادة SPECTRA SHIELD القائمة على ألياف UHMWPE ومادة GOLD SHIELD القائمة على ألياف الأراميد في منتجاتها الخاصة لهذا النظام.
ألياف SPECTRA
تستخدم شركة Honeywell عملية غزل وغزل من ألياف البوليمر لتضمين المواد الخام UHMWPE في ألياف SPECTRA. هذه المادة أقوى بعشر مرات من الفولاذ من حيث الوزن ، ولها قوة معينة أكبر بنسبة 10٪ من ألياف الأراميد ، ولها نقطة انصهار أعلى من البولي إيثيلين القياسي (40 درجة مئوية) وأكثر مقاومة للتآكل من البوليمرات الأخرى مثل البوليستر.
تُظهر مادة SPECTRA القوية والصلبة إجهادًا عاليًا عند الكسر ، أي أنها تمتد بشدة قبل الانكسار ؛ تسمح لك هذه الخاصية بامتصاص كمية كبيرة من طاقة التأثير. تقول شركة Honeywell إن مركبات الألياف SPECTRA تؤدي أداءً جيدًا للغاية في تأثيرات السرعة العالية مثل طلقات البندقية وموجات الصدمة. وفقًا للشركة ، "تستجيب الألياف المتقدمة لدينا للتأثير من خلال إزالة الطاقة الحركية بسرعة من منطقة التأثير ... كما أنها تخفف الاهتزاز جيدًا ، وتتمتع بمرونة جيدة وخصائص احتكاك داخلي ممتازة للألياف جنبًا إلى جنب مع المقاومة الممتازة للمواد الكيميائية والماء والأشعة فوق البنفسجية. .
في تقنية SHIELD الخاصة بها ، تضع شركة Honeywell خيوطًا متوازية من الألياف وتربطها معًا عن طريق التشريب براتنج متقدم لتشكيل شريط أحادي الاتجاه. ثم يتم وضع طبقات هذا الشريط بالعرض في الزوايا المرغوبة ويتم لحامها في هيكل مركب عند درجة حرارة وضغط معينين. لتطبيقات حماية الجسم الناعمة ، يتم تصفيحها بين طبقتين من فيلم شفاف رقيق ومرن. نظرًا لأن الألياف تظل مستقيمة ومتوازية ، فإنها تبدد طاقة التأثير بشكل أكثر كفاءة مما لو تم نسجها في قماش منسوج.
تستخدم Short Bark Industries أيضًا SPECTRA SHIELD في BCS (القميص القتالي الباليستي) للحماية السفلية لنظام SPS TER. شورت بارك متخصصة في الحماية الناعمة والملابس التكتيكية والإكسسوارات.
وفقًا لشركة Honeywell ، اختار الجنود وسائل الحماية المصنوعة من هذه المواد بعد أن أظهروا أداءً فائقًا مقارنةً بنظرائهم المصنوعة من ألياف الأراميد.
بحسب المواقع:
www.nationaldefensemagazine.org
www.ssab.com
www.rheinmetall.com
www.deform.com
www.riotinto.com
www.totalmateria.com
www.mtladv.com
www.alcoa.com
www.morganadvancedmaterials.com
www.3m.com
www.wikipedia.org
www.honeywell.com
معلومات