Oklop je milijunima godina stariji od čovječanstva, a razvio se prvenstveno radi zaštite od čeljusti i kandži. Moguće je da bi krokodili i kornjače djelomično mogli inspirirati ljude na stvaranje zaštitnih elemenata. Svo oružje kinetičke energije, bilo da je to prapovijesni štap ili oklopni projektil, dizajnirano je za koncentriranje velike sile na malom prostoru, njegov zadatak je probiti cilj i nanijeti mu maksimalnu štetu. Posljedično, posao oklopa je spriječiti to odvraćanjem ili uništavanjem sredstava za napad i / ili raspršivanjem energije udara na što je moguće veće područje kako bi se smanjila svaka šteta na ljudstvu, transportnim sistemima i strukturama koje štiti.
Moderni oklop obično se sastoji od tvrdog vanjskog sloja za zaustavljanje, odbijanje ili uništavanje projektila, srednjeg sloja sa vrlo visokim "radom na lomljenje" i viskoznog unutrašnjeg sloja za sprječavanje pukotina i ostataka.
Čelik
Čelik, koji je postao prvi materijal koji se naširoko koristi u stvaranju oklopnih vozila, i dalje je tražen, unatoč pojavi oklopa na bazi lakih legura aluminija i titana, keramike, kompozita s polimernom matricom, ojačanih staklenim vlaknima, aramidom i polietilena ultra velike molekulske mase, kao i kompozitnih materijala sa metalnom matricom.
Mnoge čeličane, uključujući SSAB, nastavljaju s razvojem čelika visoke čvrstoće za razne primjene kritične po težinu, kao što je dodatno oblaganje. Oklopni čelik razreda ARM OX 600T, dostupan u debljinama od 4-20 mm, dostupan je s zajamčenom tvrdoćom od 570 do 640 HBW jedinica (kratica za Hardness, Brinell, Wolfram; test u kojem se pritisne volframova kugla standardnog promjera u uzorak materijala s poznatom silom, zatim se mjeri promjer nastalog udubljenja; tada se ti parametri zamjenjuju u formulu koja vam omogućuje da dobijete broj jedinica tvrdoće).
SSAB također naglašava važnost postizanja prave ravnoteže tvrdoće i žilavosti za zaštitu od prodiranja i pucanja. Kao i svi čelici, ARMOX 600T sastoji se od željeza, ugljika i niza drugih legirajućih komponenti uključujući silicij, mangan, fosfor, sumpor, krom, nikal, molibden i bor.
Postoje ograničenja u korištenim proizvodnim tehnikama, posebno kada je u pitanju temperatura. Ovaj čelik nije namijenjen dodatnoj toplinskoj obradi; ako se nakon isporuke zagrije iznad 170 ° C, SSAB ne može jamčiti njegova svojstva. Kompanije koje mogu zaobići ovu vrstu ograničenja vjerojatno će privući pomnu pažnju proizvođača oklopnih vozila.
Druga švedska kompanija, Deform, nudi vruće oblikovane dijelove oklopnog čelika otporne na metke proizvođačima oklopnih vozila, posebno onima koji žele poboljšati zaštitu komercijalnih / civilnih vozila.
Jednodijelni zaštitni zidovi Deform ugrađeni su u Nissan PATROL 4x4, Volkswagen T6 TRANSPORTER minibus i kamion za prijevoz Isuzu D-MAX, zajedno s čvrstim podnim limom od istog materijala. Postupak vrućeg oblikovanja koji je razvio Deform i koristi se u proizvodnji limova održava tvrdoću od 600HB [HBW].
Kompanija tvrdi da može vratiti svojstva svim oklopnim čelicima na tržištu uz zadržavanje strukturno definiranog oblika, dok su rezultirajući dijelovi daleko superiorniji od tradicionalnih zavarenih i djelomično preklapajućih konstrukcija. U metodi koju je razvio Deform, listovi se kale i temperiraju nakon vrućeg kovanja. Zahvaljujući ovom procesu, moguće je dobiti trodimenzionalne oblike koji se ne mogu dobiti hladnim oblikovanjem bez obaveznih u takvim slučajevima "zavara koji narušavaju integritet kritičnih točaka".
Deformirani vruće oblikovani čelični limovi korišteni su na BAE Systems BVS-10 i CV90, a od ranih 1990-ih na mnogim Kraus-Maffei Wegmann (KMW) strojevima. Stižu narudžbe za proizvodnju trodimenzionalnih oklopnih ploča za tenk LEOPARD 2 i nekoliko oblikovanih ploča za vozila BOXER i PUMA, plus za nekoliko vozila Rheinmetall, uključujući ponovo BOXER, kao i poklopac za vozilo WIESEL. Deform također djeluje s drugim zaštitnim materijalima uključujući aluminij, kevlar / aramid i titan.
Napredak aluminijuma
Što se tiče oklopnih vozila, prvi put se aluminijski oklop naširoko koristio u proizvodnji oklopnog transportera M113, koji se proizvodio od 1960. Bila je to legura, označena 5083, koja je sadržavala 4,5% magnezija i mnogo manje količine mangana, željeza, bakra, ugljika, cinka, kroma, titana i drugih. Iako 5083 zadržava čvrstoću i nakon zavarivanja, to nije legura koja se može termički obraditi. Nema tako dobru otpornost na oklopne metke kalibra 7,62 mm, ali, kako su potvrdili službeni testovi, zaustavlja 14,5-milimetarske oklopne metke sovjetskog tipa bolje od čelika, uz uštedu težine i dodavanje željene snage. Za ovu razinu zaštite, aluminijski lim deblji je i 9 puta jači od čelika s manjom gustoćom od 265 r / cm3, što rezultira smanjenjem težine konstrukcije.
Proizvođači oklopnih vozila uskoro su počeli tražiti lakši, balistički jači, zavarljivi i toplinski obradivi aluminijski oklop, što je dovelo do razvoja Alcana 7039, a kasnije 7017, oba s većim sadržajem cinka.
Kao i kod čelika, žigosanje i naknadna montaža mogu negativno utjecati na zaštitna svojstva aluminija. Prilikom zavarivanja toplinski zahvaćene zone omekšavaju, ali se njihova snaga djelomično obnavlja uslijed stvrdnjavanja tijekom prirodnog starenja. Struktura metala se mijenja u uskim zonama blizu zavara, stvarajući velika zaostala naprezanja u slučaju grešaka pri zavarivanju i / ili montaži. Zbog toga bi ih proizvodne tehnike trebale svesti na najmanju moguću mjeru, dok bi rizik od korozijskog pucanja pod naponom također trebao biti minimiziran, posebno kada se očekuje da će konstrukcijski vijek trajanja mašine biti duži od tri decenije.
Naprezanje od korozije pod naponom je proces pojavljivanja i rasta pukotina u korozivnoj sredini, koji se može pogoršati s povećanjem broja legirajućih elemenata. Do stvaranja pukotina i njihovog kasnijeg rasta dolazi kao rezultat difuzije vodika duž granica zrna.
Određivanje osjetljivosti na pucanje počinje ekstrakcijom male količine elektrolita iz pukotina i njegovom analizom. Testiranja otpornosti na koroziju pri niskim naprezanjima provode se kako bi se utvrdilo koliko je određena legura teško oštećena. Mehaničko rastezanje dva uzorka (jednog u korozivnom okruženju, a drugog na suhom zraku) događa se sve dok ne propadnu, a zatim se uspoređuje plastična deformacija na mjestu loma - što je više uzorak rastegnut do sloma, to bolje.
Otpornost na korozijsko pucanje pod naponom može se poboljšati tokom obrade. Na primjer, prema Total Materia, koji sebe naziva "najvećom svjetskom bazom materijala", Alcan je poboljšao performanse 7017 u ubrzanim testovima korozijskog pucanja pod naponom za 40 puta. Dobiveni rezultati također omogućuju razvoj metoda zaštite od korozije za zone zavarenih konstrukcija, u kojima je teško izbjeći zaostala naprezanja. U tijeku su istraživanja usmjerena na poboljšanje legura radi optimizacije elektrokemijskih karakteristika zavarenih spojeva. Rad na novim legurama koje se mogu termički obrađivati fokusira se na poboljšanje njihove čvrstoće i otpornosti na koroziju, dok rad na legurama koje se ne mogu termički obraditi imaju za cilj uklanjanje ograničenja koja postavljaju zahtjevi za zavarivanje. Najteži materijali u razvoju bit će 50% jači od najboljeg aluminijskog oklopa koji se danas koristi.
Legure niske gustoće, poput litij -aluminija, nude uštedu od 10% u odnosu na prethodne legure sa uporedivom otpornošću na metke, iako balističke performanse tek trebaju biti u potpunosti ocijenjene prema Total Materia.
Metode zavarivanja, uključujući robotske, također se poboljšavaju. Među zadacima koji se rješavaju su minimiziranje opskrbe toplinskom energijom, stabilniji luk zavarivanja zbog poboljšanja sustava opskrbe energijom i žicom, kao i nadzor i kontrola procesa od strane stručnih sustava.
MTL Advanced Materials surađivali su s ALCOA Defense, renomiranim proizvođačem aluminijskih oklopnih ploča, kako bi razvili ono što kompanija opisuje kao "pouzdan i ponovljiv proces hladnog oblikovanja". Kompanija napominje da aluminijske legure razvijene za oklope nisu dizajnirane za hladno oblikovanje, što znači da bi novi proces trebao pomoći u izbjegavanju uobičajenih načina kvara, uključujući pucanje. Krajnji cilj je omogućiti dizajnerima mašina da minimiziraju potrebu za zavarivanjem i smanje broj dijelova, tvrde iz kompanije. Smanjivanjem volumena zavarivanja, naglašava kompanija, povećava se čvrstoća konstrukcije i zaštita posade uz smanjenje troškova proizvodnje. Počevši od dobro dokazane legure 5083-H131, kompanija je razvila postupak za hladno oblikovanje dijelova s kutom savijanja 90 stupnjeva uzduž i poprijeko zrna, a zatim prešla na složenije materijale, na primjer, legure 7017, 7020 i 7085, takođe postižući dobre rezultate.
Keramika i kompoziti
Prije nekoliko godina Morgan Advanced Materials najavio je razvoj nekoliko SAMAS oklopnih sistema koji su se sastojali od kombinacije napredne keramike i strukturnih kompozita. Linija proizvoda uključuje oklop sa šarkama, obloge protiv fragmentacije, kapsule za preživljavanje izrađene od strukturnih kompozita za zamjenu metalnih trupova i zaštitu modula oružja, nastanjenih i nenaseljenih. Svi se mogu prilagoditi posebnim zahtjevima ili napraviti po narudžbi.
Pruža zaštitu STANAG 4569 Nivo 2-6, uz performanse s više utjecaja i uštedu na težini (kompanija tvrdi da su ovi sistemi teži upola manje od sličnih proizvoda od čelika), te se prilagođava posebnim prijetnjama, platformama i misijama. … Obloge protiv lomljenja mogu se napraviti od ravnih ploča težine 12,3 kg kako bi pokrile površinu od 0,36 m2 (oko 34 kg / m2) ili čvrste armature težine 12,8 kg za 0,55 m2 (oko 23,2 kg / m2).
Prema Morgan Advanced Materials, dodatni oklop dizajniran za nove i modernizaciju postojećih platformi nudi iste mogućnosti pri upola manjoj težini. Patentirani sistem pruža maksimalnu zaštitu od širokog spektra prijetnji, uključujući oružje malog i srednjeg kalibra, improvizirane eksplozivne naprave (IED) i granate na raketni pogon, kao i performanse s više udara.
"Polustrukturni" oklopni sistem s dobrom otpornošću na koroziju nudi se za module naoružanja (uz primjene u zraku i na moru), a uz uštedu težine i minimiziranje problema s težištem, za razliku od čelika, stvara manje problema s elektromagnetskom kompatibilnošću.
Zaštita modula naoružanja poseban je problem, budući da su atraktivna meta, jer njihovo onemogućavanje drastično narušava posadu ovladavanje situacijom i sposobnost vozila da se izbori s prijetnjama u blizini. Imaju i osjetljivu optoelektroniku i osjetljive elektromotore. Budući da se obično postavljaju na vrh vozila, oklop bi trebao biti lagan kako bi težište bilo što niže.
Sustav zaštite modula naoružanja, koji može uključivati blindirano staklo i zaštitu gornjeg dijela, potpuno je sklopiv, dvije osobe ga mogu sastaviti za 90 sekundi. Kompozitne kapsule za preživljavanje napravljene su od onoga što kompanija opisuje kao „jedinstvene čvrste materijale i polimerne formulacije“, pružaju zaštitu od gelera i mogu se popraviti na terenu.
Zaštita vojnika
SPS (sistem zaštite vojnika) koji je razvila kompanija 3M Ceradyne uključuje kacige i umetke u pancirima za integrirani sistem zaštite glave (IHPS) i VTP (zaštita vitalnog torza) - komponente ESAPI (poboljšani zaštitni umetak za malo oružje) - poboljšani umetak za zaštitu od malo oružje) SPS sistema.
Zahtjevi IHPS -a uključuju manju težinu, pasivnu zaštitu za sluh i poboljšanu zaštitu od tupih udara. Sistem takođe uključuje pribor kao što je komponenta za zaštitu donje vilice vojnika, zaštitni vizir, držač za naočare za noćno osmatranje, vodiči za, na primjer, svjetiljku i kameru, te dodatna modularna zaštita od metka. Ugovor, vrijedan više od 7 miliona dolara, predviđa nabavku oko 5.300 kaciga. U međuvremenu, više od 30.000 ESAPI kompleta - lakših umetaka za pancire - bit će isporučeno prema ugovoru vrijednom 36 miliona dolara. Proizvodnja oba kompleta započela je 2017.
Takođe u okviru programa SPS, KDH Defense je odabrala Honeywell -ove materijale SPECTRA SHIELD i GOLD SHIELD za pet podsistema, uključujući podsistem Torzo i Extremity Protection (TEP) koji će se isporučivati za SPS projekat. TEP sistem zaštite je 26% lakši, što na kraju smanjuje težinu SPS sistema za 10%. KDH će koristiti SPECTRA SHIELD, koja se temelji na UHMWPE vlaknima, i GOLD SHIELD, na bazi aramidnih vlakana, u vlastitim proizvodima za ovaj sistem.
SPECTRA vlakno
Honeywell koristi vlasnički postupak predenja i izvlačenja polimernih vlakana za ugradnju UHMWPE sirovine u SPECTRA vlakna. Ovaj materijal je 10 puta jači od čelika u smislu težine, njegova specifična čvrstoća je 40% veća od one od aramidnih vlakana, ima višu tačku topljenja od standardnog polietilena (150 ° C) i veću otpornost na habanje u odnosu na ostale polimere, za na primjer, poliester.
Čvrsti i kruti SPECTRA materijal pokazuje velike deformacije pri lomu, odnosno jako se rasteže prije loma; ovo svojstvo omogućava apsorpciju velike količine udarne energije. Honeywell tvrdi da kompoziti od vlakana SPECTRA djeluju vrlo dobro pri udarima velike brzine, poput metaka puške i udarnih valova. Prema kompaniji, „Naše napredno vlakno reagira na udar brzim uklanjanjem kinetičke energije iz zone udara … također ima dobro prigušivanje vibracija, dobru otpornost na ponovljene deformacije i odlične karakteristike unutarnjeg trenja vlakana, uz odličnu otpornost na kemikalije, vode i UV svjetla."
U svojoj SHIELD tehnologiji, Honeywell širi paralelne niti vlakana i povezuje ih impregnirajući ih naprednom smolom za stvaranje jednosmjerne vrpce. Zatim se slojevi ove trake postavljaju poprečno pod željenim uglovima i pri zadanoj temperaturi i pritisku, lemljeni u kompozitnu strukturu. Za mekane aplikacije koje se nose, laminirano je između dva sloja tankog i fleksibilnog prozirnog filma. Budući da vlakna ostaju ravna i paralelna, rasipaju energiju udara učinkovitije nego da su utkana u tkani materijal.
Short Bark Industries također koristi SPECTRA SHIELD u BCS (Ballistic Combat Shirt) tjelohranitelju za SPS TEP sistem. Short Bark specijaliziran je za meku zaštitu, taktičku odjeću i pribor.
Prema Honeywellu, vojnici su odabrali zaštitne elemente izrađene od ovih materijala nakon što su pokazali superiorne performanse u odnosu na svoje kolege od aramidnih vlakana.
