一种抗30mm脱壳穿甲弹的装甲结构单元制造技术

本发明专利技术提供一种抗30mm脱壳穿甲弹的装甲结构单元，所述装甲结构单元为陶瓷/金属夹芯背板复合装甲结构，包括陶瓷面板和夹芯金属背板；从穿甲弹入射方向依次设置陶瓷面板和夹芯金属背板；所述夹芯金属背板在抗弹过程中用于支撑陶瓷面板；所述陶瓷面板的陶瓷为抗弹陶瓷材料；所述夹芯金属背板的金属材料为抗弹金属材料；所述夹芯金属背板中设置阵列格栅；所述阵列栅格的单元尺寸略小于穿甲弹，防止穿甲弹直接击穿所述阵列栅格的薄弱区域。本发明专利技术通过采用新型结构的金属背板，在不降低陶瓷/金属复合装甲防护能力的条件下实现整体装甲结构的减重，满足兼顾防护力和轻量化的设计需求。满足兼顾防护力和轻量化的设计需求。满足兼顾防护力和轻量化的设计需求。

【技术实现步骤摘要】
一种抗30mm脱壳穿甲弹的装甲结构单元


[0001]本专利技术属于装甲防护领域，具体涉及一种抗30mm脱壳穿甲弹的装甲结构单元。

技术介绍

[0002]装甲防护设计是提升武器装备战场生存力的重要手段，针对枪弹攻击的防护是其中一种重要的防护需求。然而，装甲防护设计中存在着防护力和轻量化的矛盾，一方面，枪弹毁伤能力的提升对装甲的防护力提出了更高的要求，另一方面，武器装备的高机动性需求则对装甲的轻量化提出了更高的要求。因此随着战场环境对武器装备机动性的要求越来越高，装甲防护设计应该在保证防护能力的前提下尽可能的提高结构轻量化水平。为了兼顾防护力和轻量化，装甲结构单元逐渐从传统的均质金属结构发展为金属材料和非金属材料并用的复合结构。
[0003]本专利技术所涉及的装甲防护单元以30mm脱壳穿甲弹为防护对象，这种穿甲弹的弹芯材质为高密度的钨合金，射击初速度在1000m/s以上，因此其初始动能高，侵彻能力强。由此可见，30mm脱壳穿甲弹的侵彻能力主要基于其非常高的初始动能，其侵彻机制有别于7.62mm和12.7mm穿燃弹等使用硬质合金弹芯的穿甲弹，因此在装甲结构设计中针对这两种不同类型的穿甲弹需要采用不同的设计思路。
[0004]对于30mm脱壳穿甲弹，消耗其初始动能是实现防御的关键，传统金属装甲主要通过局部塑性变形消耗穿甲弹的动能，耗能效率低，因此对30mm脱壳穿甲弹的防护效率低。针对30mm脱壳穿甲弹，当前通常采用陶瓷面板/金属背板的复合装甲结构，陶瓷面板厚度一般在40mm以上。陶瓷/金属复合装甲的典型抗弹机理为：陶瓷面板直接承受子弹的撞击，由于陶瓷硬度较高，可以使弹头产生严重变形从而降低穿甲弹侵彻能力，而陶瓷面板在子弹侵彻过程中发生破碎，消耗大量子弹初始动能，且陶瓷碎片通过对穿甲弹的磨蚀作用使子弹进一步减速；金属背板的主要作用是为陶瓷面板提供支撑，避免面板在子弹撞击下发生弯曲破坏，从而充分发挥陶瓷面板的抗弹能力，金属背板在子弹侵彻过程中主要发生弯曲变形。
[0005]陶瓷/金属复合装甲的上述抗弹机理已经在文献中得到较为详细的论证。例如，张晓晴等(张晓晴,杨桂通,黄小清.弹体侵彻陶瓷/金属复合靶板问题的研究[J].工程力学,2006(04):155
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159.)针对弹体侵彻陶瓷/金属复合靶板的问题，通过理论模型分析靶板结构的弹击响应，指出在子弹未贯穿陶瓷面板的情况下金属背板表现为明显的弯曲变形。Lee等(Lee M,Yoo Y H.Analysis ofceramic/metal armour systems[J].International journal of impact engineering,2001,25(9):819
‑
829.)指出金属背板延缓了陶瓷板背部的准静态裂纹扩展，延迟了陶瓷面板的破碎失效，有利于陶瓷充分发挥抗弹能力，从而提高了装甲系统的抗侵彻弹道性能等等。由于30mm脱壳穿甲弹具有质量大(采用钨合金弹芯)、初速度高(1000m/s以上)的特点，当前针对该穿甲弹防护的陶瓷/金属复合装甲中通常采用较厚的均质金属作为背板，以提供足够的结构支撑，由此导致装甲结构的质量较大，难以满足日益提高的轻量化设计需求。总的来说，金属背板在抗弹过程中主要起到支撑陶瓷
面板的作用，其自身则发生弯曲变形，目前抗脱壳穿甲弹复合装甲中的金属背板质量较大。

技术实现思路

[0006]为解决上述技术问题，考虑到陶瓷/金属复合装甲中金属背板重量大的特点以及陶瓷/金属复合装甲在防弹时金属背板主要承受弯曲载荷的抗弹机理，本专利技术提出抗30mm脱壳穿甲弹的装甲结构单元，其为一种新型陶瓷/金属复合装甲结构单元设计，通过采用新型结构的金属背板，在不降低陶瓷/金属复合装甲防护能力的条件下实现整体装甲结构的减重，满足兼顾防护力和轻量化的设计需求。
[0007]一种抗30mm脱壳穿甲弹的装甲结构单元的具体设计为：采用陶瓷面板/金属夹芯背板的复合结构形式，沿着穿甲弹入射方向依次设置陶瓷面板和金属夹芯背板；所述陶瓷面板使用抗弹陶瓷材料，在抗侵彻过程中的主要作用是自身破碎吸能并磨蚀子弹；所述金属夹芯背板使用抗弹金属材料，采用栅格夹芯结构，沿着穿甲弹入射方向依次设置厚均质金属板、栅格结构芯层和薄均质金属板，其主要作用是为陶瓷面板提供结构支撑；所述栅格结构的单元尺寸略小于穿甲弹，以避免栅格结构的中心成为防护薄弱区域。
[0008]进一步地，所述抗弹陶瓷材料为碳化硼、碳化硅或氧化铝。
[0009]进一步地，所述陶瓷面板为多种陶瓷材料、多块抗弹陶瓷板的层合结构，或单一陶瓷材料、多块抗弹陶瓷板的层合结构，或单一陶瓷材料的整块抗弹陶瓷板。
[0010]进一步地，所述抗弹金属材料为装甲钢、铝合金或钛合金。
[0011]进一步地，所述金属夹芯背板为单一金属材料的整块金属板，或多种金属材料的多块金属板的层合结构。
[0012]进一步地，所述金属夹芯背板中的阵列格栅在厚度方向的位置位于所述金属夹芯背板的靠后方。
[0013]进一步地，所述陶瓷面板与所述金属夹芯背板通过粘接或者螺栓连接的方式固定在一起。
[0014]本专利技术从陶瓷/金属复合装甲的抗弹机理出发，提出了一种陶瓷/金属复合装甲的新型金属背板结构形式。金属背板的主要作用是提供结构支撑，在抗弹过程中主要承受弯曲载荷，因此将均质金属背板设计为具有同等抗弯刚度的轻量化结构不会降低背板的抗弯承载能力，因此也不会影响复合装甲的整体防护能力。基于这个思想，本专利技术提出了一种含栅格结构的金属夹芯背板单元结构，芯层为金属格栅结构。相比于均质金属背板，含栅格结构的金属夹芯背板在同等重量下可以明显增大结构的抗弯刚度，因此具备提高陶瓷/金属复合装甲整体抗弹防护性能的潜力。而当含栅格结构金属夹芯背板与均质金属背板具有同等抗弯刚度时，其重量显著低于均质金属背板，因此本专利技术可以在保持结构防护性能的前提下实现金属背板的减重，有利于整体装甲结构的轻量化。
[0015]有益效果：
[0016]本专利技术与现有陶瓷/金属复合装甲结构相比，在抗30mm脱壳穿甲弹方面具有同等防护能力，但整体结构的质量显著降低，满足装甲结构高防护轻量化的发展需求。在陶瓷/金属背板复合装甲的抗弹机理中陶瓷面板利用其高硬度高强度的特点破坏子弹，且陶瓷破碎过程中能消耗大量子弹初始动能；背板则主要起到为陶瓷面板提供结构支撑的作用，背板提供的结构支撑越强则越有利于充分发挥陶瓷面板的防护能力。由于抗弹陶瓷存在尺寸
效应，采用大尺寸的均质陶瓷面板使陶瓷复合装甲针对单发弹的防护能力最强，因此本设计采用均质大尺寸陶瓷面板。夹芯结构形式的金属背板在减重的同时提高了背板的抗弯曲刚度，因此即能保证整体装甲结构的防护能力又有利于实现轻量化。
[0017]本专利技术从陶瓷/金属复合装甲的抗弹机制出发，提出了一种高比刚度的金属夹芯背板。与均质金属背板结构相比，栅格夹芯背板结构在同等抗弯刚度下具有更轻的质量，因此在达到相近的抗侵彻能力指标(比如结构受到高速穿甲弹的冲击之后背板的挠度)本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种抗30mm脱壳穿甲弹的装甲结构单元，其特征在于：所述装甲结构单元为陶瓷面板/金属夹芯背板复合装甲结构，包括陶瓷面板和金属夹芯背板；从穿甲弹入射方向依次设置陶瓷面板和金属夹芯背板；所述金属夹芯背板在抗弹过程中用于支撑陶瓷面板；所述陶瓷面板的陶瓷为抗弹陶瓷材料；所述金属夹芯背板的金属材料为抗弹金属材料；所述金属夹芯背板的芯层为阵列栅格结构；所述阵列栅格结构的单元尺寸略小于穿甲弹，防止栅格单元的中心成为防护薄弱区域。2.根据权利要求1所述的一种抗30mm脱壳穿甲弹的装甲结构单元，其特征在于：所述抗弹陶瓷材料为碳化硼、碳化硅或氧化铝。3.根据权利要求1所述的一种抗30mm脱壳穿甲弹的装甲结构单元，其特征在于：所述陶瓷面板为多种陶瓷材料、多块抗弹陶瓷板的层合结构，或单一陶瓷材料、多块抗弹陶瓷板的层合结构，...

【专利技术属性】
技术研发人员：董雷霆，李明净，方伟成，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：