درع أقدم من البشرية بملايين السنين ، وقد تم تطويره بشكل أساسي للحماية من الفكين والمخالب. من الممكن أن تلهم التماسيح والسلاحف البشر جزئيًا لخلق عناصر وقائية. تم تصميم جميع أسلحة الطاقة الحركية ، سواء كانت عبارة عن هراوة من عصور ما قبل التاريخ أو قذيفة خارقة للدروع ، لتركيز قوة كبيرة في منطقة صغيرة ، وتتمثل مهمتها في اختراق الهدف وإلحاق أكبر قدر من الضرر به. وبالتالي ، فإن مهمة الدرع هي منع ذلك عن طريق تشتيت أو تدمير وسائل الهجوم 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 تدميرها ، وطبقة وسيطة ذات "عمل للكسر" عالي جدًا وطبقة داخلية لزجة لمنع التشققات والحطام.
صلب
الصلب ، الذي أصبح أول مادة تستخدم على نطاق واسع في صناعة المركبات المدرعة ، لا يزال مطلوبًا ، على الرغم من ظهور الدروع القائمة على سبائك خفيفة من الألمنيوم والتيتانيوم والسيراميك والمركبات مع مصفوفة بوليمر معززة بألياف الزجاج والأراميد والبولي إيثيلين عالي الوزن الجزيئي ، وكذلك المواد المركبة ذات المصفوفة المعدنية.
تستمر العديد من مصانع الصلب ، بما في ذلك SSAB ، في تطوير فولاذ عالي القوة لمجموعة متنوعة من التطبيقات ذات الوزن الحرج مثل التغليف الإضافي. يتوفر ARM OX 600T من الفولاذ المدرع بسمك 4-20 مم بصلابة مضمونة من 570 إلى 640 وحدة HBW (اختصار لـ Hardness ، Brinell ، Wolfram ؛ اختبار يتم فيه ضغط كرة تنجستن ذات قطر قياسي في عينة من مادة ذات قوة معروفة ، ثم يتم قياس قطر التجويف المتشكل ؛ 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 للاختراق والحماية من الانفجار. 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 للمعالجة الحرارية الإضافية ؛ إذا تم تسخينه فوق 170 درجة مئوية بعد التسليم ، فلا يمكن لـ SSAB ضمان خصائصه. من المرجح أن تجتذب الشركات التي يمكنها الالتفاف على هذا النوع من القيود التدقيق الدقيق من مصنعي المركبات المدرعة.
تقدم شركة سويدية أخرى ، Deform ، أجزاء مشكلة ساخنة من الفولاذ المقاوم للرصاص لمصنعي المركبات المدرعة ، لا سيما أولئك الذين يتطلعون إلى تحسين حماية المركبات التجارية / المدنية.
يتم تثبيت جدران الحماية Deform المكونة من قطعة واحدة في سيارة Nissan PATROL 4x4 ، وحافلة صغيرة Volkswagen T6 TRANSPORTER ، وشاحنة بيك آب Isuzu D-MAX ، جنبًا إلى جنب مع لوح أرضي صلب من نفس المادة. عملية التشكيل على الساخن التي طورتها Deform والمستخدمة في إنتاج الألواح تحافظ على صلابة تصل إلى 600 HBW.
تدعي الشركة أنه يمكنها استعادة خصائص جميع أنواع الفولاذ المدرع في السوق مع الحفاظ على شكل محدد هيكليًا ، في حين أن الأجزاء الناتجة أفضل بكثير من الهياكل التقليدية الملحومة والمتداخلة جزئيًا. في الطريقة التي طورتها Deform ، يتم إخماد الألواح وتلطيفها بعد تزوير ساخن. بفضل هذه العملية ، من الممكن الحصول على أشكال ثلاثية الأبعاد لا يمكن الحصول عليها عن طريق التشكيل على البارد دون الإلزامية في مثل هذه الحالات "اللحامات التي تنتهك سلامة النقاط الحرجة".
تم استخدام صفائح الفولاذ المشوهة على الساخن في BAE Systems BVS-10 و CV90 ، ومنذ أوائل التسعينيات ، في العديد من آلات Kraus-Maffei Wegmann (KMW). تأتي الطلبات لإنتاج لوحات مدرعة ثلاثية الأبعاد لخزان LEOPARD 2 والعديد من اللوحات ذات الأشكال لمركبات BOXER و PUMA ، بالإضافة إلى العديد من مركبات Rheinmetall ، بما في ذلك BOXER مرة أخرى ، بالإضافة إلى فتحة لمركبة WIESEL. يعمل Deform أيضًا مع مواد واقية أخرى بما في ذلك الألومنيوم والكيفلار / الأراميد والتيتانيوم.
تقدم الألمنيوم
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 عبارة عن سبيكة ، تم تحديدها 5083 ، تحتوي على 4.5 ٪ من المغنيسيوم وكميات أصغر بكثير من المنغنيز والحديد والنحاس والكربون والزنك والكروم والتيتانيوم وغيرها. على الرغم من احتفاظ 5083 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 الخارق للدروع من الطراز السوفيتي مقاس 14.5 ملم أفضل من الرصاص ، مع توفير الوزن وإضافة القوة المطلوبة. بالنسبة لهذا المستوى من الحماية ، تكون صفائح الألمنيوم أكثر سمكًا وأقوى 9 مرات من الفولاذ بكثافة أقل تبلغ 265 ص / سم 3 ، مما يؤدي إلى تقليل وزن الهيكل.
سرعان ما بدأ مصنعو المركبات المدرعة في طلب دروع ألومنيوم أخف وزنا وأكثر قوة من الناحية البالستية وقابلة للحام والمعالجة بالحرارة ، مما أدى إلى تطوير Alcan لـ 7039 وما بعده 7017 ، وكلاهما يحتوي على نسبة أعلى من الزنك.
كما هو الحال مع الفولاذ ، يمكن أن يؤثر الختم والتجميع اللاحق سلبًا على الخصائص الوقائية للألمنيوم. عند اللحام ، تنعم المناطق المتأثرة بالحرارة ، 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 أخطاء في اللحام و / أو التجميع. وبالتالي ، يجب أن تقلل تقنيات التصنيع منها ، في حين يجب أيضًا تقليل مخاطر التآكل الناتج عن التآكل الإجهادي ، خاصة عندما يُتوقع أن يكون عمر الماكينة أكثر من ثلاثة عقود.
التكسير الناتج عن التآكل الإجهادي هو عملية ظهور ونمو الشقوق في البيئة المسببة للتآكل ، والتي تميل إلى التدهور 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. يتم إجراء اختبارات تآكل إجهاد منخفض معدل الإجهاد لتحديد مدى الضرر الذي تعرضت له سبيكة معينة. يحدث التمدد الميكانيكي لعينتين (واحدة في بيئة أكالة ، والأخرى في الهواء الجاف) حتى تفشل ، ثم تتم مقارنة التشوه البلاستيكي في موقع الكسر - وكلما تمدد العينة إلى الفشل ، كان ذلك أفضل.
يمكن تحسين مقاومة التشقق الناتج عن التآكل الإجهادي أثناء المعالجة. على سبيل المثال ، وفقًا لـ Total Materia ، التي تطلق على نفسها "أكبر قاعدة بيانات للمواد في العالم" ، قامت Alcan بتحسين أداء 7017 في اختبارات تكسير الإجهاد المتسارع بمقدار 40 مرة.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. ستكون أصعب المواد قيد التطوير أقوى بنسبة 50٪ من أفضل درع الألمنيوم المستخدم اليوم.
توفر السبائك منخفضة الكثافة مثل ألومنيوم الليثيوم وفورات في الوزن بنسبة 10٪ تقريبًا عن السبائك السابقة ذات مقاومة الرصاص المماثلة ، على الرغم من أن الأداء الباليستي لم يتم تقييمه بالكامل وفقًا لـ Total Materia.
كما أن طرق اللحام ، بما في ذلك الروبوتات ، آخذة في التحسن. من بين المهام التي يتم حلها تقليل الإمداد الحراري إلى الحد الأدنى ، وقوس لحام أكثر استقرارًا بسبب تحسين أنظمة إمداد 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. الهدف النهائي هو تمكين مصممي الماكينات من تقليل الحاجة إلى اللحام وتقليل عدد الأجزاء ، وفقًا للشركة. تؤكد الشركة أن تقليل حجم اللحام يزيد من القوة الهيكلية وحماية الطاقم مع تقليل تكاليف الإنتاج. بدءًا من سبيكة 5083-H131 التي أثبتت كفاءتها ، طورت الشركة عملية لأجزاء التشكيل على البارد بزاوية انحناء 90 درجة على طول الحبيبات وعبرها ، ثم انتقلت إلى مواد أكثر تعقيدًا ، مثل السبائك 7017 و 7020 و 7085 ، وتحقيق نتائج جيدة.
سيراميك ومركباته
قبل عدة سنوات ، أعلنت شركة Morgan Advanced Materials عن تطوير العديد من أنظمة SAMAS المدرعة ، والتي تتكون من مزيج من السيراميك المتقدم والمركبات الهيكلية. يشمل خط الإنتاج الدروع المفصلية ، والبطانات المضادة للتشظي ، وكبسولات البقاء على قيد الحياة المصنوعة من المركبات الهيكلية لاستبدال الهياكل المعدنية وحماية وحدات الأسلحة ، المأهولة وغير المأهولة على حد سواء. يمكن تكييفها جميعًا وفقًا لمتطلبات محددة أو حسب الطلب.
يوفر حماية STANAG 4569 المستوى 2-6 ، إلى جانب الأداء متعدد التأثيرات وتوفير الوزن (تدعي الشركة أن هذه الأنظمة تزن نصف وزن منتجات الصلب المماثلة) ، بالإضافة إلى التكيف مع تهديدات ومنصات ومهمات محددة. … يمكن تصنيع البطانات المضادة للشظايا 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).
وفقًا لـ Morgan Advanced Materials ، فإن الدروع الإضافية المصممة لمنصات جديدة وتحديثها توفر نفس القدرات بنصف الوزن. 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 الصدمات.
يتم تقديم نظام درع "شبه هيكلي" مع مقاومة جيدة للتآكل لوحدات الأسلحة (بالإضافة إلى التطبيقات الجوية والبحرية) ، جنبًا إلى جنب مع توفير الوزن وتقليل المشكلات المتعلقة بمركز الجاذبية ، على عكس الفولاذ ، فإنه يخلق مشاكل توافق كهرومغناطيسية أقل.
تعد حماية وحدات الأسلحة مشكلة خاصة ، لأنها هدف جذاب ، لأن تعطيلها يضعف بشكل كبير من سيطرة الطاقم على الموقف وقدرة السيارة على التعامل مع التهديدات القريبة. لديهم أيضًا إلكترونيات بصرية دقيقة ومحركات كهربائية ضعيفة. نظرًا لأنه يتم تثبيتها عادةً في الجزء العلوي من السيارة ، يجب أن تكون التدريع خفيف الوزن من أجل الحفاظ على مركز الثقل عند أدنى مستوى ممكن.
نظام حماية وحدات الأسلحة ، الذي يمكن أن يشمل الزجاج المدرع وحماية الجزء العلوي ، قابل للطي تمامًا ، ويمكن لشخصين إعادة تجميعه في 90 ثانية. كبسولات البقاء على قيد الحياة المركبة مصنوعة مما تصفه الشركة بأنه "مواد صلبة فريدة وتركيبات بوليمر" ، فهي توفر حماية ضد الشظايا ويمكن إصلاحها ميدانيًا.
حماية الجندي
يشتمل نظام حماية الجندي SPS (نظام حماية الجندي) الذي طورته 3M Ceradyne على خوذات وإضافات في الدروع الواقية للبدن لنظام حماية الرأس المتكامل (IHPS) و 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 محسّنة من الصدمات غير الحادة. يشتمل النظام أيضًا على ملحقات مثل مكون لحماية الفك السفلي للجندي ، وواقي واقي ، وحامل لنظارات الرؤية الليلية ، وأدلة ، على سبيل المثال ، مصباح يدوي وكاميرا ، ووحدات حماية إضافية من الرصاص. العقد ، الذي تبلغ قيمته أكثر من 7 ملايين دولار ، ينص على توريد حوالي 5300 خوذة. في غضون ذلك ، سيتم توفير أكثر من 30000 مجموعة ESAPI - إضافات أخف للدرع الواقية من الرصاص - بموجب عقد بقيمة 36 مليون دولار. بدأ إنتاج هاتين المجموعتين في عام 2017.
أيضًا في إطار برنامج SPS ، اختارت KDH Defense مواد SPECTRA SHIELD و GOLD SHIELD الخاصة بشركة Honeywell لخمسة أنظمة فرعية ، بما في ذلك النظام الفرعي لحماية الجذع والأطراف (TEP) التي سيتم توفيرها لمشروع SPS. نظام الحماية TEP أخف بنسبة 26٪ ، مما يقلل في النهاية من وزن نظام SPS بنسبة 10٪. ستستخدم KDH SPECTRA SHIELD ، الذي يعتمد على ألياف UHMWPE ، و GOLD SHIELD ، على أساس ألياف الأراميد ، في منتجاتها الخاصة لهذا النظام.
ألياف SPECTRA
تستخدم شركة Honeywell عملية غزل ورسم من ألياف البوليمر لتضمين المواد الخام UHMWPE في ألياف SPECTRA. هذه المادة أقوى 10 مرات من الفولاذ من حيث الوزن ، وقوتها الخاصة أعلى بنسبة 40٪ من ألياف الأراميد ، ولها نقطة انصهار أعلى من البولي إيثيلين القياسي (150 درجة مئوية) ومقاومة تآكل أكبر مقارنة بالبوليمرات الأخرى ، مثال ، البوليستر.
تظهر مادة SPECTRA القوية والصلبة تشوهًا كبيرًا عند الكسر ، أي أنها تمتد بقوة قبل الانكسار ؛ تسمح هذه الخاصية بامتصاص كمية كبيرة من طاقة التأثير. تدعي شركة Honeywell أن مركبات الألياف SPECTRA تؤدي أداءً جيدًا للغاية في ظل تأثيرات السرعة العالية مثل طلقات البندقية وموجات الصدمة. وفقًا للشركة ، "تتفاعل أليافنا المتقدمة مع التأثير عن طريق إزالة الطاقة الحركية بسرعة من منطقة التأثير … كما أنها تتمتع بتخميد جيد للاهتزاز ومقاومة جيدة للتشوهات المتكررة وخصائص احتكاك داخلي ممتازة للألياف جنبًا إلى جنب مع مقاومة ممتازة للمواد الكيميائية والماء والأشعة فوق البنفسجية ".
في تقنية SHIELD الخاصة بها ، تنشر Honeywell خيوطًا متوازية من الألياف وتربطها معًا عن طريق تشريبها براتنج متقدم لإنشاء شريط أحادي الاتجاه. ثم يتم وضع طبقات هذا الشريط بالعرض في الزوايا المرغوبة وعند درجة حرارة وضغط معينين ، ملحومًا في هيكل مركب.للتطبيقات الناعمة القابلة للارتداء ، يتم تصفيحها بين طبقتين من فيلم شفاف رفيع 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 الحارس الشخصي BCS (القميص القتالي الباليستي) لنظام SPS TEP. شورت بارك متخصصة في الحماية الناعمة والملابس التكتيكية والإكسسوارات.
وفقًا لشركة Honeywell ، اختار الجنود العناصر الواقية المصنوعة من هذه المواد بعد أن أظهروا أداءً فائقًا على نظرائهم من ألياف الأراميد.
