TW200905154A - Armor system and method for defeating high energy projectiles that include metal jets - Google Patents

Description

200905154 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於一種防禦構造，其抵抗經設計用以抵禦車 輛防禦之高能固體發射體的穿透。 本申請案主張2007年3月2曰所申請美國專利申請案第 11/713,012號之優先權，其為是2〇〇6年9月15曰申請之美國 專利申請案第11/521，307號之名為”用於抵紫高能發射體之 設備（Apparatus For Defeating High Energy Pr〇jectUes)，，的 部份接續申請案，其内容以引用的方式併入本文中。 【先前技術】 習知防紫經受各種發射體，其經設計用以藉由以一固體 或似噴射物狀物體穿透該防禦或藉由在該防禦中誘發衝擊 波而抵禦該防禦’該衝擊波以一方式經反射用以引起該防 f之散裂以使得形成一開口且穿透器（通常黏著於該防紫 之邛刀）牙過，或該防禦之一内部層散裂且在沒有該防 禦之實體穿透的情況下以高速得到發射。 將某些反防禦Μ推進至該防禦之該外部表面，其中爆 炸^錐形裝藥用以形成將穿透固體防紫之-通常線性金屬 之噴射物’’’此等武器通常稱為錐孔裝藥（HC)武器。反防 紫武益之一第二類型使用一線性、重金屬穿透器，其以高 速發射而牙透該防f。此類型武器稱為EFP(爆炸形式的發 射體）或SFF(自我形成碎片）或一"圓形裝藥"或 裝藥”。 在此等武器之笨此& i 系二武益'中’彈頭表現為HC與efp的混合 129454.doc 200905154 且產生-系列金屬穿透器’纟以直線朝目標發射。本文中 此類武器稱為一混合彈頭。混合彈頭依據，，噴射"數目或其 具有之HC效應以及其產生的一單一大的穿透器狀之—咖 的至多數目而表現。 各種保護系統在抵紫HC喷射物時係有效的。在不同系 統中’熟知的係在保護層中使用炸藥之反應防紫，該等炸 藥在受到打擊後爆炸以在HC喷射物穿透目標前碎裂大部 刀HC嘴射物。問題在於此等爆炸系統在抵紫或混合系 統中係較差的。 建議使用另一系統來抵禦此類武器，其中該防禦由一電 導體佈置於其間的兩層組成。在該電導體與該防禦之鄰近 表面之門建立顯著電位。當一喷射物或伸長固體穿透器 穿透該防禦時，其在該等防禦層與該電位放電所透過的該 電導體之間建立—導電路徑。當存在透過該穿透器放電之 足夠的電能時’其㈣化或蒸發且顯著減少其穿透防索之 下一層的能力。 反防禦武器之另一類型以高速推進一相對較大的、重 的k㊉球形的固體發射體（或一系列多個發射體）。當球 形金屬發射體打擊該防禦時，碰撞誘發衝擊波，其以一方 式反射使4該防紫之—插頭狀部分自該圍繞材料剪切且沿 金屬發射體之路徑發射’其中金屬發射體附於其上。顯 然，此類事件可對以此方式抵禦其防禦之-車輛内之系統 及人員具有極顯著的有害效應。 雖然HC類型武器涉及設計特徵及材料（規定其由一具有 129454.doc 200905154 技術專長之實體來製造），但是隨後類型之武器（EFp及混 旬可由戰區中輕易獲得之材料來構造…原因以及此 類武器係有效的事實p」ΐ替日月剩_ m aa 1 3双幻肀頁匕也明對使用習知防禦的車輛係麻煩 的。 所提及的三類彈頭之穿透性能係通常說明為穿透 黯（滾乾均質防禦）鋼防紫之一固體數量的能力。通常用 於武器類型之性能為：HC彈頭可穿透⑴_rha，附 彈頭可穿透!至㈣厚RHA ’且混合彈頭可穿透2至12对厚 RHA。此等估計基於稱重小於15心且在其最好個別最佳 間距距離時開火之彈頭。透過RHA之第一吋之孔的直徑將 為：HC高達卜才直徑孔，膽高时直徑孔且混合在其之 間的某處。用於不同裝藥之最好個別最佳間距距離為： HC裝藥之間距距離較佳在3英尺以下但在ι〇 μ以上時極 差；對於EFP裝藥，高達3〇英尺之間距距離產生幾乎相同 (較佳）的穿透且將僅在極大距離（如5〇碼）時顯著下降，且 對於混合裝藥，穿透在高達1〇忾的間距距離時較佳但在 20英尺後穿透開始顯著下降。使用此等裝藥之方式由此等 間距距離及其有效性係最佳的方式（例如，相對於防禦的 穿透器的彈道之角度）來決定。此等因素實現保護防禦之 設計。 不 本發明對於混合裝藥係有效的，因為其必須接近路之邊 緣來放置用以提供較深的穿透且因此其必須向上形成一個 角度用以打擊目標之所需部分。因此，其在對防禦之表面 成直角的方向上不打擊防禦。該喷射物因此至少部分地 129454.doc 200905154 其彈道受到偏轉且減少其穿透。一有效EFP可自一相對較 長的間距距離來打擊且具有打擊正方形開始較佳穿透的較 佳機會，但本發明對於EFP係極有效的。混合及EFp係本 發明意欲處理之威脅。 雖然任何反防禦發射體可藉由足夠強度及厚度之防禦受 到抵禦，但額外防禦厚度係較重且昂貴的，將重量添加至 使用其之任何防禦車輛，反過來將較大應力施加在車輛引 擎上而驅動列車。 對於此類型武器提供一重量優點之防禦解決方案可以當 與需要停止—特殊武器穿透的RHA相比時其所節省的RHa 的重量數目受到測量。此優點可計算為一保護比率，該比 率係等於將停止武器f透所f要的RHA之重量除以將停止 相同武器之所建議的防禦系統之重量。按呈現於該武器之 貝月彈道之方向上的單位迎風面積來計算此類重量。 因此’存在對於—在不要求防禦之過多厚度下而可抵禦 來自反防禦裝置之發射體的防禦的需要。較佳地，此防禦 1可易於製1^且以合理的成本併入-車輛設計的材料來 k ’且甚至更佳地，此防禦可添加至現有的車輛。 :遺：對於防禁車輛之威脅的增加且變得更加多樣化，需 外：：或防禦系統之組合來抵禦該各種威脅。❺了共同設 ㈣ί外，需要本發明來料相對於軍事突擊步搶子彈、 彈及地雷爆炸的車輛。說明―㈣㈣，其增加 —防紫車輛之㈣料^包括咖及混 【發明内容】 糸 I29454.doc 200905154 在下列說明中將部分公佈本發明 且有些部分從說明中就可明自，或.目標與優點’並 瞭解。藉由隨附的申請專利範圍中發明之實務來 來實現並獲得本發明之目標與優點_出的元件與組合 為達到該等目標且依據本發明 maa , 个赞月之目的，如本文中執行且 廣泛說明，本發明包含一用於抵御—

-不固體發射體之防禦系 、、光。忒糸統包括一外剛性防禦板，A 主工 丹有—外表面及一内

表面。一纖維強化片防禦，其由 另大於3 GPa之最终 抗拉強度的複數個纖維組成 、 取及等纖維精由圍繞該等纖維 的“物而結合以形成該片，該片防禁係貼附於該外防寧 板之遠内表面。該系統進一步包括一近似與該纖維強化片 防示平仃佈置的内防禦板。_内部防禦板係近似與該内防 不板平仃佈置且自其位移以在該内防禦板與該内部防禦板 之間形成一第二分散空間。該第二分散空間係足夠厚用以 允許穿過之材料的顯著橫向分散。 本發明之一具體實施例係一用於抵禦一固體發射體之防 禦系統’其中在該纖維強化片防紫片中之該纖維基本上由 選自由以下材料組成的群組之材料組成：聚對苯二甲醯對 苯二胺、拉伸導向的高密度聚乙烯、拉伸導向的高密度聚 醋、—基於雙吡哆咪唑之聚合物及矽酸鹽玻璃。 應瞭解，上文的一般說明及下文的詳細說明均僅具示範 性及說明性，而非如同申請專利範圍限制本發明。 併入並且構成此說明書之一部分的附圖，解說本發明之 數個具體實施例’並且與說明一起用以說明本發明之原 129454.doc 200905154 理。 【實施方式】 :在將詳細參考本發明的較佳具體實施例，其範例係解 ^附圖中。其儘可能地在所有圖式中使用相同的參考數 子來代表相同或類似的零件。 依據本發明’提供一用於批御 、用於抵不—固體發射體之防禦系

統。雖然本發明及盆且體會絲办丨_p J /、/、體實她例可相對阻礙穿透、由所势 造的爆炸裝置或臨時準備的炸鏟 、 了卡悚的炸樂所形成及推進的非伸長、 重的固體金屬發射體，作1主 “ 主要的效用係抵禦藉由錐形裝 樂所產生的伸長金屬"喷射物， 之裝置連同重的固體發射 體。可選擇該系統之該等參數用以 在已知一特殊發射體之 重量、密度、速度及尺寸時抿御兮批^ 町胺之 丁 f抵示該特殊發射體。該 5亥荨參數為包含本發明之該蓉展沾U ' 性（最終抗拉強度、硬度、彈性模 機械特 坪注耦數、斷裂韌性及強制 擊的速度）、該等層之間隔（在該等屏 Θ之間的距離，即分嵌 空間的厚度）以及放置在該等 之性質。 寺層之間的空間中的任何材料 本發明之某些具體實施例在 "糸統之至少一防禦板的内 部表面上具有複數個發射。在該 h^ 邛表面上之該複數個發 射的目的係分散透過該板之該内部 鬥邛表面而噴出的固體發射 體。内部表面誘發材料之分散所藉 田的機構可以不同於在 一表面(該發射體撞擊在其上)上發射的機構，但㈣機構 無關地，在該内部表面上之發射分散自其噴出的材：，. 樣做從而達到該系統的目標之—。^ 牙過該系統之衝擊波提 129454.doc •10- 200905154 在該:反之内部表面喷出之能量，但該喷出的方向由 擊能量於其中傳輸的内部表面之材鄰近衝 接收該衝擊能量的材料具有 ㈣田攸°亥固體 輸速度時，該能量將在表面反身::乂 ::強：擊波之傳 、士认*丄 町且个得翰μ列如，在衝擊 / 材料係一固體（例如，以5_公尺/秒導電衝擊 呂或鋼)而且接收該衝擊波之材料係空氣(具有僅33〇八

尺/秒之強制衝擊波的傳輸速度 有僅33(U ^ ^ n 下’錢配將使能量 在所以及之板表面上且接著引起—喷出。 一形式稱為散裂。 育出之 一形成該等板之固體材料的材料特性實現遠離穿透線之能 量㈣及動量傳輸且進而實現散裂出現在金屬板之後部的 方式。若該材料係脆性的（像具有最多陶莞），則在前面之 硬度優點在散裂出現之後面喪失’因為該材料具有一極低 的碎裂伸長率且該材料碎裂為離開穿透線 之小碎片。當像鋼及其他金屬之材料展示一 1〇%或更= 碎裂伸長率的值時，-較大的單-散裂可於材料中發展。 搞合至一較高伸長率值之具有一較高抗拉強度（像對於紹 而言大於3M〇(Mbs./in2)的材料要求—更大數量之能量用 以撕裂鬆開-較大散裂。透過動量守值律，相對於大量觸 發發射體之質量的重耑+ i 置幻更月U將導致存在於板之後部且橫跨分 散空間而载運至下—伴此认a g 卜保濩板的組件之速度的更大降低。 在系統含有該防禦系統之最外層上或附近的-纖維材料 層情況下’該纖維層藉由抵抗於其中之一開口的放大而減 i29454.doc 200905154 弱穿透枒e θ 等纖維卜’該開口的放大係由於包含纖維片之該 、、'、、、s高的抗拉強度。即使藉由一伸長穿透器來 但初始開 ^ 抵抗放大且將較高之剪力施加在伸長穿透器之 尹、1表面上。此減緩該穿透器且減少該穿透器中之能量。 t增加如下可能性：在該防禦系統中之下一層將抵禦穿透 =或進—步減緩該穿透器使得遭遇該穿透器之該系統的層 可具有對其進行抵禦之一較佳機會。 f 广下文中更詳細揭示’該系統由稱為一分散空間之物體 來分離的複數個分層板組成。在一些具體實施例中，用於 誘發撞擊在一表面或自一表面喷出之該材料之分散的來自 外部表面或内部表面之發射可用於兩個相對表面（最外表 面、最近表面）上或未於其上的該系統之該等板的任何2 者。 在另一具體實施例中，在已知發射體之彈道（及因此其 穿透預期線）處，該防禦板可成一個角度使得穿透線不再 垂直於該外部表面。在此類具體實施例中，該防禦板之至 少一者相對於發射體之預期彈道而傾斜。較佳地，該等板 之每一者相對於發射體的預期彈道而傾斜20。或以上之角 度。 依據本發明，提供一外剛性防禦板，其具有一外表面及 一内表面。該板可具有平行、相對平坦表面，或在某些具 體實施例中’-發射體將第一次撞擊之該板之表面:二 部”表面）可包括在該外部表面上之複數個發射。該等發射 係經佈置用以至少部分地打碎撞擊在該板之該外部表面上 129454.doc 12 200905154 的固體發射體。該等發射之尺寸及組態係由發射體之特性 及形成該板之材料來決定。在該第一板之該外部表面上的 發射之目的並非抵禦該發射體而是抵禦在一相對較重的發 射體(沿相同彈道以—更低之速度移動)前面以高速移動的 一伸長金屬之"噴射物"。此類穿透器具有本文稱為混合武 器之特徵。正如進—步所揭示，本發明的主要目標係在發 射體穿過該防”統時誘發該發射體的分散。分散的意義 在於該發射體之部分及自該發射體之初始彈道而形成系統 中之層的材料的任何部分的偏轉。

忒外部防禦層可基本上由選自由以下材料組成的群組之 燒結材料組成：碳切、碳化棚、氧化|g及氧化錯與氧化 鋁之一混合物。本發明之一具體實施例包括CeraShieldTM 陶瓷的一陶瓷外部防禦層，80403科羅拉多州戈爾登市 Table Mountainc〇〇rsTek公司的

CoorsTek® Armor產品。其他較佳具體實施例包括金屬， 其包括鋼、鋁合金及鈦合金。 依據本發明，提供一貼附於該外防禦板之内表面的纖維 強化片防禦。該纖維強化片防禦由具有一大於2 5 Gpa2 最終抗拉強度的複數個纖維組成，該等纖維藉由圍繞該等 纖維的聚合物而結合以形成該片。在未受到理論限制的情 況下，咸信穿透該纖維層之材料的任何噴射物必須橫向分 離該等纖維且因此將一抗拉負載施加在該等纖維上。當該 等纖維係足夠強固（具有一較高的抗拉強度）時，圍繞 射物之材料實質上壓縮該噴射物且對其減緩。因為該噴射 129454.doc -13- 200905154 物藉由一伸長（爆炸形成）穿透器之慣性來抵禦防禦，所以 該噴射物的速度減少實質上減少其有效性。因為該纖維層 係本發明之系統中的防禦之若干層的第一者之—，所以隨 後的層可更易於抵禦該喷射物。 近來纖維技術的發展已在相對較輕材料中建立具有超過 3 GPa之抗拉強度的纖維。在一較佳具體實施例中，在該 纖維強化片防禦中之該纖維基本上由選自由以下材料組成 的群組之材料組成：聚對苯二甲醯對苯二胺、拉伸導向的 高密度聚乙烯、拉伸導向的高密度聚酯、一基於雙π比哆咪 °坐之聚合物及矽酸鹽玻璃。 較佳地，該纖維強化片防禦片基本上由一拉伸導向片、 高分子量聚乙烯（尤其線性聚乙烯（具有一 6〇〇,〇〇〇至 6,000,000 g/m〇l且更高之超高分子量））組成。此類纖維結 合在一起用以形成一具有一聚合基質材料（例如，熱固性 樹脂（例如酚樹脂、環氧樹脂、乙烯酯樹脂、聚酯樹脂、 丙烯酸酯樹脂及其類似物））或極性熱塑性基質材料（例如聚 (曱基）丙烯酸曱酯）之片狀產物。此類型之一特別較佳纖維 強化片防禦的商業名稱為Dyneema® ,荷蘭6160

Geleen ’ 郵政信箱 1163，Urmond，Mauritslaan 49，DSm

Dyneema的產品〇 另一較佳纖維強化片防禦片基本上由一由高分子量聚丙 烯製造的複合面板組成。在此類產品類型中，高分子量聚 丙烯的紗經編織為一織品。織品的多層係採用熱量及壓力 而堆疊並固結以使用作為一基質的低分子量聚丙烯形成剛 129454.doc 14 200905154 性片。由此類型材料製造之一特別較佳纖維強化片防禦的 商業名稱為MTF片，29303美國南卡羅萊納州Spartansburg 市郵政信箱 1926, Milliken 路 920 號，Milliken & Company 的產品。 如本文中所體現且在圖1中示意性描述，存在一系列大 致平行的板10，其由一外部防禦板12、一纖維外部防禦板 12、一内防禦板14及一内部防禦板15組成。在所描述之具

體實施例中’該纖維防禦板12’在該防禦板12之内表面13上 結合至該外部防禦板12。在其他具體實施例中，一機械緊 固件可用於將該纖維防紫板12，接合至該外部防禦板^或該 纖維防禦板12'受限於其間以鄰近無分散空間之防禦板(未 顯不）。在此具體實施例中，該防禦板12之外部表面Η係 平面的。 ” 發射體之能量 可為一已知防 防禦板強度低 其用於本發明 他元件抵禦該 紫板1 5可包含 包括一第一分 分散空間20， 以打碎 '抵禦或分散-發射體或吸收來自該 以藉由n統之其他部分來促進其抵紫。其 π板材料(即，一尚強度之金屬板)、比習知 的-習知金屬板或纖維材料之一片狀部件， 中用以〜響-發射體使得該防禦系統中之其 發射體。在-較佳具體實施例中，該内部防 一防禦車輛之主體。 如本文中所體現且在圖i中描述，該系統 散空間18(分離板12,及14—距離19)、一第二 其中該系列板10之外部表面為板12之表面u 129454.doc -15- 200905154

依據本發明，該系列板由—分散空間來分離。如上文所 注釋，一分散空間為在鄰近板之間的空間且該分散空間的 功能係允許穿過之材料的橫向分散。術語橫向意指在與該 發射體之飛行之初始線（即其彈道）成一角度的方向上。移 動材料分散的越多，撞擊在下一連續層上的能量集中的越 )。另外，層之間的距離越大（分散空間的厚度越大），移 動材料所擁有的每表面積的動能越少。顯然地，若分散距 離極大，則較大數量的動能將自原始穿透線展開且遺失， 但所得分層結構將不切實際的厚。另一方面，若分散空間 的厚度太小，則不分散移動材料，其動能及動量未受到耗 散，且其可具有足夠的能量及集中用以抵禦該系統之隨後 層。熟習本發明相關技術與本文中所提供的一般引導結合 下文之範例的人士可擬出一用於抵禦一沿一特定彈道以一 特疋速度行進之特定發射體或發射體之混合的系統。 在本發明之一杈佳具體實施例中，第一防禦層係在其外 部表面上的-㈣較薄、較硬材料（例v，一層陶竟材料） 用以誘發該發射體之斷裂及或變^在此具體實施例中， 第-防禦層之功能係吸收該發射體的—些能量用以使直變 平(橫向位移至少其質量的一些)且顯著減少其速度。鄰近 纖維防禦層π吸收來自發射體之能量且減少其速度。 在圖2A及圖2B中描述本發明具有特定效用的武器。在 此等圖式中’―發射體16藉由—爆炸裝置來形成以具有— 相對較重的及緩慢移動部分16,。在部分i6.之前面係一伸 長"喷射物”之材料，其沿相同彈道以—較高速度移動。如 129454.doc -16- 200905154 之刖所揭示，因為該喷射物 #4如， 物U —較高速度移動且具有一相 uU 其對防禦系統造成一顯著烕# 此係尤其正確，因為在該嘻秦“" Μ。 噴射物所具有的在此目椁 類 ^ ^ '、上的任何效應）後不久，該目庐 之相同部分在遭遇該噴射物 ^ 物之相同位置處接收來自該發射 體之重的部分16,的一相對較大衝擊。 在該發射體之該相對軔舌& Α 較重的部分16,將其能量賦予該防 示糸統前該喷射物已穿读认 , 穿透外部防禦板12及内部板12” 後，圖2Β描述本發明之—旦 體實鈿例。此時，該纖維外部 板之壓縮效應已減緩該嘖射 I射物部分1 6”且即使外部防禦板 1 2及該纖維外部板} 2，已受 ^又到破壞，但該纖維層12，所吸收 之能量以及破裂該外部防御〗 1万不板12及變形及可能破裂該纖 外部板12,之該發射體丨6的邱八〗〇 _ 的口Ρ刀1 6所吸收的能量將顯著減 弱該發射體16中之能量。沐^ , 此顯者增加發射體1 6將受到該防 禦系統之殘餘部分（如本文中 又T所體現’層14及層16)所抵禦 之可能性。 〃 進-步較㈣’在該防彳#板中之衝擊波的速度應顯著快 於該穿透器的速度。可接著施加該防禦板之勤性且該撕裂 線可藉由反射及共振提供一右刹从撤列& < u 有利地撕裂線，其在圖2b中描 述為角α。角α越大，在麵空.卷从> 7 、&牙透的板的變形中所吸收的能量 越多，且穿透器與附著於贫# 偷 7考於其之防禦之部分的組合重量越 大。 在鋼及銘合金板中之強生丨I你^數、士 ___ <強制衝擊波的速度係約5,000公尺/ 秒，因此若觸發發射體JL亡 ^ _ 町體具有一接近或高於其之速度，則穿 I29454.doc -17· 200905154 透行為將更像一HC。Hc之穿透將取決於其正在穿透的材 料的密度且較低密度之材料執行較佳。當處理較高速度的 觸發時，對於鋼防禦’銘防禦係較佳的，當速度已藉由 先前的穿透而減少日茅，此時堅韌鋼板亦變得有效。e二通 常具有-2’50()公尺/秒或更慢的速度且混合具有更小及更 輕的主要穿透器’其以3,_至3,5叫尺/秒的速度移動， 因此其更難停止。

-旦穿透器16"與該相對較重發射體部分16，已受到減緩 且基本上變形為一發射體，該發射體以可預測之方式來穿 透或剪切板。發射體之質量與速度的關係符合動量守恆關 係：Mp.Vp = (Mp+Ms).(Vp&s) ’其中&為發射體之質量，、 為在碰撞時發射體之速度，Ms為板之剪切部分的質量且。 Vp&s為發射體與板之剪切部分所結合的速度。 在-較佳具體實施例中’該第一分散空間係足夠厚用以 允許穿過該第-分散空間之材料的顯著橫向分散。如本文 中在-由圖1中所顯示的一系列防禦板所組成的系統中所 體現，該第-分散€間18具有一足夠厚度(如箭頭19所指 示）用以允許材料（發射體及板12的部分）的顯著橫向分散。 在—較佳具體實施例中，該内防禦板14及該内部防絮板 15對於鋼板的最終抗拉強度為5〇,〇〇〇比^/比2,對於鋁的最 終抗拉強度為30，_ lbS./in2。較佳地，此類層在抗拉破裂 處具有一大於10%的伸長率。當此等防紫層具有一較高的 斷裂韌性時，穿透該外部層之材料的質量可增加，但其速 度減少且該材料橫向受到分散。 129454.doc -18- 200905154 在該防禦板1 4及1 5為鋁合金處，較佳地，其基本上由一 在斷裂處具有至少7%且較佳10%的伸長率的鋁合金組成。 較佳鋁合金的範例包括·· 7017、7178-T6、70J9 T_64、 7079-丁6、7075-Τ6 及 Τ651、5083-0、5083-Η113、5050 Η116及6061-Τ6。當該防禦層基本上由一鋁合金組成時， 較佳地，其具有一在自8至40毫米之範圍中之厚度。在該 防禦板14及1 5為鋼的情況下’較佳地，此板基本上由一在 斷裂處具有至少7%且更佳1〇%的伸長率的材料組成。較佳 鋼之範例包括：SSAB Weldox 700、SSAB Armox 500Τ(瑞 典 Oxel0sund 的 SSAB Oxeliisund 的產品）、r〇q_tuf、 ROQ-TUF AM700(美國印地安那州西芝加哥市如仙丨Steel 的產品）、ASTM A517以及符合美國軍事規格MIL_461〇〇的 鋼。當該防禦層基本上由鋼組成時，較佳地，其具有一在 自5至20毫米之範圍中之厚度。 在另一較佳具體實施例中，該表面或該防禦板之至少一 者的表面係經組態用以誘發該發射體及由該發射體所穿透 的材料的打碎。 如本文中所體現且在圖3中描述，該防禦板12之外部表 面11包括複數個發射2 8。在圖3中所描述的該等發射係錐 體的，但該等發射之组態係認為非關鍵的。該等發射28係 經佈置用以至少部分地打碎撞擊在該防禦板之外部表面上 的固體發射體且在不減少由溝槽3〇(減少該防禦板的強度） 所引起的厚度的情況下可誘發與能誘發一樣多的所穿透材 料的杈向打碎。亦較佳地’在該防禦系統中之該防禦板的 129454.doc 19 200905154 至夕 者具有一面向一分槪办pg 散二間的内部表面，其包括複數 似炙射體。在此具體實施例 τ 5亥等發射係經佈置用以分 月文错由誘發所穿透層之橫 ’、^ 4而透過該防禦板之該内部 表面所喷出之固體材料。錐 Α 雖然此具體實施例之最外防禦層 僅自其外部表面具有伴轉，彳日^ ^ ，保邊但该内防禦板可在兩者上均具 有保護。歸因於該層及發 、，& 曰射體之打碎，對於下一鄰近板的 次將為在車乂寬區域上分散開的複數個分離碰撞且接收 此資料之下一板將較佳抵抗穿透且若被穿透，則 能斷裂為碎片。 上本發明之另-具體實施例亦誘發藉由將分散元件放置於 Ζ刀放工間巾而牙過D層裝置中的分散空間之材料的橫 向分散。以極高速度的碰撞條件，傳輸進該等分散元件的 所誘發的強制衝擊波載運藉由穿透器而施加在分散元件上 的較大百分比的能量。該等分散元件接著藉由此能量作為 -散裂發射或含有衝擊能量之物體必須將能量傳遞至另一 接收器。 如本文中所體現且在圖4中描述，該系統1〇包括定位在 防紫層12，及防紫層14之間的第—分散空間18中的複數個球 體34。該等球體可基本上由選自由脆性金屬、陶竟及玻璃 組成的群組之材料組成。當該等分散元件由一能夠將衝擊 傳導出去的液體或凝膠圍繞時，則分散元件可反過來在不 破碎或移出該穿透器之路徑的情況下接受更多衝擊波能 量。如本文中㈣現mo包括—圍繞該等球體34之凝 膠35。-具體實施例可使用具有值得稱讚的強制衝擊波特 129454.doc -20- 200905154 性的材料之組合。範例係由像水（1，500公尺/秒）或丙三醇 (M00公尺/秒）或乙二醇（1，8〇〇公尺/秒）或此等液體的混合 物的液體所圍繞之玻璃或陶瓷的球體，其中衝擊能量之： 度通吊以大於5,0〇〇公尺/秒的速度移動。該等液體可藉由 像::膠或溶化石夕砂、溶化石夕砂、聚丙婦酸钾_聚丙稀醢胺 共聚物或類似有機聚合物膠凝劑之膠凝劑而膠化。 依據本發明’提供一内部防禦板，其近似與一分離防禦 板平行佈置且自其位移以在該分離防紫板與該内部防棠板 之間形成一第二分散空間，該第二分散空間係足夠厚二 允許穿過之材料的顯著橫向分散。 卸如本文中所體現且在圖i中描述，該系統包括—内部防 禦板15。如上文所示，t亥内部防紫才反的主要目的係防止透 過該系統之上部部分（即’最外防禦板及分散空間）已經分 散且由通道減緩的材料的任何進—步穿透。所描述的且體 實施例包括三個板，但本發明不限於此數目的，因此在 揭不内今中對"内部防禦板的參考鄰近該内部防禦板。因 此本《明可包括二個以上的防紫板，且仍較佳地，該内 一高斷裂韌性之材料組成用 上之材料而抵抗任何進一步的穿透

複揭示’該系統的主要目標之 —具有超過350的Brinell硬度之 5亥内部板基本上由一係由選自 材料組成：銘合金、鋼合金及鈦 t合物基質複合物。正如所重 標之一係誘發穿過該防禦系統的 129454.doc 200905154 材料之分散以改良此材料未穿透該系統之可能性。 本發明之另-具體實施例係在現有車輛（防紫或未防 上的一防禦系統的併入。對於一未防禦車輛，該内部防; 板應抵抗穿過該防禦系統的任何材料之 ^ 又推Α β ± ± 心口此該材料 不進該車輛。以此方式，未防紫車柄倖免於穿 。 或裝置之攻擊的能力可顯著得到改良。防紫車輛對於^ 軍需品或裝置之攻擊的抵抗力可藉由將本發明併入該防紫 車輛之外表面而進一步改良。 八 在圖5中描述使其穿透抵抗力得到改良的―防禦車輛的 具體貫施例，一具有由鋼防禦組成之單殼式主體 防禁陸地車輛36之示意斷面圖。在此具體實施例中，主^ 38具有-定義至少一ν的底部部分4〇,其中該ν之頂點： 質上與該車辆之中心線平行 ’”貝 之防禦系統係貼附於本發明之中’本發明 ㈣車輛之外部及該防禦 糸、，克之_部防禦層包含該車㈣片防禦主體。 k'.:> 替代具體實施例將為添加至一現有車輛或該車輛之部 分的分層防禦板之一分離裝 抵抗力。 Μ件用以“其對上述武器的 體在^佳八體實&例中，防^之該内層包含—車輛之主 體。在圖5中所描述的且俨者 之内層16的片材料可至;體二例中，用於形成該 之呈赞眘， 為兩種不同的片材料。在所描述 ”體實〜财，包含v形部分42(本文 分可一的片材料組成。如本文中： … 的”係一抵抗裂紋通過其傳播之材料，一般稱為 129454.doc -22- 200905154 一具有較高斷裂韌性的材料。如本文中所體現，包含底部 #刀4〇(包含V形部分42)之主體16的該内層部分較佳係稱 為 tuf AM700"(印地安那州西芝加哥市Mittal Steel的 產品）的鋼片。稱為SSAB Weld〇x 7〇〇(瑞典加邮如此的 Oxeldsund的一產品）的另一材料亦較佳作為用於底 部部分40的材料。亦可使用通常用於像A51 7、A5 14之鍋 爐的建造的鋼以及相比較於R〇Q_tuf& Weid〇x 7〇〇具有類 似碎4屈服強度及伸長率的其他鋼。該主體38之内層16的 上°卩部分44較佳由防禦板組成。雖然滿足U.S. MIL-A-46 1 00的一防禦將係可操作的，但一特定較佳材料稱為 SSAB Armox 400(瑞典 〇xel5sunc^SSAB 〇xel0sund 的產 。口）。一般而言，層16的片材料較佳基本上由選自由以下 材料組成的群組之金屬組成：鋼、鋼防禦' 鈦合金及鋁合 金。在此較佳具體實施例中，存在一内防禦層】4及兩個外 部層12及12’。較佳地，該外部防禦層12基本上由選自由以 下材料組成的群組之燒結材料組成：碳化矽、碳化硼、氧 化鋁及氧化錯與氧化鋁之一混合物且一纖維強化片防禦H 貼附於β外防索板之該内表面。該纖維強化片防禦1 2,由具 有一大於2.5 GPa之最終抗拉強度的複數個纖維組成，該 等纖維藉由圍繞該等纖維的聚合物而結合以形成該片。層 14之較佳組合物已在上文加以揭示。 曰 在另-較佳具體實施例中，該車輛主體包括鄰近該主體 :内表面的片防禦46的—層。如本文中所體現且在圖6中 描述’該系統包括外部防禦層12及12，，内部防紫層^及内 I29454.doc -23- 200905154 防术層15。該車輛之主體（本文中16)亦具有鄰近該主體之 内表面的片防禦46的一層。在另一較佳具體實施例中，此 片防禦46包含一剛性聚合物/纖維複合物。 。亥片防禦46亦可包含一由纖維組成的編織物。另—較佳 具體實施例包括由纖維組成的編織物46,及複數個陶瓷板48 之内防禦層，如圖7中所示意描述。 在另一具體實施例中，圖8中所描述，鄰近該主體“之 内表面的該纖維片防禦46，（或剛性聚合物/纖維複合物邨或 金屬防禦板（未顯示;)之另一層）自該内表面間隔用以形成— 間隙50。 雖然本發明對固體發射體提供抵抗力’但其亦提供自伸 長固體及喷射物狀發射體添加保護的機會。如上所揭示， 在先前技術部分中，存在具有兩個防禦層的系統，其中— 電導體佈置於其間。在該電導體與該防禦之鄰近表面之間 建立-顯著電位。當一噴射物或伸長固體穿透器穿透該防 禦時，其在該等防禦層與該電位放電之該電導體之間建立 一導電路徑。當存在透過該穿透器放電之足夠的電能時， 其經熔化或蒸發且顯著減少其穿透防禦之下一層的能力。 因為此類系統可在無顯著缺點的情況下易於併入本發明， 所以本發明之一較佳具體實施例包括—佈置於兩個鄰近防 禦板之間的分散空間中的導電部件。 如本文中所體現且在圖9中描述，電源52之來源係經佈 置用以將電源施加於導電部件54 ’同時兩個鄰近導電防费 板接地。在此類具體實施例中’施加於導電部件Μ之電= 129454.doc -24- 200905154 子員接觸e亥外部導電防禦板（本文中體現為外部防禦板 1 2)未k成電擊的减脅。在此具體實施例巾，内防禦板Η 亦接地使仔與導電部件^及該内防棠板Μ進行電接觸之— ::長穿透态亦經党電源以降低其間的穿透器。該纖維片防 不〗2及t及熱的絕緣體之存在藉由減少來自穿透器之表 、、、里及電此里的耗散而進一步改良該系統的性能。藉 由將她加於穿透器之熱量及電能量限制於其内部，該能量 更有效地降低該穿透器。如本文中所體現，導電部件Μ在 板12兵板14之間，其中將電源施加於螢幕“及防紫層& 或者，該營幕可放置於防紫層14與層15之間，其中導電防 禦層1 4及1 5係接地且導電邱件$ 4垃此贵、$ 守电4件54接收電源。電源之來源供 應足夠的電源用以耗散、 v欲斗、σ , ’、 欺熔化、蒸發或另外降低一伸長發 射體之至少一部分，ΐ女π ρ —丄 申長發射體使得在該兩個鄰近防禦 板之至少一者與導電部件 仵54之間電連接。在此具體實施例 中，該第一分散空間係空 m ^ 間1 8 因為該纖維強化防禦片 12’不允許穿過該纖維材料之材料的分散。 圖10顯示使用電源以拯古士 电斤乂知间本發明之防紫系统的性能的本 發明之另一具體實施例。在此1 牡此具體實施例中，該導電部件 54鄰近該纖維強化片防％ 12，夕向主f 布丨2之内表面。在一較佳具體實施 例中，其黏著於其以促進此較 佳防不糸統的製造。在圖1 0 之具體實施例中’該防禦板丨2月 反及1 4經電接地且將電源施加 於該導電部件54。正如藉由圖 口 y <具體實施例，在此具體 實施例中之該第一分散空間係空 二間1 8 ’因為該纖維強化防 紫層i 21不允許穿過該纖維材料之材料的分散。 129454.doc •25- 200905154 圖11顯示使用電源以提高本發明之防禦系統的性能的本 發明之另一具體實施例。在此具體實施例中，導電部件5 4 鄰近或黏著該纖維強化片防禦12，之内表面。在此具體實施 例中，包括一層60，其由電絕緣體組成。在一較佳具體實 施例中’该外部層60基本上由一陶瓷材料組成，該陶瓷材 料由於此等材料之高壓縮強度在抵禦某類反防禦發射體中 提供電絕緣及優點。該外部層i 2"不需為防禦體但可包括 任何電絕緣體。在圖丨丨之具體實施例中，將該電源施加於 防k板1 2及1 4且該導電部件5 4係經電接地。外部電絕緣層 1 2”的存在減少對接觸該防禦系統之表面的人員的電危 害。正如藉由圖9及圖10之具體實施例，在此具體實施例 中之δ亥第一分散空間係空間丨8’，因為該纖維強化防禦片 1 21不允許穿過該纖維材料之材料的分散。 圖12顯不使用電源以提高本發明之防禦系統的性能的本 發明之另一具體實施例。在此具體實施例中，導電部件54 鄰近或黏著該纖維強化片防禦12’之内表面。另一纖維強化 片防禦1 2’鄰近該導電部件54及内部防禦層丨4。此具體實施 例可包括一由電絕緣體組成之外部層6〇。在一較佳具體實 施例中，該外部層60基本上由一陶瓷材料組成，該陶瓷材 料由於此等材料之高壓縮強度在抵禦某類反防禦發射體中 提供電絕緣及優點。該外部層6〇不需為防禦體但可包括任 何電絕緣體。在圖12之具體實施例中，將電源施加於防潔 板12及丨4且該導電部件54係經電接地。外部電絕緣層6〇的 存在減少對接觸該防禦系統之表面的人員的電危害。在此 129454.doc -26- 200905154 :體實施例中不存在第—分散空間，因為該纖維 片12,及12"不允許穿過該纖維材料之材料的分散。^ 在電源用於提高該防禦系统 不乐，死之性迠的具體實施例中，該 電源可施加於該系統令之任何導 j守电層，其中其他鄰近層係 接地。雖然將電源施加於最外 、 取r層的組怨由於人員危害不為 較佳的’但此類組態係可操作 ，一 铞作的且在本發明之範疇内。熟 習高能系統之技術的人士可且认& , 士了易於擬出一適當系統用以將必 要電源供應至本發明的讀卩大御6 p ,

乃扪及防^糸統。纖維強化防禦之該電 絕緣層的存在藉由提供一具有一 ^ 比間早乳隙更咼的介電常 數之電絕緣層而促進此等系統的使用。此允許更高位準之 電源的應用，㈣減少在鄰近導電層之間放電的可能性。 另外，電源乂來源可為一連#至本發明之鄰近導電層的 電谷器系統。此外，本發明之該防禦系統的鄰近導電層可 包含儲存用於抵禦穿過的一發射體或穿透器之電能的電容 器系統之板。 熟習技術人士應明白可對本發明進行各種修改及變更。 本發明包括此發明之修改及變更，其在以下申請專利範圍 及其等效物之範疇内。 【圖式簡單說明】 圖1係本發明之一具體實施例之一透視圖； 圖2A至2B係受到藉由一伸長金屬喷射物的一相對較 重、非伸長固體發射體所挑戰的本發明之一具體實施例的 示意、斷面圖； 圖3係本發明之一具體實施例之一透視圖’其中該外防 129454.doc -27- 200905154 禦板在該外部表面上具有複數個發射； 圖4係本發明之一具體實施例之一透視圖，其中該第一 分散空間含有複數個本文中體現為玻璃球體的分散誘發部 件； 圖5係本發明之一具體實施例之一斷面圖，其中包含該 車輛之主體的該防禦係本發明之内部防禦板； 圖6係本發明之一具體實施例之一示意斷面圖，其中包 含該車輛之主體的該防禦係本發明之内部防禦板且該車輛 包括在該主體内之一内發射體吸收層； 圖7係本發明之一具體實施例之一示意斷面圖，其中包 含該車輛之主體的該防禦係本發明之内部防禦板且該車輛 包括在該車輛主體之内表面上的織品及陶瓷板主體内的一 内發射體吸收層； 圖8係本發明之一具體實施例之一示意斷面圖，其中包 含該車輛之主體的該防禦係本發明之内部防禦板且該車輛 包括在織品及陶瓷板主體内的一内發射體吸收層，其從兮 主體之内表面隔開以形成一間隙；以及 圖9係本發明之一具體實施例之一透視圖，其中在該分 層防禦板與電源之來源之間存在一導電片，其經佈置用以 將此電源施加於防禦系統中的鄰近導電層。 圖1 0係本發明之另一具體實施例之一透視圖，其中在兮 分層防禦板與一相關聯電源之間存在一導電片。 圖11係本發明之另一具體實施例之一透視圖，其中在該 分層防禦板與一相關聯電源之間存在一導電片。 129454.doc .28· 200905154 圖12係本發明之另_ ”體只施例之一透視圖，其申在該 分層防禦板與一相關聯電源之間存在一導電片。 【主要元件符號說明】 10 板/系統 11 外部表面 12 外部防禦板/外部防禦層 纖維外部防禦板/分離板/纖維外部段 12, 纖維片防禦/纖維強化片防禦 12" 内部板/纖維強化防禦片/外部電絕緣 13 内表面 14 内防禦板/分離板/内防禦層 15 内部防禦板/内部防禦層 16 發射體/層/主體 16' 部分 16" 部分/穿透器 18 第一分散空間 18, 空間 19 距離 20 第二分散空間 28 發射 30 溝槽 34 球體 35 凝膠 36 車輛 129454.doc •29· 200905154 38 主體 40 底部部分 42 V形部分 44 上部部分 46 片防禦/剛性聚合物/纖維複合物 46' 編織物/纖維片防禦 48 陶瓷板 50 間隙 52 電源 54 導電部件/螢幕 60 層 129454.doc •30·

Claims (1)

1. 200905154 十、申請專利範圍： 1. -種用於抵禦—固體發射體之防禦系統，該系統包含： 外剛性防禦板，其具有一外表面及一内表面； 一纖維強化片防禦，其由具有一大於2·5 GPa之最終抗 拉強度的複數個纖維組成，該等纖維藉由圍繞該等纖^ 的-聚合物而結合以形成片’該片防紫係貼附於外防禦 板之該内表面； 下

   2. 3. 内防示板，其近似與該纖維強化片防禦平行佈置且 自二位移以在s亥纖維強化片防禦與該内防禦板之間形成 一第一分散空間；以及 一内指紫板，其近似與該内防禦板平行佈置且自其 位移以在該内防禦板與該内部防禦板之間形成一第二： 散空間，該第二分散空間係足夠厚用以允許穿過之材料 的顯著橫向分散。 如請求項1之系統’其中該纖維強化片防紫片中的該纖 維係結合為具有聚合物材料之—基質之片形式，該聚合 物材料基本上由選自由以下材料組成的群組之一材料組 成：酚樹脂、環氧樹脂、7 ^ 9乙烯基酯樹脂、聚酯樹脂、丙 稀酸S旨樹脂及聚甲基丙稀酸曱酿。 如請求項1之系統，其中兮祕.Μ Μ y "亥纖維強化片防禦片中的該纖 維基本上由選自由以下好斗止4上、 衬料、，且成的該群組之一材料組 成.I對苯一甲酿對笨二 一胺、拉伸導向的高分子量聚乙 烯、拉伸導向的高分子量臂 里：3k S日、—基於雙σ比哆味。坐之聚 合物及矽酸鹽玻璃。 129454.doc 200905154 月求項1之系統，其中該纖維 數個聚合物纖維組成之自我…人片防示包含-由複 有一向熔點、高強度聚合物之内妨 其刀別具 強度聚合物之外鞘。 Θ核心以及-低炫點、低 如請求項4之系統，其中該纖維 自由以下材料組成的該群組之 示。基本上由選 乙烯。 材枓組成：聚丙烯及聚 如叫求項1之系統，其中該外部防 以下材料組成的該群組之上由選自由 化棚、& 〜、、°材枓組成：碳化矽、碳 二乳化！呂及氧化鍅與氧化銘之一混合物。 位二 =員二系統’該内防禦板係自該纖維強化片防紫 一！::该纖維強化片防紫與該内防紫板之間形成一第 第二；：’該第一分散空間係足夠厚用以允許穿過該 刀放二間之材料的顯著橫向分散。 ::求項1之系統，該纖維強化片防紫係結合至該内防 ::求項1之系統，其包括定位在該第二分散空間中之 複個球體，該等球體基本上由選自脆性 玻璃之該群㈣—材料組成。 ^及 10’ q求項9之系統’其中該等球體由選自：-液體及一 ^膠之該群組的—材料所圍繞，該材料具有一大於M00 么尺/秒之強制衝擊速度。 π，Γΐ項1之系統，其進一步包括-佈置於兩個鄰近導 防示板之間的該分散空間中之導電部件；-經佈置用 5. 6, 7. 8. 9. I29454.doc 200905154 以將電源施加於該導電部件之電源之來源，其經佈置用 以供應足夠的電源以分散一伸長發射體的至少—部分， 從而在該兩個鄰近防禦板之至少一者與該導電部件之間 進行電連接。 12. 如請求項1之系統，其中相對於一分散空間而具有一外 σΡ表面之至夕—防禦板包括在該外部表面上之複數個發 f \ 13. 14.

   15. 16. 射，該等發射係經佈置用以至少部分地打碎撞擊在該防 禦板之該外部表面的固體發射體。 如請求項1之系統，其中具有一面向一分散空間的内部 表面之至少一防禦板包括在該内部表面上之複數個發 射，該等發射係經佈置用以分散透過該防禦板之該内部 表面而噴出的固體材料。 如凊求項1之系統’其中面向該分散空間之該内部防禦 板的该表面包括在該内部表面上之複數個發射，該等發 射係經佈置用以分散撞擊在該内部防禦板之該外部表面 的固體材料。 如請求項丨之系統，其中該等防禦板之每—者由具有所 穿過的一強制衝擊波之不同速度值的材料組成。 17. 18. 月求項1之糸統，其中該系統係一貼附於 之外部的裝配件。 如β求項1之系統’其中該車輛包括一主體 括一貼附於該主體之該内表面的片防禦之層 一防禦車輛 且該主體包 如凊求項17之系統，其中貼附於該主體之該内表面的該 片防禦包含一剛性聚合物/纖維複合物。 129454.doc 200905154 19·如請求項18之系統’其中貼附於該主體之該内表面的談 片防禦包含一由纖維組成之編織物。 20.如請求項丨8之系統，其中貼附於該主體 衣門表面的該 片防禦包含一由纖維組成之編織物及複數個陶究板。 21 ·如請求項17之系統，其中該片防禦係自該内表面隔開以 形成一間隙。 如請求項16之系統，其中該車輛係一具有—由鋼片組成 之單殼式結構主體之防爆防禦陸地車輛，該主體具有一 界定至少一 V之底部部分，其中該V之頂點實質上與該車 輛之中心線平行。 23. —種抵禦一混合、反防禦發射體之方法，其包含以下步 驟： 插入一剛性外防禦板作為一多層防禦系統之外部層， 該外防禦板具有一外表面及一内表面；以及 插入一由具有一大於3 GPa之最終抗拉強度的複數個 纖維組成之纖維強化片防禦，該等纖維藉由圍繞鄰近該 外防禦片之該等纖維的聚合物而結合以形成該片使得抵 禦該外防禦片之任何發射體接著遭遇該纖維強化片防 禦。 24. 如凊求項23之方法’其包括另外下列步驟： 插入一近似與該纖維強化片防禦平行之内防禦板；以及 插入一内部防禦板，其近似與該内防禦板平行且自其 位移以在該内防禦板與該内部防禦板之間形成一第二分 散空間，該第二分散空間係足夠厚用以允許所穿過的材 料之顯著橫向分散。 129454.doc