מדע חומרי עובר מהפכה במרדף אחר שריון כלי רכב צבאי שיכול לעמוד במערך של איומים בשדה הקרב.הצורך בחומרים אולטרה-קשו מעולם לא היה יותר דחוי, שכן פתרונות קונבנציונליים מגיעים לגבולותיהם נגד לוחות הקרנה מתקדמים, האשמות מעוצבים, ואפקטי פיצוץ חוזרים ונשנים.זה מרחיב את כוחות הנהיגה מאחורי חדשנות שריון, את המאפיינים החומריים הדרושים, המועמדים המבטיחים ביותר תחת התפתחות, ייצורו, ולהישאר השפעות הרסניות של כלי הרכב.

בסביבה הקרובה של The E לערב איומים Dragon

פעולות צבאיות מודרניות לחשוף כלי רכב לאיומים שהיו כמעט בלתי נתפסים רק לפני עשור.טיל אנרגיה קינטית גבוהה, מפרשים יצרו בחומר נפץ (EFPs), וטילים ראשים של ראש נפץ דורשים שריון שיכול לספוג ולבטל את מאגרי האנרגיה הקיצוניים.באותו זמן, מכשירים מופרעים (IEDs) וקרקעים מייצרים גלי הלם ופירוק הדורשים חומרים עקפים.

פלדה מוגזמת מסורתית (RHA) פלדה, תוך שימוש יעיל במשך עשרות שנים, מוסיף משקל אסרטיבי המפחית ניידות טקטית, יעילות דלק, ואת היכולת לפרוס במהירות על ידי אוויר.סגסוגת אלומיניום מציעים אלטרנטיבה קלה יותר אבל סובל מהתנגדות בליסטית נמוכה וספאינג. זה סחר בין משקל והגנה הוביל גזע עולמי לפתח חומרים אולטרה-קשומים הממקסמים יחסי כוח-ל-לע ואנרגיה ללא ספיגה יעילה או יעילות.

האיום אינו סטטי; יריבים מתאמתים כל הזמן את תחמושתם.כפי שצוין בהערכה האחרונה של ה-FLT:0U.S. ArmyFLT:1, התפשטות נשקים אנטי-נקים ו הרימוני רימונים מתוכנתים טילים (RPGs) עם כוהנים טעונים טעונים טעונים טעונים, היא שריון חייב להיות מסוגל להביס מספר רב של השפעות שליליות, אך לא רק צריך להיות מסוגל להתמודד עם שביתה חיצונית.

עקרונות מדע חומריים עבור אולטרה-Tough Armor

הבנת מה הופך חומר "לחמה" עבור יישומי שריון דורש תפיסה של כמה תכונות מכניות מפתח וכיצד הם אינטראקציה תחת עומס הבליסטי והפיצוץ.

כוח, קשיחות, וקשיים

(FLT:0)Strengthigthigthov 1 מתייחס ליכולת של חומר לעמוד על עומס יישומי ללא עיוות קבוע.עבור שריון, כוח התשואות הוא קריטי למנוע את החומר מדחף פנימה על ידי כוח ההשפעה של הפרויקט.עם זאת, כוח גבוה לבדו אינו מבטיח הגנה; חומרי הגלם יכולים לנפץ או לנפץ.

(FLT:0) oughnessFLT:1 הוא היכולת לספוג אנרגיה ועיוות מפלסטיק לפני fracturing. חומר קשוח יכול לנתק את האנרגיה הקינטית של מיזם על פני נפח גדול יותר, צמצום ריכוזי הלחץ המקומיים.זה חשוב במיוחד עבור תרחישים רב-היט שבהם שריון חייב להישאר שלם לאחר התקיפה הראשונה.

[ה]הארונדמנטל"א] קובע כמה טוב חומר מתנגד לחדירה וחדירה. משטח קשה מאוד יכול לפרק או לקלקל את העיזבון, להפחית את יכולתו לחדור עמוק. Ceramics להצטיין כאן, אבל הם טעונים מטבעם הוא לשלב פנים קשות עם שכבת גב קשיחה.

משקל לעומת הגנת הסחר

צפיפות הדו-חמצני – משקל ליחידה – היא המדד המקשר ישירות את ההגנה לביצועי הרכב.דחיסות נמוכה יותר מאפשרת לרכב לשאת יותר שריון ללא מגבלות עומס יתר, המאפשר הן ניידות והן להגדלת משקל.פחתת צריכת הדלק ומשפרת את המהירות ואת יכולת הצפיפות. האתגר הוא להשיג עמידות בליית או טובה יותר מאשר פלדה במשקל נמוך משמעותית.

מועמדים מתקדמים ל-Generation Armor

מגוון רחב של חומרים נמצא תחת חקירה פעילה במעבדות ובתוכניות הגנה ברחבי העולם. להלן הן הקטגוריות המבטיחות ביותר, כל אחת מהן בעלת יתרונות ייחודיים ואתגרי פיתוח מתמשכים.

המונחים: Ceramic Composites

Ceramics כגון בורון carbide (B4C), סיליקון carbide (SiC), ואלומיניום תחמוצת (Al2O3) מציעים קשיחות קיצונית וכוח דחיסה.כאשר נעשה שימוש כפנית שביתה, הם יכולים לרקד או לנפץ את התחזיות הנכנסות ביעילות. Boron carbide הוא מעניין במיוחד כי הוא אחד החומרים הידועים ביותר, בעוד הוא דל משקל יחסית (2.5s) לעומת כמה מפגעים / 7.8 / סגסוגת של פלדה.

קרמיקה משלימה את הסיבים או החלקיקים כמו שלבים גלגול מחדש כדי לשפר את הקשידות.לדוגמה, FLT:0ceramic matrixs (CMCs) LT:1 להשתמש סיבי סיליקון מוטבעים במטריקס קרמיקה, מתן התנגדות גבוהה יותר לפצח אריחים קרמיקה במכות פולימר או backstructures גם מקטין את הפחתת ה-NanoFrecarecarecareatives להוכיח את ה-Fologies.

פולימרים מתקדמים וסיבים

סיבים aramid כמו Kevlar ו אולטרה-מולק-מולקולי משקל פוליאתילן (UHMWPE) סיבים כגון Dyneema ו- Spectra כבר בשימוש נרחב בגופי שריון וקוויל ספארי עבור כלי רכב.הכיוון המולקולרי שלהם מספק כוח רביר ואנרגיה יוצאי דופן באמצעות סיבים ופירוק.עבור שריון רכב, חומרים אלה לעתים קרובות הם מלוטשים לתוך לוחות עבים שיכולים לעצור שברים ולהפחית כדורים איטיים.

ההתקדמות האחרונה כוללת תרכובות מחוסמות שחופרות יכולות מרובות-היטות והשילוב של נוזלי הירר-התק בתוך סיבי סיבים כדי לשפר את הנוקשות מתחת לשיעורי מתח גבוהים.חומרים אלה קלים אך יש התנגדות נמוכה יותר נגד כמרים חדים, גבוהים בהשוואה לקרמיקה.

Metal Matrix Composites (MMCs)

MMCs משלבת ממטריקס מתכת דוקטרילי (למשל, אלומיניום, טיטניום או מגנזיום) עם שלב קרמיקה או בין-מתכתי מחדש.המטריקס מספק קשיחות וכושר צורה, בעוד חיזוק מוסיף קשיחות וקשה. אלומיניום מבוסס MMC מתחזק עם חלקיקים או סיבים סיליקון יכול להשיג התנגדות בליסטית דומה פלדה על ידי שליש משקל, אבל אפילו יותר עלות גבוהה יותר של טיטאן.

גישה אחת מתפתחת היא ממושמעת פונקציונלית MMCs, שבה ההרכב משתנה מעמוד חזק, עשיר קרמיקה בפני שביתה קשה, דוקטריה לאחור.העיצוב הזה יכול להביס את הכמרים על ידי קליטת אנרגיה באמצעות עיוות ושבר של השכבות המסתממות.ה-FLT:0Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA)FLT:1 ממומן חקרו תוכניות ייצור מהירות עבור חומרים אלה כדי לאפשר פריסה.

ננו-חומרים וגרפן-הידח

Graphene - שכבת פחמן אטומית יחידה מסודרים בלחיצות hexagonal - מציג כוח מכני יוצא דופן (כ 200 פעמים חזק יותר פלדה על ידי משקל) ונוקשות.כאשר משולבים לתוך מזחלות פולימר או ציפוי מתכת, אפילו כמויות קטנות של גרפן יכול לשפר באופן משמעותי את הניתוק אנרגיה ודהדק. מחקר על שריון מבוסס גרפן עדיין בשלבים מוקדמים, אבל בדיקות מעבדה להראות כי גרפן יכול להכפיל את הבסיס של חומרים מסובכים.

ננו-חומרים אחרים כמו ננו-tube פחמן (CNTs), בורון ניטרד ננוגליונות, ומתכות ננוקריסטלליין נחקרות גם הם.אתגר מפתח הוא השגת פיזור אחיד והיערכות של ננופלרים בחומרים גדולים. תהליכי ייצור סקאלהפולטיים נשארים צוואר בקבוק, אבל עבודה מתמשכת בפירוק כימי וטכניקות הערכה עצמית מחזיקה בהבטחה.

מערכות Multi-Layer Armor

הפתרונות הכי יעילים של שריון היום אינם חומרים בודדים אלא מערכות שכבתיות שמנצלות את נקודות החוזק של כל רכיב. סידור רב-שכבת טיפוסי עשוי להכיל פרצות קרמיקה חיצוניות כדי לפרק את הזייף, שכבת ביניים של סיבים גבוהים או סיבי מתכת-סרמיים מורכבים לספוג אנרגיה, וגיבוי דוקטריל של אלומיניום או פלדה כדי לתפוס שברים ולספק שלמות מבנית.

(FLT:0) Transud שריוןFLT:1 עבור חלונות רכב משתמש מושגים רב-שכבתיים דומים עם מזחלות פוליקרבונט ורכיבים מכוס זכוכית כדי לספק הגנה בליסטי תוך שמירה על בהירות אופטית.התקדמות בקרמיקה אלומיניום אלומיניום אלומיניום המיוצר שקופה כי הוא בהיר משמעותית מאשר ערימה מסורתית זכוכית-פומר.

אתגרים ייצור ואינטגרציה

פיתוח חומר עם תכונות גבוהות יותר הוא רק חצי הקרב; היכולת לייצר אותו באופן אמין, ללא ספק, ובצורות וגדלים הנדרשים עבור שריון רכב קובע אם הוא יראה אי פעם שימוש שדה.

סקלאלה ועלויות

חומרים מתקדמים רבים, במיוחד אלה מעורבים ננו-חומרים או משקעים מורכבים מורכבים, מיוצרים כיום בקבוצות קטנות. Scaling ייצור כדי לענות על הדרישות של ציי רכב שלמים שריון כולל מאמצי הנדסה משמעותיים.לדוגמה, לחץ על אריחים קרמיקה דורש טמפרטורות גבוהות ולחצים, אשר עולה ומגבלות מידה חלקית.

עלות נותרה נהג קריטי.הקנה צבאית חייבת לאזן את ההגנה הגבוהה ביותר האפשרית עם affordability, שכן כל רכב עשוי לדרוש מאות קילוגרמים של שריון.DARPA ו-US צבא ארצות הברית קרב קפיפות לפיתוח (DEVCOM) השקיעו בטכנולוגיות ייצור חדשות כגון FLT:0low-cost עיבוד קרמיקה עיבוד FLT:1 ו-FLT:2automated סיבים ריכוז 3 כדי להפחית את מחזור הדם ולהפחית את מחזורי הקרמיקה.

איכות עקבית בתנאים קיצוניים

חומרים Armor חייבים להופיע באופן אמין על פני טווח טמפרטורה רחב, מהצטננות קדחת המדבר, ומתחת לחות, חשיפה כימית, רטט ממושך. Defects כי הם רשלנות ביישומים אחרים - חללים זעירים במכוני מתכת או חוסר עקביות בגישור סיבים - יכול להפוך לעליה קטסטרופלית במהלך השפעה בליסטי.

דאגה נוספת היא (FLT:0) אייגנציה והשפלה 1FLT:1, פולימרים וסיבים יכולים לספוג לחות או לספוג מתחת לקרינה אולטרה סגולה אם לא כראוי דבקים, Ceramics יכול לפתח microfractures מרכיבה תרמית.המשך מחקר לציפוי מגן ונוסחאות יש צורך להבטיח חיי 20-30 שנה עבור כלי רכב צבאיים.

מחקרים: הטמעה נוכחית ופרויקטי מחקר

תוכנית חומרים מתקדמים של צבא ארה"ב

צבא ארה"ב היה בחזית החדשנות של שריון באמצעות תוכנית החומש המתקדם שלה (AA) תוכנית RMFLT:1 מנוהלת על ידי DEVCOM. הישגים אחרונים כוללים את הפיתוח המוצלח של ⁇ טיטניום עם תכונות בליסטיות משופרות עבור תוכנית הגנה מאופטית משומרת (OSDV) בנוסף, הצבא יש מבחן קרמיקה מורכב שדה, אשר יכול להיות מכווץ לוחות הגנה על גבי משטח זהה, ללא צורך להגדיל את לוחות הגנה על בסיס קבוע, ללא צורך כדי להגדיל את כלי רכב קיימים.

יוזמת הגנה אירופית

באירופה, הסוכנות להגנת אירופה (EDA)BuildFLT) 1 וארגונים לאומיים פתחו פרויקטים משותפים כגון FLT:2VS-Armor (S-Armor) FLT:3 וארגוני מחקר לאומיים השיקה פרויקטים שיתופיים כגון: ⁇ -Fal-polymer Institute for Mechanic Materialss פיתחה מערכת אחסון של 4Ficer: SLT5Flymer, אשר סייעה ל-Flyminates: 7.

כיוונים עתידיים: Armorive ו-Reactive Armor

הגבול הבא בשוריינים צבאיים אינו רק חומרים סטטיים קשים יותר, אלא גם מערכות שיכולות להסתגל לאיום הקרוב.(FLT:0) ;0) שריון מגנטי משוריינות חשמליים (FLT) 1) משתמשות בשדות מגנטיים חזקים כדי לשבש מטוסי מטען בצורת, ואילו (FLT:2electric-reactive ReefFLT 3: 3) משתמש ב- capacitors כדי לחוסם את ההשפעה של הארגון.

כיוון מבטיח אחר הוא (FLT:0) עצמו-הההחומרים של ההרחבה: 1) חוקרים מטביעים מיקרו-capsulesules המכילים סוכני ריפוי לתוך פולימרים.כאשר סדקים, הקפסולות פורצות ושחררות מונומר שממלא את הסדקים וממלא את הסדקים, להחזיר חלק מכוח החומר.

(FLT:0) אינטליגנציה מלאכותית של ההרחבה:1) נכנס לתמונה.אלגוריתם למידת מכונה משמש כדי לייעל את ההרכב ואת השכבות של שריון מורכב עבור פרופילים מסוימים של איומים, לסרוק מיליוני תצורה אפשרית הרבה יותר מהר מאשר בדיקות אנושיות יכול להשיג. גישה זו חומרים חישוביים מדע כבר עוזר לזהות שילובים חדשים של קרמיקה עם ביצועים לא נראים בעבר.

מסקנה וחשיבות אסטרטגית

פיתוח חומרים אולטרה-קשויים עבור שריון כלי רכב צבאי הוא מאמץ מורכב ורב תחומי שנוגע לפיזיקה בסיסית, ייצור מתקדם ולוגיסטיקה תפעולית.השלם אינו רק הגנה טובה יותר לחיילים וציוד, אלא גמישות טקטית מוגברת – כלי רכב קלים שניתן לפרוס במהירות רבה יותר ולפעול בשטח יותר יכולים לשנות את התוצאה של פעילות מכיון מתמשכת בתחום המדע וההנדסה, בתמיכת מחקר בינלאומי שיתופי, יהיו חיוניים לקיום איומים מתקדמים, אשר עלולים, אשר יהיו תלויים בעתיד, עם לחץ כבד, עם לחץ כבד, עם לחץ כבד, עם לחץ כבד, ומערכת לחימה קשה, עם לחץ כבד, ומערכת, עם לחץ כבד יותר, אשר יהיה, אשר יהיה, קרוב יותר, עם לחץ כבד יותר, עם לחץ כבד יותר, עם לחץ כבד יותר, עם לחץ כבד יותר, עם לחץ כבד, עם לחץ כבד, עם לחץ כבד, עם לחץ כבד, עם לחץ כבד, עם לחץ כבד, עם לחץ דם מתמשך.