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 potaknuti ljude na stvaranje zaštitnih elemenata. Svo oružje kinetičke energije, bilo da je to pretpovijesni klub ili oklopni projektil, dizajnirano je tako da koncentrira veliku silu na malom prostoru, njegova je zadaća 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 sustavima i strukturama koje štiti.
Suvremeni oklop tipično se sastoji od tvrdog vanjskog sloja za zaustavljanje, odbijanje ili uništavanje projektila, srednjeg sloja s vrlo visokim "radom na razbijanje" i viskoznog unutarnjeg sloja za sprječavanje pukotina i krhotina.
Željezo
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, aramida i polietilen ultra velike molekulske mase, kao i kompozitni materijali s metalnom matricom.
Mnoge čeličane, uključujući SSAB, nastavljaju razvijati čelike visoke čvrstoće za razne primjene kritične po težinu, kao što je dodatno oblaganje. Oklopni čelik razreda ARM OX 600T, dostupan u debljinama 4-20 mm, dostupan je s zajamčenom tvrdoćom od 570 do 640 HBW jedinica (kratica za Hardness, Brinell, Wolfram; test u kojem se pritisne kugla od volframa 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, osobito 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. Tvrtke koje mogu zaobići ovu vrstu ograničenja vjerojatno će privući pomnu kontrolu proizvođača oklopnih vozila.
Druga švedska tvrtka, Deform, nudi vruće oblikovane dijelove oklopnog čelika otporne na metke proizvođačima oklopnih vozila, posebno onima koji žele poboljšati zaštitu komercijalnih / civilnih vozila.
Jednodijelni vatrozidi 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 lima održava tvrdoću od 600HB [HBW].
Tvrtka tvrdi da može vratiti svojstva svih oklopnih čelika 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 kalje nakon vrućeg kovanja. Zahvaljujući ovom postupku moguće je dobiti trodimenzionalne oblike koji se ne mogu dobiti hladnim oblikovanjem bez obveznih u takvim slučajevima "zavara koji narušavaju integritet kritičnih točaka".
Deformirani vruće oblikovani čelični limovi koriste se na BAE sustavima BVS-10 i CV90, a od ranih 1990-ih na mnogim strojevima Kraus-Maffei Wegmann (KMW). 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 ponovno BOXER, kao i poklopac za vozilo WIESEL. Deform također djeluje s drugim zaštitnim materijalima uključujući aluminij, kevlar / aramid i titan.
Napredak aluminija
Što se tiče oklopnih vozila, prvi put se aluminijski oklop naširoko koristio u proizvodnji oklopnog transportera M113, koji se proizvodio od 1960. godine. 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 7,62 mm oklopne metke, 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 zahtijevati lakši, balistički jači, zavarljivi i toplinski obradivi aluminijski oklop, što je dovelo do razvoja Alcana 7039, a kasnije 7017, oba s većim udjelom 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 čvrstoća djelomično obnavlja zbog stvrdnjavanja tijekom prirodnog starenja. Struktura metala se mijenja u uskim zonama blizu zavara, stvarajući velika zaostala naprezanja u slučaju pogrešaka pri zavarivanju i / ili montaži. Slijedom toga, proizvodne tehnike trebale bi ih minimizirati, dok bi se također trebao minimizirati rizik od pucanja od korozije pod naponom, osobito kada se predviđa da će konstrukcijski vijek stroja biti duži od tri desetljeća.
Naprezanje od korozije pod naponom je proces pojavljivanja i rasta pukotina u korozivnom okruženju, koji se nastoji pogoršati s povećanjem broja legirajućih elemenata. Nastanak pukotina i njihov naknadni rast nastaje kao posljedica difuzije vodika duž granica zrna.
Određivanje osjetljivosti na pucanje počinje vađenjem male količine elektrolita iz pukotina i njegovom analizom. Provode se korozijska ispitivanja naprezanja pri niskim naprezanjima kako bi se utvrdilo koliko je određena legura teško oštećena. Do mehaničkog rastezanja dva uzorka (jednog u korozivnom okolišu, a drugog u suhom zraku) dolazi do njihovog otkaza, a zatim se uspoređuje plastična deformacija na mjestu loma - što se više uzorak rasteže do sloma, to bolje.
Otpornost na korozijsko pucanje pod naponom može se poboljšati tijekom 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 podložnim toplinskoj obradi usredotočen je na poboljšanje njihove čvrstoće i otpornosti na koroziju, dok rad na legurama koje se ne mogu termički obraditi ima 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 usporedivom otpornošću na metke, iako se balističke performanse tek trebaju u potpunosti ocijeniti prema Total Materia.
Metode zavarivanja, uključujući robotske, također se poboljšavaju. Među zadacima koji se rješavaju su smanjenje opskrbe toplinom, 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 tvrtkom ALCOA Defense, renomiranim proizvođačem aluminijskih oklopnih ploča, kako bi razvili ono što tvrtka opisuje kao "pouzdan i ponovljiv proces hladnog oblikovanja". Tvrtka 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 projektantima strojeva da minimiziraju potrebu za zavarivanjem i smanje broj dijelova, tvrde iz tvrtke. Smanjivanjem volumena zavarivanja, naglašava tvrtka, povećava se čvrstoća konstrukcije i zaštita posade uz smanjenje troškova proizvodnje. Počevši od dobro dokazane legure 5083-H131, tvrtka 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, također postižući dobre rezultate.
Keramika i kompoziti
Prije nekoliko godina Morgan Advanced Materials najavio je razvoj nekoliko oklopnih sustava SAMAS, 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 izraditi po narudžbi.
Pruža zaštitu STANAG 4569 Razine 2-6, uz performanse s više utjecaja i uštedu na težini (tvrtka tvrdi da su ti sustavi upola manji od sličnih proizvoda od čelika), te se prilagođava posebnim prijetnjama, platformama i misijama. … Obloge protiv lomljenja mogu se izraditi 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 pola težine. Patentirani sustav pruža maksimalnu zaštitu od širokog raspona prijetnji, uključujući oružje malog i srednjeg kalibra, improvizirane eksplozivne naprave (IED) i granate na raketni pogon, kao i performanse s više udara.
"Polustrukturni" oklopni sustav s dobrom otpornošću na koroziju nudi se za module oružja (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 nosi s prijetnjama u blizini. Također imaju 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 oružja, koji može uključivati blindirano staklo i zaštitu gornjeg dijela, potpuno je sklopiv, dvije osobe ga mogu ponovno sastaviti za 90 sekundi. Kompozitne kapsule za preživljavanje izrađene su od onoga što tvrtka opisuje kao „jedinstvene čvrste materijale i polimerne formulacije“, pružaju zaštitu od gelera i mogu se popraviti na terenu.
Zaštita vojnika
SPS (sustav zaštite vojnika) koji je razvila tvrtka 3M Ceradyne uključuje kacige i umetke u oklopu za integrirani sustav zaštite glave (IHPS) i VTP (zaštita vitalnog torza) - komponente ESAPI (poboljšani zaštitni umetak za malo oružje) - poboljšani umetak za zaštitu od malo naoružanje) SPS sustava.
Zahtjevi IHPS -a uključuju manju težinu, pasivnu zaštitu sluha i poboljšanu zaštitu od tupih udara. Sustav također uključuje pribor kao što je komponenta za zaštitu donje čeljusti vojnika, zaštitni vizir, držač za naočale za noćno osmatranje, vodiči za, na primjer, svjetiljku i kameru te dodatna modularna zaštita od metka. Ugovorom vrijednim više od 7 milijuna dolara predviđena je nabavka oko 5.300 kaciga. U međuvremenu će se prema ugovoru od 36 milijuna dolara isporučiti više od 30.000 ESAPI kompleta - lakših umetka za pancire. Proizvodnja oba ova kompleta započela je 2017. godine.
Također u okviru programa SPS, KDH Defense odabrala je Honeywelllove materijale SPECTRA SHIELD i GOLD SHIELD za pet podsustava, uključujući podsustav Torso and Extremity Protection (TEP) koji će se isporučiti za SPS projekt. Sustav zaštite TEP -a lakši je za 26%, što u konačnici smanjuje težinu SPS sustava za 10%. KDH će koristiti SPECTRA SHIELD, koji se temelji na UHMWPE vlaknima, i GOLD SHIELD, na bazi aramidnih vlakana, u vlastitim proizvodima za ovaj sustav.
SPECTRA vlakno
Honeywell koristi vlasnički postupak predenja i izvlačenja polimernih vlakana za ugradnju UHMWPE sirovine u SPECTRA vlakna. Ovaj je materijal 10 puta jači od čelika u smislu težine, njegova specifična čvrstoća 40% je veća od aramidnog vlakna, ima višu točku taljenja od standardnog polietilena (150 ° C) i veću otpornost na trošenje u usporedbi s drugim polimerima, za na primjer, poliester.
Čvrsti i kruti materijal SPECTRA pokazuje velike deformacije pri lomu, odnosno jako se rasteže prije loma; ovo svojstvo omogućuje apsorpciju velike količine udarne energije. Honeywell tvrdi da se kompoziti od vlakana SPECTRA vrlo dobro ponašaju pod utjecajima velike brzine, poput metaka puške i udarnih valova. Prema tvrtki, „Naše napredno vlakno reagira na udar brzim uklanjanjem kinetičke energije iz zone udara … također ima dobro prigušivanje vibracija, dobru otpornost na ponovljene deformacije i izvrsna svojstva unutarnjeg trenja vlakana uz izvrsnu otpornost na kemikalije, vode i UV svjetla."
U svojoj tehnologiji SHIELD, 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 kutovima i pri zadanoj temperaturi i tlaku, lemljeni u kompozitnu strukturu. Za mekane nosive aplikacije, laminiran je između dva sloja tankog i fleksibilnog prozirnog filma. Budući da vlakna ostaju ravna i paralelna, učinkovitije raspršuju energiju udara nego da su utkana u tkani materijal.
Short Bark Industries također koristi SPECTRA SHIELD u BCS (Ballistic Combat Shirt) tjelohranitelju za SPS TEP sustav. 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.
