專利名稱:用于改進(jìn)的輕質(zhì)裝甲防護(hù)的裝置、方法及系統(tǒng)的制作方法
用于改進(jìn)的輕質(zhì)裝甲防護(hù)的裝置、方法及系統(tǒng)
相關(guān)申請
根據(jù)35U.S.C. § 119，本申請涉及并且要求申請日為2007年9月28日，名稱為“用 于改進(jìn)的輕質(zhì)裝甲防護(hù)的裝置、方法及系統(tǒng)”的美國臨時申請60/975，839的利益，其全部內(nèi) 容通過引用合并于此。
本發(fā)明的技術(shù)領(lǐng)域：
及背景
本發(fā)明涉及一種裝甲結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)以及提供裝甲的方法。
裝甲結(jié)構(gòu)可以用于保護(hù)車輛、建筑物以及人員不受射彈的沖擊。就此而論，車輛可 包括陸上車輛、船、潛水艇、航空器或航天器。該裝甲結(jié)構(gòu)經(jīng)常被提供作為組成裝甲系統(tǒng)的 疊層中的一個元件。合成物的正面構(gòu)件通常去使沖擊射彈斷裂和侵蝕。在所述正面構(gòu)件后 面的墊板或布襯在結(jié)構(gòu)上支撐所述正面構(gòu)件然后捕獲剩余的射彈和裝甲碎片。
通常用于裝甲結(jié)構(gòu)的陶瓷，只要在它們以壓縮的方式起作用的時候，對于消除射 彈來說都是有用的材料。例如，碳化硅(SiC)陶瓷的抗壓強(qiáng)度是3，900兆帕(566，000磅/ 平方英寸)；然而其抗拉強(qiáng)度僅為380兆帕(55，000磅/平方英寸)。對于大多數(shù)金屬來說， 抗壓強(qiáng)度與抗拉強(qiáng)度的比值大約是1比1，但是對于裝甲陶瓷來說，抗壓強(qiáng)度與抗拉強(qiáng)度的 比值，從在準(zhǔn)靜態(tài)條件測試下的10比1到在例如彈道沖擊之類的動態(tài)條件測試下的20比 1的范圍之間變動。
裝甲對主體車輛、建筑物或個人來說變成了不斷增加的負(fù)擔(dān)。所述負(fù)擔(dān)包括重量 的增加；空間的增大；以及由裝甲所帶來的費用。上述不斷增加的負(fù)擔(dān)與現(xiàn)代射彈所帶來 的日益增加的威脅以及殺傷力是相當(dāng)?shù)摹?br>最常用的用作裝甲的陶瓷材料是氧化鋁。近年來，比氧化鋁更輕些的陶瓷作為裝 甲已經(jīng)得到了發(fā)展。新型陶瓷包括，但是不局限于氮化鋁、碳化硅以及碳化硼。令人遺憾地 是這些新型輕質(zhì)陶瓷比氧化鋁要昂貴的多。
研究已經(jīng)延伸至用以發(fā)展改進(jìn)等級的陶瓷材料，所述陶瓷材料適于滿足與一般理 解上的裝甲系統(tǒng)的需要，也就是說陶瓷材料應(yīng)更堅硬并且具有更大的斷裂韌度以便更好的 作為裝甲使用。
使陶瓷裝甲材料變硬的其他工藝在預(yù)加載狀態(tài)下封裝陶瓷。所述預(yù)加載通過通常 由金屬構(gòu)成的壓縮環(huán)繞邊框來提供。所述邊框在適當(dāng)?shù)奈恢猛瑯尤菁{斷裂的陶瓷裝甲，防 止射彈從側(cè)面推動并貫穿主體目標(biāo)。當(dāng)設(shè)計從實驗室移至主體車輛時，陶瓷裝甲的密封將 是一項具有一些集成難題的耗費高的技術(shù)。
裝甲工業(yè)使用被稱為“密集效率”(mass efficiency)的評分系統(tǒng)來檢測裝甲的性能。每個射彈可被定量的裝甲鋼所終止。在裝甲工業(yè)中，用作性能標(biāo)準(zhǔn)的特殊合金鋼制品 被稱為滾軋均制裝甲(RHA，Rolled Homogeneous Armor)。它是一種特殊合金并且鋼化溫 度由美國軍用標(biāo)準(zhǔn)MIL-STD-12560所定義。密集效率，表示為Em，是終止某一特定威脅的射 彈所需要的單位面積的RHA的重量除以終止相同威脅的單位面積的候選裝甲的重量。RHA 具有值為1的Em。某些陶瓷裝甲疊層對于穿甲(AP，Armor Piercing)彈可表現(xiàn)出比鋼制 品更好的密集效率。[0012]由于重量的限制，裝甲車輛的有效載荷通常要減去裝甲所增加的重量。車輛的有 效載荷將繼續(xù)減少，或者車輛的總重量將要增加，除非裝甲系統(tǒng)的性能能夠得到顯著地提 高；具有更高的密集效率。
發(fā)明概述
本發(fā)明涉及，例如，一種裝甲結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)以及提供裝甲的方法，所述方法利用射彈 的動能作為消除機(jī)構(gòu)的一部分。
如下面更詳細(xì)地以及通過實例進(jìn)行的描述，本發(fā)明的不同的方面以及具體實施 例，闡明背景技術(shù)中的某些不足以及相關(guān)的領(lǐng)域中新出現(xiàn)的需要。
本發(fā)明包括用于提供輕質(zhì)裝甲防護(hù)的裝置、方法及系統(tǒng)。在一個優(yōu)選實施例中，本 發(fā)明包括整體的壓縮-誘導(dǎo)墊板以及正面構(gòu)件，所述正面構(gòu)件可以在某種程度上被配置為 彼此之間相互作用以延緩拉伸斷裂，例如，作為消除入射彈的所述正面構(gòu)件而加入的陶瓷 或者玻璃組件。
本發(fā)明包括，例如，用于控制正面構(gòu)件的來自其背面的拉應(yīng)力的設(shè)計；從而可延長 消除機(jī)構(gòu)用于吸收入射彈的能量的時間。
下面將在不同結(jié)構(gòu)的實施例中對所公開的本發(fā)明進(jìn)行描述。在本發(fā)明的一個實施 例中，所述正面構(gòu)件在表面的相對面上銑出多個坡口的輪廓，在優(yōu)選的實施例中，所述表面 與墊板中的多個接收溝道緊密配合。所述坡口和溝道可以是同心的，也就是說，共用公共的 中心。
在射彈沖擊期間，來自射彈的力，在優(yōu)選的實施例中，可以擠壓與墊板的接收溝道 相嚙合的正面構(gòu)件坡口的外表面。所述坡口和相應(yīng)的溝道優(yōu)選為特別地設(shè)計成使墊板將壓 力負(fù)荷分給正面構(gòu)件的背部，從而防止所述坡口在射彈穿透的開始就過早地受拉斷裂。按 照所述正面構(gòu)件坡口的一個優(yōu)選實施例，分別選擇每個坡口的角度以使坡口產(chǎn)生與由穿透 的射彈所導(dǎo)致的張力負(fù)荷相匹配的壓力負(fù)荷。從而將所述裝甲材料的結(jié)構(gòu)完整性保持至射 彈被消除。
本發(fā)明實施例的墊板可用作將壓力導(dǎo)出至正面構(gòu)件內(nèi)的裝置。這些，例如，從夾 雜在坡口和相應(yīng)的溝道中導(dǎo)出的壓應(yīng)力，抵消了那些可通常導(dǎo)致陶瓷裝甲材料斷裂的拉應(yīng) 力。當(dāng)射彈的力作用在正面構(gòu)件的前端面上時，所述正面構(gòu)件背面的坡口被推入至所述墊 板相應(yīng)的溝道中；當(dāng)所述坡口被推進(jìn)至相應(yīng)的溝道時，所述成角度的溝道的壁將壓力分與 所述坡口和正面構(gòu)件之上。
本發(fā)明優(yōu)選實施例的又一特征在于將主體結(jié)構(gòu)用作墊板。所述特征可包括，例如， 在主體表面的外部制造與裝甲的正面構(gòu)件的背部緊密配合的坡口或者溝道。所述主體可包 括，例如，航空器、船舶、航天器、人或者動物穿著的衣服，或者是建筑，但是也可以包括其他 的物體。本實施例的作用是將墊板協(xié)同地用作主體結(jié)構(gòu)元件，從而減少裝甲的附加負(fù)荷并 且進(jìn)一步提高整個系統(tǒng)的密集效率。
根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實施例的又一特征，本發(fā)明有限的元件模型示出的同心槽可有效 地瓦解那些在正面構(gòu)件產(chǎn)生內(nèi)部裂縫的反射沖擊波。盡管如此，也可以使用包括非同心槽 的設(shè)計，并且在某些實施例中可作為優(yōu)選。
根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實施例的又一特征，同心槽可顯著地增加正面構(gòu)件與墊板之間的 膠合表面，從而增加正面構(gòu)件的耐久性以及在用作越野裝甲戰(zhàn)車的環(huán)境特征下的阻力。[0024]根據(jù)本發(fā)明實施例的又一特征，坡口和溝道表面的入射角，例如，可以被利用為使 每個坡口-通道接口處從內(nèi)部坡口裝置至外部坡口裝置處的表面角度，以與正面構(gòu)件的背 部所獲得的總壓力的數(shù)值成比例的增加。坡口和相應(yīng)的溝道的角度和間距可以呈現(xiàn)為大致 與由法國科學(xué)家Augustin Fresnel所定義的用于控制光通過平面透鏡的輪廓相類似。盡管 如此，所確定的用來優(yōu)化壓力負(fù)荷的表面的入射角不同于簡單地計算菲涅耳(Fresnel)透 鏡的焦距。菲涅耳透鏡的透鏡片段為，例如，球狀的弧形或者在公共中心周圍的部分弧形。 透鏡片段呈共面的摺狀，提供為薄的緊湊的光學(xué)元件。本發(fā)明可利用菲涅耳球狀片段“結(jié)構(gòu) 上”的優(yōu)點，以使正面構(gòu)件和墊板以許多圓頂結(jié)合在一起的方式相配合，其中每個正面構(gòu)件 的圓頂部分將射彈負(fù)荷的部分傳遞至墊板的圓頂部分。由于射彈引起了在正面構(gòu)件之上的 入射負(fù)荷，正面構(gòu)件的圓頂部分相對于墊板的圓頂構(gòu)件進(jìn)行壓縮，并且正面構(gòu)件的背部在 垂直于入射彈負(fù)荷的方向上進(jìn)入壓縮狀態(tài)。當(dāng)然，應(yīng)當(dāng)理解的是，所述用于菲涅耳透鏡設(shè)計 中的球狀的弧形以及系列圓頂不是裝甲設(shè)計所必需的，并且傾斜面及其他表面形狀，例如 斜面或者平面和/或拋物線，都可用來制作所述類似菲涅耳結(jié)構(gòu)。
根據(jù)本發(fā)明實施例的又一特征，現(xiàn)有技術(shù)中經(jīng)常用到的密封邊框可以從裝甲結(jié)構(gòu)的邊緣除掉。由于新的機(jī)構(gòu)通過與墊板相互作用來壓縮正面構(gòu)件，裝甲結(jié)構(gòu)可以，例如，高 效地嵌套在一起從而在車輛的表面之上提供連續(xù)的覆蓋，而沒有密封裝甲的邊框所帶來的 附加負(fù)荷。
根據(jù)本發(fā)明實施例的又一特征，正面構(gòu)件的預(yù)加壓力可以，例如，在受威脅射彈沖 擊之前獲得。獲得所述可選擇的預(yù)負(fù)載的一個方法是，當(dāng)正面構(gòu)件和墊板之間的膠粘劑在 固化的時候，在朝向墊板的方向上通過向正面構(gòu)件加壓來實現(xiàn)，現(xiàn)有技術(shù)方法中的在鋼制 邊框之內(nèi)的預(yù)負(fù)載陶瓷裝甲同樣可單獨用于本發(fā)明的實施例，或者與前述的施加預(yù)加壓力 的方法相結(jié)合。所提供的壓力的幅度可以明顯地大于密封陶瓷裝甲，因為其數(shù)值與來自射 彈的壓力的負(fù)荷成比例。在靜態(tài)條件下這種由射彈施加于凸輪上所產(chǎn)生的壓力負(fù)荷將可能 使陶瓷斷裂。在動態(tài)沖擊條件下，射彈可同樣引起許多彼此疊加的拉應(yīng)力。壓應(yīng)力和拉應(yīng)力 可以被所選擇的坡口上適當(dāng)?shù)慕佑|角所抵消。正面構(gòu)件上的預(yù)加壓力大體上與來自射彈和 坡口角的負(fù)荷成比例。分析表明預(yù)加壓力在穿透進(jìn)程期間是相對固定的。然而，引起的張 力負(fù)荷是隨時間變化并且是赫茲(Hertzian)接觸應(yīng)力，片狀(膜片和彎管)應(yīng)力，沖擊波 誘導(dǎo)應(yīng)力和靜壓(Hydrostatic)應(yīng)力(來自嵌入至分割的正面構(gòu)件的射彈)的疊加集合。
根據(jù)本發(fā)明實施例的又一特征，本發(fā)明不局限于特定的陶瓷制品或者玻璃制品， 并且這里所討論的不應(yīng)該被解釋為限制成本發(fā)明僅利用陶瓷制品或者玻璃制品?；谝阎?的或者已發(fā)現(xiàn)的材料特性，也可以選擇其他等效的材料。
本發(fā)明，例如，可以顯著地改進(jìn)傳統(tǒng)的疊層或是密封陶瓷制品的性能，但是不局限 于陶瓷制品。上述陶瓷制品包括，但是不局限于氮化鋁、碳化硅以及碳化硼。更高性能的陶 瓷制品當(dāng)然會表現(xiàn)的更好，但同時也會更加昂貴。本發(fā)明使用較廉價的材料，例如氧化鋁， 來獲得改善的效果，因此在某些實施例中是由于費用原因而不是最終性能的原因，而優(yōu)選 該廉價材料。
根據(jù)本發(fā)明實施例的又一特征，當(dāng)使正面構(gòu)件和墊板的厚度最佳化以使重量和/ 或費用最小化時，在射彈被消除之后所述墊板的偏轉(zhuǎn)是極小的。根據(jù)本發(fā)明的配置幾乎可 以通過陶瓷制品來徹底地消除射彈。本發(fā)明的不同實施例適合于防彈服或車輛，這時，在彈道沖擊期間外殼的偏斜必須是最小化的。
根據(jù)本發(fā)明實施例的又一特征，附加的蓋板用于覆蓋正面構(gòu)件。所述蓋板可同時 帶來對射彈貫穿阻力的增加，從而可以進(jìn)一步提高密集效率。這一特征，如同這里其它描述 一樣，是可選的。
根據(jù)本發(fā)明實施例的又一特征，由于射彈所帶來的瓦片的損害或破壞可被限制于 沖擊的瓦片。相鄰的瓦片可以受到最低限度地影響并且損傷可原位修復(fù)。
根據(jù)本發(fā)明實施例的又一特征，裝甲結(jié)構(gòu)可被配置為根據(jù)預(yù)期的威脅或者作為產(chǎn) 品改進(jìn)的結(jié)果而被除去以及升級或變化。例如，所述裝甲可被配置為具有正面構(gòu)件、蓋板以 及背部的單獨的集成瓦片。在一個典型實施例中，適合于車輛改造，所述背部輪廓可以和正 面構(gòu)件一樣。所述正面構(gòu)件與集成的背部系統(tǒng)可具有配套的預(yù)裝配的包裝，其可以是在現(xiàn) 有車輛表面之上的瓦片(例如，膠合或者以另外方式均一地或者選擇地附著)來提供增強(qiáng) 的裝甲防護(hù)。


用于提供對本發(fā)明進(jìn)一步的理解并且被并入作為說明書的組成部分的附圖，示出 了本發(fā)明具體實施方式
的示意性例子，其與說明書一起用來解釋，而不是限制，本發(fā)明的基 本原理，在圖中
圖1是本發(fā)明實施例的剖面圖；
圖2是本發(fā)明實施例的六邊形的正面構(gòu)件的三維透視圖；
圖3是本發(fā)明實施例的六邊形墊板的三維透視圖；
圖4是本發(fā)明實施例的六邊形的正面構(gòu)件的三維透視圖；
圖5是本發(fā)明實施例的貫穿坡口的剖面圖。
優(yōu)選實施例的詳細(xì)描述
應(yīng)當(dāng)理解的是，本發(fā)明不局限于這里所描述的特定方法、構(gòu)成、材料、生產(chǎn)工藝、使 用和應(yīng)用，這些都可以變化。同樣應(yīng)當(dāng)理解的是，這里所使用的術(shù)語僅僅出于描述特定的實 施例的目的，并不是用于限制本發(fā)明的范圍。必須指出的是這里以及在附加的權(quán)利要求
中 所使用，單數(shù)形式的“一個”以及“該”包括其涉及的復(fù)數(shù)，除非上下文清楚地另外規(guī)定。因 此，舉例來說，出現(xiàn)的“元件”表示的是一個或更多元件，并且包括對本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的 等效物。同樣地，另外的例子中，出現(xiàn)的“步驟”或者“裝置”表示一個或更多步驟或裝置并 且可包括子步驟或附屬裝置。所使用的所有連接應(yīng)當(dāng)在最大可能的范圍下進(jìn)行理解。因此， “或”應(yīng)該被理解為具有邏輯上的“或”的定義而不是邏輯上的“異或”，除非上下文有清楚地 其他要求。這里所描述的結(jié)構(gòu)應(yīng)當(dāng)理解成同樣涉及到此類結(jié)構(gòu)的功能上的等效物?？杀唤?釋為表示近似物的措辭應(yīng)該被充分理解，除非上下文清楚地另外規(guī)定。
除非另外規(guī)定，這里所使用的所有技術(shù)和科學(xué)術(shù)語，按照本發(fā)明所屬的技術(shù)領(lǐng)域：
的普通技術(shù)人員通常的理解方式都具有相同的含義。優(yōu)選的方法、技術(shù)、裝置和材料將被描 述，盡管任何與那些被描述的相類似或等效的方法、技術(shù)、裝置或材料可被用于本發(fā)明的實 際應(yīng)用或測試。這里所描述的結(jié)構(gòu)應(yīng)當(dāng)理解成同樣涉及到此類結(jié)構(gòu)的功能上的等效物。
在圖1中，示出的是根據(jù)一個實施例的集成裝甲結(jié)構(gòu)100的橫截面。能夠看出， 集成裝甲結(jié)構(gòu)100具有兩個主要部分正面構(gòu)件130和墊板120。墊板120的前端面包括多個接收溝道121，而正面構(gòu)件130的后端面包括與所述接收溝道相對應(yīng)的多個坡口 (grooves) 1310能夠看出，正面構(gòu)件130的坡口 131的外表面132相對于墊板120的相應(yīng) 的接收溝道121的內(nèi)表面122設(shè)置。每個坡口的深度優(yōu)選為小于相應(yīng)的接收溝道的深度， 從而使所述坡口不與溝道基部124接觸(亦即，它們不降至最低點)。每個坡口在坡口根 部134處附著于正面構(gòu)件130的后端面?？蛇x的蓋板140可被設(shè)置在，例如，正面構(gòu)件130 的前端面之上。在本實施例中，在射彈190沖擊正面構(gòu)件130之前，蓋板140可能會被射彈 190首先沖擊。裝備蓋板140可提高整個裝甲結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度，并且可用作隔絕裝甲結(jié)構(gòu)與外 界環(huán)境，例如濕氣或火，這些都會削弱一個或多個裝甲結(jié)構(gòu)組件。在某些實施例中，蓋板和 /或正面構(gòu)件的外表面可以是圓的或成角度的凸起或凹入的樣式以便使射彈的入射力可被 引導(dǎo)。
優(yōu)選的，而不是必需的，墊板的抗剪強(qiáng)度(shear strength)等于或大于正面構(gòu)件 的抗剪強(qiáng)度以確保所述正面構(gòu)件以最大的潛力使用，從而獲得可能的最輕的裝甲系統(tǒng)。同 樣優(yōu)選的，而不是必需的，將每個坡口根部134和溝道基底124處的橫切角度進(jìn)行圓形修整 (圓角化)至可得到的最大半徑，以便將局部應(yīng)力集中系數(shù)減到最少。
例如在圖2中所描述的，正面構(gòu)件217以后端面直接朝上示出。本實施例所示的 坡口 216是圓形的并且直接制造到六邊形的瓷磚218中。作為示例瓷磚218被表示為六邊 形的但不局限于這一特殊形狀。坡口 216不局限于圓形結(jié)構(gòu)。
在另外的實施例中所描述的，例如在圖3中，以前端面直接朝上示出的墊板320形 成在具有六邊形邊緣的瓷磚之內(nèi)。多個接收溝道321形成在板內(nèi)——在這種情況下是同心 圓。作為一個例子墊板320被表示為六邊形，但不局限于任何特殊的形狀。類似地，所述接 收溝道321不局限于圓形結(jié)構(gòu)。
在圖4中，另一個正面構(gòu)件430被描述為后端面直接朝上并且從具有六邊形邊緣 的瓷磚處開始形成。在本實施例中多個坡口 431被表示為圓形的并且直接制造在板內(nèi)。作 為一個例子正面構(gòu)件430被表示為六邊形的但不局限于這一特殊形狀。坡口 431不局限于 圓形結(jié)構(gòu)。
圖5描述了本發(fā)明的一個實施例，其中正面構(gòu)件530上坡口的外表面533的角度 大致和墊板520上相應(yīng)的溝道的內(nèi)表面522的角度一樣。這兩個表面可以稱為“分界面”。 當(dāng)所述分界面的角度從裝甲結(jié)構(gòu)的中心處至外部邊緣逐漸增加時可實現(xiàn)最理想的狀態(tài)。按 照圖5實施例中的描述，大于02且e2大于03。坡口外表面的角度和相應(yīng)的溝道的 內(nèi)表面優(yōu)選為不接觸，并且被稱為“非分界表面”。所述非分界表面優(yōu)選為垂直于分界面的 角度，以最佳化在分界面后面的支持物材料(從而增加裝甲的強(qiáng)度)，然而根據(jù)應(yīng)用，可以 多些或少些。
分界面的角度優(yōu)選為在五度至二十度的范圍內(nèi)，然而其他的角度也可用來調(diào)節(jié)特 定性質(zhì)的裝甲材料以及調(diào)節(jié)預(yù)先確定的威脅。同樣，所述表面角度可從任何地方按每一坡 口一度到五度的比率增加，從中央向外擴(kuò)展。入射角增加的比率可取決于，例如，坡口之間 的距離，坡口的數(shù)目(優(yōu)選為每一裝甲結(jié)構(gòu)四至五個)，用于正面構(gòu)件、蓋板以及墊板的材 料的強(qiáng)度特性，以及預(yù)先確定的要消除的射彈的強(qiáng)度、密度和速度。所述分界面角度和非分 界面角度的確定可與用于確定菲涅耳透鏡的焦距以及坡口數(shù)目(間距)的計算相關(guān)，但不 限制于此。[0049]本發(fā)明的某些實施例的測試品和模型可以將裝甲系統(tǒng)中所引入的射彈消除，使所 述射彈的速度徹底地減少為零。盡管所述正面構(gòu)件最終被射彈折斷，支撐背部卻幾乎沒有 偏斜并且沒有穿透。
在一個實施例中，正面構(gòu)件的后部坡口限制了裝甲板內(nèi)的破壞區(qū)域，所述破壞區(qū) 域預(yù)計將被射彈所沖擊并且同時保護(hù)相鄰的裝甲板不受損傷。其總體作用為，比如，增強(qiáng)反 復(fù)沖擊能力。
本發(fā)明因此提供一種可以用于保護(hù)車輛、建筑物以及人員不受射彈的沖擊的輕質(zhì) 裝甲。所述射彈可包括，但不局限于子彈、榴彈、獵槍彈、碎片、爆炸裝置、爆炸物形成的射 彈，或是對航天器來說，隕石。然后，爆炸裝置可包括，但不局限于管狀炸彈、手榴彈以及簡 易爆炸裝置(IED，Explosive Devices)。
特別地，本發(fā)明在主體承載構(gòu)件之上提供一種完整的或部分的防護(hù)罩。在任意給 定主體設(shè)備上，本發(fā)明的配置或結(jié)構(gòu)可根據(jù)所要求的防護(hù)程度，本地主體結(jié)構(gòu)或是威脅射 彈的預(yù)期攻擊角度而改變。
本發(fā)明不局限于在說明書以及附圖中所闡述的細(xì)節(jié)。可以充分利用正面構(gòu)件的厚 度、覆蓋層厚度以及背部厚度以消除預(yù)定的威脅。在圖2中所示的瓷磚的形狀作為例子是 六邊形，然而本發(fā)明并未限制，比如說，斜邊的數(shù)目。
正面構(gòu)件和墊板的幾何特征形狀，例如齒(例如，坡口和溝道表面)，齒的深度以 及齒的數(shù)目應(yīng)該選擇為優(yōu)化預(yù)定的射彈負(fù)荷，所選擇的正面構(gòu)件的材料類型以及墊板的材 料。短齒在結(jié)構(gòu)上能更加堅固，但已經(jīng)發(fā)現(xiàn)要求更致密的制造公差。例如，在坡口的根部和 溝道的基底提供充分的半徑是一種不錯的工程實踐，作為用來增強(qiáng)本發(fā)明的至少一個實施 例的結(jié)構(gòu)能力的一個例子。
坡口的圖案可以為同心的圓形、三角形、正方形、五邊形、六邊形、八邊形或其他的 多邊形圖案，取決于瓷磚以及，或者，主體承載構(gòu)件特定的表面形狀的具體應(yīng)用。這里所描 述的“同心”，應(yīng)被理解為意味著具有公共中心的任何形狀并且不局限于圓形或環(huán)形。另外， 本發(fā)明其他的實施例可使用非同心圖案。類似地，裝甲結(jié)構(gòu)的形狀也可采用任何上述的幾 何圖形。
可選擇的，使用膠粘劑將所述正面構(gòu)件保持在墊板上。本發(fā)明的一個實施例可包 括這樣的結(jié)構(gòu)，其中蓋板在在適當(dāng)?shù)奈恢萌菁{正面構(gòu)件而不需要使用膠粘劑。同樣地，鋼制 邊框可在外部邊緣處將正面構(gòu)件和墊板安裝在一起。其他的實施例具有通過一個或更多螺 釘連接的正面構(gòu)件和墊板。
墊板的材料可采用，比如，金屬或聚合物。分析表明高強(qiáng)度的鋁可提供一種有效的 重量解決方案。在已經(jīng)選擇了用于主體車輛結(jié)構(gòu)的不同材料的情況下，本發(fā)明的最佳實施 例可以是正面構(gòu)件設(shè)置在隨后將被附著在主體車輛上的獨立的墊板上。
同樣提供一種形成裝甲防護(hù)的方法。例如，通過選擇與墊板接觸的坡口的角度，可 以使進(jìn)入正面構(gòu)件背部之內(nèi)的預(yù)加壓力適應(yīng)該材料。正面構(gòu)件后端面的槽斷面同樣可以瓦 解產(chǎn)生于射彈沖擊的沖擊波以保護(hù)建筑的構(gòu)造。在起始的射彈沖擊以及隨后的射彈沖擊期 間，在正面構(gòu)件中的預(yù)加壓力適合于與相鄰的瓷磚變化過程或機(jī)械損壞情況無關(guān)。提供不 同的坡口圖案以增強(qiáng)用作表現(xiàn)出類似陶瓷性質(zhì)(壓縮強(qiáng)度與拉伸強(qiáng)度的高比值)的高硬度 表面的所有材料的性能。[0059]本發(fā)明的實施例適于像防彈服一樣保護(hù)人員，其將可能包括墊板，因為人體不具 有固有的外部子結(jié)構(gòu)。存在許多方案以將裝甲疊層保持在防彈背心中，其都可以利用本發(fā) 明的各種有益效果。
這里已經(jīng)將本發(fā)明在不同的實施例中進(jìn)行了描述。顯然，存在許多替換例以及變 形例，其利用本發(fā)明不同的實施例增強(qiáng)陶瓷制品的性能而沒有脫離本發(fā)明的精神和范圍。 上述的實施例僅僅是示意性的。本領(lǐng)域技術(shù)人員可分辨出這里所特別描述的實施例的變形 例，其也在這里所公開的范圍之內(nèi)。因而，本發(fā)明僅由隨后的權(quán)利要求
所限制。因此，本發(fā) 明將會覆蓋本發(fā)明所提供的所有修改，如果所述修改歸入所述附加的權(quán)利要求
以及它們的 等效物的范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
一種復(fù)合裝甲，包括正面構(gòu)件，所述正面構(gòu)件具有撞擊表面以及與所述撞擊表面相對的第二表面，所述第二表面進(jìn)一步包括多個坡口；以及墊板，所述墊板具有配置成與所述正面構(gòu)件的坡口相對接的多個相應(yīng)溝道。
2.如權(quán)利要求
1所述的復(fù)合裝甲，其中，所述坡口和相應(yīng)的溝道是同心的。
3.如權(quán)利要求
1所述的復(fù)合裝甲，其中，所述墊板由聚合物組成。
4.如權(quán)利要求
1所述的復(fù)合裝甲，其中，所述墊板由金屬組成。
5.如權(quán)利要求
1所述的復(fù)合裝甲，所述復(fù)合裝甲進(jìn)一步包括蓋板，所述蓋板限定了所 述正面構(gòu)件之上的撞擊表面。
6.如權(quán)利要求
5所述的復(fù)合裝甲，其中，所述撞擊表面由選自聚合物或金屬的組合的 材料組成。
7.如權(quán)利要求
1所述的復(fù)合裝甲，所述復(fù)合裝甲進(jìn)一步包括粘合在所述正面構(gòu)件和墊 板之間的膠粘劑。
8.一種裝甲結(jié)構(gòu)，包括墊板，所述墊板具有一定的厚度，所述墊板包括多個接收溝道，每個所述接收溝道包括 從所述墊板的中心處開始測量的半徑，深度，內(nèi)表面，以及外表面，至少一個所述接收溝道的至少一個所述內(nèi)表面具有按照入射角度傾斜的表 面，并且至少一個所述接收溝道的至少一個所述外表面具有按照入射角度傾斜的表面；正面構(gòu)件，所述正面構(gòu)件配置在所述墊板之上，所述正面構(gòu)件包括具有一定厚度的本 體，前表面以及后表面，所述后表面包括至少一個坡口，所述至少一個坡口包括從所述正面 構(gòu)件的中心處開始計算的半徑，深度，內(nèi)表面，以及外表面，至少一個所述接收坡口的至少一個所述內(nèi)表面具有按照入射角度傾斜的表 面，并且至少一個所述接收坡口的至少一個所述外表面具有按照入射角度傾斜的表面。
9.如權(quán)利要求
8所述的裝甲結(jié)構(gòu)，其中，所述正面構(gòu)件的至少一個坡口與所述墊板的 至少一個接收溝道對應(yīng)。
10.如權(quán)利要求
9所述的裝甲結(jié)構(gòu)，其中，至少一個坡口的半徑小于相應(yīng)的所述至少一 個接收溝道的半徑。
11.如權(quán)利要求
9所述的裝甲結(jié)構(gòu)，其中，至少一個所述坡口的至少一個所述外表面與 至少一個所述接收溝道的至少一個所述內(nèi)表面接觸。
12.如權(quán)利要求
8所述的裝甲結(jié)構(gòu)，其中，每一個所述坡口的所述外表面的傾斜面的入 射角大約與每一個所述接收溝道的內(nèi)表面的傾斜面的入射角相同，所述接收溝道定位為接 收所述相應(yīng)的坡口。
13.如權(quán)利要求
8所述的裝甲結(jié)構(gòu)，其中，所述坡口和接收溝道是同心的。
14.如權(quán)利要求
13所述的裝甲結(jié)構(gòu)，其中，所述同心坡口和接收溝道的樣式選自下列 樣式圓形、橢圓形和多邊形。
15.如權(quán)利要求
8所述的裝甲結(jié)構(gòu)，其中，所述墊板由選自聚合物、金屬或聚合物-金屬 復(fù)合物組成的組合中的材料組成。
16.如權(quán)利要求
15所述的裝甲結(jié)構(gòu)，其中，所述墊板由高強(qiáng)度的鋁組成。
17.如權(quán)利要求
8所述的裝甲結(jié)構(gòu)，所述裝甲結(jié)構(gòu)進(jìn)一步包括蓋板，所述蓋板配置在所 述正面構(gòu)件的前表面上，所述蓋板限定了撞擊表面。
18.如權(quán)利要求
17所述的裝甲結(jié)構(gòu)，其中，所述撞擊表面由選自聚合物或金屬組成的 組合中的一種材料組成。
19.如權(quán)利要求
8所述的裝甲結(jié)構(gòu)，所述裝甲結(jié)構(gòu)進(jìn)一步包括粘合在所述正面構(gòu)件和 所述墊板之間的膠粘劑。
20.如權(quán)利要求
8所述的裝甲結(jié)構(gòu)，其中，多個所述裝甲結(jié)構(gòu)配置在主體承載構(gòu)件上， 從而在所述主體承載構(gòu)件之上提供至少一個局部的防護(hù)罩。
21.如權(quán)利要求
20所述的裝甲結(jié)構(gòu)，其中，所述裝甲結(jié)構(gòu)配置在主體承載構(gòu)件之上，從 而以可被除去但不會破壞相鄰部件的方式使至少一個裝甲結(jié)構(gòu)配置在主體承載構(gòu)件上。
22.一種提供裝甲防護(hù)的方法，所述方法用于消除進(jìn)入主體承載構(gòu)件的射彈，所述方法 包括形成至少一個墊板，所述墊板具有一厚度，并且包括多個接收溝道，每個所述接收溝道 具有一深度并且包括內(nèi)表面和外表面，至少一個所述接收溝道的至少一個所述內(nèi)表面具有 按照入射角度傾斜的表面，并且至少一個所述接收溝道的至少一個所述外表面具有按照入 射角度傾斜的表面；形成至少一個正面構(gòu)件，所述正面構(gòu)件具有一厚度的本體、前表面以及后表面，所述后 表面包括多個坡口，所述坡口具有一深度并且包括內(nèi)表面和外表面，至少一個所述坡口的 至少一個所述內(nèi)表面具有按照入射角傾斜的表面，并且至少一個所述坡口的至少一個所述 外表面具有按照入射角傾斜的表面。將至少一個墊板配置在所述主體承載構(gòu)件上；并且壓擠至少一個正面構(gòu)件至所述至少一個墊板上，其中，在與至少一個所述接收溝道的 至少一個所述內(nèi)表面相接觸的至少一個所述坡口的至少一個所述外表面之間的合力產(chǎn)生 預(yù)加壓力至所述正面構(gòu)件的主體上。
23.一種利用入射射彈沖擊裝甲板的動能來加強(qiáng)覆蓋主體車輛的至少一部分裝甲板的 方法，包括在主體車輛上提供至少一個支持溝道，所述至少一個支持溝道具有至少一個傾斜表面；將裝甲板設(shè)置在至少一個支持溝道之上，所述裝甲板的背面具有可裝配到至少一個支 持溝道內(nèi)的至少一個坡口，所述至少一個坡口具有與所述相應(yīng)的支持溝道的傾斜表面大致 一樣的至少一個傾斜表面，其中，至少一個溝道的至少一個表面的至少一部分與至少一個 坡口的至少一個表面的至少一部分相接觸，從而形成接觸表面；其中，所述入射射彈沖擊所述裝甲板的至少一部分動能在沖擊區(qū)域被傳送至所述裝甲板；其中，傳送至所述裝甲板的動能，至少在所述接觸面被傳送至在主體車輛上的所述至 少一個支持溝道；其中，通過所述接觸表面?zhèn)魉椭林黧w車輛上的所述至少一個支持溝道的至少一部分動能，在垂直于所述接觸表面的方向上被反射回所述裝甲板的所述至少一個坡口；其中，所述反射能量在垂直于入射射彈的方向上產(chǎn)生壓力負(fù)荷至所述裝甲板的至少一部分上，從而加強(qiáng)了所述裝甲板。
專利摘要
一種通過利用威脅射彈能量來增強(qiáng)復(fù)合裝甲性能的裝置、方法及系統(tǒng)。正面構(gòu)件在與被射彈沖擊的表面相對的面上包括多個同心坡口，并且坡口與墊板中的多個同心溝道相配合。來自沖擊射彈的力將正面構(gòu)件的坡口擠壓以與墊板的溝道相嚙合。所述坡口設(shè)計為使墊板將壓力荷載分與正面構(gòu)件的后部，從而防止其在射彈穿透的開始就過早地受拉斷裂。每個同心坡口的角度被分別地選擇以使坡口將壓力負(fù)荷導(dǎo)出至與正面構(gòu)件來自穿透射彈的張力負(fù)荷相匹配，從而在射彈消除以前保持正面構(gòu)件結(jié)構(gòu)的完整性。
文檔編號F41F5/04GKCN101815920SQ200880108897
公開日2010年8月25日 申請日期2008年9月17日
發(fā)明者史蒂文·L·桑伯恩, 李·斯麥瑟, 韋恩·伯克 申請人:通用動力陸地系統(tǒng)公司導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan