非爆炸性高能材料和使用该材料的反应装甲部件

申请号 CN200510066358.5 申请日 2005-04-22 公开(公告)号 CN1690642A 公开(公告)日 2005-11-02
申请人 拉斐尔军备发展局有限公司; 发明人 科亨-阿拉齐·耶尔; 伊迪斯·索科尔-巴拉克; 塞缪尔·弗里林; 梅纳什·察里克;
摘要 本 发明 涉及用于制备防护性反应装甲的部件,该防护性反应装甲安装在易于遭到聚能装药弹头和诸如 动能 射弹和碎片等其他威胁攻击的封闭体的外面,从而提高了封闭体及其内容物的生存能 力 。本发明还涉及对该反应装甲有用的非爆炸性高能材料。
权利要求

1.一种反应装甲部件,该部件用于对各类威胁进行防护,所述部件 包含配备有外壳板的外壳,和至少一个在板后延伸的夹层部件;所述夹 层部件包含至少一对其间施加有高能材料的基本平整的板,其中所述高 能材料是包含化剂和燃烧剂的非爆炸性材料,所述高能材料与适当的 催化材料和粘合剂一起提供了最终的非爆炸性高能材料,所述非爆炸性 高能材料构成了气体发生物
2.如权利要求1所述的反应装甲部件,其中所述氧化剂选自硝酸盐 /酯、亚硝酸盐/酯、铬酸盐/酯、重铬酸盐/酯、高氯酸盐和氯酸盐。
3.如权利要求2所述的反应装甲部件,其中所述高能材料包含作为 氧化剂的硝酸钠。
4.如权利要求1~3任一项所述的反应装甲部件,其中所述氧化剂 的量不超过约80%。
5.如权利要求1所述的反应装甲部件,其中所述催化材料是过渡金 属氧化物。
6.如权利要求5所述的反应装甲部件,其中所述催化材料是Fe2O3。
7.如上述任一项权利要求所述的反应装甲部件,其中所述催化材料 的量不超过约2%。
8.如权利要求1所述的反应装甲部件,其中所述高能材料包含用作 燃料的粘合剂。
9.如权利要求8所述的反应装甲部件,其中所述粘合剂是粘合 剂。
10.如上述任一项权利要求所述的反应装甲部件,其中所述燃料的 量不超过约50%。
11.如权利要求1所述的反应装甲部件,其中所述高能材料包含用于 提高其反应速度的中空微球。
12.如权利要求11所述的反应装甲部件,其中所述中空微球具有约 40μm的直径。
13.如权利要求11所述的反应装甲部件,其中所述中空微球是由选 自玻璃、塑料材料、金属和陶瓷材料的材料制成。
14.如上述任一项权利要求所述的反应装甲部件,其中所述微球的 量不超过约10%。
15.如权利要求1所述的反应装甲部件,其中高能材料是挠性且柔 韧的材料片的形式。
16.如权利要求1所述的反应装甲部件,其中所述高能材料是非类 型1材料。
17.如权利要求1所述的反应装甲部件,其中所述高能材料具有均 匀的厚度和密度
18.如权利要求1所述的反应装甲部件,其中所述板是由钝性材料 制成。
19.如权利要求1所述的反应装甲部件,其中所述板是由金属或陶 瓷或复合材料制成。
20.如权利要求1所述的反应装甲部件,所述反应装甲包含多个配 置在外壳中的夹层部件。
21.如权利要求1所述的反应装甲部件,其中所述外壳的壳板构成 至少一个夹层部件的前板。
22.如权利要求1所述的反应装甲部件,所述反应装甲部件为附加 装甲形式。
23.一种用于反应装甲的夹层部件,所述夹层部件包含至少一对基本 平整的板,在所述的至少一对板之间施加有非爆炸性高能材料,其中所 述高能材料是包含氧化剂和燃烧剂的非爆炸性材料,所述高能材料与催 化材料和粘合剂一起提供了最终的非爆炸性高能材料,所述非爆炸性高 能材料构成了气体发生物。
24.如权利要求21的夹层部件,其中所述高能材料与所述板紧密地 表面接触
25.如权利要求21的夹层部件,其中所述氧化剂选自硝酸盐/酯、亚 硝酸盐/酯、铬酸盐/酯、重铬酸盐/酯、高氯酸盐和氯酸盐。
26.如权利要求23所述的夹层部件,其中所述高能材料包含作为氧 化剂的硝酸钠。
27.如权利要求21~24任一项所述的夹层部件,其中所述氧化剂的 量不超过约80%。
28.如权利要求21所述的夹层部件,其中所述高能材料包含用作燃 料的粘合剂。
29.如权利要求26所述的夹层部件,其中所述粘合剂为硅酮粘合剂。
30.如上述任一项权利要求所述的夹层部件,其中所述燃料的量不 超过约50%。
31.如权利要求21的夹层部件,其中所述高能材料所包含的催化材 料是过渡金属氧化物。
32.如权利要求21所述的夹层部件,其中所述催化材料是Fe2O3。
33.如上述任一项权利要求所述的夹层部件,其中所述催化材料的 量不超过约2%。
34.如权利要求21所述的夹层部件,其中所述高能材料为非类型1 材料。
35.如权利要求21所述的夹层部件,其中所述高能材料包含用于提 高其反应速度的中空微球。
36.如权利要求33所述的夹层部件,其中所述中空微球具有约为40 μm的直径。
37.如权利要求33所述的夹层部件,其中所述中空微球是由选自玻 璃、塑料材料、金属和陶瓷材料的材料制成。
38.如上述任一项权利要求所述的夹层部件,其中所述微球的量不 超过约10%。
39.如权利要求21所述的夹层部件,其中高能材料为挠性且柔韧的 材料片的形式。
40.一种用于反应装甲的高能材料,其特征在于所述材料是包含氧 化剂和燃烧剂的非爆炸性高能材料,所述高能材料与催化材料和粘合剂 一起提供了最终的非爆炸性高能材料,所述非爆炸性高能材料构成了气 体发生物。
41.如权利要求38所述的高能材料,其中所述氧化剂选自包括以下 各类物质的组:硝酸盐/酯、亚硝酸盐/酯、铬酸盐/酯、重铬酸盐/酯、高 氯酸盐和氯酸盐。
42.如权利要求39所述的高能材料,其中所述高能材料包含作为氧 化剂的硝酸钠。
43.如权利要求38~40任一项所述的高能材料,其中所述氧化剂的 量不超过约80%。
44.如权利要求38所述的高能材料,其中所述催化材料是过渡金属 氧化物。
45.如权利要求42所述的高能材料,其中所述催化材料是Fe2O3。
46.如上述任一项权利要求所述的高能材料,其中所述催化材料的 量不超过约2%。
47.如权利要求38所述的高能材料,其中所述高能材料包含用作燃 料的粘合剂。
48.如权利要求45所述的高能材料,其中所述粘合剂是硅酮粘合剂。
49.如上述任一项权利要求所述的高能材料,其中所述燃料的量不 超过约50%。
50.如权利要求38所述的高能材料,其中所述高能材料包含用于提 高其反应速度的中空微球。
51.如权利要求48所述的高能材料,其中所述中空微球具有约40μm 的直径。
52.如权利要求48所述的高能材料,其中所述中空微球是由选自玻 璃、塑料材料、金属和陶瓷材料的材料制成。
53.如上述任一项权利要求所述的高能材料,其中所述微球的量不 超过约10%。
54.如权利要求38所述的高能材料,其中所述材料为挠性且柔韧的 材料片的形式。
55.如权利要求38所述的高能材料,所述材料为非类型1材料。
56.如权利要求38所述的高能材料,其中所述高能材料具有均匀的 厚度和密度。
57.一种保护封闭体免受各类威胁的方法,该方法包括以下步骤:
在封闭体的外侧安装反应装甲部件,所述装甲部件包含配备有外壳 板的外壳和至少一个在板后延伸的夹层部件;所述夹层部件包含至少一 对基本平整的板,在所述的至少一对板之间施加有高能材料,其中所述 高能材料是包含氧化剂和燃烧剂的非爆炸性材料,所述高能材料与适当 的催化材料和粘合剂一起提供了最终的非爆炸性高能材料,所述非爆炸 性高能材料构成了气体发生物。
58.如权利要求55所述的方法,其中所述高能材料是非类型1材料。
59.如权利要求56所述的方法,其中所述氧化剂选自硝酸盐/酯、亚 硝酸盐/酯、铬酸盐/酯、重铬酸盐/酯、高氯酸盐和氯酸盐。
60.如权利要求56所述的方法,其中所述高能材料包含作为氧化剂 的硝酸钠。
61.如权利要求55~58任一项所述的方法,其中所述氧化剂的量不 超过约80%。
62.如权利要求55所述的方法,其中所述催化材料是过渡金属氧化 物。
63.如权利要求60所述的方法,其中所述催化材料是Fe2O3。
64.如上述任一项权利要求所述的方法,其中所述催化剂的量不超 过约2%。
65.如权利要求55所述的方法,其中所述高能材料包含用作燃料的 粘合剂。
66.如权利要求63所述的方法,其中所述粘合剂是硅酮粘合剂。
67.如上述任一项权利要求所述的方法,其中所述燃料的量不超过 约50%。
68.如权利要求55所述的方法,其中所述高能材料包含用于提高其 反应速度的中空微球。
69.如权利要求64所述的方法,其中所述中空微球具有约40μm的 直径。
70.如权利要求64所述的方法,其中所述中空微球是由选自玻璃、 塑料材料、金属和陶瓷材料的材料制成。
71.如上述任一项权利要求所述的方法,其中所述微球的量不超过 约10%。
72.如权利要求55所述的方法,其中所述材料为挠性和柔韧的材料 片的形式。
73.如权利要求55所述的方法,其中所述高能材料具有均匀的厚度 和密度。

说明书全文

技术领域

发明涉及用于制备防护性反应装甲的部件,该防护性反应装甲安 装在易于遭到聚能装药弹头和诸如动能射弹和碎片等其他威胁攻击的封 闭体的外面,从而提高了封闭体及其内容物的生存能。本发明还涉及 对该反应装甲部件有用的非爆炸性高能材料。

可以通过用根据本发明的部件所制备的反应装甲部件进行防护的封 闭体实例是诸如作战坦克、装甲运兵车、装甲战车、直升机和装甲自行 炮等陆地交通工具;诸如建筑物、掩体的地上部分和用于储存燃料和化 学品的容器罐等装甲静止建筑等。

背景技术

已知将具有聚能装药弹药,亦称为空心装药弹药的弹头用来穿透装 甲,从而从内部摧毁受保护的目标及其内容物。聚能装药的这种能力源 于如下事实:当爆炸时,可以形成又称为“刺”或“钉”的高能射流, 所述射流以每秒数千米的极高速度前进,从而甚至能够穿透相对较厚的 装甲壁。
近年来,可以得到多种对可爆炸的聚能装药的穿透效应提供防护的 装置,其中一种结构具有至少一个反应装甲部件,其中所述反应装甲部 件包括一系列的层,所述的层中包括一个或多个板层和紧密地靠在至少 一个板层上的至少一层爆炸性材料或任何其他高能材料(“高能材料”- 在激活/激发期间释放出能量的材料)。板层由例如金属或复合材料制成。
基本的反应装甲部件包含双金属板,在该金属板间夹有高能材料层。 该现有技术的反应装甲部件是基于移动板的质量和能量损耗效应,且它 们的功能取决于来袭空心装药威胁的射流与装甲本身之间所存在的锐
通常,反应装甲部件是多层体,其中,各层均紧密地靠在毗邻层上, 其中所述多层体包括外壳板、至少一个高能材料层和至少一个中间惰性 体,所述中间惰性体与至少一个高能材料层中的每一层并置。当激活/激 发高能材料时(例如,当遭受聚能装药弹头的打击时),射流为装甲提供 能量,在此出现大量的能量释放,以便在数微秒内,使所排出的气体加 速金属板并使它们彼此远离,从而瓦解/消除射流,由此使其失去穿透受 保护的封闭体的能量。
虽然装甲的效能和生存能力是重要的,但装甲的总体性能是由通过 将其效能与其生存能力相对比而决定。具有显著重要性的一个装甲标准 是装甲部件每单位面积的重量比。另一个重要标准是是高能材料的敏感 度。虽然敏感度对改善装甲效能是有利的,但它可能会降低装甲的生存 能力,并且对于符合多种运输的要求也存在问题。
现已知有四组主要的用于装甲的中间材料,下文中将按照它们的高 能特点的顺序加以披露:
A.爆炸性反应装甲(ERA)
爆炸性反应装甲是防御空心装药、动能射弹、小型武器、榴霰弹等 的最有效的技术。先进的ERA思想据认为是针对新兴的反装甲威胁的跨 越式领先技术。将ERA应用到地面战斗车辆的最大挑战是作为夹层部件 中间层的爆炸材料的使用,其降低了装甲的生存能力。
B.自限爆炸反应装甲(SLERA):
自限ERA提供了合理的性能,虽然要逊于ERA,但基本上优于NERA (见下文),与ERA相比,降低了对车辆结构的影响。SLERA中的高能材 料层可被划分为钝性材料(北约(NATO)规格)。SLERA在模化结构中可 以提供良好的抗多重打击能力。因此,虽然SLERA中所使用的高能材料 不像可完全爆炸的爆炸物那样有效,但由于该类型反应装甲的生存能力 特性,它可以提供比ERA更实用的选择。
C.非爆炸性反应装甲(NxRA)
非爆炸性反应装甲可以提供可与SLERA相比当的效能、可与NERA 相比当的生存能力(见下文),以及针对空心装药弹头的优良的抗多重打击 能力。相对于其他反应装甲工艺,NxRA的优势在于它是完全钝性的,并 具有充分优于NERA的性能。用于NxRA的高能材料披露于例如DE 3132008C1和US 4,881,448中。
D.非高能反应装甲(NERA):
非高能反应装甲对空心装药具有有限的效能。与NxRA相比,NERA 的优势在于它是完全钝性的,因此能提供优良的生存能力和最大化的抗 多重打击能力。

发明内容

本发明的一个目的是提供适用于NxRA的非爆炸性高能材料,该 NxRA不包含爆炸性材料并实现了其防护功能(装甲的高效能和高生存能 力),同时根据各种标准,例如关于危险品运输的建议(Recommendations on the Transport of Dangerous Goods)中所述的联合国规章(UN Regulaitons), 该非爆炸性高能材料降低了对运输和后勤保障的要求。
本发明的另一目的是提供适合于该高能材料的装甲部件,且在此所 述装甲具有可与SLERA相比的效能,及可与NERA相比的生存能力。
通过使用作为气体发生器的包含化剂和燃料的非爆炸性高能材 料,借此当受到空心装药的射流冲击时激发材料,导致产生使反应装甲 的装甲板加速/膨胀的大量气体,从而可以实现上述和其他目的。但是, 这需要气体快速释放,即,不能超过数μ秒(微秒),以确保瓦解/消除射 流,并使射流对被保护空间的穿透最小化。
因此,本发明的一个方面是提供用于防护各种威胁的反应装甲部件, 该反应装甲部件包含配备有外壳板的外壳和至少一个在板后延伸的夹层 部件;所述夹层部件包含至少一对其间施加有高能材料的基本平整的板, 其中所述高能材料是包含氧化剂和燃烧剂的非爆炸性材料,所述高能材 料与适当的催化材料和粘合剂一起提供了最终的非爆炸性高能材料,构 成了气体发生物
在一个实施方案中,氧化剂是选自硝酸盐/酯、亚硝酸盐/酯、铬酸盐 /酯、重铬酸盐/酯、高氯酸盐、氯酸盐或其组合的氧化性试剂。氧化性试 剂优选为硝酸盐/酯,最优选为硝酸钠(NaNO3)。
在另一实施方案中,催化材料是选自(元素周期表的)第4周期氧化物 的过渡金属氧化物,例如的氧化物、锰的氧化物、锌的氧化物、钴的 氧化和其他氧化物,或它们的组合。催化材料优选为铁的氧化物,最优 选为Fe2O3。
在本发明的又一实施方案中,高能材料包含用作燃料的粘合剂。在 一种情况中,所述粘合剂是粘合剂。高能材料可包含用于提高其反 应速度的中空微球。优选地,所述微球各自具有约40μm的直径。其中, 该微球可由选自玻璃、塑料材料、金属和陶瓷材料等的材料制成。
在进一步的实施方案中,高能材料为挠性和柔韧的材料片形式。优 选地,它是具有均匀厚度和密度的非类型1(非爆炸性)材料。
板优选由诸如金属或陶瓷或复合材料等惰性材料制成。
在另一特定实施方案中,反应装甲部件可以是也可以不是附加装甲 类型(add-on armor type),该反应装甲部件包含布置在外壳中的多个夹 层部件。外壳的壳板构成了至少一个夹层部件的前板。
在本发明的另一方面中,本发明提供了用于反应装甲的夹层部件, 该夹层部件包含至少一对基本平整的板,在所述的至少一对板之间施加 有非爆炸性高能材料,其中所述高能材料是包含氧化剂和燃烧剂的非爆 炸性材料,所述高能材料与适当的催化材料和粘合剂一起提供了最终的 非爆炸性高能材料,构成了气体发生物。
在又一方面中,本发明提供了一种用于反应装甲的高能材料,其特 征在于所述材料是包含氧化剂和燃烧剂的非爆炸性高能材料,所述高能 材料与适当的催化材料和粘合剂一起提供了最终的非爆炸性高能材料, 构成了气体发生物。
在又一方面中,提供了保护封闭体免受各类威胁的方法,该方法包 括以下步骤:
在封闭体的外侧安装反应装甲部件,所述装甲部件包含配备有外壳 板的外壳和至少一个在板后延伸的夹层部件;所述夹层部件包含至少一 对基本平整的板,在所述的至少一对板之间施加有高能材料,其中所述 高能材料是包含氧化剂和燃烧剂的非爆炸性材料,所述高能材料与适当 的催化材料和粘合剂一起提供了最终的非爆炸性高能材料,构成了气体 发生物。

具体实施方式

为了本发明的目的,选择了一组氧化剂和一组燃料,所述氧化剂和 燃料可以与适当的一种或多种催化剂和一种或多种粘合剂一起提供最终 的非爆炸性高能材料以构成气体发生物。
这里所使用的术语“氧化剂”或其任何变化的措辞是指能够增大待 氧化的化合物或试剂或其组合的氧含量的化学试剂。其中,根据一个具 体的实施方案,非爆炸性高能材料包含选自硝酸盐/酯、亚硝酸盐/酯、铬 酸盐/酯、重铬酸盐/酯、高氯酸盐或氯酸盐等的氧化剂和任何类型的含 材料的燃料,以及也可以用作燃料的适当的粘合剂。根据一个具体实施 方案,非爆炸性高能材料包含作为氧化剂的硝酸钠(NaNO3)和作为燃料的 硅酮粘合剂。也可以将多种类型的氧化剂和燃料相组合,以改善反应装 甲部件中高能材料的性能。
根据本发明的适合与非爆炸性高能材料一起使用的催化材料的实例 是过渡金属氧化物,尤其是通常在基于氧化剂和燃料的组合的高能材料 中用作催化剂的(元素周期表中的)第四周期的金属氧化物。该催化材料可 以选自例如铁的氧化物、锰的氧化物、锌的氧化物、钴的氧化和其他氧 化物,或它们的组合。催化材料优选为铁的氧化物,最优选为Fe2O3。
为了提高非爆炸性高能材料的反应速度,可以在配方中加入微球 (即,中空球形部件)。现已认识到在中空装药的射流冲击装甲时,所述微 球能够提高反应速度。
因此,按照联合国规章和美国运输部(DOT)的定义,可以认为该组合 物是非爆炸性材料,即,非类型1的材料。
根据本发明的非爆炸性高能材料可以为挠性的材料片、柔韧且易于 切割、冲孔等。因此,可以方便地应用到装甲部件的垫板之间。根据一 个特别实施方案,该材料为橡胶状并易于折叠。
根据本发明,提供了NxRA部件,该部件具有上述类型的用于对聚 能装药弹头、小型武器、榴霰弹、碎片和例如Armor Piercing Fin Stabilized Discarded Sabot(APFSDS)的各种类型射弹提供防护的非爆炸性高能材 料。
NxRA部件包含配备有外壳板的模块及至少一个位于该模块中的夹 层部件。所述夹层部件包含至少一对基本平整的惰性板,在所述惰性板 之间装有这里所披露的非爆炸性高能材料。
根据某些实施方案,可以具有数对例如由金属(例如)、陶 瓷、复合材料和其他材料制成的惰性板,将非爆炸性高能材料施加在其 间。此外,反应装甲的外壳的壳板可以构成至少一个夹层部件的前板(或 顶板/底板)。
根据本发明的反应装甲可以为现有技术中已知的任何形状和尺寸, 适合应用于不同的封闭体,并可为多种构造。
根据本发明的反应部件(NxRA)能够有效地防护例如RPG7的聚能装 药弹头,以及例如APFSDS等各种类型的射弹、小型武器(例如14.5mm)、 榴霰弹和碎片。如上所述,根据本发明的NxRA部件可以提供可与SLERA 相比的效能,以及可与NERA的相比生存能力。由于NxRA像NERA一 样是完全钝性的,并为所防护的封闭体及邻近的反应部件提供改善的生 存能力,并且还提供了对聚能装药弹头、小型武器和射弹的优异的抗多 重打击能力且消除了碎片危险因素,因此NxRA优于其他反应装甲技术。
根据本发明,提供了作为气体发生物的包含氧化剂和燃料的非爆炸 性高能材料,借此当受到空心装药的射流冲击时激发材料,导致产生使 反应装甲的装甲板加速/膨胀的大量气体。但是,这需要气体快速释放, 即,不能超过数μ秒(微秒),以确保瓦解/消除射流,并使射流对被保护 空间的穿透最小化。
为了这个目的,选择了一组氧化剂和一组燃料,所述氧化剂和燃料 可以与适当的一种或多种催化剂和一种或多种粘合剂一起提供最终的非 爆炸性高能材料以构成气体发生物。
根据一个具体实施方案,其中非爆炸性高能材料包含选自包括以下 各类物质的组的氧化剂:硝酸盐/酯(硝酸的盐或酯)、亚硝酸盐/酯(含亚硝 酸根/基的化合物,所述化合物在性质上可以为有机也可以为无机)、铬酸 盐/酯(铬酸的盐或酯)、重铬酸盐/酯(重铬酸的盐或酯)、高氯酸盐(高氯酸 的盐)、氯酸盐(衍生自氯酸的盐)等,和任何类型的含碳材料的燃料,以 及也可以用作燃料的粘合剂。
根据一个具体实施方案,非爆炸性高能材料包含作为氧化剂的硝酸 钠(NaNO3)和作为燃料的硅酮粘合剂。也可以将多种类型的氧化剂和燃料 相组合,以改善反应装甲部件中高能材料的性能。
为了提高非爆炸性高能材料的反应速度,可以在配方中加入微球 (即,中空球形部件)。现已认识到在中空装药的射流冲击装甲时,所述微 球能够提高反应速度。该球状部件可由例如玻璃、塑料材料、金属或陶 瓷材料制成。虽然其他尺寸也是合适的,但该球的直径可以为约40μm。
根据本发明的非爆炸性高能材料可以为挠性的材料片、柔韧且易于 切割、冲孔等。因此,可以方便地应用到装甲部件的垫板之间。根据一 个特别实施方案,该材料为橡胶状并易于折叠。
按照联合国规章和美国运输部(DOT)的定义,该高能材料可以获得非 类型1材料的资格,因此是一种非爆炸性高能材料。
非爆炸性高能材料适用于制造NxRA部件,该部件用于针对聚能装 药弹头、小型武器、榴霰弹、碎片和动能射弹来保护封闭体。该反应装 甲部件包含安装至封闭体并配备有外壳板的外壳,和至少一个在板后延 伸的夹层部件;所述夹层部件包含至少一对其间施加有高能材料的基本 平整的板。
在一个实施例中,基于重量百分比,高能材料包含:
氧化剂-最高约80%;
燃料-最高约50%;
催化剂-最高约2%;和
微球-最高约10%。
在一个特定实施例中,本发明的高能材料包含:
氧化剂-约30%~约80%(例如硝酸钠);
燃料-约25%~约50%(例如硅酮粘合剂);
催化剂-约0%~约2%(例如三氧化二铁);和
微球-约0%~约10%。
可以理解,上面的描述仅作为实施例,并且可以有许多其他实施方 案,所有这些均落入本发明的精神和范围之内。
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