[发明专利]一种抗30mm脱壳穿甲弹的装甲结构单元

说明书

本发明提供一种抗30mm脱壳穿甲弹的装甲结构单元，所述装甲结构单元为陶瓷/金属夹芯背板复合装甲结构，包括陶瓷面板和夹芯金属背板；从穿甲弹入射方向依次设置陶瓷面板和夹芯金属背板；所述夹芯金属背板在抗弹过程中用于支撑陶瓷面板；所述陶瓷面板的陶瓷为抗弹陶瓷材料；所述夹芯金属背板的金属材料为抗弹金属材料；所述夹芯金属背板中设置阵列格栅；所述阵列栅格的单元尺寸略小于穿甲弹，防止穿甲弹直接击穿所述阵列栅格的薄弱区域。本发明通过采用新型结构的金属背板，在不降低陶瓷/金属复合装甲防护能力的条件下实现整体装甲结构的减重，满足兼顾防护力和轻量化的设计需求。

技术领域

本发明属于装甲防护领域，具体涉及一种抗30mm脱壳穿甲弹的装甲结构单元。

背景技术

装甲防护设计是提升武器装备战场生存力的重要手段，针对枪弹攻击的防护是其中一种重要的防护需求。然而，装甲防护设计中存在着防护力和轻量化的矛盾，一方面，枪弹毁伤能力的提升对装甲的防护力提出了更高的要求，另一方面，武器装备的高机动性需求则对装甲的轻量化提出了更高的要求。因此随着战场环境对武器装备机动性的要求越来越高，装甲防护设计应该在保证防护能力的前提下尽可能的提高结构轻量化水平。为了兼顾防护力和轻量化，装甲结构单元逐渐从传统的均质金属结构发展为金属材料和非金属材料并用的复合结构。

本发明所涉及的装甲防护单元以30mm脱壳穿甲弹为防护对象，这种穿甲弹的弹芯材质为高密度的钨合金，射击初速度在1000m/s以上，因此其初始动能高，侵彻能力强。由此可见，30mm脱壳穿甲弹的侵彻能力主要基于其非常高的初始动能，其侵彻机制有别于7.62mm和12.7mm穿燃弹等使用硬质合金弹芯的穿甲弹，因此在装甲结构设计中针对这两种不同类型的穿甲弹需要采用不同的设计思路。

对于30mm脱壳穿甲弹，消耗其初始动能是实现防御的关键，传统金属装甲主要通过局部塑性变形消耗穿甲弹的动能，耗能效率低，因此对30mm脱壳穿甲弹的防护效率低。针对30mm脱壳穿甲弹，当前通常采用陶瓷面板/金属背板的复合装甲结构，陶瓷面板厚度一般在40mm以上。陶瓷/金属复合装甲的典型抗弹机理为：陶瓷面板直接承受子弹的撞击，由于陶瓷硬度较高，可以使弹头产生严重变形从而降低穿甲弹侵彻能力，而陶瓷面板在子弹侵彻过程中发生破碎，消耗大量子弹初始动能，且陶瓷碎片通过对穿甲弹的磨蚀作用使子弹进一步减速；金属背板的主要作用是为陶瓷面板提供支撑，避免面板在子弹撞击下发生弯曲破坏，从而充分发挥陶瓷面板的抗弹能力，金属背板在子弹侵彻过程中主要发生弯曲变形。

陶瓷/金属复合装甲的上述抗弹机理已经在文献中得到较为详细的论证。例如，张晓晴等(张晓晴,杨桂通,黄小清.弹体侵彻陶瓷/金属复合靶板问题的研究[J].工程力学,2006(04):155-159.)针对弹体侵彻陶瓷/金属复合靶板的问题，通过理论模型分析靶板结构的弹击响应，指出在子弹未贯穿陶瓷面板的情况下金属背板表现为明显的弯曲变形。Lee等(Lee M,Yoo Y H.Analysis ofceramic/metal armour systems[J].Internationaljournal of impact engineering,2001,25(9):819-829.)指出金属背板延缓了陶瓷板背部的准静态裂纹扩展，延迟了陶瓷面板的破碎失效，有利于陶瓷充分发挥抗弹能力，从而提高了装甲系统的抗侵彻弹道性能等等。由于30mm脱壳穿甲弹具有质量大(采用钨合金弹芯)、初速度高(1000m/s以上)的特点，当前针对该穿甲弹防护的陶瓷/金属复合装甲中通常采用较厚的均质金属作为背板，以提供足够的结构支撑，由此导致装甲结构的质量较大，难以满足日益提高的轻量化设计需求。总的来说，金属背板在抗弹过程中主要起到支撑陶瓷面板的作用，其自身则发生弯曲变形，目前抗脱壳穿甲弹复合装甲中的金属背板质量较大。

发明内容