DE3012485C1

DE3012485C1 - Armor to protect against shaped charges

Info

Publication number: DE3012485C1
Application number: DE19803012485
Authority: DE
Inventors: Claude Dr-Ing Fauquignon; Claus-Peter Dr Rer Na Woidneck
Original assignee: Institut Franco Allemand de Recherches de Saint Louis ISL
Current assignee: Institut Franco Allemand de Recherches de Saint Louis ISL
Priority date: 1979-08-07
Filing date: 1980-03-31
Publication date: 1989-12-28
Also published as: FR2628831A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Panzerung zum Schutz gegen Hohlladungen, insbesondere zum Schutz von Militärfahrzeugen mit Eigen antrieb, wie Panzer.The present invention relates to armor for protection against Hollow charges, especially for protecting military vehicles with their own propelled like tanks.

Es ist bekannt, daß Hohlladungen dünne Metallstrahlen bilden, die mit sehr hoher Geschwindigkeit - unter Bildung tiefer, enger Krater - in das Zielmaterial eindringen. Als Anhaltspunkt sei erwähnt, daß eine gute Hohlladung 600 Millimeter Stahl durchschlagen kann, wobei der mittlere Durchmesser des Kraters weniger als 20 Millimeter beträgt.It is known that shaped charges form thin metal beams that at very high speed - forming deep, narrow craters - penetrate the target material. As a reference, it should be mentioned that a good shaped charge can penetrate 600 millimeters of steel, whereby the average diameter of the crater is less than 20 millimeters.

Man kann den Stahl als aus einer Anzahl von Elementen bestehend ansehen. Jedes Strahlelement vergrößert den Durchschlag, indem es seine kine tische Energie am Boden des bereits von den vorhergehenden Elementen gebildeten Kraters verbraucht. Um wirksam zu sein, muß der Strahl einwandfrei geradlinig verlaufen, damit die letzten Strahlelemente den Kraterboden erreichen können, und ihre Energie nicht durch Reibung und Abprallen an der Kraterwand verlieren.The steel can be viewed as consisting of a number of elements. Each blasting element increases the penetration by reducing its kine table energy at the bottom of that of the previous elements formed crater consumed. To be effective, the ray must run perfectly straight so that the last beam elements Can reach the bottom of the crater, and their energy is not due to friction and Lose ricochets on the crater wall.

Die praktische Bedeutung sehr harter Materialien - wie Keramik auf Aluminiumoxid-Basis - bei der Herstellung von Panzerungen zum Schutz gegen Hohlladungen ist bekannt (DE-OS 15 78 334, DE-AS 12 13 305). Grundlegende Betrachtungen über die Physik des Durchschlags von Materialien mittels Geschossen sehr hoher Geschwindigkeit - wie sie die Elemente der Strahlspitze darstellen, deren Geschwindigkeit 5000 bis 8000 Meter pro Sekunde beträgt - erlauben die Feststellung, daß die Härte des die Panzerung bildenden Materials vor allem für die Bildung von Kratern geringen Durchmessers verantwortlich ist.The practical importance of very hard materials - like ceramics Aluminum oxide base - in the manufacture of armor for protection against shaped charges is known (DE-OS 15 78 334, DE-AS 12 13 305). Basic considerations about the Physics of the penetration of materials by means of bullets very high Speed - as they represent the elements of the beam tip, whose speed is 5000 to 8000 meters per second - allow the determination that the hardness of the armor Material especially for the formation of craters of small diameter responsible for.

So ergeben Näherungsrechnungen, daß z. B. für eine gegebene Hohlladung der Durchmesser des in einer Keramik gebildeten Kraters ungefähr zwischen einem Drittel und der Hälfte des in Stahl erzielten liegt. So approximate calculations show that z. B. for a given shaped charge the diameter of the crater formed in a ceramic approximately is between a third and a half of that achieved in steel.

Das gleiche gilt bei Verwendung von Glasplatten anstelle von Keramik platten. Im Falle der Glasplatten jedoch ist es nicht nur die Material härte, welche die gegenüber Hohlladungen erhaltene Schutzwirkung erklärt, sondern auch das Auftreten einer Kraterverengung, die auf eine örtliche Änderung der Glasdichte zurückzuführen ist.The same applies when using glass plates instead of ceramics plates. In the case of glass plates, however, it is not just the material hardness, which the protective effect obtained against shaped charges explained, but also the occurrence of a crater narrowing that is due to a local change in the glass density.

Um ein Zerspringen der Keramik oder des Glases unter der Einwirkung des Strahlaufschlags zu vermeiden, werden diese Materialien in Panzerungen nur eingesetzt, indem sie zwischen zwei Metallplatten fest eingeschlossen werden. Eine Verwendung derartiger Keramik- bzw. Glasplatten in einer Panzerung anstelle von Stahl ergibt - bei gleicher Schutzwirkung - eine beträchtliche Verringerung der Gesamt masse der Panzerung.To crack the ceramic or glass under the influence to avoid the beam impact, these materials are in Armor only used by placing it between two metal plates be firmly enclosed. Use of such ceramic or glass plates in armor instead of steel - equal protection - a significant reduction in the total mass of armor.

Wie bereits vorstehend erwähnt, kann die Wirksamkeit einer Panzerung durch eine Störung des Strahls vor dem Eindringen in die Panzerung erhöht werden, insbesondere dadurch, daß zwischen den einzelnen Strahlelementen Geradlinigkeitsfehler hervorgerufen werden. In dieser Hinsicht kennt man bereits die störende Wirkung einer dünnen, zur Strahlrichtung geneigten beweglichen Metallplatte auf einen Strahl (DE-PS 20 08 156). Die Beschleunigung dieser Platte wird entweder durch die Wirkung einer auf ihr angebrachten Sprengstoffschicht hervorgerufen oder durch die Entspannung eines kompressiblen, mit dieser Platte unter der Ein wirkung der beim Auftreffen des Strahls erzeugten Stoßwelle in Kontakt befindlichen Materials. As mentioned above, the effectiveness of armor by interfering with the beam before entering the armor be increased, in particular by the fact that between the individual Straightness errors are caused. In this Regarding this, one already knows the disruptive effect of a thin, too Beam direction inclined movable metal plate on a beam (DE-PS 20 08 156). The This plate is accelerated either by the action of a caused by the attached layer of explosives or by the Relaxation of a compressible, with this plate under the one effect of the shock wave generated when the beam strikes Material in contact.

Dieses kompressible Material kann vorzugsweise ein stark kompressibler organischer Stoff, wie Polyäthylen oder Gummi.This compressible material can preferably a highly compressible one organic matter such as polyethylene or rubber.

Die Ausnutzung einer solchen Störwirkung in einer Panzerung erlaubt, deren Wirksamkeit stark zu erhöhen.The use of such an interference effect in armor allows to greatly increase their effectiveness.

Das Ziel der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung einer Panzerung zum Schutz gegen Hohlladungen, die eine erhöhte Wirksamkeit aufweist.The aim of the present invention is to provide armor to protect against shaped charges, the an increased Has effectiveness.

Die erfindungsgemäße Panzerung zum Schutz gegen Hohlladungen besteht aus einer Vorpanzerung, die auf der der Wirkung des Strahls zuerst ausgesetzten Seite eine Platte aus kompressiblem Material aufweist, hinter der eine Stahlplatte angebracht ist, deren Dicke höchstens derjenigen der Platte aus kompressiblem Material entspricht.The armor according to the invention for protection against shaped charges consists of a pre-armor that first exposed to the action of the beam Side has a plate of compressible material, behind which one Steel plate is attached, the thickness of which is at most that of the plate made of compressible material.

Erfindungsgemäß ist diese Außenschicht von einer Schicht auf Keramik- oder Glasbasis, die fest zwischen zwei Metallplatten eingeschlossen ist, durch eine Freischicht getrennt.According to the invention Outer layer of a layer of ceramic or glass that is firm is enclosed between two metal plates by a free layer Cut.

Weiterhin ergibt sich aus der Wirkungsweise des Strahls gegen sehr harte Materialien - wie Keramik - daß deren Schutzwirkung gegen Hohlladungen um so größer ist, je mehr Geradlinigkeitsfehler in dem durch die Hohlladung gebildeten Strahl vorhanden sind.Furthermore, the mode of action of the beam against very hard materials - such as ceramics - that their protective effect against The more rectilinear errors in the, the larger the shaped charge beam formed by the shaped charge are present.

Die erfindungsgemäße Panzerung verbindet die dank der Außenschicht gegenüber dem Strahl erzielte Störwirkung mit der Bildung sehr enger Krater in einer aus einer Keramik- oder Glasplatte bestehenden Schicht.The armor according to the invention connects the thanks to the outer layer compared to the beam, the interference effect achieved with the formation is very narrow Crater in a layer made of a ceramic or glass plate.

Es wurde überraschenderweise festgestellt, daß die Gesamtwirkung auf den Strahl bedeutend höher ist als die Summe der Wirkungen jeder der beiden vorerwähnten Schichten, wenn letztere erfindungsgemäß durch eine Frei schicht aus einem Stoff geringer Dichte und Steifigkeit voneinander getrennt sind. It was surprisingly found that the overall effect on the Beam is significantly higher than the sum of the effects of each of the two aforementioned layers, if the latter according to the invention by a free layer of a fabric of low density and stiffness from each other are separated.

Diese überraschende Wirkung läßt sich nachträglich wie folgt erklären:
Die Freischicht erlaubt der Stahlplatte der Außensicht zu "fliegen", d. h. sich praktisch frei und durch Entspannung des kompressiblen Materials der Außenschicht mit hoher Geschwindigkeit zu bewegen. Diese Bewegungs möglichkeit der Stahlplatte erlaubt, beim Strahl eine Störung oder einen Geradlinigkeitsfehler auf eine Entfernung zu erzielen, die ungefähr der Dicke der Freischicht entspricht.This surprising effect can subsequently be explained as follows:
The free layer allows the steel plate of the outside view to "fly", ie to move practically freely and by relaxing the compressible material of the outside layer at high speed. This possibility of movement of the steel plate makes it possible to achieve a disturbance or a straightness error in the beam at a distance which corresponds approximately to the thickness of the free layer.

Nach einer bevorzugten Ausführung der Erfindung ist die Freischicht ein mit Luft gefüllter Raum.According to a preferred embodiment of the invention, the free layer a room filled with air.

Die Realisierung eines derartigen Raumes ergibt praktisch keine Schwierig keiten und erlaubt, eine große Wirksamkeit zu erzielen, da die Luft es der Platte der Außenschicht ermöglicht, sich nach der Entspannung des kompressiblen Materials der Außenschicht frei zu bewegen.The realization of such a space is practically not difficult and allows to achieve great effectiveness because the air it the plate of the outer layer allows itself to relax after the relaxation compressible material of the outer layer to move freely.

Gemäß einer vorteilhaften Ausführung der Erfindung ist die Breite des mit Luft gefüllten Raumes mindestens zehnmal so groß wie die Dicke der Stahlplatte der Außenschicht. Die Breite des mit Luft gefüllten Raumes ist somit groß genug, um es der Stahlplatte der Außenschicht während ihres "Fluges" in Richtung auf die Keramik- oder Glasschicht zu ermöglichen, einen Großteil des Strahls, wenn nicht sogar den gesamten Strahl, abzu fangen und zu stören.According to an advantageous embodiment of the invention, the width of the Air-filled room at least ten times the thickness of the Steel plate of the outer layer. The width of the room filled with air is thus large enough to hold it while the steel plate is on the outer layer to allow their "flight" towards the ceramic or glass layer, remove most, if not all, of the beam catch and disrupt.

Weitere Eigenheiten und Vorteile der Erfindung sind aus nachfolgender Beschreibung ersichtlich.Further peculiarities and advantages of the invention are given below Description visible.

In der ohne Beschränkung der Allgemeinheit wiedergegebenen Zeichnung stellt - dieIn the reproduced without restriction of generality Drawing represents - the

Fig. 1 eine schematische Querschnittsansicht einer erfindungs gemäßen Panzerung und - die Fig. 1 is a schematic cross-sectional view of an armor according to the Invention and - the

Fig. 2 eine der Fig. 1 entsprechende Ansicht einer anderen Panzerungsausführung dar. Fig. 2 is a view corresponding to FIG. 1 of another armored version.

In der schematischen Darstellung in Fig. 1 umfaßt die erfindungsge mäße Panzerung eine Reihe von parallelen Schichten 1, 2, 3, 4, 5, 6, die schräg zur Auftreffrichtung D des Strahls der Hohlladung 8 angeordnet sind.In the schematic representation in FIG. 1, the armor according to the invention comprises a series of parallel layers 1, 2, 3, 4, 5, 6 , which are arranged obliquely to the direction of incidence D of the beam of hollow charge 8 .

Die zuerst der Wirkung des Strahls ausgesetzte Schicht 1 besteht aus einem Material, das bedeutend kompressibler als Stahl ist, wie zum Beispiel Polyäthylen oder Gummi, die außerdem den Vorteil geringer Dichte besitzen. An der Rückseite der Schicht 1 ist - zum Beispiel mittels Kleber - eine Platte 2 aus Hartstahl angebracht, deren Dicke verhältnismäßig gering ist und 3 bis 5 Millimeter beträgt. Die Dicke der Stahlplatte 2 ist niedriger oder höchstens gleich derjenigen der kompressiblen Schicht 1.Layer 1 , first exposed to the action of the jet, is made of a material that is significantly more compressible than steel, such as polyethylene or rubber, which also has the advantage of low density. On the back of layer 1 , a plate 2 made of hard steel is attached, for example by means of adhesive, the thickness of which is relatively small and amounts to 3 to 5 millimeters. The thickness of the steel plate 2 is less than or at most equal to that of the compressible layer 1 .

Die aus einer harten Keramikplatte (zum Beispiel auf Aluminiumoxidbasis) oder einer Glasplatte bestehende Schicht 4, die fest zwischen den beiden Metallplatten 5, 6 (zum Beispiel Stahlplatten) eingeschlossen ist, ist von der Stahlplatte 2 durch einen mit Luft gefüllten Raum 3 getrennt.The layer 4 consisting of a hard ceramic plate (for example based on aluminum oxide) or a glass plate, which is firmly enclosed between the two metal plates 5, 6 (for example steel plates), is separated from the steel plate 2 by a space 3 filled with air.

Die Breite des mit Luft gefüllten Raumes 3 ändert sich mit der angestrebten Schutzwirkung. Theoretisch wird die Panzerung mit zunehmender Breite des Raumes 3 immer wirksamer. Ausgezeichnete Ergebnisse erhält man, wenn diese Breite die zehnfache Stärke der Stahlplatte ausmacht. Die maximale Breite dieses Raumes 3 ist lediglich durch die in der Praxis auftretenden Probleme des Raumbedarfs der Panzerung begrenzt. The width of the room 3 filled with air changes with the desired protective effect. Theoretically, the armor becomes more and more effective with the increasing width of space 3 . Excellent results are obtained when this width is ten times the thickness of the steel plate. The maximum width of this space 3 is only limited by the problems of the space requirement of the armor that occur in practice.

Die Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Panzerung ist folgende:The operation of the armor according to the invention is as follows:

Beim Auftreffen des Strahls der Hohlladung 8 auf die kompressible Schicht 1 wird letztere durchschlagen und einer Überschallwelle ausgesetzt, die die Stahlplatte 2 in Richtung auf die Schicht 4 senkrecht zur Schicht 1 in Bewegung setzt, d. h. in einer Richtung D ₁ schräg zur Richtung D des Strahls.When the beam of hollow charge 8 strikes the compressible layer 1 , the latter is penetrated and exposed to a supersonic wave which sets the steel plate 2 in the direction of the layer 4 in motion perpendicular to the layer 1 , ie in a direction D ₁ obliquely to the direction D of the beam .

Die Bewegung dieser Platte 2 hat eine störende Wirkung auf den Strahl, indem Fehler in der Geradlinigkeit der verschiedenen diesen Strahl bildenden Elemente hervorgerufen werden und dadurch die Durchschlags wirkung dieses Strahls beträchtlich verringert wird.The movement of this plate 2 has a disruptive effect on the beam by causing errors in the straightness of the various elements forming this beam and thereby the penetration effect of this beam is considerably reduced.

Die Stahlplatte 2 kann sich praktisch frei in Richtung auf die Schichten 5, 4 bewegen, dank dem hinter dieser Platte 2 liegenden mit Luft gefüllten Raum 3.The steel plate 2 can move practically freely in the direction of the layers 5, 4 , thanks to the space 3 lying behind this plate 2 filled with air.

Nach Durchqueren des mit Luft gefüllten Raumes 3 haben die stark gestörten und aus der geraden Linie gebrachten Strahlelemente eine sehr geringe Durchschlagsleistung, wenn sie auf die zwischen den beiden Metallplatten 5 und 6 eingeschlossene harte Keramikplatte 4 auftreffen.After crossing the air-filled space 3 , the highly disturbed and straight-line blasting elements have a very low breakdown performance when they strike the hard ceramic plate 4 enclosed between the two metal plates 5 and 6 .

Versuche, die mit einer Panzerung gemäß Fig. 1 und unter einem Strahl auftreffwinkel von 60° durchgeführt worden sind, haben gezeigt, daß die den Schutz gewährleistende Gesamtmasse der Panzerung um mindestens 15% geringer war als diejenige einer entsprechenden Panzerung ohne den mit Luft gefüllten Raum 3. Eine derartige Verringerung der Masse kann im Falle der Panzerungen als sehr beachtlich angesehen werden.Experiments, which were carried out with armor according to FIG. 1 and with a beam angle of incidence of 60 °, have shown that the total mass of the armor ensuring protection was at least 15% less than that of a corresponding armor without the space filled with air 3rd Such a reduction in mass can be considered very remarkable in the case of the armor.

Ferner hat man überraschenderweise festgestellt, daß die Streuung der Ergebnisse im Falle der erfindungsgemäßen Panzerung bedeutend geringer war als bei einer entsprechenden Panzerung ohne den mit Luft gefüllten Raum 3. Letzterer Vorteil ist besonders wichtig, weil er es erlaubt, in sehr verläßlicher Weise in Panzerungen verhältnismäßig kostspielige Werkstoffe, wie Keramik, zu verwenden.Furthermore, it has surprisingly been found that the spread of the results was significantly less in the case of the armor according to the invention than in the case of a corresponding armor without the space 3 filled with air. The latter advantage is particularly important because it allows relatively expensive materials such as ceramics to be used in armor in a very reliable manner.

Bei einer bevorzugten Ausführung der Erfindung (siehe Fig. 2) ist die kompressible Schicht 1 außen mit einer weiteren Panzerungsschicht aus Hartstahl 7 verkleidet.In a preferred embodiment of the invention (see FIG. 2), the compressible layer 1 is covered on the outside with a further armor layer made of hard steel 7 .

Diese Panzerungsschicht 7 gewährleistet den Schutz der Schichten 1 und 2 - und insbesondere der Schicht 4 aus Keramik oder Glas - gegen den Angriff klassischer Geschosse, die die Materialien dieser Schichten pulverisieren können.This armor layer 7 ensures the protection of layers 1 and 2 - and in particular layer 4 made of ceramic or glass - against the attack of classic projectiles which can pulverize the materials of these layers.

Die Erfindung ist selbstverständlich nicht auf die soeben beschriebenen Beispiele beschränkt, und man kann zahlreiche Änderungen an diesen vornehmen, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu durchbrechen.The invention is of course not limited to those just described Examples are limited and you can make numerous changes to them make without breaking the scope of the present invention.

So kann der mit Luft gefüllte Raum 3 durch eine Schicht geringer Dichte und Steifigkeit - wie zum Beispiel Polyäthylen oder Polyurethanschaum - ersetzt werden. Auf Grund ihrer geringen Steifigkeit und ihrer hohen Kompressibilität erlauben es derartige Stoffe - wie Luft - der Stahlplatte 2 sich beim Aufschlag des Strahls mit hoher Geschwindigkeit in Richtung auf die Schichten 5, 4 in Bewegung zu setzen. Der mit Luft gefüllte Raum 3 stellt dennoch die einfachste und wirksamste Ausführungsart dar.The air-filled room 3 can be replaced by a layer of low density and rigidity - such as polyethylene or polyurethane foam. Due to their low stiffness and their high compressibility, such materials - such as air - allow the steel plate 2 to move at high speed in the direction of the layers 5, 4 when the beam strikes. The air-filled room 3 is still the simplest and most effective embodiment.

Claims

1. Armor for protection against shaped charges, with a layer of a very hard ceramic or glass-based material firmly enclosed between two metal plates, characterized in that a pre-armor is arranged, which consists of a plate ( 1 ) made of compressible material and one arranged behind it Steel plate ( 2 ), the thickness of which is at most equal to that of the plate ( 1 ), and that a free layer ( 3 ) is arranged between the pre-armor ( 1, 2; 7, 1, 2 ) and the layer ( 5, 4, 6 ) which enables the steel plate ( 2 ) to move freely after the compressible plate ( 1 ) has relaxed.

2. Armor according to claim 1, characterized in that the free layer ( 3 ) is designed as an air-filled space.

3. Armor according to claim 1, characterized in that the free layer ( 3 ) consists of a material whose average density is less than 2 g / cm ³ , better less than 1 g / cm ³ and the elastic modulus is below 15 000 kp / cm ² , better below 5000 kp / cm ² .

4. Armor according to claim 2 or 3, characterized in that the thickness of the free layer ( 3 ) is at least ten times as large as the thickness of the steel plate ( 2 ).

5. Armor according to one of claims 1 to 4, characterized in that the plate ( 1 ) consists of polyethylene or rubber.

6. Armor according to one of claims 1 to 5, characterized in that on the outside of the armor ( 1, 2 ) a further armor plate ( 7 ) made of steel is arranged.