CN101084410B - 作为建筑构件的轻质弹道防护装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种弹道防护装置，用于抵抗诸如武器弹丸或例如来自手榴弹的散播物的物体。防护装置包括：外壳(1，2，4，5，6，7，9)，适于使得物体(10)可以在至少一个区域(2)中穿透外壳(1，2，4，5，6，7，9)；至少一个中间层(3)，包括颗粒(27)，其设置于外壳(1，2，4，5，6，7，9)内，中间层(3)和外壳(1，2，4，5，6，7，9)设置成用于使所述物体(10)减速。本发明进一步的特征在于：颗粒(27)相对于彼此可移动地设置；中间层(3)中的未被颗粒(27)占据的空间由气体介质填充，以能够使相邻颗粒(27)之间接触；颗粒(27)具有机械性能，使得当颗粒(27)被物体(10)击中时发生破碎并散布于中间层(3)中，与此同时，相邻的颗粒(27)受到冲量的作用，具有随后的能量耗散，使得物体及其碎片留在防护装置内，且跳弹风险降低。

Description

作为建筑构件的轻质弹道防护装置

技术领域

本发明涉及一种弹道防护装置(ballistic protection)，用于抵抗诸如武器弹丸或手榴弹散播物的物体。

本发明包括柔性的且可移动的防护墙，其根据所期望的防护可以进行模块化。防护装置将用作永久性的以及可移动的防护罩、防弹容器的子构件和可移动的指挥中心，还可以作为运输机和车辆的地板和侧面的装甲防护，以及作为危险工作间的防护性隔断和大型建筑物中的构件。

背景技术

很久以来就已经知道不同种类的弹道防护装置和墙壁具有用于不同的堡垒结构的天然形式。这些结构是固定的，但是也已经制造了临时的和半固定的防护设施。甚至制造了具有相似功能的移动防护装置，这是由于碎片损伤和弹丸的直接命中已经并且到目前为止仍是造成军人和平民伤害的首要原因。移动防护也可以应用于极为重要的建筑物的临时覆盖。已经付出了巨大的努力用于发展防护碎片和弹丸的近身防护装置。在早期的日本，丝被用作盔甲防护材料，但直到1914年奥地利Franz Ferdinand大公被杀害，他穿戴的丝质盔甲才被人们知晓。然而，依然在进行改进，但目前主要关注于开发适合于军人并且不降低移动性能的轻质柔软防护装置。在纤维领域的进展在目前改进中是最重要的，并导致了具有动态力学性质新材料的增加的市场突破，例如：芳香族聚酰胺纤维和聚乙烯纤维。甚至轻质且坚硬的纤维基材料已经用于头盔和轻型战斗车辆的防护材料。

固定、半固定或可移动的防护装置通常各自分为薄型和厚型的防护装置。防护装置基于不同的防护原则，它们具有的不同的优缺点。

典型的薄型防护装置基于：

a)硬质板，例如，装甲板或其它的金属板，通过对冲击的高抵抗力进行防护。这类防护的优点在于对于软弹丸的有效防护，并且体积较小。缺点在于不能防护硬芯弹丸，即所谓的穿甲弹，除非这种防护装置的厚度大大增加。然而，这会对重量产生负面影响，

b)纤维复合材料，通过高的整体分层断裂强度进行防护。引入交互分层强化的组合体也已出现在市场上，也就是在防弹层的垂直方向上对组分进行了强化，使得防弹层彼此结合在一起。这种防护材料的优点在于可以有效的防护软弹丸，并且重量轻。这种防护材料的缺点在于不能防护硬芯弹丸，以及它们通常基于相当昂贵的纤维材料，这些纤维材料是通过三维纺织、三维编织、针脚式接合(缝合)或插入短纤维的工艺制造的。此外，有效的防护通常需要组合使用纤维基和陶瓷材料，

c)陶瓷材料，通过高强度和高硬度进行防护。这些防护材料的优点在于防护硬质弹芯时相对有效。这些防护材料的缺点在于它们通常昂贵、沉重且相对来讲易碎；并且它们在实际应用中通常需要例如与纤维复合材料组合使用。

典型的厚型防护装置通常基于沙子或混凝土，通过对于弹丸或碎片进行减速而进行防护。这些防护装置价格合理，但是非常沉重且体积庞大，使得安装和拆卸该防护装置较为困难。

已经使用上述的防护方法的组合，例如可穿着的躯体防护装置，尽管存在着由于弹丸的穿透能力通常导致厚度和重量增加的事实。

薄型防护装置通常以非常快的速度使弹丸减速，在击中的瞬间进行大量的能量耗散，从而避免防护装置不会以通孔贯穿。因此，防护装置必须在正对弹丸时，才最为有效，也就是在弹丸具有高速度且弹丸的顶端正对防护装置的情况下。具有硬芯的弹丸就需要更厚更坚固的防护装置，但是在用于近身防护时，会影响使用者的移动性。

薄型防护装置的另一个问题在于难以对打击在防护装置的同一点的弹丸进行减速。

上述的厚型防护装置通常具有较低的减速性能，并且减速的效果依赖于弹丸的质量和速度。根据防护装置的密度和特性以及弹丸的结构，弹丸以不同的方式减速。

被甲弹药(狩猎弹药)通过弹丸减速，将其动能传递给厚型防护装置，并且减速依赖于构成防护装置的材料。

全金属被甲弹药(军用弹药和运动弹药)可以穿入传统的基于沙子、聚合物等防护装置内的很深距离，并且在弹丸变得不稳定之前不会发生翻转。这在文献中称为所谓的弹药生物致伤效应试验，是在软肥皂材料中进行的，并且附带显示了这些弹丸具有极大的穿深容积，不同子弹之间的能量耗散模式具有很大的不同。

技术问题

在文献中存在大量有关薄型防护装置的弹道特性的材料，例如编织和聚合物基纤维复合材料。结果表明聚乙烯纤维似乎比芳香族聚酰胺纤维具有更好的防护性能，这是由于芳香族聚酰胺纤维易碎且不能在受损状态下接收载荷，而不破裂。诸如聚对苯撑苯并双噁唑(polybenzobisoxazole)纤维的新型纤维的改进仍在进行，但其特点是，对于纤维基防护装置，目前仅集中于通过层层设置进行减速以使弹丸停止。击中纤维材料平面的弹丸几乎不能通过翻转或破碎而损失其动能，这是由于弹丸直线前进，也就是纤维材料以稳定地包围着弹丸被甲的方式工作。而是，任务是通过直接减速以减少动能，这意味着纤维基防护装置通常适于防护碎片和标准弹药。

早先试图创造其它种类的弹道防护装置，所谓的厚型防护装置，这些已经例如记载于FR 0364357、FR 2649743以及US 5723807、US 5866839和US 3431818以及稍后的专利申请SE 0002005-7中。

在FR 0364357中，防护装置具有作为防护面的波纹金属表面(即，弹丸击中的第一表面)，能够使弹丸从其原来的轨迹偏转。假定弹丸已经穿透，而目的在于使弹丸朝向波纹表面发生翻转，使得弹丸在击中下面的混凝土结构之前消耗其动能。这种结构的问题在于，弹丸被假定为以垂直角击中防护装置。当然这种情况是很少见的，这意味着该防护装置将具有有限的防护效果。此外，由于下面的混凝土结构，防护装置可能会产生不希望的跳弹。另外，具有硬芯的弹丸也具有高的动态稳定性，意味着弹丸经常以通孔的方式贯穿混凝土结构。从设计技术的角度这些波纹表面也会产生问题，这是由于通常希望将防护结构隐藏起来。

在FR 2649743中，防护装置已经设计有平的并有可能被贯穿的贯穿表面。在贯穿表面的后面是包括颗粒的中间层，颗粒浸入流体中。这种构思在于弹丸会击中颗粒，随后发生翻转，在弹丸停止或击中在下面设置的内壁之前，通过流体在弹丸的路径上消耗其能量。由于存在强烈的希望使得弹丸以最小的贯穿深度发生翻转和/或改变方向，同时，后续的弹丸能够击中同样的入射孔而不损坏防护装置，而这一专利并未能解决上述问题。当弹丸击中时流体会泄漏，从而在弹丸停止前或击中在后设置的壁之前，对后续弹丸的减速性也会恶化。另外，由于流体的密度，减速流体对于翻转过程也有负面影响。还应当强调的是，这种类型的壁结构沉重且难以装配。

在US 5723807中描述了用于车辆的防护装置。防护装置设计有屏蔽板，使得弹丸在击中车辆壁板之前翻转和偏斜。防护装置具有特定的外观(图案)，防护性的帘状金属板组装在格栅上。该专利主要是涉及具有装甲板的重型车辆和坦克。

在US 5866839中可以发现与US 5723807中相似的防护装置，但在这种情况下，使用金属球对弹丸进行偏斜和翻转。防护装置具有特定的外观(图案)，其中金属球设置成垂直的列。该专利也主要是涉及具有装甲板的重型车辆和坦克。

在US 3431818中，相对于FR 2649743描述了一种防护装置。在这种情况下，防护装置具有平的贯穿表面，能够在不产生实质上的变形和/或减速的情况下允许弹丸穿过。防护装置还提供中间层，中间层包括嵌入在聚合物中的球状或筒状陶瓷，以用球或筒产生空间上的特定的固定Z形图案。在使用筒的情况下，要增强和稳定材料以使筒保持在适当的位置。即使在这种情况下，其目的还是便于弹丸发生翻转，使得弹丸在击中设置在后面的面板之前最终减速。由于对防护装置的希望是使弹丸以最小的贯穿深度翻转，同时，随后的弹丸击中同一入射孔而防护装置的功能不变差，这意味着该专利没有给出解决这一问题的解决办法，这是由于吸收弹丸动能的陶瓷材料通过周围的聚合物块体在空间上固定，这就降低了吸收击中碎陶瓷球/筒的后续弹丸的动能的可能性。另外，由于聚合物块体的密度，在球/筒之间减速的聚合物块体对于翻转过程具有负面的影响。

在专利申请SE 0002005-7中描述了与US 3431811和FR 2649743中相似的防护装置，其中中间层包括由适当的弹性材料制成的减速颗粒，例如聚合物、橡胶或硅橡胶。该防护装置的使用与US 3431811中描述的类似，但使用弹性材料进行空间固定。这种防护装置的问题部分在于弹性材料会冒烟着火，部分在于由于弹性材料固定在中间层内，当弹丸击中同一入射孔时不会发生翻转。另外，如上文所述，在薄型防护装置中使用其它弹性材料的经验表明，弹性材料具有显著的减速效果，但不能以期望的方式使弹丸翻转或散开。

上文述及的防护方法不能在综合具有良好的操作性、合理的重量和竞争性价格的情况下，对于碎片、金属被甲、全金属被甲弹丸和跳弹提供令人满意的防护。尤其是对于具有硬芯的弹丸，即所谓的穿甲弹药，更是如此。为了设计出具有这些特性的有效弹道防护装置，需要已知使防护装置起作用的弹丸的特性和行为，从而能够提出一种优化设计。因此，存在着强烈的需要，让弹丸在最小的贯穿深度上发生翻转，同时，允许后续的弹丸打击同一入射孔而防护装置的功能不会恶化。另外，上文述及的防护方法都没有说明如何在大型建筑物中设计或组装防护装置，这对于避免军人和平民受伤害通常是极为重要的。

因此，迄今为止尚未研究出如何设计防护装置，以及如何促进弹丸的翻转、变形、偏转和破碎。

发明内容

本发明提供一种防护装置，用于阻止诸如武器弹丸或手榴弹散播物的物体，其中防护装置包括外壳，该外壳适于使物体可以在至少一个区域内穿透外壳。

该外壳例如可以包括：至少一个适于可供所述物体穿过的面板、适于使所述物体最终停止的背板、底板、至少两块侧板、和顶板。应当澄清的是，在本发明的多个实施例中，面板、背板和侧板以及其它板既可以是单独的单元，也可以是连续的单元，例如管子，其中，管子的前侧和后侧对应于管子的不同区域。

本发明还提供至少一个中间层，其包括颗粒并设置在所述外壳内，中间层和外壳设置成用于使所述物体减速。

中间层可以例如设置于所述面板与背板之间或所述管子内。

本发明具体的特征在于：

-颗粒相对于彼此可移动地设置，

-中间层中的未被颗粒占据的空间由气体介质填充，以能够使相邻颗粒之间接触，

-颗粒具有机械性能，使得当颗粒被物体击中时发生破碎并散布于中间层中，与此同时，相邻的颗粒受到冲量的作用，具有随后的能量耗散，使得物体及其碎片留在防护装置内，且跳弹风险降低。

根据本发明的实施例，多个颗粒具有低表面磨擦，以易于使新的颗粒运动到先前占据此区域的颗粒已被物体击碎的区域。

根据本发明的另一实施例，多个颗粒由陶瓷或矿物材料制成，其足够硬且脆，以被撞击的物体弄碎，并使物体的重心发生变化，随后不稳定性增加，该不稳定性易于使物体翻转和碎裂。

根据本发明的另一实施例，中间层中的多个颗粒的硬度在颗粒的不同部分是变化的，例如，在朝向颗粒中心的方向上变化。

根据本发明的另一实施例，中间层中的多个颗粒具有中空芯(hollowcore)。

根据本发明的另一实施例，中间层中的多个颗粒的形状基本上相似于对称或不对称的球，或者扁长或扁圆的球形椭圆体，以易于使颗粒之间相互运动，从而使物体或其碎片的能量耗散最大化。

根据本发明的另一实施例，背板由纤维材料制成，例如覆盖有芳香族聚酰胺纤维(aramide fiber)或聚乙烯纤维的玻璃纤维表面。

根据本发明的另一实施例，一位于下面的拉伸层设置在外壳表面的后面。该位于下面的拉伸层可以例如具有波纹结构。优选地，一位于下面的间隙柱(space column)，例如气柱，设置在拉伸层的后面。

本发明及其实施例进一步的优点将从下面的详细说明中变得明显。

附图说明

图1a从弹道防护装置中的子构件的前方倾斜观察的透视图。

图1b从具有根据图1a的子构件的建筑构造的前方倾斜观察的透视图。

图1c从具有管形弹道防护构件的建筑构造的前方倾斜观察的透视图。

图1d一种连接于管形主体的底板或替代性的顶板。

图1e对弹丸的旋转、翻转、变形、破裂和方向改变的描述。

图1f一种形成为弹道防护装置的包装材料的示意性概观图。

图2a位于简化的面板中的穿透弹丸。

图2b包括一表面的面板，该表面具有位于下面的被弹丸穿透的波纹曲面。

图2c具有位于下面的用于使弹丸减速的光滑而柔软的纤维网的面板。

图2d包括一表面的面板，该表面具有设置在波纹金属表面前方的位于下面的纤维织物。

图2e包括一表面的面板，该表面具有位于下面的波纹纤维网。

图3a延伸穿过弹道防护装置一部分的长度截面，可以看到具有颗粒的中间层。

图3b延伸穿过弹道防护装置一部分的长度截面，可以看到分为两个部分的中间层。

图3c一示意图，显示了弹丸如何撞击中间层中的颗粒，以及在弹丸击碎颗粒的同时，弹丸如何发生变形和翻转。

图3d一示意图，显示了弹丸如何冲击中间层中的颗粒，弹丸的动能如何被相邻的颗粒所吸收，以及作为结果的随后的能量耗散如何进行力的分配。

图3e一示意图，显示了弹丸的碎片如何撞击中间层内的颗粒。

图3f一示意图，显示了弹丸如何撞击中间层内的颗粒，其显示了来自颗粒的破碎材料如何依靠它们自身的重量移动通过从而安置在底板的内侧。

图3g示出具有中空芯的颗粒。

图3h从具有波纹结构的弹道防护装置的前方倾斜观察的透视图，其中波纹结构将中间层划为两部分。

图3i通过弹道防护装置一部分的长度截面，描述了中间层中的波纹金属表面可以如何分别紧固于面板和背板。

具体实施方式

长期以来，人们希望设计一种弹道防护装置，抵抗碎片、跳弹以及其它类型的弹丸，同时具有合理的重量以便于进行配置。因此，本发明的主要任务是设计一种坚固的减速防护装置，用于非被甲、被甲和全被甲弹丸、或者曳光弹和手榴弹，凭借其相对较轻的质量，易于组装或在必要的时候易于移动。

根据本发明，设计的特征在于，弹道防护装置可以根据图1a成形为子构件，该子构件具有：框架1，该框架1承载面板2，弹丸通过该面板2；以及至少一中间层3，该至少一中间层3与面板一起迫使弹丸减速；以及使弹丸最终停止的背板4。其它的板是底板5、两块侧板6和顶板7，这些以这样的方式设计成使得，如果需要，防护装置可以根据图1b作为子构件安装于建筑结构9的框架8上。

替代性的设计，例如图1c所示的设计，可以以相似的方式作为大型建筑结构9的子构件，图1c中显示了管形框架1。在这种情况下，注意到框架1和面板2可以是同一的，除非例如使用图1a中的平面板将管形表面隐藏起来。上述的用于减速弹丸的中间层3可以设置于管子内。在建筑结构可能失火的情况下，底板5和顶板7可以根据图1d由格栅构成，用于在中间层3中通风，从而起到烟囱的作用。当然，可以出现许多不同类型的设计和形状，此处仅是对防护装置的应用作示例性地组合。

因此，防护装置的意义在于，无论弹丸通过面板的入射角是多少，弹丸或者其碎片都留在防护装置中，还使跳弹的风险降低至最小，这在使用例如基于混凝土的防护装置时是通常的。

图1e显示了弹丸如何部分地通过下述原因来损失其动能：翻转11，翻转意味着弹丸翻转了一定的角度，但继续沿着原来的轨迹12前进；变形13，变形意味着弹丸例如由于尖端受压或裂开而发生变形；破碎14，破碎意味着弹丸裂开并分成数片(碎片)；击中目标时从原来的轨迹12改变方向15而没有发生翻转；在弹丸环绕其自身轴线而自转16的情况下，这产生陀螺效应，当击中坚硬的物体时，由于发生旋进和章动运动导致能量损失。

然而，从上述的专利US 3431818、FR 2649743、瑞典专利申请SE0002005-7中可以获知相似的配置。与这三项专利相比，本发明关注于如何设计轻质防护装置，以使弹丸在最小的穿透深度上发生翻转和变形，同时，当随后的弹丸击中同一入射孔时，防护装置的功能不会显著恶化，与此同时，防护装置将能够成为大型建筑构造的子构件。

除了框架1或与附带板相似的部件将中间层从周围的结构划分出来之外，根据本发明的方法并不局限于任何特定形式的防护装置。形状例如可以是根据图1a-1d的壁、平面或管形，防护现有的房屋墙壁或建造新的可快速安装的墙壁结构9。

其它实施例的自然的使用领域例如是根据图1f的包装材料17，其中，所包装的易碎物品例如对于振动敏感的电子器件，可以受到保护。在与包装相关的防护装置中，所有侧面均可以理解为面板2，如参照图1a所描述的。这些包装材料中的中间层设计为用于保护由传统的减震包装18所包围的物品，其并非旨在对弹丸提供防护。

根据本发明，依照图2的面板可以具有不同的功能。然而，最简单的功能是弹丸10(根据弹药的类型，弹丸可以是钝的或尖的)穿透面板的表面19，而不显著地改变弹丸的轨迹12或弹丸的动能。面板可以是平的或管形的，可以由塑料、木材、金属片或它们的组合制成。在这种情况下，面板仅作为用于位于下面的中间层的支承结构。假设弹丸动能主要部分的吸收发生在中间层和背板中，除非管形防护装置不这样设计。

根据图2b，进一步改进的面板包括表面19，表面19具有位于下面的波纹金属表面20，当弹丸穿透该表面时，其将容纳破裂的开孔21。图2b显示一平的结构，然而该结构也可假定为弯曲形式。目的在于，在弹丸进入中间层之前，使弹丸10的第一翻转11容易进行，同时使具有尖端的弹丸发生变形13。当然，面板可以包括波纹的、平的或弯曲的金属表面，只是出于美观的原因，面板的外层通常增补一平的表面。

根据图2c的面板的另一种结构包括平面或曲面19，但是具有位于下面的光滑而柔软的纤维织物22，其目的在于跟随弹丸10，从而在纤维织物23由于张力而破裂之前减少弹丸的动能，也就是说，这种方案预先假定弹丸减速是在弹丸尖端不变形的条件下进行的。然而，由于弹丸在损失动能时变得更不稳定，因此减速本身就能够使弹丸发生最初的翻转。

图2d中示出另一类型的面板，其包括平面或曲面19，平面或曲面19具有位于下面的纤维织物22，纤维织物22设置在位于下面的波纹金属表面20的前面。这种设计的目的在于，弹丸在击中波纹表面之前，弹丸应当受到最大程度的减速，这启动第一弹丸变形，从而加速翻转过程。因此，软纤维材料在破裂之前沿着弹丸运动的方向扩展，而波纹金属表面在击中之后几乎立刻被弹丸穿透，由此弹丸翻转和/或获得不同的行进方向。这要求在织物与波纹表面之间存在气柱24。

图2e显示了另一种类型的改进面板，包括平面或曲面19，而具有用于跟随弹丸10的位于下面的波纹软纤维织物25。在纤维织物被穿透前，可以利用波纹织物内变化的牵引张力启动弹丸的翻转。波纹的结构例如可以是聚乙烯纤维织物或另一具有较大承受拉力能力的材料的织物。

根据所需要的防护和具体的弹丸口径，也可以构想上述结构的组合。

应该强调的是，面板通常不能使击中同一入射孔的弹丸停止。在这种情况下，中间层优选进一步地促进弹丸的翻转、变形和破碎，从而更快地减少弹丸的动能。

根据本发明的实施例，图3a中的所述中间层填充有颗粒26，例如陶瓷或矿物材料，优选具有约5-10毫米的粒径，在下文中也表示为颗粒27。然而，粒径可以依据所选择的材料和设计的防护装置所需要防护的弹药而改变。不同实施例中工作良好的具体材料是石头、诸如Al₂O₃、SiO₂、ZrO₂、SiC、Si₃N₄的不同陶瓷材料以及这些材料的混合物或组合物。玻璃以及不同的硬聚合物和硬聚合物复合材料也应当在各种实施例中工作良好。

中间层通常具有约50-300毫米的厚度，根据图3b可以分成数个部分28。这些部分包括适于使弹丸发生翻转、变形和减速或者使其发生破裂的颗粒26。同时，这些部分增加了防护稳定性，这在防护装置在数个连续的弹丸穿透同一入射孔时工作以及作为如参照图1b和1c所述的建筑结构9中的子组件时是重要的。

根据本发明，颗粒26设置于中间层中。根据图3a和3b，颗粒27在中间隔室中并未以任何特定的方式进行固定或定向，例如像在US 3431818和FR 2649743中那样借助周围的塑料体或液体进行空间上的固定。而是，未被颗粒占据的体积优选由空气或一些其它气体或相似的薄介质进行填充，这使得相邻的颗粒之间直接接触。该颗粒之间的直接接触是强烈优选的，以恰当地分配和吸收来自弹丸的动能。根据图1e的弹丸在最小的穿透深度上进行翻转11、变形13、破裂14和改变方向15的能力得到增强。

a)根据图3c，通过在击中破碎的第一颗粒29时弹丸10的有效变形13，使得重心发生改变，导致弹丸的不稳定性增加，从而导致随后的翻转11。如果弹丸已经通过面板上的撞击而发生变形，则这将仅导致，随后在第一颗粒上的击中加速了不稳定性进程；

b)根据图3c，颗粒27在中间层内破碎和散开。这使得作用在弹丸10上的合力30能够加速翻转11。这是由于空气密度相当低从而不稳定，特别是与具有相当高密度的诸如塑料体或水的其它材料相比。弹丸自身的动能在此用来促进翻转，这增加了弹丸相对于随后的颗粒的撞击面。在弹丸围绕其自身轴线16旋转的情况下，撞击颗粒时的翻转通过接收到的陀螺效应将进一步加速；

c)根据图3d，由于弹丸的动能以能量损失的形式分配给被击中的颗粒27，也就是说，能量损失以弹丸10中能量耗散的形式进行，如果弹丸在最初的撞击中没有完全地停止，那么就有剩余动能。由弹丸击碎的颗粒29与其它相邻的颗粒相接触，所述其它相邻的颗粒将受到冲量(即，力31，其不一定相同)的作用，从而当该颗粒被击中时，存在一随后的能量耗散。如果弹丸在最初击中颗粒后仍具有动能，就在随后的颗粒撞击中以相似的方式进行能量分配。在诸如塑料体或液体之类的更厚的介质中，能量不会以同样的方式转移到相邻的颗粒；

d)颗粒极其坚硬，并具有选定的脆性。这通常造成弹丸较大的变形，如图3e所示，使得当弹丸击中许多颗粒时，弹丸分裂成数片较小的碎片14。当然，这增加了相邻颗粒吸收碎片的已减少的动能的可能性。本发明并未将颗粒27固定在隔室中，从而，对随后通过同一入射孔穿透面板的弹丸进行减速的可能性增加。这是因为，破碎的颗粒29由“向下流动”的新颗粒所代替，颗粒29通过其自重向下输送到底板5，新颗粒填充由较早的弹丸击碎的颗粒所产生的可能的孔，参见图3d和图3f。

颗粒可以具有不同的形状，从而借助于颗粒自重快速输送到先前材料已经破碎的区域。颗粒的表面优选具有低摩擦力，以易于运动至先前弹丸已将此前的材料击碎的区域。

根据本发明，颗粒的硬度可以在朝向颗粒中心的方向上改变，可利用这一点以优化的方法使弹丸翻转和减速。将要选择的颗粒的设计与防护装置所要应付的弹丸类型密切相关。

根据图3g，颗粒可以设计为具有中空芯32，以便于弹丸在击中外壳的表面时发生翻转，或替代性地设计为同质的，以使弹丸变形和/或破裂和减速。

根据本发明，不同种类的颗粒可以协作。更优选的部件是球状颗粒，然而，甚至也可以存在成形为扁长或扁圆的球形椭圆体的材料。甚至还可以构想圆筒形和四面体的颗粒，但通常会导致防护装置的重量增加，同时，其形状可能会阻碍运动，因而从功能的角度看并不是优选的。

如果中间层由数个相继的部分构成，则第一层例如可以包括中空芯的颗粒以易于翻转过程，这是因为已破碎材料的体积减小，从而增加了可以用于弹丸翻转的自由体积。根据防护装置的结构和目的，该层也可以包括同质的颗粒。相继的层可以包括同质的颗粒，用于弹丸动能的最终吸收。

根据本发明的实施例，包括颗粒的不同部分可以通过例如金属片或者例如具有较大伸展能力的一些其它材料或聚乙烯纤维织物进行划界。

根据本发明的实施例，可以设置根据图3h的不同的划界部分，来获得波纹结构33。这种结构具有一形状，使得可以获得已不稳定的弹丸的最大程度的变形和翻转效果，由此使颗粒的能量耗散进一步偏离弹丸的初始行进路径而偏转。

根据本发明图3i中的实施例，捆扎或紧固面板和背板4的构件34也可以具有波纹表面33，例如，波纹金属片可以用这样的方式插入，使得在面板和背板不发生特定变形的情况下，可以调节颗粒填充的静压。当然，波纹表面33也可以通过螺栓或一些其它的方案进行紧固。

根据本发明的实施例，背板也可以进行优化，如果将制造薄型防护装置，则优选的是背板包括平的玻璃纤维表面，该玻璃纤维表面覆盖有芳香族聚酰胺纤维、或聚乙烯纤维或具有大伸展能力的一些其它适当的纤维材料。

根据本发明的实施例，背板也可以像面板一样进行制造。这种方案的目的在于，在某些应用中要求防护装置具有双入射壁，即面板2，参见图3h。然而，在此通常需要更厚的中间层以阻止被弹丸穿透。根据上文所述，防护装置也可以制造成具有两背板。防护装置适合用于例如风景办公室(1andscaped offices)，其中墙壁将被快速安装并提供双向防护。

根据本发明，上述防护装置可以具有其它的应用，这是因为可以将其设计为用于最大程度的声音隔离。在这些情况下，防护装置可以用与图3h中相似的方式制造为具有由声学板(例如，由压缩矿绵制成)制成的两面板。中间层可以根据上文所述进行设计，或者可以用具有适于特定波长的声音的其它尺寸的其它材料。

根据本发明的方法或实施例并不局限于任何上述的实施例或例子，而是仅与所需要进行防护的手枪弹丸、碎片和手榴弹相关。防护装置的设计具有至少一个面板，使弹丸减速通过，发生有限变形，从而发生方向改变和翻转，并且不会产生跳弹。由于中间层包括非固定的颗粒，因此迫使弹丸击中表面，从而发生变形、翻转、破碎并被迫改变方向，从而进一步实现弹丸动能最大程度上的减少。同时，由于上述布置的颗粒，先前被击碎的颗粒将因其自重而向下降落，使得后续弹丸可以打击同一入射孔。防护装置还包括使弹丸最终停止的背板，如果防护装置优选用于弹丸双向穿透，则该背板有选择地像面板一样工作。后者的示例是风景办公室内的墙壁或其它分隔装置。

防护装置还包括底板、至少两块侧板(除非使用管形构造)以及顶板，其能够使该构造组装成大型建筑结构的一部分。

Claims (12)

1.一种防护装置，用于阻止物体(10)，包括：

-外壳(1，2，4，5，6，7，9)，适于使得物体(10)可以在至少一个区域(2)内穿透外壳(1，2，4，5，6，7，9)，

-至少一个中间层(3)，包括颗粒(27)，其设置于外壳(1，2，4，5，6，7，9)内，中间层(3)和外壳(1，2，4，5，6，7，9)设置成用于使所述物体(10)减速，其特征在于：

-颗粒(27)相对于彼此可移动地设置，

-中间层(3)中的未被颗粒(27)占据的空间由气体介质填充，以能够使相邻颗粒(27)之间接触，

-颗粒(27)具有机械性能，使得当颗粒(27)被物体(10)击中时发生破碎并散布于中间层(3)中，与此同时，相邻的颗粒(27)受到冲量的作用，具有随后的能量耗散，使得物体及其碎片留在防护装置内，且跳弹风险降低。

2.如权利要求1所述的防护装置，其特征在于：中间层(3)中的多个颗粒(27)具有低表面磨擦，以有助于新的颗粒(27)运动到先前占据此区域的颗粒(27)已被物体(10)击碎的区域。

3.如权利要求1所述的防护装置，其特征在于：中间层(3)中的多个颗粒由陶瓷或矿物材料制成，其足够硬且脆，以被撞击的物体(10)弄碎，并使物体(10)的重心发生变化，随后不稳定性增加，该不稳定性有助于物体(10)的翻转和碎裂。

4.如权利要求1-3中任一项所述的防护装置，其特征在于：中间层(3)中的多个颗粒(27)的硬度在颗粒(27)的不同部分是变化的。

5.如权利要求1-3中任一项所述的防护装置，其特征在于：中间层(3)中的多个颗粒(27)具有中空芯。

6.如权利要求1-3中任一项所述的防护装置，其特征在于：中间层(3)中的多个颗粒(27)的形状基本上相似于对称或不对称的球，或者扁长或扁圆的球形椭圆体，以有助于颗粒(27)之间的相互运动，从而使物体(10)或其碎片的能量耗散最大化。

7.如权利要求1-3中任一项所述的防护装置，其特征在于：所述外壳包括背板(4)，该背板(4)由纤维材料制成。

8.如权利要求1-3中任一项所述的防护装置，其特征在于：在外壳表面的后面设置一位于下面的拉伸层(22)。

9.如权利要求8所述的防护装置，其特征在于：在拉伸层(22)的后面设置一位于下面的间隙柱(24)。

10.如权利要求8所述的防护装置，其特征在于：位于下面的拉伸层(22)具有波纹结构。

11.如权利要求1-3中任一项所述的防护装置，其特征在于：所述物体(10)是武器弹丸或手榴弹散播物。

12.如权利要求1-3中任一项所述的防护装置，其特征在于：所述外壳包括背板(4)，该背板(4)由覆盖有芳香族聚酰胺纤维或聚乙烯纤维的玻璃纤维表面构成。

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