CN105890458B - 一种抗高速穿甲弹侵彻的防护方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种抗高速穿甲弹侵彻的防护方法。该方法通过在被保护目标外部设置由变形拓展层、高密度高延展层、炸药层、感应起爆阵列层和爆炸防护层依次层叠而成的装甲防护装置；当高速穿甲弹侵彻时，变形拓展层首先受到侵彻并拓宽侵彻的范围；高密度高延展层受变形拓展层的作用在侵彻位置处形成一个锥形漏斗；感应起爆阵列层通过感应其与高密度高延展层之间的距离来确定侵彻位置，并在侵彻位置处起爆炸药层中的炸药；炸药被起爆后所汇聚的能量反作用于穿甲弹，从而破坏穿甲弹的侵彻作用，降低或避免穿甲弹对被保护目标的损伤。采用本发明可有效地保护高价值目标抵抗高速穿甲弹的侵彻，从而提高装甲的防护效能。

Description

一种抗高速穿甲弹侵彻的防护方法

技术领域

本发明属于装甲防护技术领域，具体地说是一种抗高速穿甲弹侵彻的防护方法。

背景技术

装甲防护技术是武器装备系统生存能力之中最重要的组成部分。随着反装甲武器技术的迅速发展，武器装备的战场生存能力对装甲防护结构的性能提出了更高的要求，优良的装甲防护系统能够使得坦克、装甲车辆、运钞车及其他结构的主体及其中的人员和财产安全得到更好的保护。

目前针对高速穿甲弹的侵彻，主要采取选取高性能防护材料、增加防护材料厚度、改变装甲倾斜角度等方法。但受装甲平台机动性、内部空间、外部尺寸等要求的影响，防护材料的厚度和装甲的设置尺寸受到限制，而防护材料性能的提高发展极为缓慢，这就使得战场上装甲平台在高速穿甲弹侵彻条件下难以有效生存。

发明内容

本发明的目的就是提供一种抗高速穿甲弹侵彻的防护方法，采用该方法能够很好地抵抗穿甲弹的高速侵彻，从而提高被保护目标的生存能力。

本发明的目的是这样实现的：一种抗高速穿甲弹侵彻的防护方法，包括如下步骤：

a、在被保护目标外部设置装甲防护装置，所述装甲防护装置包括由外至内依次层叠的变形拓展层、高密度高延展层、炸药层、感应起爆阵列层和爆炸防护层；

b、高速穿甲弹侵彻时，变形拓展层首先受到侵彻，并拓宽侵彻的范围；

c、高密度高延展层受到变形拓展层的作用，在侵彻位置处形成一个锥形漏斗；

d、感应起爆阵列层通过感应其与高密度高延展层之间的距离来确定侵彻位置，并在侵彻位置处起爆炸药层中的炸药；

e、炸药层中的炸药被起爆后所汇聚的能量通过所述高密度高延展层反作用于穿甲弹，从而破坏穿甲弹的侵彻作用，降低其对装甲的损伤；爆炸防护层可减轻炸药层中的炸药被起爆后对被保护目标的损伤作用。

所述感应起爆阵列层包括由外至内依次层叠的电容感应层和起爆器件层；所述起爆器件层包括控制器和阵列式起爆器件；步骤d中，电容感应层感应其与高密度高延展层之间的距离，并将所感应到的信号发送至所述控制器；所述控制器根据接收到的信号判断侵彻位置，并控制阵列式起爆器件在穿甲弹侵彻位置处起爆炸药层中的炸药。

所述电容感应层由若干纵横排列的金属箔片组成；每一行中的金属箔片每间隔一个相互连接在一起，每一行中连接在一起的金属箔片称为横向金属箔片，将每一行中横向金属箔片连接后的一个端点作为公共端点，另一端点作为对应行的测试端点；每一列中的金属箔片每间隔一个相互连接在一起，每一列中连接在一起的金属箔片称为纵向金属箔片，将每一列中纵向金属箔片连接后的一个端点作为公共端点，另一端点作为对应列的测试端点；所有行的公共端点和所有列的公开端点连接在一起，并在公共端点与所述高密度高延展层之间设置一稳压电源，通过所述稳压电源使每行相互连接的横向金属箔片与所述高密度高延展层所形成的电容器充满电，且通过所述稳压电源使每列相互连接的纵向金属箔片与所述高密度高延展层所形成的电容器充满电；所有行的测试端点与所有列的测试端点均与所述控制器相接；步骤d中所述控制器实时接收所述电容感应层中所有行的测试端点的电压信号以及所有列的测试端点的电压信号，并根据各行测试端点及各列测试端点电压的下降来确定穿甲弹的侵彻位置。

所述阵列式起爆器件包括若干纵横排列的起爆器件；每一个起爆器件具有上下左右四个节点和一个发热桥丝，每个起爆器件的左节点和上节点相连接，每个起爆器件的右节点和下节点相连接，且左节点和上节点通过所述发热桥丝与右节点和下节点相连接；每一个起爆器件均通过导线与其相邻的起爆器件相连接；每一行的起爆器件连接后的一个端点与所述控制器相接，另一端点接地线；每一列的起爆器件连接后的一个端点与所述控制器相接，另一端点接地线；步骤d中所述控制器在确定了穿甲弹的侵彻位置后，给与穿甲弹侵彻位置相对应的起爆器件所在行和所在列分别施加一电压信号，使与穿甲弹侵彻位置相对应的起爆器件首先起爆，进而在穿甲弹侵彻位置处起爆炸药层中的炸药。

所述变形拓展层是由纤维织物通过浸入剪切增稠流体后而形成。

所述高密度高延展层由紫铜板制成。

本发明通过在被保护目标外部设置装甲防护装置，装甲防护装置包括由外至内依次层叠的变形拓展层、高密度高延展层、炸药层、感应起爆阵列层和爆炸防护层；当高速穿甲弹侵彻时，变形拓展层首先受到穿甲弹的侵彻，其将穿甲弹的侵彻作用拓展到较大的半径范围，高密度高延展层（例如紫铜板）受到变形拓展层的作用，在侵彻位置处会发生凹陷变形，进而形成一个锥形漏斗；感应起爆阵列层可感知其与高密度高延展层之间的距离，当高密度高延展层某处受到冲击形成锥形漏斗时，锥形漏斗的底部就会接近感应起爆阵列层，当接近距离达到起爆阈值时，感应起爆阵列层上与锥形漏斗底部对应的起爆器件就会发生作用，进而起爆炸药层中的炸药；炸药的爆轰会对高密度高延展上的锥形漏斗产生挤压作用，形成能量的汇聚，高速的金属射流会反向作用于穿甲弹，进而破坏穿甲弹的侵彻作用，降低其对被保护目标的损伤；爆炸防护层可减轻炸药的爆轰对被保护目标的损伤。

本发明无需采用现有技术中“选取高性能防护材料、增加防护材料厚度、改变装甲倾斜角度”等方法，而是采用变形拓展层、高密度高延展层、炸药层、感应起爆阵列层和爆炸防护层共同作用，就可有效地保护目标以抵抗高速穿甲弹的侵彻，从而提高了被保护目标的生存能力。

附图说明

图1是本发明中装甲防护装置的结构示意图。

图2是本发明中感应起爆阵列层的结构示意图。

图3是本发明中电容感应层的结构示意图。

图4是本发明中电容感应层与高密度高延展层之间关系的结构示意图。

图5是本发明中起爆器件层的结构示意图。

图6是本发明中单个起爆器件及其所在行和所在列的简化结构示意图。

图7是本发明中变形拓展层受侵彻变形使高密度高延展层发生凹陷进而形成锥形漏斗的结构示意图。

图8是本发明中感应起爆阵列层感应穿甲弹侵彻位置并在侵彻位置处起爆炸药层中炸药的结构示意图。

图9是本发明中炸药层中炸药被起爆后所形成的爆轰波的结构示意图。

图10是本发明中炸药的爆轰对高密度高延展层上的锥形漏斗所产生的能量汇聚作用的结构示意图。

图11是本发明中高速的金属射流反向作用于穿甲弹的结构示意图。

具体实施方式

本发明所提供的抗高速穿甲弹侵彻的防护方法，首先需要在被保护目标外部设置装甲防护装置，如图1所示，装甲防护装置包括由外至内（或称由前至后）依次层叠在一起的变形拓展层1、高密度高延展层2、炸药层3、感应起爆阵列层4和爆炸防护层5；穿甲弹（其运动方向如图中箭头所示）侵彻时，最先接触的是变形拓展层1。

变形拓展层1是由纤维织物通过浸入剪切增稠流体（Shear Thickening Fluid，STF）后而形成。纤维织物可以为Kevlar、PBO或UHMWPE纤维织物。STF是指流体呈浓缩的胶质悬浮液状态，其粘性随剪切应力的增加而增加，STF由分散相粒子和分散介质组成。其中分散相粒子可以是天然存在的矿物质，也可以是化学合成的聚合物，如二氧化硅和其它氧化物、碳酸钙、聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯等。分散介质可以是水、盐溶液（氯化钠溶液或缓冲液等）、有机物（乙烯基乙醇、聚乙二醇或乙醇）、矿物油等，也可以是加有表面活性剂和低聚物的几种互溶溶剂的复配体。

本实施例中的STF是由SiO₂粒子和聚乙二醇200作为分散相和分散介质制备的。变形拓展层是用单层Kevlar平纹织物，将其浸入上述STF中浸泡15分钟，取出后将多片单层织物层叠在一起，并进行干燥处理，最后用聚乙烯膜封装起来。当受到高速穿甲弹侵彻时，穿甲弹的高速剪切作用会使Kevlar纤维之间发生滑移，Kevlar纤维层之间也会发生相对运动，这些均可使STF处于高速剪切状态，进而发生固化，使穿甲弹的侵彻作用可拓展到较大的半径范围。

高密度高延展层2可采用紫铜板制成；当受到穿甲弹的间接冲击时，受变形拓展层1的影响，在高密度高延展层2上与穿甲弹侵彻位置对应处会形成一个比穿甲弹直径大得多的锥形漏斗。

炸药层3中装填有炸药，炸药可以为TNT、黑索金、奥克托金等高能炸药，也可以是它们的混合物。

如图2所示，感应起爆阵列层4由两层结构层叠而成，由外至内（图中由右至左）分别是电容感应层4-1和起爆器件层4-2。

电容感应层的基本结构如图3所示，它是由大量按一定规律纵横排列并连接在一起的金属箔片（例如铝箔片）组成。每一行的金属箔片每间隔一个箔片相互连接在一起，同理每一列的金属箔片每间隔一个箔片相互连接在一起，这样所有的金属箔片就分为两部分，分别是横向金属箔片（即每一行中连接在一起的金属箔片）和纵向金属箔片（即每一列中连接在一起的金属箔片）。每一行的横向金属箔片相互连接后，将各行的一个端点（图中右侧端点）也连接在一起，构成一个公共端点，每行的另一个端点分别编号做为相应行的测试端点，图3中a₀₁、a₀₂、……、a₁₅就是各行的测试端点（本实施例中以15行为例进行说明）。同理，每一列的纵向金属箔片相互连接后，将各列的一个端点（图中上侧端点）也连接在一起，构成一个公共端点，每列的另一个端点分别编号做为相应列的测试端点，图3中b₀₁、b₀₂、……、b₁₄就是各列的测试端点（本实施例中以14列为例进行说明）。

为了实现对穿甲弹侵彻位置的判定，在每行横向金属箔片的公共端与高密度高延展层（本实施例中高密度高延展层为紫铜板）之间加载一个稳压电源，稳压电源的正极连接每行横向金属箔片的公共端，负极连接紫铜板，如图4所示。在初始状态时，稳压电源同时给每行的横向金属箔片与紫铜板构成的电容器充电，直到充满为止，此时各行横向金属箔片的测试端点的电压均相等。当穿甲弹高速侵彻时，紫铜板会快速局部凹陷，使与凹陷处对应的横向金属箔片与紫铜板构成的电容器的电容迅速增大，由于电源充电需要一定的时间（考虑到压降的原因，可以通过设置使稳压电源每间隔一段时间对每行的横向金属箔片与紫铜板构成的电容器充电），那么根据电容器基本原理（如果两个极板间的距离减小，电容器电容会增大，当电容储存的电量一定时，两端电压会下降），相对应的测试端点a_xx的电压会下降。通过测量测试端点电压的下降与否，就可以确定哪行金属箔片对应的位置发生了紫铜板凹陷，从而最终获得了穿甲弹侵彻位置的纵向坐标。若同时两个或三个测试端点的电压都发生了下降，则电压下降最大的那个测试端点所连接的那行金属箔片对应的位置发生了紫铜板凹陷。

同理，在每列纵向金属箔片的公共端与高密度高延展层之间加载一个稳压电源，本实施例中每列纵向金属箔片的公共端和每行横向金属箔片的公共端连接同一稳压电源的正极。如上所述，通过测定各列纵向金属箔片对应测试端点b_xx的电压是否下降（如有两个或三个测试端点的电压都发生了下降，则找出电压下降最大的那个测试端点），就可获得穿甲弹侵彻位置的横向坐标。

在获得穿甲弹侵彻位置的横向坐标和纵向坐标后，穿甲弹的侵彻位置也就确定了。即：通过电容感应层可确定穿甲弹的侵彻位置。

在确定了穿甲弹侵彻位置的基础上，依靠起爆器件层就可实现在特定位置点起爆炸药层3中的炸药。起爆器件层的基本结构如图5所示。起爆器件层包括控制器和阵列式起爆器件，控制器与电容感应层中所有行的测试端点和所有列的测试端点均相接，控制器用来接收电容感应层输出的信号，从而获得穿甲弹侵彻的位置信息，并控制特定的起爆器件发生作用，进而实现在特定位置起爆炸药。阵列式起爆器件包括若干纵横排列的起爆器件。每一个起爆器件（对应图5右侧矩形框中的圆圈）均通过导线与其相邻的起爆器件相连接。每一行的起爆器件连接后的一个端点（图中左侧端点，即c₀₁、c₀₂、……、c₀₉）与控制器相接，另一端点（图中右侧端点，即e₀₁、e₀₂、……、e₀₉）接地线；每一列的起爆器件连接后的一个端点（图中上方端点，即f₀₁、f₀₂、……、f₀₉）与控制器相接，另一端点（图中下方端点，即d₀₁、d₀₂、……、d₀₉）接地线。

每一个起爆器件具有上下左右四个节点和一个发热桥丝，单个起爆器件的电路可简化为如图6所示。每个起爆器件在与其相邻的起爆器件连接时，是采用导线将相邻两个起爆器件对应的节点连接起来。对于单个起爆器件而言，其上的左节点和上节点相连接，其上的右节点和下节点相连接，且左节点和上节点通过中间的发热桥丝与右节点和下节点相连接。对于图6中所示的单个起爆器件，其上节点通过上方的等效电阻（即与该起爆器件处于同一列的且位于该起爆器件上方的其他起爆器件中发热桥丝的电阻之和）连接所在列的上方端点f_xx，其下节点通过下方的等效电阻（即与该起爆器件处于同一列的且位于该起爆器件下方的其他起爆器件中发热桥丝的电阻之和）连接所在列的下方端点d_xx，其左节点通过左侧的等效电阻（即与该起爆器件处于同一行的且位于该起爆器件左侧的其他起爆器件中发热桥丝的电阻之和）连接所在行的左侧端点c_xx，其右节点通过右侧的等效电阻（即与该起爆器件处于同一行的且位于该起爆器件右侧的其他起爆器件中发热桥丝的电阻之和）连接所在行的右侧端点e_xx。上方端点f_xx和左侧端点c_xx均与控制器相接，下方端点d_xx和右侧端点e_xx均接地线GND。

需要说明的是，本发明中起爆器件层中的起爆器件与电容感应层中的金属箔片在制作初期就是对应好的，即：在穿甲弹侵彻位置确定后，也就是在电容感应层中与穿甲弹侵彻位置对应的某个金属箔片确定后，与该金属箔片对应的起爆器件层中的起爆器件也就确定了，电容感应层中金属箔片与起爆器件层中起爆器件之间的对应关系可预先在控制器中设定好。控制器在接收到所述电容感应层输出的信号获得穿甲弹侵彻的位置信息时，通过给与穿甲弹侵彻位置相对应的起爆器件所在行和所在列分别施加一电压信号，使与穿甲弹侵彻位置相对应的起爆器件首先起爆，进而在穿甲弹侵彻位置处起爆炸药层中的炸药。

例如，当需要使第i行、第j列的起爆器件发生作用时，控制器在第i行的左侧端点c_i上加载+V电压，在第j列的上方端点f_j上加载+V电压，由于第i行的右侧端点e_i和第j列的下方端点d_j接地，因此，在第i行、第j列的起爆器件的发热桥丝上通过的电流为第i行通过其余起爆器件的电流和第j列通过其余起爆器件的电流之和，而各起爆器件的发热桥丝均相同，因此第i行、第j列起爆器件的发热桥丝发热量最大，此起爆器件会首先发生起爆作用，进而在此位置起爆炸药，最终实现特定位置的可控起爆。

爆炸防护层5可采用钢板、泡沫铝等材料制成，其用来减轻爆炸作用对被防护目标的损伤。

采用本发明抗高速穿甲弹侵彻的过程如图7~图11所示。当穿甲弹高速侵彻时，变形拓展层首先受到穿甲弹的侵彻，穿甲弹的高速剪切作用会使变形拓展层中的纤维之间发生滑移，纤维层之间也会发生相对运动，这些均使STF处于高速剪切状态，进而发生固化，使穿甲弹的侵彻作用可拓展到较大的半径范围。高密度高延展性层（如紫铜板）受到变形拓展层的作用，会发生凹陷变形，进而形成一个锥形漏斗。感应起爆阵列层中的电容感应层可感知面前导体（此处为紫铜板）的距离，当紫铜板某处受到冲击形成锥形漏斗时，锥形漏斗的底部就会接近电容感应层中的某个金属箔片，当接近距离达到起爆阈值时，由控制器控制相应的起爆器件发生作用（由于接近距离直接反映测试端点电压下降的大小，而控制器就是根据接收到的测试端点电压的变化来决定是否起爆的，因此可以说接近距离直接决定是否起爆，即：当接近距离达到起爆阈值时，由控制器控制相应的起爆器件发生作用），进而起爆炸药层中的炸药。炸药的爆轰会对紫铜板上的锥形漏斗产生挤压作用，形成能量的汇聚，高速的金属射流会反向作用于穿甲弹，进而破坏穿甲弹的侵彻作用，降低其对被保护目标的损伤。

Claims (6)

1.一种抗高速穿甲弹侵彻的防护方法，其特征是，包括如下步骤：

a、在被保护目标外部设置装甲防护装置，所述装甲防护装置包括由外至内依次层叠的变形拓展层、高密度高延展层、炸药层、感应起爆阵列层和爆炸防护层；

b、高速穿甲弹侵彻时，变形拓展层首先受到侵彻，并拓宽侵彻的范围；

c、高密度高延展层受到变形拓展层的作用，在侵彻位置处形成一个锥形漏斗；

d、感应起爆阵列层通过感应其与高密度高延展层之间的距离来确定侵彻位置，并在侵彻位置处起爆炸药层中的炸药；

e、炸药层中的炸药被起爆后所汇聚的能量通过所述高密度高延展层反作用于穿甲弹，从而破坏穿甲弹的侵彻作用，降低或避免穿甲弹对被保护目标的损伤；爆炸防护层可减轻炸药层中的炸药被起爆后对被保护目标的损伤作用。

2.根据权利要求1所述的抗高速穿甲弹侵彻的防护方法，其特征是，所述感应起爆阵列层包括由外至内依次层叠的电容感应层和起爆器件层；所述起爆器件层包括控制器和阵列式起爆器件；步骤d中，电容感应层感应其与高密度高延展层之间的距离，并将所感应到的信号发送至所述控制器；所述控制器根据接收到的信号判断侵彻位置，并控制阵列式起爆器件在穿甲弹侵彻位置处起爆炸药层中的炸药。

3.根据权利要求2所述的抗高速穿甲弹侵彻的防护方法，其特征是，所述电容感应层由若干纵横排列的金属箔片组成；每一行中的金属箔片每间隔一个相互连接在一起，每一行中连接在一起的金属箔片称为横向金属箔片，将每一行中横向金属箔片连接后的一个端点作为公共端点，另一端点作为对应行的测试端点；每一列中的金属箔片每间隔一个相互连接在一起，每一列中连接在一起的金属箔片称为纵向金属箔片，将每一列中纵向金属箔片连接后的一个端点作为公共端点，另一端点作为对应列的测试端点；所有行的公共端点和所有列的公共端点连接在一起，并在公共端点与所述高密度高延展层之间设置一稳压电源，通过所述稳压电源使每行相互连接的横向金属箔片与所述高密度高延展层所形成的电容器充满电，且通过所述稳压电源使每列相互连接的纵向金属箔片与所述高密度高延展层所形成的电容器充满电；所有行的测试端点与所有列的测试端点均与所述控制器相接；步骤d中所述控制器实时接收所述电容感应层中所有行的测试端点的电压信号以及所有列的测试端点的电压信号，并根据各行测试端点及各列测试端点电压的下降来确定穿甲弹的侵彻位置。

4.根据权利要求3所述的抗高速穿甲弹侵彻的防护方法，其特征是，所述阵列式起爆器件包括若干纵横排列的起爆器件；每一个起爆器件具有上下左右四个节点和一个发热桥丝，每个起爆器件的左节点和上节点相连接，每个起爆器件的右节点和下节点相连接，且左节点和上节点通过所述发热桥丝与右节点和下节点相连接；每一个起爆器件均通过导线与其相邻的起爆器件相连接；每一行的起爆器件连接后的一个端点与所述控制器相接，另一端点接地线；每一列的起爆器件连接后的一个端点与所述控制器相接，另一端点接地线；步骤d中所述控制器在确定了穿甲弹的侵彻位置后，给与穿甲弹侵彻位置相对应的起爆器件所在行和所在列分别施加一电压信号，使与穿甲弹侵彻位置相对应的起爆器件首先起爆，进而在穿甲弹侵彻位置处起爆炸药层中的炸药。

5.根据权利要求1所述的抗高速穿甲弹侵彻的防护方法，其特征是，所述变形拓展层是由纤维织物通过浸入剪切增稠流体后而形成。

6.根据权利要求1所述的抗高速穿甲弹侵彻的防护方法，其特征是，所述高密度高延展层由紫铜板制成。