Letvægts metalskum blokerer blastwave, affald fra højeksplosive skud

Ny forskning fra North Carolina State University og US Army's Aviation Applied Technology Directorate viser, at rustfrit stål kompositmetalskum (CMF) kan blokere sprængningstryk og fragmentering ved 5, 000 fod i sekundet fra høje eksplosive brændbare (HEI) runder, der detonerer kun 18 centimeter væk.

"Kort sagt, vi fandt ud af, at stål-CMF giver meget mere beskyttelse end alle andre eksisterende pansermaterialer, mens den sænker vægten bemærkelsesværdigt, " siger Afsaneh Rabiei, seniorforfatter til et papir om arbejdet og professor i mekanisk og rumfartsteknik ved NC State. "Vi kan yde lige så meget beskyttelse som eksisterende stålpanser til en brøkdel af vægten - eller yde meget mere beskyttelse ved samme vægt.

"Mange militærkøretøjer bruger panser lavet af rullet homogent stål, som vejer tre gange så meget som vores stål-CMF, "Siger Rabiei." Baseret på tests som disse, vi tror på, at vi kan erstatte det valsede stål med stål-CMF uden at ofre sikkerheden, bedre at blokere ikke kun fragmenterne, men også de eksplosionsbølger, der er ansvarlige for traumer såsom store hjerneskader. Det ville reducere køretøjets vægt betydeligt, forbedring af kilometertal og køretøjets ydeevne."

Til denne undersøgelse, forskere affyrede en 23 × 152 millimeter (mm) HEI-runde-ofte brugt i luftværnsvåben-i en aluminiumsplade, der var 2,3 mm tyk. 10-tommer gange 10-tommer stål-CMF-plader - enten 9,5 mm eller 16,75 mm tykke - blev placeret 18 tommer fra aluminiumsstrikpladen. Forskerne vurderede, at stål-CMF holdt op mod bølgen af ​​eksplosionstryk og mod kobber- og stålfragmenterne skabt af den eksploderende runde, samt aluminium fra strygepladen.

"Begge tykkelser af stål-CMF stoppede eksplosionsbølgen, og 16,75 mm stål-CMF stoppede alle fragmenterne fra 15 mm2 til over 150 mm2 størrelser, " siger Rabiei. "9,5 mm stål-CMF stoppede mest, men ikke alle, af fragmenterne. Baseret på resultaterne, en 10 mm stål-CMF-plade ville have stoppet alle frag-størrelser."

Forskerne udviklede også computermodeller af, hvordan stål-CMF-pladen ville fungere. Sammenlignet med forsøgsresultaterne, modellen passede meget tæt. Forskerne brugte derefter modellen til at forudsige, hvordan aluminium 5083 panser - en type panser, der allerede er på markedet, der har en vægt og tykkelse svarende til 16,75 mm stål-CMF - ville klare sig mod HEI-runder.

Modellen viste, at mens aluminiumpanser med samme vægt som stål-CMF-panelerne ville stoppe alle frag, aluminiumsrustningen ville spænde og tillade fragmenter at trænge meget dybere ind. Dette ville resultere i mere skade på panelet, overføre store mængder stress til soldaterne eller udstyr bag rustningen. Stål-CMF, på den anden side, absorberer energien fra eksplosionsbølgen og flyvende fragmenter gennem lokal deformation af hule kugler, efterlader stål-CMF panser under betydeligt mindre stress – hvilket giver mere beskyttelse mod fragmenter og eksplosionsbølger.

Næste trin inkluderer test af stål-CMF mod improviserede eksplosive anordninger (IED'er) og høj kaliber, monteret ballistik. Forskerne har allerede testet CMF's ydeevne mod håndholdte angrebsvåben, stråling og ekstrem varme.

Papiret, "En undersøgelse af eksplosions- og fragmentresistens af kompositmetalskum gennem eksperimentelle og modellerende tilgange, " er offentliggjort i Journal of Composite Structures .