專利名稱:一種阻尼裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本申請涉及一種能夠增大阻尼的阻尼裝置，尤其涉及一種高速運動碰撞下增大碰撞阻力以保護(hù)目標(biāo)的裝置。
背景技術(shù)：
中國的理論強調(diào)陰陽協(xié)調(diào)，以柔克剛，是因為柔所代表的力量可以勝過剛的力量。武學(xué)上的含義是以巧勁來化解剛猛的境界，如四兩撥千斤，用巧勁來解決硬碰硬的模式中的各種問題。而化則是中國古典哲學(xué)的核心，意味著變化和轉(zhuǎn)化。
高速運動的物體撞擊的時候會產(chǎn)生很大的沖擊力，比較軟的物體會被撞擊變形。比如高速破甲彈撞擊裝甲的時候，高硬度的彈頭會像切軟泥一樣將裝甲碰撞出一個大洞。
為了解決這個問題，目前業(yè)界的解決方式是增加裝甲的厚度和/或裝甲的強度，或者用反應(yīng)裝甲系統(tǒng)。但是這樣會增加重量和成本，減少目標(biāo)系統(tǒng)的機動性。
通過研究彈頭侵徹裝甲的過程，我們可以知道這實際上是一個絕熱剪切過程，初始剪切面很小，導(dǎo)致剪 切物如的剪切性能被分而治之，逐步化為流態(tài)而像爛泥一樣被穿透。因此很多研究者都是以流體力學(xué)的理論來研究彈頭侵徹裝甲的過程。有沒有辦法改變初始剪切面很小的問題呢？那只有改變彈頭的侵徹形狀?？墒菑楊^特別是敵方的彈頭怎么能任由你改變彈頭形狀呢。因此需要從巧字上下功夫了。改變彈頭的侵徹形狀需要讓改變的東西，我們稱之為阻尼器，能夠有效地附著在彈頭上而不被彈頭在侵徹過程中擠碎裂，因此要求阻尼器比被侵徹的對象裝甲的強度要高很多，最好比彈頭也高出很多。同時在阻尼器與彈頭接觸并發(fā)揮作用的過程中，阻尼器不被撞碎和撞飛，并且能夠全面地覆蓋整個裝甲，因此需要一些巧妙的設(shè)計和安裝的配合，來實現(xiàn)增大侵徹阻尼和減少保護(hù)盲區(qū)。
本專利申請就是提出這樣一種阻尼器，配合適當(dāng)?shù)慕M裝方式，能夠?qū)崿F(xiàn)給高速侵徹彈頭套上一個阻尼環(huán)，有效地增加侵徹面積，降低彈頭的侵徹深度。

發(fā)明內(nèi)容
為了改變高速彈頭侵徹裝甲的彈頭形狀，提高侵徹阻力，本申請的技術(shù)方案是，用和彈頭強度接近甚至超過彈頭強度的合金做成阻尼環(huán)。我們認(rèn)為阻尼環(huán)的剪切強度M >
0.9倍彈頭的剪切強度，才能保證在阻尼環(huán)與彈頭的貼合碰撞中不至于被彈頭破壞；阻尼環(huán)的強度應(yīng)該至少為裝甲剪切強度的2倍以上，才能在與裝甲的擠壓過程中保持自己的形狀和阻力，兩個強度范圍中選擇高的范圍作為阻尼環(huán)的最終材料強度選擇范圍。阻尼環(huán)還要保證有一定的韌度，保證其分別與彈頭貼合和雨裝甲擠壓過程中不至于碎裂。阻尼環(huán)外立面是柱形，面向彈頭侵徹方向的阻尼環(huán)旋稱為迎鋒面，其旋轉(zhuǎn)面是鋒利的銳角，其角度一般為彈頭錐形面頂角的一半，允許有±5度左右的角度偏差，也可以設(shè)計有一定的弧度來適應(yīng)彈頭曲線形式錐形面；其迎鋒面的平面圖形是一個理論上沒有面積的圓圈；貼著或面向裝甲一面的阻尼環(huán)稱為背鋒面，背鋒面的平面是環(huán)形的。這樣的構(gòu)造保證彈頭不會卡在阻尼環(huán)的迎鋒面上導(dǎo)致阻尼環(huán)被彈飛，進(jìn)入阻尼環(huán)的彈頭將被引導(dǎo)至環(huán)的中心線方向，由于迎鋒面沒有面積，因此阻尼環(huán)與彈頭侵徹時與迎鋒面正面碰撞的概率很低；面向裝甲的一面的阻尼環(huán)是一個平面，具有一定的面積和裝甲接觸。彈頭一旦從迎鋒面進(jìn)入阻尼環(huán)，阻尼環(huán)跟著彈頭一起撞擊向裝甲的時候，不再是彈頭的尖頭侵徹裝甲，而是背鋒面的圓環(huán)的面來侵徹裝甲，能將尖頭絕熱剪切的過程變成一個絕熱平面擠壓的過程，極大地增加彈頭的阻力，降低彈頭侵徹深度。
阻尼環(huán)以兩層或者多層的方式部署在裝甲上，每一層都緊密排列，每一層的阻尼環(huán)的環(huán)間的空隙被下一層的阻尼環(huán)所覆蓋，這樣不管彈頭撞擊在那個部位，都會進(jìn)入一個阻尼環(huán)。這樣既可保證整個裝甲處在阻尼環(huán)的保護(hù)范圍之內(nèi)，又保證了進(jìn)行阻尼板安裝時施工上方便。
因此總體來說是:將高強度高韌度的阻尼環(huán)構(gòu)成的保護(hù)層分層交錯排布在裝甲上，裝甲和阻尼環(huán)保護(hù)層間有一層緩沖材料。阻尼環(huán)由和彈頭強度接近的合金材料制成，其迎著彈頭侵徹的一面稱 為迎鋒面，阻尼環(huán)的旋轉(zhuǎn)截面在迎鋒面一側(cè)的形狀是鋒利的銳角；阻尼環(huán)面向裝甲的一面成為背鋒面，背鋒面的阻尼環(huán)的旋轉(zhuǎn)界面形狀是直線，其跟隨彈頭侵切裝甲的時候是環(huán)面。阻尼環(huán)規(guī)則地緊密排布在一個平面上，構(gòu)成阻尼環(huán)保護(hù)層；保護(hù)層的阻尼環(huán)迎鋒面和背鋒面分別在同一個平面上，其阻尼環(huán)的迎鋒面和背鋒面保持一致的方向；阻尼環(huán)間的空隙被另外一層阻尼環(huán)保護(hù)層的阻尼環(huán)的環(huán)覆蓋；各保護(hù)層的背鋒面均面向裝甲，迎鋒面均面向彈頭方向。阻尼環(huán)保護(hù)層與裝甲間部署一層緩沖層，以降低阻尼環(huán)貼合并跟隨彈頭侵徹的過程中彈頭對阻尼環(huán)的碰撞。


圖1是阻尼環(huán)的剖面示意圖。
圖2是阻尼環(huán)在裝甲上的多層部署方式。
具體實施方式
如圖1所示的阻尼環(huán)，由高強度的合金如鎢合金構(gòu)成，具有接近于或者超過彈頭的剪切強度和韌度，其剪切強度和硬度遠(yuǎn)高于裝甲材料。阻尼環(huán)上面是迎鋒面，彈頭的尖頭從迎鋒面一側(cè)穿過阻尼環(huán)，下面是背鋒面，彈頭穿過阻尼環(huán)后透過背鋒面繼續(xù)它的侵徹之旅。阻尼環(huán)的中間是空心的，可以填充合金或者其他材料，環(huán)體也可以采用各種復(fù)合材料以改善各種局部的性能。阻尼環(huán)旋轉(zhuǎn)截面在迎鋒面一側(cè)是尖銳的銳角并很鋒利，這樣可以保證落入迎鋒面環(huán)內(nèi)的侵徹彈頭不會因為撞擊到迎鋒面幾乎沒有面積的鋒刃上，而將阻尼環(huán)彈開而導(dǎo)致裝甲失去阻尼環(huán)的保護(hù)。彈頭套入阻尼環(huán)的空心部分后，由于阻尼環(huán)的重量比彈頭輕許多，阻尼環(huán)會緊貼并跟隨著彈頭運動，給彈頭帶上了阻尼環(huán)，從而改變彈頭的侵切形狀。但彈頭撞擊到裝甲后，阻尼環(huán)同時也會將背鋒面的環(huán)形面貼到裝甲上，使彈頭的侵徹行為由絕熱剪切變?yōu)榻^熱擠壓。正是這種侵切形狀的改變，導(dǎo)致了彈頭侵切阻力得到了極大的提高，理論上估算的阻力可以提高達(dá)數(shù)十倍乃至上千倍，這也意味著彈頭的侵徹深度會大大降低。
圖1只是一個示意圖，對阻尼環(huán)的旋轉(zhuǎn)環(huán)面形狀的更改(如將迎鋒面的銳角改變或者改變銳角直線錐面為曲線錐面，將背鋒面的受擠壓的平面環(huán)狀改為其他曲面環(huán)狀以改善非正對軸線碰撞情況下的擠壓嚴(yán)重不對稱的問題等)，對阻尼環(huán)材料的更改，對阻尼環(huán)強度的更改，對阻尼環(huán)的直徑/高度比的改變，對阻尼環(huán)內(nèi)部添加填充材料，以及對阻尼環(huán)的外表面進(jìn)行復(fù)合加工等，均不構(gòu)成對本專利申請的實質(zhì)性改進(jìn)。因此圖1及相關(guān)的實施方案不能視為對本專利申請的實施限制。
圖2為阻尼環(huán)部署在裝甲上的示意圖，其中圖2(a)為阻尼環(huán)裝配側(cè)視圖，圖2 (b)兩層阻尼環(huán)保護(hù)面的頂視圖中的阻尼環(huán)環(huán)間空隙交疊。圖2(a)表達(dá)了阻尼環(huán)在裝甲上以多層的形式構(gòu)成的保護(hù)裝置，每一層阻尼環(huán)的迎鋒面并列排布在迎鋒面平面，背鋒面也分別并列排布在背鋒面平面面上，構(gòu)成一層阻尼環(huán)保護(hù)層。兩層阻尼環(huán)保護(hù)層之間可以緊貼，也可以使用緩沖層；阻尼環(huán)保護(hù)層與裝甲 的貼合面之間需要部署有高強度高韌性材料構(gòu)成的緩沖層，其是為了保證阻尼環(huán)在與彈頭貼合的過程中不至于飛出去，也不會因為猛烈的撞擊而導(dǎo)致阻尼環(huán)破裂。阻尼環(huán)保護(hù)層至少要兩層才能構(gòu)成對裝甲保護(hù)面的全覆蓋，同時上下兩層之間要錯開一定的位置交疊，使得上層的阻尼環(huán)間的縫隙剛好被下層的阻尼環(huán)所覆蓋，這樣阻尼環(huán)在裝甲上就沒有留下死角，如圖2(b)所示。這樣子的阻尼環(huán)保護(hù)層間的排布，使得彈頭侵徹過程中，不落入上層的阻尼環(huán)內(nèi)，必定會落入下層的阻尼環(huán)內(nèi)，因此這樣部署的阻尼環(huán)保護(hù)層對裝甲的全面保護(hù)沒有留下任何空擋。阻尼環(huán)旋轉(zhuǎn)環(huán)面設(shè)計的時候迎鋒面方向是銳角的，可以保證迎鋒面的環(huán)面積很小，或者說很鋒利，可以保證彈頭碰撞到迎鋒面上阻尼環(huán)的概率很小，彈頭就不會把阻尼環(huán)彈飛，況且彈頭剛好砸到迎鋒面環(huán)面上的時候，大部分時候還是會落入下層或者上層的環(huán)體內(nèi)。因此只有及其少數(shù)幾個點會發(fā)生彈頭與迎鋒面的碰撞，這種概率百萬分之一都不到，如果阻尼環(huán)比彈頭強度大，阻尼環(huán)的鋒面會對彈頭產(chǎn)生剪切。
圖2(a)的側(cè)視圖沒有畫出阻尼環(huán)的旋轉(zhuǎn)切面，僅畫了外輪廓示意其部署方式，虛線表示阻尼環(huán)的對稱軸；圖2(b)僅畫了阻尼環(huán)保護(hù)層的頂視圖，且阻尼環(huán)也只畫了外輪廓作為示意。這樣做是為了表達(dá)的方便，因為畫出來的旋轉(zhuǎn)切面和阻尼環(huán)內(nèi)徑可能會對意思表達(dá)產(chǎn)生干擾。
多層的阻尼環(huán)設(shè)計可以讓不同層面的阻尼環(huán)套在侵徹彈頭的不同部位，對于有大的尾巴的圖釘式穿甲彈，頭部設(shè)計這樣的阻尼環(huán)后，針對其尾巴也可以設(shè)計這樣的阻尼環(huán)，從而改變其尾部侵徹裝甲時的流線形狀，進(jìn)一步地提高彈頭侵徹阻力。一般來說，外徑大的阻尼環(huán)施工時應(yīng)放置在里裝甲遠(yuǎn)的外層，避免小口徑阻尼環(huán)與侵徹彈頭碰撞時產(chǎn)生的激波干擾大口徑阻尼環(huán)貼合彈頭的過程。
圖2所示的實施方案中的阻尼環(huán)部署方式可能對保護(hù)效果有影響，但可以肯定對阻尼環(huán)在裝甲上的部署方式的微調(diào)，比如把同一阻尼環(huán)保護(hù)層內(nèi)的阻尼環(huán)的軸心由正三角形排布改為正方形或者其他方式，在阻尼環(huán)保護(hù)層間添加緩沖層、自由活動層等功能層，改變阻尼環(huán)在裝甲上的部署層數(shù)或者用不同口徑的阻尼環(huán)組合部署到裝甲上，去掉裝甲和阻尼環(huán)保護(hù)層間的緩沖層等，均不構(gòu)成對本專利申請的實質(zhì)性改進(jìn)。因此圖2及其實施方案也不能作為對本專利申請的實施限制。
本專利申請的有益后果是，通過阻尼環(huán)貼到高速運動的彈頭上，改變彈頭侵切裝甲的形狀，使得彈頭的侵徹由絕熱剪切變?yōu)榻^熱擠壓，極大地提高了彈頭侵徹阻力，降低了彈頭的侵徹深度，極大地提高了裝甲的防護(hù)能力。
權(quán)利要求
1.一種阻尼裝置，其特征在于將阻尼環(huán)構(gòu)成的保護(hù)層分層交錯排布在裝甲上，裝甲和阻尼環(huán)保護(hù)層間有一層緩沖材料。
2.一種如權(quán)利要求
I所述的阻尼裝置，其特征在于阻尼環(huán)由合金材料制成，其迎著彈頭侵徹的一面稱為迎鋒面，阻尼環(huán)的旋轉(zhuǎn)截面在迎鋒面一側(cè)的形狀是鋒利的銳角；阻尼環(huán)面向裝甲的一面稱為背鋒面，背鋒面的阻尼環(huán)的旋轉(zhuǎn)界面形狀是直線，其跟隨彈頭侵切裝甲的時候是環(huán)面。
3.—種如權(quán)利要求
I所述的阻尼裝置，其特征在于阻尼環(huán)規(guī)則地緊密排布在一個平面層上，構(gòu)成阻尼環(huán)保護(hù)層；保護(hù)層的阻尼環(huán)迎鋒面和背鋒面分別在同一個平面上，前者為迎鋒面平面，后者為背鋒面平面；阻尼環(huán)間的空隙被另外一層阻尼環(huán)保護(hù)層的阻尼環(huán)的環(huán)覆蓋；各保護(hù)層的背鋒面平面均面向和貼近裝甲，迎鋒面平面均面向彈頭方向。
4.一種如權(quán)利要求
2所述的阻尼裝置，其特征在于阻尼環(huán)迎鋒面銳角的角度為彈頭錐形面頂角的一半，允許有±5度的偏差。
5.一種如權(quán)利要求
2所述的阻尼裝置，其特征在于阻尼環(huán)的強度為彈頭材料強度的·O.9倍以上；阻尼環(huán)的強度為裝甲材料的2倍以上，以其中高的強度范圍為最終材料強度范圍。
專利摘要
本申請公開一種阻尼裝置，其由高強度高韌性的合金材料制成的阻尼環(huán)多層交錯排列在裝甲上；阻尼環(huán)迎著彈頭的方向稱為迎鋒面，阻尼環(huán)的旋轉(zhuǎn)截面在迎鋒面方向是銳角，以減少彈頭與環(huán)體直接撞擊的概率；阻尼環(huán)面向裝甲方向被稱為背鋒面，其為環(huán)面或者其他的形狀，可以在阻尼環(huán)貼上彈頭后再侵徹裝甲時，將彈頭的侵徹由絕熱剪切改為絕熱擠壓，從而極大地增大彈頭阻力；阻尼環(huán)在裝甲外多層交錯排列，使得上層的阻尼環(huán)間空隙被下層阻尼環(huán)覆蓋，消除阻尼環(huán)的保護(hù)盲區(qū)；阻尼環(huán)與裝甲間的緩沖層是為了減小阻尼環(huán)貼合并跟隨彈頭侵徹時產(chǎn)生的撞擊力量，避免彈頭撞破或撞飛阻尼環(huán)。本專利申請可以改變彈頭侵徹形狀，增加彈頭侵徹阻力，減少彈頭侵徹深度。
文檔編號F41H5/007GKCN103256860SQ201310166739
公開日2013年8月21日 申請日期2013年5月9日
發(fā)明者彭艷兵 申請人:彭艷兵導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan