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彈性安裝的裝甲面板.pdf

摘要
申請專利號:

CN201380070345.8

申請日:

2013.11.27

公開號:

CN104919269A

公開日:

2015.09.16

當前法律狀態:

撤回

有效性:

無權

法律詳情: 發明專利申請公布后的視為撤回IPC(主分類):F41H 5/007申請公布日:20150916|||實質審查的生效IPC(主分類):F41H 5/007申請日:20131127|||公開
IPC分類號: F41H5/007; F41H5/02 主分類號: F41H5/007
申請人: 倫頓螺旋彈簧公司
發明人: C·F·佩普卡
地址: 美國華盛頓
優先權: 13/691,406 2012.11.30 US
專利代理機構: 中國國際貿易促進委員會專利商標事務所11038 代理人: 秦振
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法律狀態
申請(專利)號:

CN201380070345.8

授權公告號:

||||||

法律狀態公告日:

2017.12.19|||2015.10.14|||2015.09.16

法律狀態類型:

發明專利申請公布后的視為撤回|||實質審查的生效|||公開

摘要

公開了一種裝甲組件,所述裝甲組件具有裝甲面板、基板和聯接在所述裝甲面板與所述基板之間的彈性部件。沖擊式爆炸或投射體將撞擊所述裝甲組件并使所述裝甲面板和所述彈性部件偏移。所述彈性部件和所述裝甲面板吸收來自沖擊式爆炸或投射體的足夠的能量以防止下層結構受損。所述彈性部件可以是具有期望的彈簧系數的彈簧或實體部件以抵抗一定的沖擊載荷。

權利要求書

權利要求書
1.  一種彈性裝甲組件,包括:
裝甲面板;
基部;
位于所述裝甲面板與所述基部之間的彈性部件,其中,所述彈性部件具有足夠高的彈簧系數以彈性變形和吸收來自投射體或爆炸的能量,并且其中,當所述彈性部件壓縮和擴張時,所述裝甲面板能朝向和遠離基部自由運動。

2.  如權利要求1所述的彈性裝甲組件,其中,所述彈性部件包括在所述裝甲面板上間隔設置的多個離散的彈性部件。

3.  如權利要求2所述的彈性裝甲組件,其中,所述彈性部件包括螺旋彈簧。

4.  如權利要求3所述的彈性裝甲組件,其中,所述螺旋彈簧具有基本上垂直于所述裝甲面板取向的中心軸線。

5.  如權利要求1所述的彈性裝甲組件,其中,所述彈性部件包括彈性體材料。

6.  如權利要求1所述的彈性裝甲組件,其中,所述彈性部件包括:
具有中心軸線的螺旋彈簧;和
位于所述螺旋彈簧內的引導部件,所述引導部件構造成允許彈簧沿由所述螺旋彈簧限定的軸線軸向運動。

7.  如權利要求1所述的彈性裝甲組件,其中,所述彈性部件包括形成具有圓錐形狀的螺旋彈簧的金屬絲。

8.  如權利要求7所述的彈性裝甲組件,其中,所述螺旋彈簧的厚度和螺距允許螺旋彈簧變形至基本上等于所述金屬絲的粗度的高度。

9.  如權利要求1所述的彈性裝甲組件,其中,所述基板包括所述裝甲面板所聯接的設備或車輛的一部分。

10.  如權利要求1所述的彈性裝甲組件,其中,所述裝甲面板比所述基部更靠近預期沖擊源或投射體源,使得沖擊或投射體在到達所 述彈性部件或所述基部之前先到達所述裝甲面板。

11.  如權利要求1所述的彈性裝甲組件,其中,所述基部包括基板,并且所述基板更靠近預期沖擊源或投射體源,使得沖擊或投射體在到達所述彈性部件或所述裝甲面板之前先到達所述基板。

12.  如權利要求1所述的彈性裝甲組件,其中,所述彈性部件由聚氨酯泡沫、有機硅、鋼、不銹鋼、鈦、碳纖維、陶瓷、聚氨酯、玻璃纖維中的一種或多種制成。

13.  如權利要求1所述的彈性裝甲組件,其中,所述裝甲面板和所述基板由陶瓷增強碳纖維、陶瓷復合材料、碳纖維、玻璃纖維、凱夫拉爾(Kevlar)、芳綸纖維、鋼、不銹鋼、復合材料格柵、不銹合金和鋁合金制成。

14.  如權利要求1所述的彈性裝甲組件,所述彈性裝甲組件還包括具有第一引導元件和第二引導元件的引導部件,其中所述第一引導元件聯接至所述裝甲面板,所述第二引導元件聯接至所述基板,并且所述第一引導元件和所述第二引導元件接合在一起以允許所述裝甲面板和所述基板沿基本上垂直于所述裝甲面板和所述基板的表面的軸線而朝向彼此或彼此遠離運動。

15.  如權利要求14所述的彈性裝甲組件,其中,所述第一引導元件為圓柱形軸,所述第二引導元件為構造成接收所述第一引導元件的中空圓柱形軸。

16.  如權利要求14所述的彈性裝甲組件,其中,所述彈性部件包括環繞所述引導部件的螺旋彈簧。

17.  如權利要求1所述的彈性裝甲組件,其中,所述彈性部件具有大約在50磅/英寸到800磅/英寸之間的彈簧系數。

18.  如權利要求1所述的彈性裝甲組件,其中,所述彈性部件覆蓋對于所述裝甲面板的給定部分的表面積的大約10%-50%。

19.  一種彈性裝甲組件,包括:
基板;
聯接至所述基板的彈性部件;
聯接至所述彈性部件的裝甲面板,其中所述彈性部件位于所述基板與所述裝甲面板之間,其中所述裝甲面板和所述彈性部件構造成吸收來自入射投射體或爆炸沖擊的能量;和
位于所述裝甲面板與所述基板之間的引導部件,其中所述引導部件允許所述裝甲面板沿基本上垂直于所述裝甲面板的方向朝所述基板運動,并阻止所述裝甲面板沿基本上平行于所述裝甲面板的表面的方向相對于所述基板運動。

20.  如權利要求19所述的彈性裝甲組件,其中,所述彈性部件包括螺旋彈簧。

21.  如權利要求19所述的彈性裝甲組件,其中,所述引導部件與所述彈性部件同心地設置。

22.  如權利要求19所述的彈性裝甲組件,其中,所述裝甲面板設置為更接近入射投射體源或爆炸沖擊源,使得入射投射體或爆炸沖擊致使所述彈性部件壓縮。

23.  如權利要求19所述的彈性裝甲組件,其中,所述基板設置為更接近入射投射體源或爆炸沖擊源,使得入射投射體或爆炸沖擊在穿透所述基板之后沖擊所述裝甲面板并致使所述彈性部件張緊。

24.  如權利要求19所述的彈性裝甲組件,其中,所述彈性部件具有大約在50磅/英寸到800磅/英寸之間的彈簧系數。

25.  一種裝甲組件,包括:
基板;
裝甲面板;和
用于彈性地吸收預定量的沖擊的裝置,該用于彈性地吸收沖擊的裝置設置在所述基板與所述裝甲面板之間,其中所述基板和所述裝甲面板基本上彼此平行地取向,由此對所述裝甲面板或所述基板的沖擊入射將致使所述用于彈性地吸收沖擊的裝置以張緊或壓縮的方式彈性偏移,
其中,所述裝甲面板具有比可與所述裝甲面板相媲美的同樣能夠承受沖擊的由材料制成的其他裝甲面板更輕的每單位表面積重量。

26.  如權利要求24所述的裝甲組件,其中,所述裝甲組件具有在所述裝甲面板與所述基板之間限定的厚度,并且所述裝甲組件的厚度可媲美同樣能夠承受沖擊的其他裝甲面板的厚度。

說明書

說明書彈性安裝的裝甲面板
技術領域
本發明總體上涉及一種彈性安裝的裝甲面板,更特別地涉及一種用以吸收投射體和投射體能量的保護性裝甲面板。
背景技術
用于各種車輛、建筑物和設備的裝甲和裝甲包層多年來一直被使用來提供對各種爆炸裝置和投射體的防護,這些爆炸裝置和投射體能夠引起人身傷害或者導致物體如機器或計算機損壞。裝甲被用于來自投射體的投射,投射體為例如子彈、鋒利物和/或尖銳物如刀和劍、爆炸裝置產生的爆炸和碎片等等。
對于人體裝甲來說,保護性裝甲或者是剛性且重的(例如陶瓷板),或者是柔性且輕的(例如由芳綸纖維制造,如凱夫拉爾(KEVLAR)牌材料)。但是,需要進行權衡,因為更柔性且更輕的裝甲提供的保護常常要比剛性且重的裝甲小。
對于裝甲車輛包層來說,裝甲厚且重,限制了其使用。通過增加材料如鋼的厚度來實現更大的保護。有些較輕的車輛不能支承這么重的裝甲,因此折衷被認為是必需的。
因此,一直需要一種保護性裝甲,其不但重量輕且具有通用性,而且還能提供高度的保護。
發明內容
本發明涉及一種彈性裝甲組件,所述彈性裝甲組件包括裝甲面板、基板和位于所述裝甲面板與所述基板之間的彈性部件。所述彈性部件具有足夠的彈簧系數以當裝甲組件受到給定的沖擊載荷攻擊時彈性變形并且防止投射體使裝甲組件破裂和穿透裝甲組件。所述彈性部件可 以包括在裝甲面板上以各種間隔設置的多個離散的彈性部件。所述彈性部件可以是具有中心軸線的螺旋彈簧,該中心軸線基本上垂直于所述裝甲面板取向。所述彈性部件可以包括彈性體材料。
在其他的實施例中,本發明涉及一種彈性裝甲組件,所述彈性裝甲組件包括基板、聯接至所述基板的彈性部件和聯接至所述彈性部件的裝甲面板。所述彈性部件設置在所述基板與所述裝甲面板之間,并且所述裝甲面板和所述彈性部件構造成吸收來自入射投射體和爆炸沖擊的能量。所述裝甲組件還包括位于所述裝甲面板與所述基板之間的引導部件。所述引導部件允許所述裝甲面板沿基本上垂直于所述裝甲面板的方向朝基板運動,并阻止所述裝甲面板沿基本上平行于所述裝甲面板的表面的方向相對于所述基板運動。
在另外的實施例中,本發明涉及一種裝甲組件,所述裝甲組件包括基板、裝甲面板和用于彈性地吸收預定量的沖擊的裝置。該用于吸收沖擊的裝置可以是彈簧或實體彈性部件或任何其他合適的等同結構,該用于吸收沖擊的裝置設置在所述基板與所述裝甲面板之間,其中所述基板和所述裝甲面板基本上彼此平行地取向。對所述裝甲面板或基板的沖擊入射會引起該用于彈性地吸收沖擊的裝置以張緊或壓縮的方式彈性偏移。所述裝甲面板具有比可與所述裝甲面板相媲美的同樣能夠承受沖擊的由材料制成的其他裝甲面板更輕的每單位表面積重量。所述裝甲組件具有在所述裝甲面板與所述基板之間限定的厚度,并且所述裝甲組件的厚度可媲美同樣能夠承受沖擊的其他裝甲面板的厚度。
附圖說明
本發明優選的和可替代性的實施例將在下面參照如下的附圖詳細描述。這些附圖描繪了本發明的特定實施例,并不用于限定本發明的如權利要求所闡述的范圍。所有附圖都是示意性的,并非精確表示,也不是按比例繪制的。
圖1是根據本發明的實施例的裝甲組件的透視圖。
圖2是根據本發明的實施例的圖1中裝甲組件的側視圖。
圖3A-3D是根據本發明的實施例的裝甲組件及其相聯結構的示意性側視圖。
圖4A是根據本發明的實施例的用于與裝甲組件一起使用的引導部件的示意性等距視圖。
圖4B是根據本發明的實施例的用于裝甲組件的引導部件和彈性部件的橫截面圖。
圖5A是根據本發明的實施例的圓錐形螺旋彈簧的側視圖。
圖5B是根據本發明的實施例的處于壓縮狀態的圓錐形螺旋彈簧的側視圖。
圖5C是根據本發明的實施例的圖5A和5B中圓錐形螺旋彈簧的俯視圖。
圖6是根據本發明的實施例的裝甲組件的示意性側視圖。
圖7是根據本發明的實施例的裝甲組件的示意性側視圖。
具體實施方式
圖1是根據本發明的實施例的彈性安裝的裝甲面板組件100的透視圖。組件100包括基板110、裝甲面板120和設置于裝甲面板120和基板110之間的多個彈性部件130。圖2是組件100的側視圖。以下將同時參照圖1和圖2進行介紹。組件100可被用于保護建筑物、設備、車輛或幾乎任何其他結構。該組件可根據應用場合(包括用作人體裝甲)設計尺寸和形狀。多個面板可并排使用。基板110可以是彈性部件130所聯接的結構的一部分,或基板110可以是獨立于下層結構的組件100的一部分。例如,組件100可以附接至車輛的外表面,或者車輛的外殼可代替基板110,而彈性部件130和裝甲面板120聯接至該外殼。可替代地,基板110可以簡單地為基部框架。優選地,基板110和裝甲面板120由耐沖擊材料制成,例如在常規裝甲中使用的金屬或陶瓷材料。
在某些實施例中,各個彈性部件130包括螺旋彈簧132和位于螺 旋彈簧132內的引導部件134。螺旋彈簧132可具有足夠的彈簧系數以吸收來自入射投射體例如子彈或爆炸沖擊的能量。裝甲面板120和彈性部件130的組合彈性承受投射體或爆炸的沖擊。一部分能量被裝甲面板120吸收,另一部分能量被彈性部件130吸收,而又一部分能量被基板110吸收。在某些實施例中,組件100被設計成在給定的沖擊載荷下,沖擊將被裝甲面板120和彈性部件130完全吸收。彈性部件130允許組件100具有較輕的重量并仍能承受大的沖擊。反之,由于具有通過彈性部件130吸收能量的能力,組件100可以具有與常規裝甲一樣的重量但能承受更大的沖擊。
圖1和2示出了基本組件100,其中基板110和裝甲面板120為正方形,并且有四個彈性部件130放置在基板110和裝甲面板120的各角處。基板110、裝甲面板120和彈性部件130的放置、數量和尺寸可根據特定應用場合的需要而變化。在某些實施例中,這些參數至少部分地通過預期的沖擊載荷來決定。例如,如果組件100用于將受到來自發射0.50口徑子彈(即大約661格令(grain)重且每秒行進大約2800英尺(初速))的武器開火的場合,則裝甲面板的厚度可為大約0.25到0.75英寸(取決于其設計要吸收的投射體),彈性部件130的高度可為大約1到12英寸(高度優選為2-6英寸),并可具有一定的彈簧系數以吸收預期載荷(對于50口徑子彈或類似子彈而言,該預期載荷可能為800到2000磅的力)。彈簧越長,其具有的彈簧剛度越低。所選定的彈簧剛度是用于應用場合的目標投射體的力除以有效彈簧長度。任兩個彈性部件130之間的間距可在8到12英寸之間。這些參數可根據沖擊類型和載荷以及基板110是否被構造成抵抗所有的沖擊能量而變化。彈性部件130之間的空間可以是空的(有或沒有空氣),或者可以填充有可有助于吸收沖擊能量或可簡單地隔離該空間或提供熱屏蔽的材料。
圖3A-3D是根據本發明的實施例的組件100不同取向的側視圖。在每幅圖中,沖擊從如箭頭A所示的左手側接近該組件。在圖3A中,組件100包括基板110、裝甲面板120以及位于基板110與裝甲面板 120之間的彈性部件130。組件100附接至結構112。在該構造中,結構112不一定必須用來承受沖擊的大部分。全部或幾乎全部沖擊由包括基板110的組件100吸收。沖擊將導致裝甲面板120偏移、變形并且甚至破裂。彈性部件130將壓縮,基板110將偏移、變形并且甚至部分地破裂。假設準確地知道沖擊載荷,最小尺寸將允許投射體穿過裝甲面板120,使彈性部件130偏移,并允許投射體嵌入到基板110中,而不會在具有較高能量的情況下穿透基板110。
圖3B所示的實施例與圖3A類似,不過在該實施例中,基板110被省略,彈性部件130直接聯接至結構112。在其中結構112不用來或不能夠承受大部分沖擊的實施例中,裝甲面板120和彈性部件130可被設計成承受沖擊載荷,但不允許投射體穿過裝甲面板120。可替代地,在結構112具有足夠的彈性來承受一部分沖擊的情況下,裝甲面板120和彈性部件130可被設計成使得投射體使裝甲面板120偏移、變形和破裂,使彈性部件130偏移,并使得投射體嵌入到結構112中。
圖3C所描述的實施例包括組件100,該組件包括位于所述結構的相反側上的裝甲面板120、基板110和彈性部件130。例如,如果結構112是車輛外殼,則組件100位于車輛的內部。當沖擊到達裝甲面板120時,彈性部件130將被張緊。假設準確地知道沖擊載荷,最小尺寸將允許投射體使結構112和基板110兩者偏移、變形和破裂,使彈性部件130張緊,并允許投射體嵌入到裝甲面板120中,而不會在具有較高能量的情況下穿透裝甲面板120。結構112可以吸收沖擊能量的足夠分量,或者也可以不吸收沖擊能量的足夠分量,該組件的各個元件的尺寸可相應地進行選擇。對于給定的沖擊載荷,如果結構112本身吸收沖擊能量的大部分,則該組件的各個元件的尺寸可以更小。
圖3D所示的實施例與圖3C類似,但基板110被省略。投射體將穿透結構112,沖擊裝甲面板120,使彈性部件130張緊,然后使裝甲面板120偏移、變形,并嵌入到該裝甲面板中。彈性部件130與結構112之間的聯接優選足夠牢固以在沖擊期間將組件100保持在結構112上。
圖4A和4B分別顯示了根據本發明的實施例的引導部件134的等距視圖和引導部件134沿圖2中線A-A剖取的橫截面圖。引導部件134包括第一引導元件136和第二引導元件138,第一引導元件和第二引導元件彼此接合并能夠沿軸線B彼此相對運動。在所述第一和第二引導元件的端部處設置有帶有螺栓孔的凸緣或板,通過所述螺栓孔,將第一和第二引導元件固定至基板110和裝甲面板120。同樣可以使用任何其他合適的固定機構,例如具有螺栓孔的向外伸出的凸緣或位于引導部件與板之間的螺紋接合件。例如,螺栓可被固定至其中一個板并用螺栓頭或螺母可滑動地接合到另一板,螺栓頭或螺母限制板朝外運動,但允許彈簧壓縮以使外板朝基板運動。在所示的實施例中,第一引導元件136為圓柱形軸,第二引導元件138為接收第一引導元件136的中空圓柱形軸。在其他實施例中,這兩個元件可具有任何合適的互補形狀,例如三角形、正方形或卵形輪廓和凹部。而且,第二引導元件138也可以簡單地為位于基板110上的接收第一引導元件136的凹部或孔。第一引導元件136具有配合表面140,第二引導元件138具有配合表面142,兩配合表面能夠彼此相對滑動并能夠確保裝甲面板120和基板110在沖擊期間朝向彼此運動。
當被沖擊時,引導部件134偏移一行進距離144,該行進距離由引導部件134的尺寸和螺旋彈簧132的彈簧系數決定。在某些實施例中,該彈簧系數為大約230磅/英寸(lbs/inch),所述行進距離為大約1.3英寸。所述行進距離也可以與組件的其他參數例如彈性部件130的長度或沖擊載荷成比例地限定。
圖5A示出了根據本發明的實施例的螺旋彈簧146。螺旋彈簧146為具有窄端部148和寬端部150的圓錐形狀。螺旋彈簧146可通過窄端部148抵靠基板110而倒置。圖5B示出了處于壓縮狀態的螺旋彈簧146。螺旋彈簧146的圓錐形狀允許彈簧向下偏移至基本上等于金屬絲粗度的厚度。線圈的螺距和圓錐的斜率可以以容許彈簧完全壓縮的方式來決定。圖5C為螺旋彈簧146的俯視圖。螺旋彈簧146具有外端部152和內端部154,所述外端部和內端部可以分別被銷接或其 他方式緊固至基板110和裝甲面板120,以將彈簧146保持就位。螺旋彈簧146可在一個或兩個端部處具有環147,通過所述環,將螺旋彈簧146固定至基板110和裝甲面板120。可替代地,螺旋彈簧146可與如圖4A和4B所示的引導部件一起使用,在這種情況下,引導部件可以為圓柱形的,并具有配合在彈簧146的最窄部分內的尺寸。
圖6為本發明的實施例的另一裝甲組件200的側視圖,該裝甲組件200包括裝甲面板120和基板110。組件200包括位于裝甲面板120與基板110之間的實體彈性部件210,如彈性體部件。該實體彈性部件210可為具有帶槽外表面212的基本上圓柱形的部件,其具有期望的彈簧系數。實體彈性部件210的彈簧系數可以與以螺旋彈簧為特征的上述其他實施例所實現的彈簧系數大體上相同。實體彈性部件210的材料、尺寸、數量和放置可以變化以對于預期的沖擊載荷而言實現使總彈簧系數在期望的范圍之內。實體彈性部件210可包括嵌入到實體彈性部件210內、鄰近該實體彈性部件或與該實體彈性部件間隔開的引導部件214,用以引導裝甲面板120朝向或遠離基板110運動。引導部件214可基本上類似于如上參照圖4A和4B所述的引導部件134。
圖7為根據本發明的實施例的又一裝甲組件300的側視圖,該裝甲組件包括裝甲面板120、基板110以及位于裝甲面板120與基板11之間的由彈性材料制成的大體實體層310。該實體層310可由任何適合的材料制成,包括金屬、彈性體、陶瓷或任何其他適合的能量消散或能量吸收材料。不管采用何種材料,實體層310都具有在期望的范圍內的彈簧系數以彈性地吸收沖擊能量。組件300還可以包括嵌入到實體層310內的彈性部件,例如圖6所示的彈性部件210或如上圖1-5所示的彈性部件130。與其他實施例一樣,實體層310內的彈性部件的數量、尺寸和設置可根據需要而變化,以對于給定的預期沖擊載荷而言實現期望的彈簧系數。一般而言,更多、更大的彈性部件會增大彈簧系數,而更少、更小的彈性部件則會降低彈簧常數。
這里所公開的裝甲組件在明顯較低的重量閾值的情況下實現了預 期水平的保護。可替代地,對于給定的重量限制,本發明的裝甲組件提供了對于沖擊爆炸和其他威脅的更高程度的防護。
應當理解的是,本發明并不限于這里所公開的實施例,因為這些實施例可大致改變。還應當理解的是,這里所使用的技術術語僅是用于描述特定實施例的目的,而并不用來限制范圍,僅通過附帶的權利要求及其等同來進行限制。

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