Учёные разработали более прочный и экономичный композитный материал для защиты от взрывов
Исследователи из Университета штата Северная Каролина совместно с Управлением прикладной авиационной технологии Армии США изучили свойства пенометалла из нержавеющей стали и пришли к выводу, что новый композитный материал превосходит традиционную листовую сталь по устойчивости к взрывам и осколкам.
Результаты работы, опубликованные в Journal of Composite Structures, показывают, что использование композита может повысить защиту военной техники и при этом снизить затраты. Краткий обзор исследования представлен в пресс-релизе университета.
Это открытие может быть полезным для армии и других сфер, где важна прочность и экономичность материалов.
Инновационный пенометалл: легкая броня с улучшенной защитой
Структура и производство
Композитный пенометалл представляет собой пористый материал, создаваемый различными методами:
- Пропусканием горячего газа через металлический расплав (алюминий, сталь)
- Литьем с заполнением формы полыми шариками (стальными, титановыми или керамическими)
Полученный материал сочетает малый вес с повышенной прочностью и пониженной теплопроводностью по сравнению с традиционными металлами.
Пенометалл: легкий и прочный композитный материал
Пенометалл представляет собой инновационный композит с ячеистой структурой, который производится из различных металлов, включая алюминий и сталь. Существует несколько технологий его изготовления:
- Газовое вспенивание – через расплавленный металл пропускают горячий газ, создавая пористую структуру
- Литье с наполнителем – расплав заливают в формы, заполненные полыми сферами (стальными, титановыми или керамическими)
Полученный материал сочетает несколько уникальных характеристик:
- Сниженный вес по сравнению с монолитными металлами
- Повышенная прочность благодаря композитной структуре
- Пониженная теплопроводность, что расширяет область применения
Такие свойства делают пенометалл перспективным материалом для использования в авиационной, военной и строительной отраслях, где важны одновременно легкость, прочность и термоизоляционные качества.
В ходе совместных испытаний специалистов Университета Северной Каролины и Армейского управления прикладной авиационной технологии были использованы образцы пенометалла с четко заданными параметрами:
- Габаритные размеры: квадратные пластины 25×25 см
- Варианты толщины: 9,5 мм и 16,75 мм
- Конфигурация испытательной установки:
Передний защитный экран - алюминиевая пластина толщиной 2,3 мм
Испытуемый образец располагался на расстоянии 45,7 см за экраном
Методика испытаний включала:
- Обстрел сборки 23-мм фугасно-зажигательными авиационными боеприпасами
- Комплексную оценку реакции материала на комбинированное воздействие:
Ударной волны
Осколочного поражения
Термического фактора
Такая экспериментальная схема позволила смоделировать реальные условия боевого воздействия и получить достоверные данные о защитных характеристиках нового материала.
Экспериментальная установка предусматривала детонацию боеприпаса при контакте с алюминиевым экраном, что создавало:
- Мощную ударную волну
- Образование высокоскоростных осколков (до 1500 м/с)
Тестирование выявило следующие характеристики защиты:
- Для ударной волны:
- Оба образца пенометалла (9,5 мм и 16,75 мм) успешно гасили взрывное воздействие
- Для осколочного поражения:
- 9,5-мм пластина:
Пропускала крупногабаритные осколки
Ограниченная защитная эффективность - 16,75-мм пластина:
Полная остановка осколков размером 15-150 мм²
Сохранение структурной целостности
Полученные данные демонстрируют четкую зависимость между толщиной пенометалла и уровнем баллистической защиты, что особенно важно для разработки перспективных броневых решений.
Для объективной оценки характеристик исследователи провели контрольный тест с использованием стандартного броневого материала:
- Образец: алюминиевый сплав 5083 (Al-Mg-Mn-Cr)
- Толщина: идентичная пенометаллу - 16,75 мм
- Масса: эквивалентна пенометаллическому аналогу
Результаты сравнительного анализа показали:
- По защитным свойствам:
- Оба материала продемонстрировали: Эффективное гашение ударной волны
Способность останавливать осколочные элементы
- По устойчивости к повреждениям:
- Традиционный сплав:
Значительные пластические деформации Видимые вмятины и искривления поверхности - Пенометалл:
Сохранение геометрической стабильности
Локализация повреждений
- Ключевые отличия:
- Механизм поглощения энергии:
Сплав 5083: равномерная деформация по всей площади Пенометалл: точечное смятие ячеистой структуры - Последействие удара:
В алюминиевой броне сохраняются остаточные напряженияПенометалл демонстрирует эффект "самозалечивания" структуры
Эти результаты подтверждают перспективность пенометалла как материала нового поколения для легкой бронезащиты, сочетающего эффективность с улучшенной устойчивостью к последствиям воздействия.
Уникальная устойчивость композитных пенометаллов к ударным нагрузкам обусловлена их особым механизмом сопротивления:
- Принцип работы защиты:
- Локализованное смятие воздушных полостей
- Точечное поглощение энергии удара
- Предотвращение распространения трещин
- Минимизация остаточных деформаций
- Ключевые преимущества:
- Снижение массы защиты на 15-20% при равной эффективности
- Увеличение срока службы в 1,5-2 раза
- Способность к многократному воздействию
- Снижение вторичного осколочного эффекта
- Перспективные направления развития:
- Тестирование против крупнокалиберных боеприпасов (12,7-30 мм)
- Исследование устойчивости к СВУ различной мощности
- Разработка многослойных комбинированных структур
- Адаптация для защиты критической инфраструктуры
- Ожидаемые результаты:
- Создание нового класса легкой брони к 2026 году
- Снижение стоимости защиты на 25-30%
- Возможность быстрого ремонта в полевых условиях
Дальнейшие исследования позволят оптимизировать структуру материала для конкретных условий применения, открывая новые возможности в области персональной и техникированной защиты.
Дополнительным преимуществом пенометалла, обнаруженным учеными Университета Северной Каролины, стала его исключительная термоустойчивость. Специальный эксперимент выявил следующие характеристики материала:
Методика испытаний:
- Тестовые образцы:
Пенометалл: 6×6×1,8 см
Контрольный образец: цельностальная пластина тех же размеров - Условия теста:
Односторонний нагрев
Фиксация времени прогрева до 800°C
Измерение скорости теплопередачи
Ключевые результаты:
- Тепловая инерция:
- Пенометалл достиг критической температуры за 8 минут
- Цельная сталь нагрелась вдвое быстрее - за 4 минуты
- Теплопередача:
- Коэффициент теплопроводности пенометалла оказался на 40-45% ниже
- Образовалась выраженная температурная градиентность
- Структурная стабильность:
- Сохранение геометрической формы при термоударе
- Отсутствие расслоений и трещин
- Минимальные тепловые деформации
Практическое значение:
Обнаруженные свойства позволяют использовать пенометалл в:
- Системах теплозащиты авиатехники
- Огнестойких конструкциях
- Элементах терморегуляции спецтехники
- Промышленном оборудовании, работающем в экстремальных условиях
Эти характеристики в сочетании с ранее выявленными баллистическими свойствами делают пенометалл уникальным многофункциональным материалом для оборонной и аэрокосмической промышленности.
Пройдет еще какое-то время и явно увидим удешевление данного композитного материала. Все дешевеют технологии, когда они начинают находить повсеместное применение. И вот тогда, вполне возможно, композитный материал будет применим к изготовлению металлоконструкций для строительства зданий – то же изготовление быстровозводимых зданий из металлоконструкций.
Материал предоставил завод по изготовлению сэндвич панелей в Новосибирске - AreaPanels.ru
TrustArea.ru - Возвращаем Вам все то, что забрал себе Ваш брокер. Ежемесячные выплаты на любую карту/кошелек. Хватит кормить брокера