MBM432 Balistik Malzemeler
Balistik
•
Balistik uygun bir sistem yardımıyla, ateşlenen yada fırlatılan nesnelerin
atmosferik koşullarda yerçekiminin de etkisiyle yapmış olduğu hareketi inceleyen
bilim dalı olara açıklanabilir.
•
İç Balistik: Ateşli silahın tetiği çekildikten sonra mermi çekirdeğinin namlu
ağzını terk edinceye kadar geçen sürede mermi kovanı ve mermi çekirdeğinin
durumunu inceler. Balistiğin bu bölümü, kapsül, kapsül ateşlenmesi, barutlar,
yanma hızı, yivler, yivlerin sayısı, hazne, namlu boyutları ve hızla ilgilenir.
•
Dış Balistik: Mermi çekirdeğinin namlu ağzından çıktıktan sonra hedefe
çarpıncaya kadar geçen zaman içerisinde havanın direnci, mermi çekirdeğinin yer
çekimi etkisinde kalması, yere düşüşü, sürüklenişi ve dengesi ile ilgilenir.
•
Terminal Balistik: Mermi çekirdeğinin hedefe çarptıktan sonra, duruncaya kadar
yaptığı delme gücü, enerjisini çarptığı cisme iletmesi gibi etkilerle ile ilgilidir.
•
Adli Balistik: Ateşli silahlarda kullanılmış mermi çekirdekleri ve kovanların
incelenmesi sonucunda belli bir silahtan atıldığını tespit ederek, olaya karışmış
diğer silahların ayırımı ile uğraşır. Saçmaların ve barut artıklarının dağılış
şeklinden, atış mesafesi tayinini yapar.
BAZI TANIMLAR
•
•
•
•
•
Penetrasyon: Delme, içine girme (penetration)
Perforasyon : Delip geçme (perforation)
Mermi : Delici, penitrator (penetrator)
Parçacık: Fragment, kırılmış parça (fragment)
Sekme : Merminin hedeften sekmesi (ricochet)
•
Hedef
Hedef ise performansı ve özellikleri mermi tarafından azaltılmaya çalışılan, buna
karşılık merminin çarpma etkilerini azaltmaya çalışan,delinmeye karşı koyan cisimdir.
•
Nüfuziyet (Penetrasyon)
Mermi yada penetratorun, hedef içerisine girmesi olarak tanımlanabilir. Penetrasyon
işleminde, mermi hedefi tamamen delip geçmemektedir. Genellikle merminin hedef
içerisinde saplanıp kalması, yüzeyden sekmesi veya çarpma dolayısıyla hedef yüzeyinde
krater meydana getirmesiyle son bulur.
•
Delinme (Perforasyon)
Perforasyon kavramı ise nüfuziyetten farklıdır. Hedefin mermi yada penetrator
tarafından tamamen delinmesi anlamını taşımaktadır.
Mermi
Hedeflerdeki hasar mekanizmasını incelemek amacıyla kullanılan üç çarpma vasıtası
vardır. Bunlardan mermi, balistik performans amacıyla dizayn edilmiş cisimdir.
Penetrator, terminal balistik fonksiyonu olan cisimdir. Striker ise çarpma görevini
gören herhangi bir cisim olabilir. Mermiler minimum uçuş zamanı, minimum hasar,
maksimum kinetik enerji, maksimum penetrasyon ve maksimum menzil amaçlanarak
dizayn edilmişlerdir.
Gelişen teknolojinin de yardımıyla, değişik silahlar için, hız, şekil, çekirdek yapısı gibi özellikleri
birbirinden çok farklı, değişik amaçlara hizmet eden birçok mermi türü geliştirilmiştir. Balistik
koruyucu elemanlardan da böyle çeşitlilik gösteren mermilere karşı koruma sağlamaları
beklenmektedir. Her alanda gelişen teknoloji, balistik koruyucu özelliğine sahip malzemelerde de
atılım yapmış ve tasarımcıya yüksek performanslı malzemeler sunulmuştur. Bunlardan başlıcalar;
para-aramid, cam fiberleri, Al2O3, SiC ve B4C seramikleri, balistik amaçlı çelik ve alüminyum gibi
metallerdir. Tasarım esnasında balistik koruyucu malzemelerin özelliklerini bilmek kadar, tehlike
arz eden mühimmatın özelliklerini bilmek de gereklidir. Göz önünde bulundurulması gereken
başlıca mermi özellikleri şunlardır.
•Mermi çekirdeğinin sertliği (çelik, kurşun, bakır, vb.),
•Merminin ucunun sivri veya küt oluşu,
•Çekirdek ağırlığı,
•Mermi hızı,
•Çöküntü yapma etkisi,
•Delme etkisi,
•Ateşlendiği namlu uzunluğu.
Mermi çekirdeğinin sertliği arttıkça delme gücü de buna bağlı olarak artar. Çünkü merminin
durdurulabilmesi, mermi çekirdeğinin çarpma anında ezilmesi ve yayvanlaşması oranında
mümkündür. Bu nedenle sert uçlu mermilerin yumuşak koruyucularla durdurulması
düşünülmemektedir. Bu mermiler zırh delici ( AP: Armor Piercing) olarak tanımlanmakta olup,
çekirdekleri genellikle çelikten yapılır ve ancak metal gibi sert koruyucularla durdurulabilir.
AP: Zırh delici mermi iç yapısı
Koruyucu Zırhlar
• Zırh tanımı Tehditler
•
•
•
•
•
•
•
•
Kısa tarihçesi
Temel teoriler
Tehdit çeşitleri
Zırhlar malzemeleri
Zırhlar (Çeşitleri, analizleri, tasarımları)
Örnek çalışmalar
Zırh teknolojilerinin öngörülen gelişimi
Sonuç ve değerlendirme
Zırh Nedir?
İnsanları, araçları ve binaları çeşitli silahlara karşı
korumak için kullanılan, değişik malzemlerden yapılan
koruyucu yapılardır.
Zırh,
•Tarih öncesi dönemlerde kalkan veya vücut zırhı olarak,
•Ortaçağ dönemlerinde şövalyeler tarafından tüm vücutlarını
kaplayan çelik levhalar olarak,
•Günümüzde önce binek hayvanlara kısmen zırh takılırken
motorun keşfi ile savaşlarda personel taşımak için hafif zırhlı
araçların kullanılmaktadır.
Çeşitli savaş araçlarında değişik tiplerde kullanım alanları vardır.
Silah teknolojisindeki ilerlemelere zırh teknolojisindeki gelişmeler
paralellik göstermektedir.
Tanklarda kullanılan zırhlar ilk olarak 15 Eylül 1916’da savaş sahnesinde
boy göstermiş olan tanklarda kullanılmış ve bu tanklar birinci dünya
savaşının sonucunu belirlemiştir.
Polonya tarafından 1930 yılında üretilmiş olan Vicker-E zırhlısı
İkinci dünya savaşına gelindiğinde ise tankların kullanımı halen
yaygınlaşmamıştı. Ancak Hitler’in tankları ile tüm Avrupa’yı işgale
başlaması üzerine tüm ülkeler inanılmaz bir tank üretim yarışına
başlamıştır.
ABD
Rusya
Almanya
İngiltere
1940
331
2794
1469
1399
1941
4052
6590
3256
4844
1942
24997
24668
4098
8611
1943
28497
24000
6083
7476
1944
17565
29000
8466
2476
1945
11985
5448
988
-
İkinci Dünya Savaşı Ülkelere Göre Tank Üretimi
İkinci dünya savaşı sonrasında savaşta tankların üstünlüğü görüldüğü için tankların
ve dolayısıyla da zırh teknolojilerinin geliştirilmesi için ülkeler arasında büyük bir
yarış başlamıştır.
Bu kapsamda 1950-1960 yıllarında geliştirilen tanklar genel olarak tank savar
silahlara karşı dayanıklı olmalarına karşın silah teknolojilerindeki sürekli
gelişmenin zırh teknolojileri tarafından takip edilmesi gerekliliğini ortaya
çıkarmıştır.
1960-1970’li yıllarda ise artık zırh malzemesi olarak homojen döküm çelikten
vazgeçilmeye başlanmıştır. Daha sonraki dönemlerde ise daha hafif ve dayanıklı
zırh teknolojileri üzerine araştırmalar gerçekleştirilmiştir.
Günümüzde hafif, dayanıklı, tankın kullanımını ve personelini etkilemeyecek
zırhlar üzerine çalışmalar devam etmektedir
ZIRH KULLANIM ALANLARI
• Askeri platformlarda
- Kara platformları (Tank, zırhlı araçlar, ...)
- Hava platformları (uçak, helikopter, ...)
- Deniz platformları (savaş gemisi, denizaltı, ...)
• Önemli techizatın, askeri barınakların ve
yapıların korunmasında (sığınaklar, komuta
kontrol merkezleri, nükleer santral, ...)
• Personelin korunmasında
(kurşun geçirmez yelek, miğfer, ...)
Zırhlar kullanılmaktadır.
Challenger 2 tankı
Leopard 2 tankı
Amerikanın geliştirdiği geleceğin savaş sistemi tankı
Balistik İstatistikler
•
İnsanın kendini dış etkenlerden koruma ihtiyacının doğmasıyla, vücudun hangi
bölgesini hangi seviyede korumak gerektiği problemi ortaya çıkmıştır. Bu sorulara
cevap verirken tehlike arz eden mühimmatın cinsi ve hangi oranda etki yapdığı
bilinmelidir. Savaş esnasında, konvansiyonel silahlar kullanıldığı gibi çok ileri
teknolojilerin kullanıldığı ve karşı güçlerin tamamının ortadan kaldırılmasına yol
açan silahlar da kullanılmaktadır. Burada anlatılan balistik koruyucu elemanlar, bu
silahlardan yalnızca tabanca, tüfek, el bombası ve mayın gibilerine karşı
kullanılmaktadır. En uygun koruyucu kombinasyonunu seçmek için savaşlardaki
kayıp istatistiklerine bakmak gereklidir. Aşağıdaki şekilde verilmiş olan değerlerden
de anlaşılacağı gibi Vietnam savaşında koruyucu teçhizat kullanan personel 9900
kayıp verirken, kullanmayanlar 35800 kişi kayıp vermiştir.
Kayıp Sayısı x 1000
Vietnam
40
35
30
25
20
15
10
5
0
35,8
9,9
Kayıp
Sayısı
Kayıp
Sayısı
Koruyucu Kullanan
Personel
Koruyucu
Kullanmayan Personel
Vietnam savaşında verilen kayıp istatistikleri
2000
1500
1000
1500
11
500
0
150
Yaralı
Koruyucu Kullanan
Yaralı
Koruyucu Kullanan
550
460
500
700
500
0
2100
2500
2000
2000
1000
Bu grafikten de anlaşılacağı gibi Balistik
Koruyucu Yelek ve miğfer kullanan kuvvetler %
70-80 daha az kayıp vermektedir. Aşağıda
verilen grafiklerin de gösterdiği gibi koruyucu
teçhizat sadece ölümleri değil yaralanmaları da
azaltmaktadır.
Ölü
Koruyucu Kullanmayan
Ölü
Koruyucu Kullanmayan
Lübnan savaşındaki istatistiklikler
Kore savaşındaki istatistiklikler
•
Başlangıçta karşımıza çıkan, “Vücudun
hangi bölgesine koruma yapılmalı ?“
sorusunun cevabını yine istatistik
bilgilerinde bulmak mümkündür . Vietnam
savaşı istatistiklerine göre, kayıpların en
büyük nedeni vücudun karın, göğüs, baş ve
boyun bölgelerine isabet eden şarapnel ve
mermilerdir.
Baş ve Boyun
44%
Karın ve Göğüs
47%
Diğer Bölgeler
9%
• Bu durumda vücudun, karın, göğüs, baş ve boyun bölgelerine koruma
yaparak % 91 oranında kayıpları önlemek mümkün olacaktır. Bu tür bir
koruma yapmak için balistik koruyucu yelek giymek yeterli olacaktır. Ancak
kompozit miğfer de kullanılmalıdır
İstatistikler üzerine farklı bir çalışmada Amerikan FBI tarafından 1989-1998 yılları
arasında gerçekleştirilmiştir. Bu çalışmalara göre o yıllar arasında 682 güvenlik görevlisi
görev başındayken yaşamını yitirmiştir. Bu olayların %70’inde tabanca, %16’sında tüfek,
%5’inde saçma tüfeği, %2’sinde bıçak ve %7’sinde farklı araçların kullanıldığı, aynı
olaylarda saldırgan ile kurbanlar arasındaki mesafe oranlarının; 0.0-1.5 m %51, 1.6-3.0 m
%21, 3.1-6.0 m %11, 6.1-15.0 m %9, 15 m üzerindeki uzaklıkların ise %8 olduğu tespit
edilmiştir (Şekil 2.19.).
Çalışmada görev başında öldürülen kanun
adamlarını 270’inin balistik koruyucu
kullandığı, 356’sının balistik koruyucu
kullanmadığı anlaşılmıştır (Şekil 2.20.). Balistik
koruyucu olan bölgeye % 48 daha az saldırı
olmuştur.
HEDEF BALİSTİĞİ
ve
MÜHİMMATLAR
•
•
•
Hedef Balistiği
Kinetik Enerjili Mühimmatlar
Kimyasal Enerjili Mühimmatlar
Burada özellikle zırhlara etkili olan mühimmatlara ver verilmiştir.
Hedef Balistiği
•
•
•
•
Hedef Balistiğinin kapsamı
Hedef Çeşitleri
Hedeflerin Kalınlıklarına, Yapılarına,
Geometrilerine göre sınıflandırılması
Hedeflerin Nüfuz Edilebilmelerine göre
sınıflandırılması
Kinetik Enerjili Mermiler
•
•
•
Hedefe Çarpan KE Mermilerin Davranış
Olasılıkları
APFSDS Mermileri (
)
Patlayıcı ile Şekillendirilen (EFP) Mermiler
armour-piercing fin-stabilized discarding-sabot
Kimyasal Enerjili Mühimmatlar
•
•
•
Tahrip (HE)
Çukur İmla Haklı (HEAT)
Tahrip Plastik (HESH/HEP)
Hedef Balistiği
Silah sistemleri ve mühimmatın performans seviyesini, hedef
üzerinde bırakılması istenen etkinin gerçekleşme derecesi
belirlemektedir.
•
•
•
•
Kinetik enerjili mermilerin
Kimyasal enerjili mermilerin
Roket ve güdümlü füzelerin
Mayınların
ve lazer silahları dahil diğer mühimmatların hedef üzerindeki
etkileri HEDEF BALİSTİĞİ kapsamında incelenir.
Hedef Balistiği
•
•
•
Hedef balistiğini etkileyen faktörler:
Mühimmatın tapa mekanizması
Merminin hedefe çarpma açısı ve hızı
Mermi ve hedeflerin karekteristik özellikleri
Hedef Balistiği
Tapa Mekanizması
•
Tapa mekanizmasının amacı, hedef üzerinde
istenen etkinin meydana getirilmesini
sağlayacak en uygun zamanda ve şekilde
merminin tetiklenmesidir.
Hedef Balistiği
Çarpma Açısı
Çarpma açısı θ (NATO açısı), merminin geliş yönü ile hedef
normali arasındaki açı olarak verilmektedir.
Hedef Balistiği
Çarpma Açısı
•
•
•
Merminin yapısına,
Uçuş esnasında merminin dengelenme derecesine,
Hedefin çarpma anındaki konumuna ve dış yüzey
yapısına bağlı olarak değişebilmektedir.
İdeal zırh delme işlevi için tahrip plastik mermileri hariç
diğer tüm zırh mermilerinde çarpma açısının sıfır
derece olması istenmektedir.
Hedef Balistiği
Hedef Çeşitleri
Zırhlı araçların tasarımında ağırlık ve hacim
parametreleri önemli sınırlamalardır.
Dolayısıyla zırhlı araçlarda çevikliğin korunması
için kütle ve hacim etkinliği yüksek olan zırh
çeşitleri tercih edilmektedir.
Hedef Balistiği
Hedef Çeşitleri
Amerikan askeri standardına (MIL-A-12560H) göre haddelenmiş
zırh çeliğinin birim alandaki kütle etkinlik değeri bir olarak kabul
edilmektedir. Bu referansa göre diğer zırh çeşitleri için kütle
etkinliği değerleri kinetik enerjili ve çukur imla haklı mühimmat
tehditleri açısından yaklaşık olarak Çizelge 2.1’deki gibi
verilebilmektedir.
Zırh Türü
(SC) Kütle Etkinliği
(KE) Kütle Etkinliği
Reaktif Zırhlar
3-4
2.5 - 3.5
1.2
1.5
1.4 - 1.6
1.2
Seramik Zırhlar
Alüminyum
Zırhlar
Hedef Balistiği
Hedeflerin Sınıflandırılması
Hedeflerin Kalınlıklarına Göre Sınıflandırılması
 İnce zırhlar
 Kalın zırhlar
 Yarı Sonsuz Hedefler
Hedef Balistiği
Hedeflerin Sınıflandırılması
Hedeflerin Yapılarına Göre Sınıflandırılması
•
•
•
•
•
Yapısal Monoblok Döküm Zırh
Yapısal Kaynaklanmış Döküm Zırh
İlave Zırhlar
Modüler Zırhlar
Kompozit Sandiviç Zırhlar
•
Diğer
Hedef Balistiği
Hedeflerin Sınıflandırılması
Hedeflerin Yapılarına Göre Sınıflandırılması
• Reaktif Zırhlar
• Elektrik Zırhlı Yapılar
• Metal Çubuklu Kafes Zırha Sahip Yapılar
Hedef Balistiği
Hedeflerin Sınıflandırılması
Hedeflerin Nüfuz Edilebilmelerine Göre
Sınıflandırılması
• Düşük Mukavemetli Hedefler (Gevşek
Toprak, İnsan Vücudu)
• Orta Mukavemetli Hedefler (Beton, Tahta)
• Yüksek Mukavemetli Hedefler (Seramik,
Kompozit ve Metaller)
MÜHİMMATLAR
Kinetik Enerjili Mühimmatlar
 APFSDS, APDS
 Hafif silah mermileri
 EFP (Patlayıcı tarafından şekillendirilen mermi)
Kimyasal Enerjili Mühimmatlar
 HE (Şok ve parçacık tesirli) klasik tahrip
mühimmatlarI
 HEAT (Çukur imla haklı mühimmatlar)
 HESH/HEP (Tahrip Plastik mühimmatlar)
MERMİLER
Günümüz muharebe
sahasında tanklara
karşı kullanılabilecek
mühimmatı içeren
NATO’ya ait genel bir
tehdit analizi Şekilde
verilmiştir.
Kinetik Enerjili (KE) Mermiler
Kinetik enerjili mermi hedefe çarptığında;
 Merminin çarpma açısı,
 Burun şekli, uzunluğu, yoğunluğu, sertliği,
 Merminin toplam enerjisi ile
 Hedefin hangi malzemelerden oluştuğu, şekli,
eğimi, yoğunluğu, sertliği, katman yapısına
bağlı olarak hedefe etki eder.
Kinetik Enerjili (KE) Mermiler
Kinetik enerjili bir mermi hedefe çarptığında
üç türlü davranış gösterebilir:
• Zırh Kalınlığının Bir Miktarını Delerek Hedefe
Kısmi Nüfuz Etme
• Zırhı Tümüyle Delip Geçerek Hedefe Komple
Nüfuz Etme
• Zırhtan Sekme
Kinetik Enerjili (KE) Mermiler
 Delici çubuk mutlaka ön tarafının zırha
teması ile oluşan gerilme dalgalarına maruz
kalacaktır.
 Delici çubuğun zırhla çarpışması zırhın geri
bölgesi tarafından hissedilicektir. Bundan
dolayı kinetik enerjili mermiler delecekleri
zırhla beraber analize tabi tutulmaktadır.
Kinetik Enerjili (KE) Mermiler
Hedefe Komple Nüfuzun Aşamaları:
 Çarpma: Hedefe çarpma anında (ilk aşama),
gerilme dalgaları delme işlemini başlatacak
düzeydedir.
 Kısmi Nüfuz: Bu aşamada oluşan basınç hem mermi
hem de zırh malzemelerin akma mukavemetlerinin
oldukça üzerindedir. Temas etmeleri sonucu yüksek
basınçlara maruz kalan metal zırh malzemeleri ile
delici çubuk metali beraberce sıvı gibi
davranmaktadırlar.
Kinetik Enerjili (KE) Mermiler
 Bu aşamada (zırh içinde ilerleme sürecinde)
delici çubuğun boyu erime nedeniyle sürekli
kısalmaktadır. Bu sürecin hidrodinamik
rejimle değerlendirilmesi iyi bir modelleme
olarak kabul edilmektedir.
Kinetik Enerjili (KE) Mermiler
• Şekilde 1200 m/s hıza
sahip bakırdan imal
edilmiş uzun bir çubuğun
alüminyum zırh plakasına
çarmasıyla meydana
gelen delme süreci
gözükmektedir. (Kısmi
Nüfuz Süreci)
Kinetik Enerjili (KE) Mermiler
 Zırh delici merminin zırhı komple delemeden
kısmi nüfuz etmesi bile, yarattığı şok
dalgaları vasıtası ile zırh arkası bölgeden
parçacıkların kopmasına neden olarak
hedefin imhasına neden olabilmektedir.
Kinetik Enerjili (KE) Mermiler
 Komple Nüfuz: Üçüncü aşama ise, merminin
hedefin arka yüzeyinden çıkarak delme
işlemini tamamlamasıdır. Bu aşama zırh
arkasında zaiyat veya tahribat meydana
getirmek açısından oldukça önemlidir.
Kinetik Enerjili (KE) Mermiler
• Komple
nüfuz, mermi
hızı ve yapısı
ile hedef
tipine bağlı
olarak değişik
şekillerde
gerçekleşir.
Kinetik Enerjili (KE) Mermiler
Hedefe komple nüfuz etme
Kinetik Enerjili (KE) Mermiler
Hedefe komple nüfuz etme
İlk aşamada merminin zırha komple nüfuz
edebilmesi büyük önem taşısa da, mermi
tarafından zırh arkasında oluşturulacak
tahribat etkinliği esas önemli performans
parametresidir. Bunun için icra edilen
testlerde çeşitli sensörler, şahit levhaları ve
insan modelleri (jöle-sabun karışımından)
zırh arkası etkiyi değerlendirmekte
kullanılmaktadır.
Kinetik Enerjili (KE) Mermiler
Kinetik enerjili bir merminin hedef üzerindeki
etkisi;
Merminin enerjisine
Merminin uzunluğu ve çapına, zırha çarpma
açısına ve mermi ile hedefin metalurjik
yapılarına bağlıdır.
Kinetik Enerjili (KE) Mermiler
 Kinetik enerjili mermiler için merminin hedefe
çarpma hızı, toplam enerjiyi karesi oranında
etkilediğinden, hedefteki delme ve hasar
etkisini belirleyen en önemli faktördür.
 Kinetik enerjili mermilerde amaç, hedef
üzerinde mümkün olduğu kadar küçük bir
alanda mümkün olduğu kadar fazla enerjiyi
odaklamaktır.
Kinetik Enerjili (KE) Mermiler
APFSDS Mermileri
• APFSDS mühimmatları kanatlarla dengelenen yüksek
yoğunluklu delici çubuk, bu delici çubuğu namlu
ağzına kadar ivmelendiren hafif alaşımlardan
üretilmiş sabot, kovan içindeki sevk barutu bölmesi ve
ateşleyici kısmı barındıran metal dip tabladan
oluşmaktadır.
Kinetik Enerjili (KE) Mermiler
APFSDS Mermileri
Delici çubuğun hedefe çarpması ile birlikte hedef ve
mermide gerilme dalgaları meydana gelmektedir.
 Delici çubuk hedefe çarptığında zırh içinde şok
dalgaları yayılırken aynı zamanda kendi içinde de
geriye doğru ilerleyen şok dalgaları oluşmaktadır.
Çubuk içindeki şok dalgalarının etkileşimi
sonucunda gerilmeler çubuk metalinin kırılma
mukavemetini aşarsa, delici çubuk parçalanıp
kırılmaktadır.
Kinetik Enerjili (KE) Mermiler
APFSDS Mermileri
 Şok dalgaları yayılırken dalga etkileşiminin bir çok kere
tekrarlanmasına imkan tanımaları ve şok transferini kısmen
engellemeleri nedeniyle çok metal katmanlı veya boşluklu
zırhlar uzun delici çubukları etkisizleştirmede daha iyi
performans göstermektedir.
 Monoblok zırhlarda ise APFSDS mermisi hedefe kısmi nüfuz
etse dahi, tahrip plastik mermilerinin benzeri bir etki
göstererek zırh arkasında tahrip edici etki yapabilmektedir.
Kinetik Enerjili (KE) Mermiler
APFSDS Mermileri
Etkin Delici Çubuk Tasarımı
Uzun ve dar
kesit alanlı
mermi
Yüksek yoğunluk
ve kırılganlık
direnci
Büyük mermi taban
alanı, düşük ağırlık
Kinetik Enerjili (KE) Mermiler
APFSDS Mermileri
 Delici çubuk dar kesitlidir.
 Delici çubuk uzundur.
 Delici çubuk yoğunluğu ve kırılganlık direnci yüksek
olan tungsten, sertleştirilmiş çelik veya zayıflatılmış
uranyum malzemelerinden sinterleme yolu ile imal
edilmiştir.
 Delici çubuk mermiyi namlu içerisinde taşıyan ve
namlu ağzında yüksek hızlara ulaşmasını sağlayan
hafif alaşımlardan yapılmış sabotla desteklenmiştir.
Kinetik Enerjili (KE) Mermiler
APFSDS Mermileri
 Sabot düşük çaplı kinetik enerjili mermilerin daha büyük
çaptaki namludan atılmasını sağladıktan sonra, uçuş yolu
başlarında hava direnci sonucu mermiden pedallar halinde
ayrılmaktadır.
Kinetik Enerjili (KE) Mermiler
APFSDS Mermileri
APDS mermilerindeki dönü
dengeli kısa delici çubukların
kanat dengeli delici çubuklara
göre eğimli hedeflere sekmeden
tutunması ve dik olarak zırhı
delmeleri, yüksek dönü hızları
sayesinde daha kolaydır. 105
mm APDS mühimmatı ile
namlusundan vurulmuş bir tank
şekilde görülmektedir.
Kinetik Enerjili (KE) Mermiler
APFSDS Mermileri
Ayrıca zırh delici çubukların
çarpışma anındaki sapma açıları
küçük bir değerde olsa dahi,
delme performansını önemli
ölçüde azaltmaktadır.
Şekilde haddelenmiş homojen
çelik zırhın 105 mm Tank
Topundan atılmış kinetik enerjili
mermi tarafından delinmiş hali
görülmektedir.
Kinetik Enerjili (KE) Mermiler
APFSDS Mermileri
 120 mm’lik yivsiz setsiz tank topu namlularıyla kanatçık dengeli
olarak atılan APFSDS mermilerinin ortalama 2 cm çapında ve 7080 cm uzunluğundaki delici çubuklarına, mevcut teknoloji ile
namlu ağzında 1700-1850 m/s’lik bir hipersonik hız değeri
kazandırılabilmektedir.
 Günümüzde deneysel 140 mm tank toplarıyla atılan bir metre
civarındaki prototip APFSDS mermileri ile yaklaşık 1000 mm RHA
eşidi delme performansına ulaşılabilmektedir.
Kinetik Enerjili (KE) Mermiler
APFSDS Mermileri
 Etkin aerodinamik yapılarına rağmen bu mermiler, hava direnci
sebebi ile her bin metrede ortalama 50-70 m/s arası bir hız
kaybına uğramaktadırlar.
 Uçuş süresince kinetik enerjileri azalan APFSDS mermilerinin zırhlı
araçlara karşı etkili menzillerinin belirlenmesinde, bu husus
önemli bir kriterdir.
 APDS Mermileri yiv-setli namlu ile fırlatılır, dönü dengelidir, delici
çubuğu daha kısadır.
 APFSDS Mermileri kanat dengeli olup yivsiz-setsiz namlularla
fırlatılır, delici çubuğu daha uzundur, delebileceği zırh kalınlığı
daha büyüktür.
Kimyasal Enerjili Mühimmatlar
Kimyasal bir reaksiyon sonucu patlama veya yanma
ile hedefte etki gösteren mermilerdir.
Tahrip (HE) Mühimmatları
Çukur İmla Haklı (HEAT) Mühimmatlar
( high-explosive anti-tank)
Patlayıcı ile Şekillendirilen (EFP) Mermiler
Tahrip Plastik (HESH/HEP) Mühimmatları
(High-explosive squash head/ High Explosive, Plastic)
Kimyasal Enerjili mühimmatlar
Tahrip (HE) mühimmatları
 Tahrip mühimmatları hedefte hasarı ya parça tesiri ile, ya da yüksek basınçlı
patlama tesiri ile meydana getirmektedir.
 Bu tür mermilerin hedefteki etkisi atış yapılan mesafeden bağımsızdır.
 Modern bir mermide bu şarapnel parçalarının hızı 1000-1500 m/s civarında
olup, ağırlıkları 1.2 - 3.75 gram arasında değişmektedir. Parçacıkların çevreye
yayılması kabuk kalınlığına, Wpatlayıcı/Wmetal kabuk ağırlık oranına, kabuk
metalinin cinsine ve şekillendirilmesine bağlı olarak değişmektedir.
Kimyasal Enerjili mühimmatlar
Çukur İmla Haklı (HEAT) mühimmatlar
Çukur imla hakkına sahip mühimmatlar, zırhlı
hedeflerin az miktarda patlayıcı madde ile
delinerek imha edilebilmesi maksadıyla
geliştirilmiştir.
Çukur imla haklı mühimmatta patlayıcı boş bir
koninin etrafına yerleştirilmiş olup, koni kılıf
metalinin erimesi sonucu oluşan ve çok az bir
kütleye sahip yüksek hızlı jet, zırha etkin olarak
nüfuz edebilmektedir.
Kimyasal Enerjili mühimmatlar
Çukur İmla Haklı (HEAT) mühimmatlar
Munroe prensibine göre patlayıcı içinde konik bir boşluk
bırakıldığında delme performansının arttığı gözlemlenmiştir. Daha
sonra çukur imla hakkının iç yüzeyi, ince bir metal kılıfla
kaplanarak delme performansı önemli ölçüde artırılmıştır.
(a) Tam Dolu
İmla Hakkı
(b) Konik Boşluklu
İmla Hakkı
(c) Metal Kaplamalı, Konik
Boşluklu İmla Hakkı
Kimyasal Enerjili mühimmatlar
Çukur İmla Haklı (HEAT) mühimmatlar
Kimyasal Enerjili mühimmatlar
Çukur İmla Haklı (HEAT) mühimmatlar
Kimyasal Enerjili mühimmatlar
Çukur İmla Haklı (HEAT) mühimmatlar
 Çukur imla haklı
mühimmatlarda çok küçük
bir alan üzerine odaklanmış
olan infilak maddesinin
enerjisi son derece yüksek
hızlı ve derin delme gücüne
sahip bir jet meydana
getirmektedir.
Kimyasal Enerjili mühimmatlar
Çukur İmla Haklı (HEAT) mühimmatlar
 Patlama şok dalgaları metal
kılıfa vardıklarında, koni
üzerinde ani olarak çok
yüksek bir basınç artışı
oluşturmaktadır. Bunun
sonucunda metal kılıfın
yüksek enerji ile yüklenen
parçacıkları, simetri nedeni ile
koninin merkez eksenine
doğru çökmektedir
Kimyasal Enerjili mühimmatlar
Çukur İmla Haklı (HEAT) mühimmatlar
 Yüksek hızdaki jeti meydana getiren malzeme koni kılıf metalidir.
Jeti koni kılıf metalinin geride kalan malzemesini içeren ve hızı
jete göre düşük olan art kısım takip etmektedir.
 Jetin ön kısmının hızı yaklaşık olarak 8000-9000 m/s, arka
kısmının hızı ise 1000-2000 m/s’dir.
 Jet, zırh ve koni metali içindeki ses hızından daha hızlı hareket
etmektedir. Koni çökerken sıvı gibi davranan koni metali, her
yönden eşit ötelendiği için koninin dikey ekseninde öne doğru
bir hız bileşeni ile toplanacaktır.
Kimyasal Enerjili mühimmatlar
Çukur İmla Haklı (HEAT) mühimmatlar
• Maksimum
penetrasyon kalınlığı
jetle hedef arasındaki
mesafeye ve jet
uzunluğuna bağlıdır.
Kimyasal Enerjili mühimmatlar
Çukur İmla Haklı (HEAT) mühimmatlar
Jetin zırh delme kabiliyeti büyük oranda jetin
uzunluğuna, çapına,hızına, jetin ön ve arka kısmı
arasındaki hız farkına bağlıdır.
 Bu yüzden çukur imla haklı merminin uygun patlama
mesafesinde tetiklenmesi, jetin istenen boya ve kalınlığa
ulaşabilmesi açısından önem taşımaktadır.
Kimyasal Enerjili mühimmatlar
Çukur İmla Haklı (HEAT) mühimmatlar
 Çok kısa patlama mesafesi için
oluşan jetin uzunluğu hedefi
delmek için yetersiz kalacaktır.
 Çok uzun patlama mesafesi
durumunda ise jet uzunluğu jet
bütünlüğünü ve hedefteki
etkisini kaybedecek kadar
büyüktür. Şekilden de
anlaşılacağı gibi maksimum
perforasyon için optimum bir
patlama mesafesi
gerekmektedir.
Kimyasal Enerjili mühimmatlar
Çukur İmla Haklı (HEAT) mühimmatlar
• Optimum patlama mesafesi (Standoff-Ara mesafe)
harp başlığı veya mermi çapı cinsinden ifade edilir.
• Optimum penetrasyon optimum jet uzunluğu
oluştuğunda gerçekleşir.
• Optimum patlama mesafesi 2 ile 6 harp başlığı çapı
kadardır.
Kimyasal Enerjili mühimmatlar
Çukur İmla Haklı (HEAT) mühimmatlar
Kimyasal Enerjili mühimmatlar
Çukur İmla Haklı (HEAT) mühimmatlar
Kılıf Metali Molibden Olan 146 mm Çapında Çukur İmla
Haklı Harp Başlığının Statik Test Atış Düzeneği ve Atış
Sonrası Hedefteki Etkisi
Kimyasal Enerjili mühimmatlar
Çukur İmla Haklı (HEAT) mühimmatlar
5.5 kalibre patlama mesafesinden itibaren 80 mm’lik kalınlıkta
22 tane RHA bloğunun yerleştirilmiş olduğu statik test atış
düzeneğinde atış sonrasında RHA plakalarında, ortalama delik
çapı 20 mm olan 1450 mm’lik bir delme performansına
ulaşıldığı görülmektedir.
Kimyasal Enerjili mühimmatlar
Çukur İmla Haklı (HEAT) mühimmatlar
Yüksek simetri hassasiyetinden
dolayı çukur imla haklı
mühimmatın üretiminde en basit
metal kılıf şekli koni olsa da,
değişik şekildeki metal kılıflar jete
istenen hız türevinin
kazandırılması maksadıyla
kullanılabilmektedir. Lale, ikiz koni,
çan, veya borazan şeklindeki metal
kılıflar jetin uzunluğunun
artırılması amacıyla
üretilmektedir.
Kimyasal Enerjili mühimmatlar
Çukur İmla Haklı (HEAT) mühimmatlar
 Kılıf metali olarak genelde bakır, molibden ve tantalum
kullanılmaktadır. Maliyet göz önüne alınmasaydı, bakırdan daha
yoğun olan ve merkez eksene çöküşte plastik olarak daha iyi şekil
değiştiribilen altın ideal bir kılıf metali olarak kullanılabilirdi.
 Yüksek yoğunluktaki metaller hedefte küçük çaplı ve derin,
düşük yoğunluktaki metaller ise hedefte büyük çaplı ve kısa
yarıklar meydana getirmektedir. Konik metal kılıf, yaklaşık olarak
çukur imla haklı harp başlığı çapının %2’si kadar bir kalınlıkta
üretilmektedir.
Kimyasal Enerjili mühimmatlar
Çukur İmla Haklı (HEAT) mühimmatlar
Ara mesafe İle Delme
Performansı Arasındaki İlişki
 Çukur imla haklı patlayıcı ile
hedefte istenilen tahribatın
yapabilmesi için, koni tabanı ile
hedef arasında tetiklenme
anında belirli bir mesafenin
bulunması (ara mesafe)
gerekmektedir.
 Jetin ucu ve gerisi arasındaki hız
türevinden dolayı patlama
mesafesine göre zırhı delecek
jetin boyu değişebilmektedir.
Kimyasal Enerjili mühimmatlar
Çukur İmla Haklı (HEAT) mühimmatlar
• Tanksavar füzelerinde en uygun patlama mesafesinin
belirlenmesi maksadıyla, çarpışma sensörü yerine
füzenin ön kısmına laser sensörü yerleştirilerek mesafe
ölçülüp, harp başlığının doğru mesafede ateşlemesi
sağlanmaktadır.
• Eğer bu mesafe olması gerektiğinden uzun tutulursa,
içindeki hız türevi nedeniyle jetin aşırı uzaması sonucu
bütünlüğü bozulacaktır.
• Jetin dağılması nedeniyle zırhta daha geniş çaplı ve
düzensiz kısa çukurlar açılacak, sonuçta delme
performansı önemli oranda azalacaktır.
Kimyasal Enerjili mühimmatlar
Çukur İmla Haklı (HEAT) mühimmatlar
Tankların kısmen zayıf tarafı olan üst kısmını hedef
alan çukur imla haklı tanksavar füzeleri, hedeflediği
zırhlı aracın üst kısmından belli bir yükseklikte yere
paralel uçarken çukur imla hakkını tetiklemektedir.
Tetiklenme anını, aktif kızılötesi lazer tarayıcılı
tapalar belirlemektedir.
 Ortalama 200 m/s uçuş hızına sahip tanksavar
füzelerinde, delici jetin bütünlüğünün korunarak,
füze uçuş istikametinden değişik olarak aşağı bir
doğrultuda zırhlı aracın tavanına doğru
yöneltilebilmesi oldukça karmaşık bir tasarım
sorunudur.
Kimyasal Enerjili mühimmatlar
Çukur İmla Haklı (HEAT) mühimmatlar
HEAT mühimmatlarına Karşı Zırh Koruması
Çok katmanlı pasif kompozit zırhlar ile reaktif zırhlar
kolaylıkla jetin bütünlüğünü bozarak çukur imla haklı
mühimmatları etkisiz hale getirebilmektedir.
Özellikle kompozit zırhlar içinde bulunan seramik
katmanlar metal esaslı katmanlara göre jet tarafından
daha ince bir delik halinde delinebilmekte, bu da takip
eden jet kısımlarının delik yanlarına sürtünerek etkisini
daha çabuk yitirmesine neden olmaktadır.
Kimyasal Enerjili mühimmatlar
Çukur İmla Haklı (HEAT) mühimmatlar
Özellikle çukur imla
haklı mühimmata
karşı kullanılan reaktif
zırhlar için ikiz çukur
imla haklı harp
başlığına sahip
tanksavar mühimmatı
geliştirilmiştir.
Patlayıcıyla Şekillendirilen (EFP)
Mermiler
Patlayıcıyla Şekillendirilen Mermiler
 Çukur imla haklı mühimmattaki gibi metal kılıfın arkasında imla hakkı
patlatılması sonucu plastik olarak şekil değiştirerek deliciyi oluştaracak şekilde
merkez eksene doğru çöker.
 Koniden ziyade bir lens şeklinde metal kılıfa sahiptir.
 Lens içbükey açıklığı genelde 120 - 140 derecedir.
Patlayıcıyla Şekillendirilen (EFP)
Mermiler
 Patlama sonrası EFP mermilerinde jet oluşmamakta, lensi
meydana getiren metal kılıf komple deformasyona uğrayarak
delici yapısına bürünmektedir.
 2000 m/s civarı bir hıza ulaşan delici, klasik çukur imla haklı
mühimmattaki jete göre daha yavaş bir hıza sahip olsa da,
APFSDS mermilerindeki delici çubuğun işlevine benzer bir
mantıkta, kinetik enerjisi ile zırhı delmektedir.
 EFP mermilerinin lenslerinin üretiminde, diğer çukur imla haklı
mermilerde olduğu gibi genelde bakır veya tantalum metalleri
kullanılmaktadır.
Patlayıcıyla Şekillendirilen (EFP)
Mermiler
Bilgisayar Simülasyonlarında EFP Mermisinin Oluşumu ve Zırha Nüfuzu
Patlayıcıyla Şekillendirilen (EFP)
Mermiler
EFP mermileri delicilerinin kesit alanları daha büyük
olduğu için, zırhı delmede kinetik enerjili APFSDS
mermilerinden daha az etkindirler.
Bu mermilerin delme performansı klasik çukur imla haklı
mühimmattan daha düşük olsa da, taban çapı ve metal
kılıf kalınlığı değeri jete göre yüksek olduğu için, komple
delme süreci tamamlandığı durumlarda zırh arkasındaki
öldürücü etkileri daha kuvvetli olmaktadır.
Patlayıcıyla Şekillendirilen (EFP)
Mermiler
EFP mermisi 200-300 metrelik bir mesafeyi delme
performansını koruyarak istikrarlı ve dengeli bir
uçuşla katedebilmektedir.
Deforme olmadan önce nispeten yumuşak olan
metal astar şekil değiştirme sonrası sertleşerek
hedefe yönelmektedir.
Patlayıcıyla Şekillendirilen (EFP)
Mermiler
 Kargo mühimmatından ayrıldıktan sonra EFP mühimmatçıkları
havada dağılarak paraşütlerini açar.
 Aşağı doğru sallanarak alçalırken genellikle kızılötesi algılayıcıları
ile zırhlı araçları tespit eder.
 Yaklaşık 100-200 metre yukarıda araçla hizalandığı bir anda
patlayarak, oluşturdukları delici ile zırhlı aracın genellikle zayıf
olan üst zırhına isabet etmektedirler.
 Paraşüt kullanmaksızın kargo mühimmatından yanlara doğru
fırlatılan disk türü EFP mühimmatçıkları da, benzer şekilde hedef
bölgesi üzerinde etkin olabilmektedir.
Patlayıcıyla Şekillendirilen (EFP)
Mermiler
Disk şeklindeki EFP mühimmatçıkları, top, roket ve havanlardan atılan veya uçan
platformlardan bırakılan kargo mühimmatı ile hedef bölgesi üzerine gönderilir.
Tahrip Plastik (HESH/HEP) Mühimmatı
HESH/HEP Mühimmatı diğer mermilere göre daha çok
patlayıcı madde ihtiva ettiklerinden dolayı tek katmanlı
homojen zırhlı araçların yanında genellikle binalara,
koruganlara ve personele karşı da kullanılabilmektedir.
Tahrip Plastik (HESH/HEP) Mühimmatı
 Avrupa orduları tarafından HESH mermisi olarak tanımlanan bu
mühimmat çeşidi, Amerikan askeri literatüründe HEP mermisi
olarak adlandırılmıştır.
 Tapası üzerinde bir işlem yapmak mümkün olmayıp
Mühimmatın etkisi mesafeye bağlı değildir. İIk hızının düşük
olması nedeniyle özellikle hareketli hedefler için vuruş ihtimali
nispeten düşüktür.
 HESH/HEP Mühimmatında imla hakkı olarak plastik bir biçimde
şekil değiştirebilen nitra penta veya benzeri güçlü infilak
maddeleri bulunmaktadır.
Tahrip Plastik (HESH/HEP) Mühimmatı
 Mühimmat zırhlı hedefe çarptığında ince cidarlı ön kabuk
ezilmekte ve uç kısımda bulunan güçlü infilak maddesi zırh
üzerine bir hamur gibi yayılmaktadır.
 Bu tür Mühimmatılarda infilak, dip tapanın belli bir süre
gecikmeli olarak çalışması sonrasında gerçekleşmektedir.
 Patlama ile meydana gelen gerilme, dalgalar halinde zırh/duvar
içinde ilerlemektedir. Gerilme dalgası zırh veya duvarın arka
kısmından geriye dönerken, ters yönlü genlik değeri ile hareket
etmektedir.
Tahrip Plastik (HESH/HEP)
Mühimmatı
 Geldiği istikamete doğru yansıyan bu
gerilme dalgaları, kendine doğru çarpışma
yüzeyinden gelen artçı gerilme dalgaları ile
karşılaşmaktadır.
 Karşılaşan bu gerilme dalgalarının genlik
farkı, eğer zırh plakasının veya duvarın
kırılma gerilmesi değerini aşarsa, zırh
plakasının/duvarın arka yüzeyinden
parçalar kopmaya başlamaktadır.
 Bu yansıma ve kopma süreci zırh
malzemesinin mukavemetine bağlı olarak
gerilme dalgaları yatışıncaya kadar devam
etmektedir. Sonuçta oluşan bu parça tesiri,
zırh veya duvar arkasındaki personeli ve
malzemeyi etkisiz hale getirmektedir.
Tahrip Plastik (HESH/HEP) Mühimmatı
HESH/HEP Mühimmatı, boşluklu ve kompozit zırh
plakalarına karşı etkinliklerini büyük oranda
yitirmektedir. Çünkü patlama sonucu meydana gelen
gerilme dalgaları, ara boşluklar nedeniyle zırhın arka
yüzeyine etkili olarak iletilememektedir.
 Ayrıca zırhlı araç iç duvarlarının parçacık tutucu fiber
takviyeli polimer esaslı kompozit zırh levhaları ile
kaplanması, bu mühimmat türünün tahrip potansiyeli
büyük oranda kısıtlamaktadır.
Tahrip Plastik (HESH/HEP) Mühimmatı
Zırha çarpma açısı çok önemli olmasa da, plastik infilak
maddesinin zırh üzerine iyi bir şekilde yayılabildiği 40
derecelik bir çarpma açısı, en uygun değer olarak
görülmektedir.
Beton duvarlara etkisi, zırh yüzeylerde olduğu gibidir;
ancak parçalanma daha kolay ve fazla olduğu için
yaklaşık 2,5-3 metre kalınlığındaki kuvvetlendirilmiş
beton duvarlara sahip koruganların tahribinde bile bu
tür mermiler oldukça etkindir.
ZIRH MALZEMELERİ
ve
TEMEL ÖZELLİKLERİ
Günümüz zırh malzemeleri
Günümüzde yaygın kullanılan zırh malzemeleri:
– Metaller
– Seramikler
– Kompoziler
Günümüz zırh malzemeleri
Rolled homogeneous armour
Tehdit Çeşitleri
• Tehditlerin sınıflandırılması
– tiplerine göre,
• Kinetik enerjili (KE)
• Kimyasal enerjili (CE)
– delicinin kalibresine göre,
• uzunluğun çapa göre oranı (L/D)
Tehdit Çeşitleri
Şarapnel Parçaları
Güçlü patlayıcı
başlıkları
Küçük silahlar
Orta ve büyük
kalibreli mermiler
Çukur imla
Patlayıcıyla Şekillendirilmiş Mermiler
Küçük Kalibreli KE Mermileri
• Küçük kalibreli mermiler genel olarak kurşun ve
parçacıklardır,
–
–
–
–
Boyları en fazla 7.62 mm’dir (0.30 kal.)
Hızları 1 km/s’nin altındadır (3281 ft/s).
L/D oranları 1 ile 5 arasındadır
Çelik, tungsten, kurşun, tungsten karbür ve tungten
alaşımlarında oluşur
– Mermi enerjileri birkaç kilojoule (kJ). seviyesindedir
– Zırh delici mermilerin çekirdek burunları keskin veya kör
olabilir
Orta ve Büyük Kalibreli KE Mermileri
• Orta ve büyük kalibreli tehditler,
– Boyları 20-140 mm,
– Ortalama hızlara sahiptirler, 1.3 - >1.6 km/s,
– Parçalanmaya karşı dayanıklı yüksek yoğunlulu (~ 18 g/cm3)
metallerden oluşurlar
– L/D oranları 30’un üzeründedir
– Çarpma kinetik enerjileri megajoule’ler (106 J)
seviyesindedir
– Ağır zırhlara karşı kullanılırlar
Çukur İmlalı Mermiler
• RPG
Zırhlarda Ağırlık Sorunu
•
Zırhların ağırlığının azaltılması
– enerji tasarrufu
– manevra kabiliyetinin artırılması
açısından son derece önemlidir.
– M1 Savaş Tankı (~70 ton)
– Bradley Savaş Aracı (~35 ton)
– C-130 (~20 ton)
Ağırlık Kıyaslaması
(tons)
Weight
(ton)
Ağırlık
100
90
80
70
60
50
40
M1A2
M60A2
M60
M48
M1A2(SEP)
M1
M1A1
M60A1
M60A3
30
20
10
0
1940
FCS
1950
1960
1970
1980
Year
Yıl
1990
2000
2010
2020
Zırh Ağırlıklarının Gelişimi
Kütle Verimliliği
Monolitik Metalik Zırhlar
Gelişmiş Sistemler, Yapılar, Seramikler ve Komozitler
Bugün
Yarın
Zırh Malzemelerinin Tasarımı
•
Zırh malzemelerinin tasarımında temel şartlar:
–
Sistemin toplam ağırlığını azaltmak için
•
–
Büyük deformasyonları önlemek için
•
–
yüksek akma mukavemeti;
Çarpma sonucunda gerilme dalgaları oluştuğu zaman
malzemenin kopmasını önlemek için
•
•
yüksek kayma mukavemeti;
Zırh dayanımını sağlamak için
•
–
düşük yoğunluk;
yüksek dinamik çekme mukavemetidir
Hiçbir malzeme tüm şartları karşılayamamaktadır.
Zırh Seçim Kriterleri
Hareketlilik
Ağırlık
Yüksek
Performans
Sağlamlık
Hayatta Kalma
Emniyet
Malzeme Seçimi
ve Tasarımı
Zırh Çeşitleri
• Pasif Zırhlar
– Yumuşak zırhlar
– Sert zırhlar
• Aktif Zırhlar
– Patlayıcı
– Akıllı
• Yeni Konseptler
– Biomimetics
– Nano-malzemeler
Zırh Çeşitleri
• Farklı bir bakış açısıyla:
– Mermi hareketini keserek veya mermi yapısını
bozarak koruyan zırhlar
– Merminin kinetik enerjisini soğurarak koruyan zırhlar
• İkisini bir arada kullanmak en avantajlı
durumdur
Pasif Zırh Sistemleri
• Yumuşak Zırh
–
–
–
–
aramid (Kevlar®)
polyethylene (Spectra®)
fiberglass (S-2)
polyester, nylon, etc.
• Sert Zırh
– seramikler
– metaller
– kompozitler
• Hibrid Zırhlar
Aktif Zırh Sistemleri
• İll olarak 1970 sonlarında geliştirilmiştir ve
1980’lerde uygulanmaya başlanmıştır
• Ağırlık bakımından çok verimlidir
• Çok hızlı tehditlere karşı çok etkili değildir
• Pasif sistemler kadar sağlam değildir
Aktif Zırh Sistemleri
• Patlayıcı Zırhlar
–
–
–
–
Patlayıcı Sandviç
Sandviç yapı
Patlayıcı çekirdek
Açılı darbe
Penetrasyonu engeller
• Patlayıcı zırhlar karmaşık tehditlere kaşı kullanılır:
– Patlayıcılı oluşturulmuş mermiler (EFPs),
– Çukur imlalı jetler,
– Uranyum ve tugstenden yapılmış kinetik enerjili deliciler
Aktif Zırh Sistemleri
• Akıllı Zırhlar
Sensör görüş alanı
bar
patlayıcı
Zırhlarda Balistik Darbe Analizi ve Tasarımı
•
Balistik darbe analiz ve tasarımı
– deneysel çalışmalar
– sayısal çalışmalar
•
Balistik darbe  ani basınç yüklemesi
– Zırh malzemesi ve mermi etkiyi kendi içinde iletmeye zaman bulamaz
– Katı malzeme içinde ilerleyen şok dalgası oluşur.
•
Şok dalgası
–
–
–
–
geometri,
ağırlık,
darbe hızı,
malzeme özellikleri
• büyük sıkıştırma,
• genleşme,
• kayma (shear)
•
•
•
bağlıdır
oluşturur
Yüksek basınç yükleri metal gibi malzemelerin dayanım sınırlarının çok üstünde
olduğundan, malzeme akışkan bir davranış gösterterir.
Sıkışmaya bağlı yüksek enerji ani bölgesel sıcaklık artışlarına yol açar
Karmaşık test yöntemleri ve analizlerin gerekir
Deneysel Çalışmalar
• Küçük kalibreli mermiler ile balistik testleri, laboratuar
şartlarında
namlu
düzeneklerinden
atış
yapılarak
gerçekleştirilmektedir.
• Mermi giriş hızı, kronograf yardımı ile ölçülmekte ve bu hız
barut hakkı ile kontrol altında tutulmaktadır.
• Test esnasında gerçekleşen olaylar, yüksek çekim hızına sahip
kameralar gibi yardımcı sistemler ile tespit edilebilmektedir.
Zırhlarda Balistik Performans
• Fiziksel ve malzeme parametrelerine bağlıdır:
–
–
–
–
merminin şekli,
zırh malzemesinin sertliği veya tokluğu,
zırh malzemesinin kalınlığı.
çarpma hızı, (hedefe dik hız)-en önemli parametredir
• 700 m/s'ye kadar  düşük hız
– Yarı-statik hasara yol açar
küçük zırh parçalayıcı mermiler ile
denenir
• 3000 m/s'nin üzerindehiper hız
– gerilme dalgaları çatlak ilerlemesinden daha hızlı
– dinamik özellikler davranımı idare eder
– hidrodinamik akış hasarı belirler
• Ara hızlar
– hasar statik ve dinamik hasarın bileşenlerinden oluşur
ağır
silindirik
çubuklar
ile denenir
Zırhlarda Balistik Performans Ölçütleri
• Zırh tasarımlarını değerlendirmek ve karşılaştırmak için
birçok ölçüt kullanılır. En çok kullanılan ölçütler balistik
limit ve artan mermi hızıdır. İkisi de deneysel ve
similasyonlu testlerle belirlenebilir
Zırhlarda Balistik Performans Ölçütleri –
Balistik Hız
• Zırh–Mermi sistemlerinin balistik performansını
ölçmek için kullanılan en yaygın parametre:
– “Balistik Limit Hız” (“Balistik Limit”)
• Merminin zırh üzerinde bir delik
oluşturabilmesi için gereken
minimum hız
• Zırhın dayancının ölçümüdür.
• Yüksek olması, zırhın zor delinmesi ile eşanlamlıdır.
• Standartı V50'dir. MIL-STD-662F
• V50 bir merminin dik konumda çarpma sonrası hedefi
% 50 delme şansına sahip olduğu hızdır
Zırhlarda Balistik Performans Ölçütleri –
Balistik Hız
•
•
Zırhın kırılmasının tanımı zırh uygulamasına göre değişebilir
Balistik limit hesaplarında kullanılan kırılma tanımları:
– Ordu,
– Donamma
– Korunma
ince plaka
Kısmi
penetrasyon
Kısmi
penetrasyon
Tam
penetrasyon
Tam
penetrasyon
Ordu
Kısmi
penetrasyon
Tam
penetrasyon
Donanma
Korunma
Zırhlarda Balistik Performans Ölçütleri –
Mermi Çıkış Hızı
• Mermi çıkış hızı zırhı tamamen delen merminin çıkış hızıdır
• Balistik hıza bağlı bir parametre olduğu için balistik direnç ile
ilgili fikir vermede yardımcıdır
Çok kaba bir yaklaşımla:
Merminin çarpma öncesi
yörüngesindeki çıkış hızı
Mermi ilk hızı
Balistik limit hız
Merminin önceki
ve sonraki
yörüngesi
arasındaki açı
Zırh Malzemelerinin Balistik Performansını
Etkileyen Faktörler
• Zırh malzemelerinin düşük hızlardaki balistik
karakterizasyonunu etkileyen temel parametreler
olarak şunlar sayılabilir :
–
–
–
–
zırh plakasının sertliği,
akma dayancı,
çekme dayancı
gerinim sertleşmesi.
• Plakaların sertlik, çekme ve akma dayançlarının artışı
ile balistik limit değerleri de artmaktadır.
Malzeme Sertliği
• Zırh sertliği balistik performansı etkileyen en önemli etkenlerden birisidir:
– Delinme mekanizmasının büyük ölçüde zırh sertliğine bağlıdır ve sert zırhlar
mermi şeklini değiştirebilir
– Delinme sırasında delici ucun önündeki malzemenin yanlara doğru itilir.
Malzeme sertleştikçe bu itme işlemi zorlaşır
• Daha fazla enerji zırh tarafından emilebilir
• Sert zırhların balistik performansı artar
• Yüksek hızlardaki çarpışmalarda sürtünme ve titreşimden dolayı
–
–
–
–
Zırh plakası yöresel olarak aşırı ısınabilir
Isınan bölgede malzeme yumuşar
Bu bölge çatlağın oluşması ve ilerlemesi için kestirme bir yol oluşturur
Sert zırhlarda merminin ilerlemesi daha zor olduğundan daha çok ısı
üretilmekte ve balistik performansı düsebilmektedir
Akma ve Kopma Dayancı
• Akma ve çekme dayançlarındaki artış genelde balistik
performansta artışa sebep olur
• Süneklikteki (%Uzama) artış genelde performansta
düşüşe sebep olur
• Bu iki parametreyi tek başlarına balistik perfomans
endeksi olarak kulanmak yanıltıcı olur.
• Bu yüzden bütün bu parametreleri içeren:
• “Gerinim Sertleşmesi Hızı” (GSH) [Strain Hardening
Ratio-SHR]
Gerinim Sertleşmesi Hızı
(GSH veya SHR)
• Farklı zırh sınıflarını performanslarının karşılaştırılmasında da
kullanılabilir
• Farklı zır alaşımlarının (çelik, alüminyum , titanyum alaşımları vs.)
mekanik özellikleri oldukça farklılık gösterirken, Gerinim Sertleşmesi
Hızları büyük ölçüde aynı olabilmektedir.
Mermi Sertliği
• Mermi sertliği arttıkça ölçülen balistik limit hız değeri düşer:
– yumuşak delici çubuklar sert zırhları delerken plastik deformasyona
uğrayarak bir miktar enerjiyi emer
– sert mermiler kinetik enerjilerini zırha daha verimli aktarabilirler
– yumuşak delici uçların sert zırhlara darbe sonrası kendi
deformasyonları zırhın deformasyonundan daha kolaydır.
• Delici cubuğun Vickers sertliğinin zırhınkinden 1.5 kattan daha
az büyük olması durumunda merminin büyük ölçüde deforme
olduğunu görülmüştür.
Merminin Hedefe Çarpması
• Merminin hedefe çarpmasını karakterize eden
özellikler
– çarpma doğrultusu,
– merminin ve hedefin malzeme ve geometrik özellikleri,
– çarpma hızı
•
•
•
•
250 m/s’nin altında düşük hızlı darbe,
500-2000 m/s arasındaki hızlar orta hızlı darbe,
3-12 km/s arası hypervelocity darbe,
çarpma hızı 12 km/s’den daha yuksek olan hızlar ultra-high
velocity darbe
Merminin Hedefe Çarpması
• Balistik testlerde en önemli parametrelerden biri mermi hızıdır.
–
–
–
–
kovan,
kapsul (primer patlayıcı),
barut (sekonder patlayıcı)
mermi
Fişeklerde mermi çıkış hızını
etkileyen faktörler:
• Merminin kütlesi: aynı miktardaki barut için kütlesi daha fazla olan bir
merminin fırlatılması daha güç olacaktır.
• Barut miktarı: Mermiye namlu çıkışında arzu edilen bir ilk hız ve yiv-setli
namlularda dönü (devir) kazandırmak için gerekli enerji, barutun yanması
sonucu bünyesinde kimyasal olarak saklı bulunan ısı enerjisinin açığa
çıkması ile elde edilir.
• Namlunun uzunluğu: Eşit miktarda barut ve aynı mermi kullanılması
durumu için fişek içindeki barutun yanması sonucu açığa çıkan enerjinin,
hava direncine maruz kalarak hızlanan mermi üzerindeki etkisi uzun
namluda daha fazla olduğundan mermi çıkış hızı artacaktır
Doğal(Geo) Zırh Malzemeleri
• Beton ve kum en çok kullanılanlardır
• Genellikle siper yapımıda kullanılır
• Siperler patlama basıncını ve bomba parçacıklarını
engellemek için kullanılır
• Beton ve kum diğer zırh malzemelrine göre çok daha
ucuza parçacık koruması sağlarlar
• Betonun en önemli özellikleri
– Yüksek çekme direncine sahiptir,
– Patlama karşısında parçalanır
• Engellemek için fiber destek kullanılır (çelik barlar, kablolar, karbon
ve polimer malzemeler)
Polimerler
• Polimerler genelde patlama sırasında camların ve duvarların kırılarak
parçacık yaymasını engellemek için kullanılan ucuz malzemelerdir
• Basit kumaşlar veya fabrikler (naylon) duvarlarda patlama sonunda
molozları tutması için kullanılır
• Yüzeylere sıkılarak da kullanılabilir
• Örnek: Beton duvarın içine ve dışına polimer sıkılması sonucunda 80 psi
patlama basıncı uygulandığında duvar parçalanmasına rağmen parçacık
yayılmamıştır
• Polyurea duvar eğilimini %50 iyileştirmektedir.
• Cam üzerine laminalanmış ince polikarbonat filmleri patlama sırasında
parçacık yayılmasını önler
• Cam yerine kalın polikarbonat kullanıldığı takdirde daha yüksek
basınçlarda kırılma engellenir.
Metalik Zırhlar
•
Metaller
–
–
–
–
•
nedeniyle asırlardır zırh malzemesi olarak kullanılmaktadır.
Genelde kullanılan metalik zırhlar:
–
–
–
•
•
Çelik alaşımları
alüminyum alaşımları
Titanyum alaşımları
Yüksek sertlik ve iyi dayanım özelliklerine sahip olanlar en çok tercih edilenlerdir
–
–
•
kolay bulunabilmeleri,
kolay üretilebilmeleri,
ucuz olmaları,
uygun malzeme özellikleri,
Süneklikleri çarpışma enerjisini soğurma bakımından önemlidir
Kırılma dayanımları çatlak ilerlemesinde önemli rol oynar
Başka malzemelerle beraber kullanılabildikleri gibi tek başlarını da (monolitik)
kullanılırlar
Metalik zırhlar aynı zamanda yapısal yükleri de taşıyabilirler ve bu oldukça yaygın
kullanılan bir tasarım şeklidir.
–
Son zamanlarda ağırlık ve fiyat da düşünülerek bu tasarım kriteri değişmektedir
Metalik Zırh Tarihçesi
• M.Ö. bronzun bulunmasına kadar dayanır
• Deri ve ağaç gibi yumuşak malzemelere göre avantajı hemen ortaya
çıkmıştır.
• Hareket kabiliyeti ve koruma arasındaki ikilem ilk olarak David and Goliath
arasındaki hassasiyetin ve hareket kabiliyetinin ağır zırhları yendiği savaşta
ilk olarak ortaya çıkmıştır
• Bu ikilem halen daha metalik zırh uygulamalarında bir sorun olarak ortaya
çıkmaktadır
Monolitik Metalik Zırh
Çelik Zırh
– Düşük üretim ve malzeme fiyatları,
– Büyük miktarda ticari üretim kapasitesi,
– Ortam şartlarına karşı dayanıklı olması,
– Bir çok tehdide karşı iyi derecede balistik koruma sağlaması,
– Mükemmel çoklu-darbe kapasitesi.
•
•
2. Dünya savaşı sonrası Army’s Watertown Arsenal laboraturlarında çelik
alaşımlarının balistik açıdan en uygun sonucu veren sertlik ve dayanım özellikleri
incelenmeye başlanmıştır.
Mukavemet ve dayanımın en optimum birleşimini ısıl işleme tabii martensit yapılı
orta-düşük karbonlu, düşük çelik alaşımı vermiştir.
Zırhlı araç yapımında kullanılan zırh çeliklerinin aşağıda anılan özelliklere
sahip
olması istenir :
• Balistik darbelere ve perforasyona karşı yüksek direnç
• İmalat (kesme, kaynak yapma, şekillendirme vb.) işlemlerinde kolaylık
• İyi bir bakım davranışı, yani uzun kullanım ömrü (örn. yüksek yorulma
direnci)
Genel kural olarak zırh çeliğinin delinmeye veya merminin içeri doğru girişine
dirençli olması için yüksek mukavemete ve sertliğe sahip olması istenir.
Ancak HV 600 üzeri yüksek sertlikler çeliği kırılgan yapacağından sac
malzeme alacağı darbe karşısında gevrek kırılacaktır. Dolayısı ile zırh
çeliklerinin kimyasal kompozisyonu ve östenitleştirme, su verme ve
temperleme gibi ısıl işlemleri çok önemlidir.
Balistik darbelere karşı direnç yüksek toklukla sağlanabilmektedir. Dolayısıyla
zırh çelikleri yüksek darbe tokluğuna sahip olmalıdır.
Zırhlı çeliklerde imalat işlemleri doğrultusunda arzulanan özellikler
Arzulanan özelliklerden mukavemet ve sertlik orta karbonlu çelik seçimiyle gerçekleştirilir. Bu seçimde karbon,
kaynaklanabilirlik arzusu doğrultusunda sınırlanmıştır. Nihai olarak yapılan sertleştirme ve temperleme ısıl işlemiyle
mukavemet ile tokluk dengelenir. Bu dengelemede etken rol östenitleştirmede karbon ve karbür yapıcı alaşım
elementlerinin doyumu ile temperlemede sıcaklık ve zamana bağlı olarak gerçekleşen karbür çökelmesidir.
Zırh çelikleri için önemli bir konu da hafif veya ağır taşıtların sürekli farklı engebeli arazilerdeki hareketleri ve ağır
silah darbelerine karşı kaynak bölgelerinde yorulma dirençlerinin yüksek olmasının gerekliliğidir. Sert zırh
çeliklerinde (HB > 500) gerilmeli korozyon sorunu ortaya çıkabilir. Özellikle gerinimli bölgelerde ve korozif bir
ortamla karşılaştığında korozyon artar. Zırh çeliğindeki gelişmeler ile 500-600 HB sertliklere ulaşılmıştır. Artan
mukavemet ve sertliğe bağlı olarak tokluk kaybını azaltmak için ikincil metalurjik işlemlerle kükürt ve fosfor çok
düşük seviyelere çekilmiştir . Üretimde ise kontrollü haddeleme ve termomekanik işlemleme tekniklerinin
uygulanmasıyla mekanik özellikler geliştirilmiştir
Zırh çeliklerinin karşılaştırması; dikdörtgen plaka, sac kalınlığı: 25.4 mm.,
Tabloda verilen tüm zırh malzemeleri su verilmiş ve temperlenmiş düşük alaşımlı
çeliklerdir. Sınıf I tipi çelikler standart zırh çelikleridir ve çoğu araç uygulamalarında
kullanılır. Sınıf II tipi çelikler benzer kimyaya sahiptir, ancak penetrasyondan ziyade
şokun önemli olduğu uygulamalar için daha yüksek temperlenir. Yüksek sertlik
türleri genelde penetrasyon direnci ile ağırlık azaltmanın önemli olduğu
durumlarda uygulanır. Döküm malzemeler ise karmaşık şekilli parçalarda kullanılır.
Görüldüğü gibi standart zırh çeliği ile karşılaştırmada yüksek sertlikteki zırh
çeliklerinin balistik performansının % 20 daha yüksek olduğu döküm malzemenin
ise %13 daha düşük olduğu görülür
Zırh Çeliklerinde Alaşımlama
Tablo da birkaç zırh çeliğinin kimyasal kompozisyonu verilmiştir . Bu çeliklerin özellikleri ise diğer tabloda
sunulmuştur. Günümüzde kullanılan MIL A 12560 çeliği bir çok uygulamada kullanılan standart zırh çeliğidir.
Yüksek sertliğe sahip MIL A 46100 çeliği ise balistik korumanın MIL A 12560’a göre %20 daha etkili olduğu
(14.5 mm AP) bir zırh çeliğidir. Tablo 5.3’de verilen temel alaşım elementlerin yanısıra bu tür çelikler,
vanadyum, titanyum, niobyum, aluminyum, bor gibi mikroalaşım elementleri içerir.
Zırh çeliklerinin kimyasal bileşimleri
zırh çeliklerinin mekanik özellikleri
verilen zırh çeliklerinin ilk üçü düşük
karbonlu çeliklerdir. Bu çeliklerin
kimyasal bileşiminde verilen maksimum
karbon miktarı % 0.3 civarındadır ve
daha düşük seviyelerdeki karbon
miktarı, tokluk ile kaynaklanabilirlik
açısından tercih
edilir.
Zırh çeliklerinin düşük karbonlu olması darbe dayanımı açısından son derece önemlidir. Çelik içindeki alaşım elementleri
özellikle de karbon kaynaklanabilirliği önemli ölçüde etkiler. Karbon miktarı arttıkça kaynak bölgesinde çatlak oluşum
özelliği artar. Bu tür çatlaklar çelik performansını olumsuz yönde etkilediğinden
kaynak sonrası bazı işlemlerle bunların giderilmesi gerekir. Ek işlemlerin üretim maliyetlerini olumsuz yönde etkilemesi
nedeniyle bu tür çeliklerin düşük karbonlu olması iyi kaynaklanabilirlik açısından da gereklidir. Dolayısıyla zırh çeliklerinin
düşük karbon içermesi tokluk ve kaynaklanabilirlik özellikleri açısından son derece
önemlidir. Her iki özellik de zırh çeliklerinin etkin olarak kullanımında belirleyici bir role sahiptir.
Gerek yüksek sertlik değerleri gerekse de yüksek akma dayanım değerleri nedeniyle düşük karbonlu çelik türlerinin dışında
kimyasal bileşimdeki karbon miktarı daha yüksek (% 0.37-0.55) çelik türleride örn. MIL-46173 (Mars 270) ve Mars 300,
zırhlı araçlarda kullanım alanı bulmaktadır
Monolitik Metalik Zırh
Çelik Zırh
• Zırh çeliği spesifikasyonları
– düşük alaşım,
– düşük karbon muhteviyatı
– homejenleştirilmiş
M60 Potton tankında RHA ve
CHA kullanılır
• Haddelenmiş Çelik (Rolled Steel) zırhlarda en yaygın olarak kullanılan
türüdür
• Günümüzde en yaygın kullanılan çelik zırhlar:
• Haddelenmiş Homejen Zırh (RHA, MIL-DTL-12560)
• MIL-S-12560B (similar to AISI 4340)  amerikan ordusu kullanır
• Dökme Homojen Zırh (CHA, MIL-DTL-11356)
•
•
Eklentilerin, sülfürün, fosforun ve döküntü elemanların azaltılmasıyla mukavemet ve dayanım arttırılmıştır
Charpy V-Notch testi çelik zırh dayanımı için kalite kontrol amaçlı kullanılır
Monolitik Metalik Zırh
Çelik Zırh
•
Yüksek Sertlikli Çelik Zırh (HHA, MIL-DTL-46100)
– Vietnam savaşı sırasında bilyeli mühimmata karşı geliştirilmiştir
– Yapısal olarak RHA’ya benzer, farklı olarak
• %0.32 karbon içerir
• I. seviye ısıl işleme tabii
– Özellikle açılı çarpmalarda bilyalı mühümmata karşı ağırlık bakımından verimlidir
– İlk olarak aplike (yapısal olmayan) zırh olarak geliştirilmiştir
• Kaynakla yapısal elamanlara tutturularak kullanılır
•
Hafif Zırhlı Araç (LAV)
– Kemer hattı üstü HHA
– Kemer hattı altı RHA
Monolitik Metalik Zırh
Çelik Zırh Değerlendirme
Yüksek Sertlik
Döküm
Üstün mekanik özellikleri,
–
–
yüksek akma dayanımı ve
yüksek tokluk
•
düşük fiyat,
•
temin edilebilirlik,
•
yüksek şekillendirilebilirlik,
•
yüksek balistik performans,
Çift Sertlik
Balistik Performans
•
Zırh kalınlığı
Haddelenmiş
Homejen
Zırh Sertliği
Çelik çeşitlerinin sertlik ve balistik performanaslarının karşılaştırılması
pek çok çelik tipi zırh yapımında tercih edilmiştir.
•
Çeliklerin yoğunluğunun yüksek olmasından dolayı,bu malzemeleri kullanarak hafif zırh
üretimini mümkün kılmamaktadır.
–
Kompozit ve yüksek performanslı alüminyum ve titanyum esaslı alaşım zırhlar bu nedenlerle
geliştirilmiştir
Monolitik Metalik Zırh
Çelik Zırh - Deneysel Bulgular
• Çelik zırh plakaların düşük hızlarda balistik karakterizasyonun çekiç
düşürme deneyi ile gerçekleştirildiği çalışmada kullanılan zırh
plakaların
– Isıl işlem sonrası mekanik özellikleri
Monolitik Metalik Zırh
Alüminyum Zırh
•
alüminyum alaşımları,
–
yüksek özgül mukavemetleri
–
düşük yoğunluk değerleri
sayesinde hedef balistiği biliminin önem verdiği malzemelerin başında gelmektedir.
•
Yüksek enerji emme kapasiteleri ile seramik plakaların arkasında destek plakası olarak
kullanılmaktadırlar.
•
Yüksek ısı iletkenlikleri, alüminyum plakalarda adyabatik kesme bölgelerinin oluşumunu
kısıtlamaktadır.
•
alüminyumun düşük yoğunluğu ağırlığın önemli olduğu durumlarda çeliğe oranla tercih
edilmesini sağlar
Monolitik Metalik Zırh
Alüminyum Zırh
• Isıl işlemle, yaşlandırma işlemiyle ve gerinim sertleşmesi uygulanarak
sertleştirilmiş birçok alaşımı vardır
• Örnek: AA 2024 içerdiği bakır ve magnezyum elementleri sayesinde
yaşlandırılabilme özelliğine sahip olup, özellikle uçak ve uzay endüstrisinde
oldukça kullanılmaktadır
Çökelme sertleşmesi
Çökelme sertleşmesi, ikinci fazın küçük tanecikler halinde matris
fazı içinde çökelmesinin sağlandığı alaşım sistemlerinde
mukavemet artırmada kullanılan en önemli sertleştirme
yöntemlerinden biridir.
Çökelme Sertleşmesi Üç Kademede Yapılır
1)Solüsyona Alma
2) Su Verme
3) Yaşlandırma
Monolitik Metalik Zırh
Alüminyum
•
5083-H131 (MIL-DTL-46027)
alüminyum alaşımı:
M113
– Isıl işleme tabii tutulamaz
– Gerinim sertleşmesi uygulanmıştır
5083 Alaşımı
Kullanımı
– alüminyum-magnezyum alaşımıdır
– Çatlaklara ve gerilim-korozyon çatlaklarına karşı dayanıklıdır
– Kozozyona karşı dayanıklıdır
– Kaynak yapılabilir
– Parçacıklı tehditlere karşı mükemmel koruma sağlar
– The M113 Zırhlı Personel Taşıyıcı
– M109 Paladin Self Propelled Howitzer
– Bradley Savaş Aracı alt yarısı
M109
Monolitik Metalik Zırh
Alüminyum Zırh
•
7039-T64 (MIL-DTL-46063) alüminyum alaşımı:
– alüminyum-magnezyum-çinko alaşımıdır
– Isıl işleme tabii tutularak 5083’ten
daha fazla sertlik değerlerine ulaşabilir
Bradley Savaş Aracını
– Bilyalı ve zırh delici mühimmata karşı 5083’ten daha dayanıklıdır
– Parçacıklı tehditlere karşı etkisi daha azdır
– Enine ve boyuna gerilim-korozyon çatlaklarına maruz kalır
• Gelecek nesil araçlarda önerilmemektedir
– Bradley Savaş Aracını üst yarısı
Monolitik Metalik Zırh
Alüminyum Zırh
•
2519-T87 (MIL-DTL-46192) alüminyum alaşımı:
–
alüminyum-magnezyum-bakır alaşımıdır
–
Isıl işleme tabii tutularak 5083-7039 arası sertlik
değerlerine ulaşabilir
AAAV
– Bilyalı ve zırh delici mühimmata karşı 7039’la aynı korumayı sağlar
– Parçacıklı tehditlere karşı 5083’ten daya iyi koruma sağlar
– Gerilim-korozyon çatlaklarına karşı dayanımı iyidir
– Genel korosyon direnci kötüdür
– Kaynak yerleri yakınlarında balistik performansı çok düşer
• Farklı bağlantı elemanları kullanılmalıdır
– Marine Corps Expeditionary Fighting Vehicle (eski adıyla Advanced Amphibious
Assault Vehicle, or AAAV)
2519
Al-Mg-Cu
7039
Al-Mg-Zn
5083
Al-Mg
?
Monolitik Metalik Zırh
Titanyum Zırh
•
Titanyum alaşımlarının en önemli özellikleri
– Yüksek sıcaklıklardaki performansları
– Düşük yoğunlukları
• Aynı balistik performansı sağladıkları çeliklere göre daha hafiftirler
•
Fiyatlarının yüksek olması
•
İşlemelerinin ve kaynak işlemlerinin zor olması
kullanımlarını hava platformlarıyla kısıtlamıştır
•
Yapılan yeni çalışmalarla titanyum alaşımlarının fiyatları aşağı çekilerek yer
araçlarında da kullanımı sağlanmıştır
– Ti-6Al- 4V, MIL-DTL-46077 Titanyum alaşımı
• Watertown Arsenal zırh uygulamaları için tarafından geliştirilmiştir
• %6 alüminyum ve %4 Vanadyumdan oluşur
Ti-6Al- 4V
It is significantly stronger than commercially pure
titanium while having the same stiffness and
thermal properties (excluding thermal conductivity,
which is about 60% lower in Grade 5 Ti than in CP
Ti). Among its many advantages, it is heat treatable.
This grade is an excellent combination of strength,
corrosion resistance, weld and fabric ability. This
alpha-beta alloy is the workhorse alloy of the
titanium industry.
6% aluminum, 4% vanadium, 0.25% (maximum) iron, 0.2% (maximum) oxygen, and the remainder
titanium
Metalik Zırhlar
Ti-6Al- 4V, MIL-DTL-46077, Titanyum alaşımı
– 1950’de geliştirildi ve daha sonra zırh uygulamalarında kullanılan tek Titanyum
alaşımı oldu
– RHA ile benzer sertlik ve mukavemet değerlerine sahip
– RHA’dan %25 daha hafif
– Çoklu darbeye dayanıklı
Ti-6Al-4V
– Tokluk ve çarpma dirençleri yüksek
– gerilim-korozyon çatlaklarına maruz kalır
– Yumuşak yapıldığında performansı artar
Penetrasyon derinliği
•
Mermi Hızı
Monolitik Metalik Zırh Karşılaştırılması
400-600 HB
334HB
Çelik
Titanyum
85 HB (5083)
133 HB (7039)
Balistik Koruma
alüminyum
Kalınlık
Metalik Hibrit Lamine
Metalik Lamine
•
Çift sertlikli çelikler (Dual hardness steels) (DHA, MIL-DTL-46099)
– İki çelik katmandan oluşur
– Çarpışma yüzeyi yüksek sertlikli çeliktir (>60 HRC) çok kırılgandır
• Mermi ucunu erozyana uğratmak veya kırmak için kullanılır
• 59-63 Rockwell C sertliğinde (HRC) çelik kullanılır
– Daha sünek bir arkalama plakası metalurjik olarak sıcak haddelenir veya kaynatılır.
•
•
•
•
Çarpışma enerjisini soğurur
Yapısal bütünlüğü sağlar
Çatlakları durdurur
50-53 HRC düşük alaşımlı çelik kullanılır
– HHA nın performansından daha iyidir
– Küçük silah cephanesine, bilyalı ve zırh delici mühimmata karşı en performanslı
koruma sağlayan çelik zırhtır
– En pahalı çelik zırhtır
– Bükmesi ve kaynatması zordur
– Geniş plakalarda aradaki birleştirmede sorun olabilir
Metalik Hibrit Lamine
Metalik Lamine
• 2519 alüminyumla desteklenen 55 HRC değerindeki çok sert çelik laminesi
zırh delici mermilere karşı çok iyi kütle ve fiyat avantajı sağlamıştır
• HHA çeliği ile desteklenen 5083 alüminyum laminesi penetrasyon modunu
sünek yırtılmaya çevirerek bilyalı ve parçacıklı tehditlere karşı hafif zırh
imkanı sağlamaktadır
Metalik Hibrit Lamine
Metal Kompozit Hibrit
•
Polimer matrisli kompozitle desteklenen monolitik metalik zırhlar günümüzde yaygın
olarak kullanılmaktadır
•
Komposit metalik zırhın delinmesi halinde kopan parçacıklara karşı iç kısmı korumaya
alır.
–
Polimer matrisli kompoziti desteklemek için kullanılan fiberler
• Ballistic naylon,
• Doron,
• S-2 cam,
• Kevlar™ aramid.
•
UH-60 Blackhawk helikopterinde AISI 4350 çelik (60 HRC) Kevlar™ ile desteklenerek
pilot ve yardımcı pilot mevkilerinde parçacıklara karşı koruma amaölı kullanılmıştır.
Metalik Hibrit Lamine
Metal Kompozit Hibrit
• Yüksek sertlikli çelikler veya titanyum ince bir Kevlar™ tabakasıyla
kullanıldıklarında balistik performansları artmaktadır
• PinnacleArmor tarafından üretilen esnek vücut zırhında (Dragon Skin®)
kullanılmıştır
Metalik Hibrit Lamine
Metal Seramik Hibrit
•
Metal-Seramik zırhlar
– Sert bir seramik çarpışma yüzü
– Arkada metalik destek
•
DHA’da olduğu gibi sert çarpışma yüzü tehditi kırmada etkilidir
•
Seramikler çelikten daha serttirler. Tehdit arkalayıcı plakaya gelmeden
– kırmada, parçalamada, erozyana uğratmada, durdumada; etkindirler
•
Arkalayıcı metal plaka mermi parçacıklarını ve kopan seramik parçacıklarını
yakalar
•
Metal-Seramik bağın kayma mukavemetine bağlı olarak balistik performans
arttırılabilir
•
Daha gelişmiş bağlarla; alüminyum ve titanyum alaşımlarının seramiklerle
arkalayıcı plaka olarak kullanımı ile ilgili çalışmalar sürmektedir
Metalik Hibrit Lamine
Metal Kompozit Seramik Hibrit
• Metal-Seramik zırhlarda arkalayıcı plakayı sertleştirmek eğilme
gerilimlerini azaltarak seramiğin performansını artırır
– Seramik fiberler ve parçacıklarla güçlendirilmiş metal matrisli kompozitler
seramik ve arkalayıcı metal plaka arasında kullanılmaktadır.
•
Daha gelişmiş balistik koruma sağlamak amacıyla:
– Sert bir seramik çarpışma yüzü (tehditi kırmak için)
– Arkada metalik destek (yapıyı ayakta tutmak ve parçacıkları yakalamak
için)
– En arkada polimer matrisli komposit (kalan paçaları tutmak için)
•
Stryker-Interim Zırhlı aracında kullanılmıştır
Metalik Zırhların Günümüzdeki Durumu
• Günümüzde metalik zırh tasarımı monolitiklerden çok farklı
olarak hibrit sistemler üzerinde yoğunlaşmıştır.
Çok Katmanlı Metalik Zırhlar – Deneysel
Bulgular
•
Tek katmanlı hedeflerde kalınlık ile birlikte,
•
Çok katmanlı hedeflerde katman sayısı ile birlikte,
•
Aynı alan yoğunluğuna sahip tek ve çok katmanlı hedeflerden, tek
katmanlı hedeflerin balistik limit hızlarının daha yüksek çıktığı
gözlemlenmiştir.
•
Balistik limit hızları arasındaki bu fark, farklı delinme mekanizmalarından
kaynaklanmaktadır.
•
Tek katmanlı hedeflerde
– sadece kesme diski
•
Çok katmanlı hedeflerde
–
tabaksı çukur diski
Balistik limit hız artar
Seramik Zırh
•
Seramikler yüksek sertlik değerlerine sahiptir
–
Mermi aşındırmada ve kırmada etkindirler
• Metaller mermi kinetik enerjisini plastik deformasyonla soğururken, seramikler kırılma ile
yaparlar
•
Esneklik kaysayıları yüksektir
•
Seramikler basmada çok kuvvetli,
•
Kırılgandırlar fakat basma yükü altındaki seramikler, kırılma sonrasında da yüksek
dayanım göstermektedirler
•
Yoğunlukları düşüktür
–
•
Geleneksel monolitik metallere göre hafiftirler
Bu özellikleriyle seramikler iyi zırh malzemeleridir ve 30 yıldır yaygın olarak zırh
malzemesi olarak kullanılmaktadır
Seramik Zırh Tarihçesi
• Seramiklerin koruyucu özellikleri ilk çağlardan beri bilinir
– Kayalar, insan yapımı ortaçağ kaleleri, Çin seddi
• 1. ve 2. Dünya savaşlarında kullanılan bomba parçalarında ve mermilerden
korunmak için yapılan beton ve çimentodan yapılan siperler
• Hareket ihtiyacı olmayan sabit korunma alanlarında kullanılmıştır
• Son 40 yıl içinde hareket kabiliyeti gerektikçe gelişmiş sert ve hafi
seramikler geliştirilmiştir
Seramik Zırh Tarihçesi
• Hareketli zırh uygulamalarında seramik ilk olarak 1. Dünya Savaşında
kullanımıştır
– Alman tanklarında 1/16“ sert emaye kaplamalar ve metal arkalayıcılar
görülmüştür
• Amerikan donanması 1. Dünya Savaşı sonrası hafif seramik-kompozit
sistemini geliştirmiştir
– Tüfek mermilerine karşı Doron ile desteklen cam levha
• 1962’de Goodyear Uçak Firması Doron (cam destekli plastik) ile
desteklenmiş bir Al203 yüzey plakasının 0.30 kalibre zırh delici mermiyi
çeliğin yarı ağırlığıyla durdurabildiğini ispatlamıştır
• Aynı firma 1970’de reçine emdirilmiş cam elyaflı; Al203, Sic ve B4C yüz
plakalı zırhlar için patent almıştır
Seramik Zırh
• Seramik zırhlarla ilgili yapılan çalışmalar:
– Düşük yoğunluklu (2 - 4.5 g/cm3) monolitik seramikler,
• örn: Al203, B4C, Sic, AlN, TiB2, Si3N4
– 4.5 g/cm3 ‘ten yüksek yoğunluğa sahip seramikler,
• örn: Zr02
• Zırh olarak çok iyi özelliklere sahip olmalarına rağmen bir
takım eksiklikleri vardır:
– çekme dayanımları zayıftır,
– düşük kırılma toklukları vardır (kırılgandırlar),
– çoklu-darbe özellikler yoktur.
Monolitik zırh malzemeleri olarak kullanılamazlar
Seramik Zırh
• Seramikler polimer, metal veya kompozit gibi sünek bir katmanla
desteklenmelidirler
• Seramik sert yüzeyleri, mermi ucunu kırıp, kütlestirerek mermi
etkinligini azaltmakta ve yüksek balistik koruma sağlamaktadır
– Kırılan seramik ve mermi parçacıkları arka tarafa saçılmaktadır
• Arkalayıcı levha :
–
–
–
–
Çarpışma sırasında yapısal olarak seramik katmana destek olur
Kopan mermi ve seramik parçalarını yakalar
Merminin kalan kinetik enerjisini soğurur
hafif olması tercih edilir
• Arkalayıcı plaka ile seramik plakayı tutturmak için yapıştırıcılara ihtiyaç
vardır
– Çarpışmadan sonra halen seramik tabakayı tutan bir nitelikte olura çokludarbe dayanımı kazandımış olur
Seramik Zırh – Zırh Seramiği
• Seramik Zırh ve Zırh Seramiği arasındaki farkı
anlamak önemlidir
– Zırh seramiği gerçek seramik malzelemere verilen
addır
– Seramik zırh ise seramik levhalar içeren zırh
sistemlerine verilen addır.
Seramik Zırh Tasarım Kriterleri
•
Seramik en az mermi kadar sert olmalıdır
•
Seramik kalınlığı en az mermi çapının yarısı kadar olmalıdır
•
Seramik kompozit yapıda kullanılıyorsa, seramik kalınlığı kompozitin toplam
kalınlığın yaklaşık üçte biri kadar olmalıdır
•
Seramik mermiyi kırmalı, aşındırmalı ve arka plaka kopan parçaları
yakalayabilecek nitelikte olmalıdır
•
Kalın seramik uygulamalarında kırılma ve çatlak mekanızmasının iyi
anlaşılması gerekir
•
Balistik darbeye dayanıklı zırhlar konusunda optimum performans için en az
%80 saflıkta seramik kullanılması gerekmektedir
Zırh Seramiği Çeşitleri
• Bor karbür, B4C
• Silikon karbür, SiC
• Alüminyum nitrat, AlN
• Alumina, Al203
• Titanyum diborayt, TiB2
en yaygın kullanılan seramik zırh malzemeleridir.
• Alumina (% 85 saf) ucuz olması nedeniyle en çok kullanıladır
• Bor karbür ağırlık ve performans açısından en iyi olandır
• Titanium borür fiyatı ve yüksek yoğunluğundan dolayı az kullanılır
Seramik Zırh
Fiyat
Büyük mermi
Küçük mermi
Ağırlık
Seramik Zırh
• Hangi tehdit için hangi malzemenin kullanılacağını balistik ihtiyaçlar ve
fiyat belirler
• Geçmişte sinterlenmiş seramikler sıcak-preslenmiş seramiklerden daha
ucuz olsa da
– Bugünlerde sıcak-preslenmiş monolitik seramiklerin fiyatları da uygun hale
gelmiştir
• Sıcak-preslenmiş seramikler sinterlenmiş olan eşleniklerinden daha iyi
balistik özellik gösterirler.
• CMC’lerle seramik balistik özellikleri (özellikle çoklu-darbe kapasitesi)
iyileştirilmiştir
– Fiyatları oldukça yüksektir
Düşük Yoğunluklu Seramikler
Al203
• alüminyum oksit polimorfik bir malzemedir ve birçok biçimde
bulunabilir:
– Sinterlenmiş alumina zırh uygulamaları için en uygun biçimidir:
• Kolay üretilir
• Ucuzdur
• Balistik özellikleri iyidir
• Balistik özellikleri mermi hızı arttıkça artar
Düşük Yoğunluklu Seramikler
SiC
• Silikon karbür de polimorfik bir malzemedir. Aluminadan
farklı olarak yüzlerce politipi vardır
– En yaygını ve basiti elmas yapılı “P-phase”’dir
• “A-phase” balistik uygulamalar için en uyugn olanıdır
– Yüksek sertlik değerlerine sahiptir,
– Yüksek esneklik katsayısı vardır,
– Yüksek basma mukavemeti vardır
• Sinterlenmiş, tepkime-bağlı ve sıcak-presli versiyoları
mevcuttur ve zırh malzemeleri olarak kullanılırlar
– Tepkime-bağlı ve sıcak-presli olanlar sinterlenmiş olana göre daha
çok tercih edilirler.
Düşük Yoğunluklu Seramikler
B4C
• Köşelerinden uzatılmış bir küp yapısı vardır
• Düşük yoğunluğu (2.5g/cm3) ve yüksek sertliği nedeniyle zırh
malzemesi olarak tercih edilir
– Dünya üzeründe elmas ve kübik BN’den sonra bilinen 3. en sert
malzemedir
– En çok kullanılan zırh seramiğidir.
– Can yeleklerinde kullanılır.
• Sıcak-presli B4C çok pahalıdır
Düşük Yoğunluklu Seramikler
Al203
B4C
SiC
Yoğunluk Esneklik
(g/cm3)
katsayısı, E
(GPa)
3.9
370
3.2
2.5
410-440
450
Basma
Mukavemeti
(GPa)
2-3
4-5
2-4
Zırh Seramikleri Kullanımı
• Seramik tabanlı 2 katmanlı
vucüt zırhları (Irak’ta
Amerikan askerleri tarafından
kullanılanlar)
• Helikopter koltuklarında
kullanılan seramik zırhlar
Yüksek Yoğunluklu Seramikler
•
Düşük yoğunluklu zırh seramikleri küçük ve orta kalibreli delicilere karşı iyi
performans gösterseler de; uzun-rotlu ve ağır metal alaşımlı delicilere karşı
etkili olamazlar.
– Modern kara araçları için bu tehditlere karşı koruma önemlidir
•
Uzun-rotlu delicilere karşı seramik kalınlığının çok fazla arttırılmalısı gerekir:
– Tek başına yeterli değildir.
– Arkadan yansıyan çekme dalgaları nedeniyle seramiğin deliciyi erozyona uğratması
zorlaşır.
Yeni seramik tiplerinin geliştirilmesi gerekmiştir.
•
1990’larda çözüm RHA (r = 7.85 g/cm3)’dan daha yoğun olan malzemelerde
aranmış ve sinterlenmiş depleted uranyum (DU) (r = 9.47 g/cm3) kullanılmıştır
– Aynı etkiyi sağlayabilen aluminaya göre %99.5 daha az ağır DU ile sonuçlar elde
edilmiştir.
– Çalışmalar malzemenin radyasyon etkileri nedeniyle son verilmiştir
Yüksek Yoğunluklu Seramikler
• 1990’ların Ortasında ARL ve Cercom birleşerek yüksek yoğunluklu pekçok
seramik geliştirmiştir
• Tungsten karbür (WC)mükemmel mekanik özellikleriyle en iyi sonuçları
vermiştir
• Esneklik Katsayısı (E= 700 GPa) çok yüksektir, excellent mechanical
properties, and an
• Değişik bağ elemanlarıyla (Co, Fe) ve bağsız olarak tungsten ağır alaşımlı
(WHA) ve tungsten mermilerle balistik testler yapılmıştır
– Ağırlık verimliği ve balistik performası iyi sonuçlar elde edilmiştir
Yüksek Yoğunluklu Seramikler
Kütle verimliliği
Malzeme
Hacim verimliliği
Seramik Zırh Nasıl Çalışır
Küçük Kalibreli KE Mermilerine Karşı
• Seramik zırhın temel görevi merminin kinetik enerjisini depolanmış
elastik enerjiye ya da plastik işe dönüştürmektir.
• Kırılgan mermiler için depolanmış elastik enerji merminin
parçalanmasıyla sonuçlanır
• Merminin parçalanmasıyla ya da platik iş sonucu oluşan parçacıklar
yayılabilir
• Merminin kinetik enerjisi daha büyük bir alana yayılmış olur
• Seramikler son olarak çarpışma impulsını yükü arkalayıcı plakaya
yayarak soğururlar
• Arkalayıcı levhanın deformasyonu sonucu merminin ve parçacıkların
momentumu azalarak yakalanırlar
Seramik Zırh Nasıl Çalışır-Örnek
Küçük Kalibreli KE Mermilerine Karşı
•
6-16 μs’de, penetrasyon öncesi dönem
–
mermi çekirdeğinin burnu seramik levhaya
penetrasyonu sonucu penetrasyona uğrar
–
Seramiğin yükses sertliği çarpışma
yüklerini karşılar.
•
16 -25 μs, penetrasyon dönemi
–
çekirdek penetrasyona başlar ve kısalır
(erozyona uğrar)
–
Seramik kırılmasına rağmen yeterli direnci
gösterir ve mermiyi aşındırmaya devam eder
7.62 mm APM2 çelik
çekirdeğin, boron
karbüre çarpması
•
25 μs, arkalayıcı plaka deformasyona uğramaya başlar ve seramik desteğini
kaybeder, “dwell” biter
•
At 35 μs, mermi çekirdeği kırılır.
•
At 56 μs, mermi çekirdeği seramiğe tamamen girer;
–
Mermi arkalayıcı içinde ilerler ve yakalanır
Seramik Zırh Nasıl Çalışır
Büyük Kalibreli KE Mermilerine Karşı
• Büyük Kalibreli KE mermilerini önlemenin temel yolu
erozyondur.
• Delici ucunda uzun süre (10-100s microseconds) GPa’lar
seviyesinde basınç sağlayabilmek için yüksek basma
mukavemetine ihtiyaç vardır
• Arkalayıcı plakanın da çok dayanıklı olması gerekir
Seramik Zırh Nasıl Çalışır
Çukur İmlalı Tehditlere Karşı
• Çukur imlalı jetlerle olan çarpışmalarda çarpışma
basınçları çok yüksektir ve hidrodinamik etkiler işin içine
girer
• Çarpışmada;
– Jetin ucunun hızı 6 -10 km/s,
– Kuyruk hızı ~2 km/s
– Oluşan çarpışma basıncı 100 GPa; seviyesindedir
• Seramiklerin kırılma anında hacimlerinin artması sonucu
jet yön değiştirir ve zayıf olduğu yan yönlerden karşılanır
Bir ve Çok Katmanlı Seramiklerin
Karşılaştırılması
Penetrasyon
1 AlN tabakalı zırh
Daha iyi sonuç veriyor
Penetrasyon
3 AlN tabakalı zırh
Bir ve Çok Katmanlı Seramiklerin
Karşılaştırılması
Katman
Katman
Seramik katman sayısı
Hava
Seramik
tamamlandı
Mermi alümünyuma girmedi
L/D=6 (L=50mm) Tungsten mermi
Çarpma Hızı=1150m/s
Alüminyum
Penetrasyon derinliği
Mermi uzunluğu
Mermi çapı
Kompozit Malzemeler
Kompozit malzemeler iki ya da daha fazla malzemenin makroskopik ölçekte
biraraya gelmesiyle oluşan malzemelerdir.
Kompozit malzemelerin avantajları:
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
Ağırlık
Yüksek mukavemet
Yüksek tokluk
Korozyon dayanımı
Aşınma dayanımı
Yorgunluk dayanımı
Isı bağımlı davranımlar
Termal yalıtkanlık
Termal iletkenlik
Akustik yalıtım
Reçine
Fiber
Kompozit Malzemelerin Genel Özellikleri
• Kompozit malzeme;
– biri matris diğeri de takviye olmak üzere iki veya daha fazla malzemenin (
metalik, organik, inorganik vs.) bir araya gelerek oluşturduğu daha üstün
özelliklere sahip olan malzemelerdir.
• Oluşturulan karışım, kendisini oluşturan matrisin mekanik veya fiziksel
özelliklerinden farklı bir özelliklere sahiptir.
• Matris malzeme içerisine daha farklı bir malzemenin fiber veya
parçacık olarak konması ve birleştirilmesi işlemiyle tek bir yapı
oluşturulur
• Partikül takviyeli metal matrisli kompozitler yüksek esneklik katsayısı,
mukavemet, sertlik ve aşınma direnci gibi avantajlara
– monolitik metal eşlerine göre düşük tokluk, yüksek maliyet, işleme ve
işlem güçlüğü gibi dezavantajlara sahiptir.
• Fiber takviyeli kompozitler ise yüksek mukavemet, yüksek çekme
modülü, düşük ağırlık gibi avantajlara, yüksek maliyet gibi
dezavantajlara sahiptir.
Kompozit Malzemeler
Kompozitlerin sınıflandırılması
•
•
•
•
Lifli kompozitler
Katmanlı kompozitler
Parçacıklı kompozitler
Hibrid kompozitler
Matris
• Matris malzemeleri, lifleri ya da parçacıkları birarada
tutmak için kullanılan malzemelerdir.
• Matrisler, kompozit malzemeye korozyon ve ısı
dayanımı gibi özellikler kazandırır.
• Yükün dengeli dağılımını sağlar.
• Matrikslerin ana malzemeleri
– Polimerler
• Termosetler: Epoksi, Polyester, Fenolik
• Termoplastikler: Polyimide, Polifenilen, Polipropilen
– Metaller
– Seramikler
Lifli Kompozitler
• Matris malzemesi içinde güçlendirici liflerden oluşan kompozit
malzeme biçimi
• Lifler, çok küçük kesit alanlı ve uzun yapıdadır.
• Lifler aynı malzemenin hacimli durumuna göre çok daha
kuvvetlidir
–
–
–
–
–
Camelyaf
Karbon/grafit lifler
Aramid
Boron lifler
Metalik teller
• Tungsten, Berilyum, vs.
Katmanlı Kompozitler
•En az iki malzemenin birbirine katmanlar halinde birleştirilmesiyle elde
edilen kompozit malzemeler
Çeşitleri:
– Bimetaller
– Kaplanmış metaller
– Katmanlı cam
– Plastic tabanlı katmanlı kompozitler
– Katmanlı lifli kompozitler
Parçacıklı Kompozitler
•Bir ya da daha fazla malzemenin, bir matris malzemesi içinde
parçacıklar halinde bulunması
•Parçacıklı kompozitlerin çeşitleri:
– Ametal içinde ametal
– Ametal içinde metal
– Metal içinde metal
– Metal içinde ametal
Kompozit Zırh Tarihçesi
• 1960’larda hafif zırh tasarımı için seramik-kompozit zırh
sistmelerinin kullanılması ile ilgili çalışmalar yapılmıştır
• 1980 ve 90’larda polimer matrisli kompozitlerle(PMC) ilgili
çalışmalar yapılmıştır. Bradley Infantry Savaş Aracı
(BIFV)’nda ilk defa kullanılmıştır.
– Yapısal olarak işlevselliği olmayan bu zırha daha sonraları yapısal
özellik kazandırılmıştır.
• Daha sonra kompozit
zıhlı araç (CAV)’a uygulanmıştır
– PMC’den oluşan kompozit yapısal zırh (CIA) kullanılmıştır.
Kompozit Zırh Tarihçesi
•
CAV’da kullanılan yapısal kompozit zırh (CIA)’nın her bir katmanın ayrı
görevleri vardır.
– En dışarda (aracın dışında) ince bir PMC katmanı yer alır
• Balistik seramik tabakasını dış etkilerden korur
– Seramik katman
• Çarpışmada mermiyi kırmak/aşındırmak için kullanılır
– EPDM plastik katman
• Çoklu-darbe performansını arttırmak için kullanılmıştır
– Kalın kompozit plaka
• Aracın yapısal desteğini sağlamak için kullanılmıştır
• Aynı zamanda artan kinetik enerjiyi
soğurarak kırılan seramik ve
mermi parçalarını da tutar
– En içte fenol tabakası
• Yangına karşı korur
Fenol iç katman
Yapısal kompozit
EPDM
Alumina
PMC dış yüz tabakası
Neden Kompozit Zırh
“Hafif uç-Ağır havaş”
• TankFüzeye karşı direk koruma gerekli
• UçakElektronik önlemler(flare) pilot mevki,
yakıt tankı, motor gibi yerleri küçük kalibrelere
karşı korur
– Hareket kabiliyeti
– Manevra yeteneği
– Taşınabilirlik
• İhtiyaçlar ancak hafif zırh sistemleriyle
karşılanabilir
Fiber Seçimi
Fiber Destekli Polymer Matrisli Kompozit
(PMC) Zırhlar
Yapısal (Integral) Kompozit Zırh (CIS)
Fibersiz Kompozit Zırh Tasarımı
Fibersiz Kompozit Zırh Deneysel
Bulgular-2
Atıştan sonra
R1 numunesinin ön yüzeyinin ve mermi parçalarının görüntüsü.
Fibersiz Kompozit Zırh Deneysel
Bulgular-2
Fibersiz Kompozit Zırh Deneysel
Bulgular-2
Testten sonra
R4 numunesinin arka yüzey görüntüsü.
Fibersiz Kompozit Zırh Deneysel
Bulgular-2
Atıştan sonra
R5 numunesinin ön yüzey görünümü.
Fibersiz Kompozit Zırh Deneysel
Bulgular-2
Atış sonrası
R7 numunesinin ön taraf görünümü
Fibersiz Kompozit Zırh Deneysel
Bulgular-2
Atış sonrası
R7 numunesinin arka yüzey görünümü.
Şeffaf Zırh Malzemeleri
•
•
•
•
Alüminyum Oksinitrat (AlON)
Magnezyum Alüminat (spinel)
Alüminyum Oksit (safir)
Cam/Polikarbonat Lamineler
Şeffaf Zırh Malzemeleri
Şeffaf Zırh Malzemeleri
Zırh Teknolojilerindeki Gelişmeler ve
Geleceği
• Zırh teknolojisindeki gelişmeler,silah teknolojisindeki
gelişmelere paralellik gösterip özellikle son yıllarda başta
malzeme teknolojisindeki ilerlemeler ve simülasyon
programlarındaki gelişmeler olmak üzere önemli bir ivme
kazanmıştır.
• Zırh Çeşitlerinde Yeni Konseptler
– Biomimetics
– Nano-malzemeler
Nano Malzemeler
• Nano boyutlu Süper Sert Karbon ile Dünya rezervlerinin %
70 i Türkiye’de bulunan Bor madeni kullanılarak Nano
Kübik Bor Nitrür elde edilir
• Nanoteknolojinin öncelikli amacı çeşitli ihtiyaçları
karşılayabilecek özellikte nano boyutlu malzemelerin elde
edilmesidir.
• Nano boyutlu partiküllerin ilavesi ile mevcut malzemelerin
fiziksel ve mekanik özellikleri tümüyle
değiştirilebilmektedir.
• Malzemelerin sentezlenmesi ve üretimi modern metodlara
ihtiyaç göstermektedir.
Nano Malzemeler
• Nano Süper Sert Karbon (NSSK) elde edilmesinde kontrollu
şoklama teknolojisi uygulanmıştır. Ürün, 10-60 Angstrom
boyutunda ve % 99.8 saflıktadır. Özgür yüzey alanı 4001100 m2/gram’dır. Ürünün 40000 büyütmeli görünümü:
Nano Süper Sert Karbonun 40000 büyütmeli görüntüsü
Biomimetic Nanoyapılar
Biyoloji
Bioinspired
malzemelerin tasarımı
Nanoyapılar
Malzeme
Bilimi
Biomimetic Nanoyapılar
“Kemik, diş ve kabuklar çok sert, dayanıklı ve tokturlar.
Nanometre düzeyinde eşsiz hiyerarşik yapıları vardır. Bu
yapıları taklit ederek zırh malzemeleri konusunda yeni
daha performanslı malzeme tasarımları yapılmaya
çalışılmaktadır.”
Tehditi durdumak için gerekli ağırlık
Neden Kompozit Zırh
Çelik
Seramik/GRP
Malzeme
GRP: Cam Destekli Plastik Kompozit
Kompozit Zırh Uygulamaları
Ductile Hole Formation in a Target
BÖLÜM IV. ÇUKUR İMLANIN SİMULASYONUNDA KULLANILABİLECEK BİLGİSAYAR PROGRAMI
ÖRNEKLER
BÖLÜM IV. ÇUKUR İMLANIN SİMULASYONUNDA KULLANILABİLECEK BİLGİSAYAR PROGRAMI
ÖRNEKLER
• 25gr’lık çelik ve ilk hız 70 m/s
PART IV. A COMPUTER PROGRAM WHICH CAN BE USED TO SIMULATE SHAPED CHARGES
EXAMPLES
BÖLÜM IV. ÇUKUR İMLANIN SİMULASYONUNDA KULLANILABİLECEK BİLGİSAYAR PROGRAMI
ÖRNEKLER
• 50gr’lık çelik ve ilk hız 70 m/s
PART IV. A COMPUTER PROGRAM WHICH CAN BE USED TO SIMULATE SHAPED CHARGES
EXAMPLES
Kinetik Enerjili Giricilerin Seramik Hedeflere
Çarpmasının İncelenmesi(2)
Şekil 17: İnce destek tabakalı seramiğe balistik çarpma sırasında gerçekleşen olayların
şematik gösterimi [18, 1994]
Tungsten alaşım kinetik enerjili giricilerin seramik ve
haddeli homojen zırhlara çarpması
Şekil 18:
Krater şekillerinin
karşılaştırılması 1550
m/s (soldaki), 2150
m/s (sağdaki). Mermi
girişleri sağ taraftan
gerçekleşmiştir
[20,1999].
Mermi hızının artması durumunda merminin numunenin çıkışında oluşturduğu tahribat
daha düşüktür.
Tungsten KE giricisinin haddeli homojen zırha
(RHA) dik girinimi
Şekil 19: L/D oranı 20 olan, konik uçlu tungsten bir KE çubuğunun 150
mm kalınlığındaki haddeli homojen zırha 1520 m/s ile çarpması durumunda
oluşan krater ve modellemedeki karşılığı [21,2003]
Tungsten KE giricisinin haddeli homojen zırha
(RHA) eğik girinimi
Şekil 20: 40 mm kalınlığındaki haddeli homejen zırhlara L/D= 20 (D=8.6
mm ) mermilerle yapılan test sonuçları. 2150 m/s (soldaki) , 1550 m/s
(sağdaki) [21,2003]
Delinme ( Perforation)
Titanyum Alaşımlardan Yapılmış Hedeflerde Hedef
Kalınlığının Hasar Mekanizmasına Etkisi
“Add-on” Zırh Sistemleri
Yandaki şekilde gösterilen değişik
tahribat biçimleri zırhın tipiyle direk
olarak ilgilidir.
Her tahribat tipini engellemeye
yönelik farklı “add-on” zırh sistemleri
kullanılmaktadır.
Reaktif Zırh Sistemleri
•Reaktif zırh sistemlerinin etkileri üzerine Almanya ve
ABD’de birçok çalışma gerçekleştirilmiştir.
Bu çalışmalarda detaylı
patlama analizlerinin yanı
sıra değişik tipteki
mühimmata karşı
kullanılması muhtemel
reaktif zırh alternatifleri
test edilmiştir.
Tungsten alaşım kinetik enerjili giricilerin
seramik ve haddeli homojen zırhlara
çarpması
Şekil 18:
Krater şekillerinin
karşılaştırılması 1550
m/s (soldaki), 2150
m/s (sağdaki). Mermi
girişleri sağ taraftan
gerçekleşmiştir
[20,1999].
Mermi hızının artması durumunda merminin numunenin çıkışında oluşturduğu tahribat
daha düşüktür.
Tungsten KE giricisinin haddeli
homojen zırha (RHA) dik girinimi
Şekil 19: L/D oranı 20 olan, konik uçlu tungsten bir KE çubuğunun 150
mm kalınlığındaki haddeli homojen zırha 1520 m/s ile çarpması durumunda
oluşan krater ve modellemedeki karşılığı [21,2003]
Tungsten KE giricisinin haddeli
homojen zırha (RHA) eğik girinimi
Şekil 20: 40 mm kalınlığındaki haddeli homejen zırhlara L/D= 20 (D=8.6
mm ) mermilerle yapılan test sonuçları. 2150 m/s (soldaki) , 1550 m/s
(sağdaki) [21,2003]
Balistik Test Standartları
• Avrupa Standartları
• STANAG
• NIJ
NIJ Standard 0108.01:
The National Institute of Justice (NIJ) is the research, development and evaluation agency of the United States Department of Justice. NIJ, along with the Bureau of Justice
Statistics(BJS) who defined the standard for measuring the strengh level of ballistic resistance in any kind of material.
Required for levels II, III-A and III an array of impacts as shown in figure, 4 of them in the corners of a square of side 200mm fifth most impact on the center of the square.
CEN 1063 European Norm:
Is a security glazing standard created by the European Committee for Standardization for measuring the protective strength of bullet-resistant glass. It is commonly used
in conjunction with EN 1522 (Euronorm standard for Bullet Resistance in Windows, Doors, Shutters and Blinds) to form a ballistic classification system by which armored
vehicles and structures are tested and rated.
STANAG:
Is the abbreviation for Standardization Agreement, which sets up processes, procedures, terms, and conditions for common military or technical procedures or
equipment between the member countries of the alliance. Each NATO state ratifies a STANAG and implements it within their own military.
The CEN-BR4 test is more demanding than NIJ III due to the shorter distance between impacts.

Günlük Bülten

SEVGİ KESKİN

AL diplo İmpa hazır düşün Alma arasın görül yaşay

Cinsiyet, teknoloji ve kent: otomobilin muğlak

Broşür indir - Erçetin İş Makinaları Yedek Parçaları

22 MART 2014 - Ekonomi Gazetesi

dosyayı indir

2013 - Çukurova Kimya

Kalem İzleri Sayı 13

madencilik uygulamalarında hidrolik kırıcılar.catalog.tr