Nieuw onderzoek van de North Carolina State University en het Aviation Applied Technology Directorate van het Amerikaanse leger toont aan dat roestvrij staal composiet metaalschuim (CMF) explosiedruk en fragmentatie kan blokkeren bij 5, 000 voet per seconde van hoge explosieve brandbommen (HEI) rondes die slechts 18 inches afstand ontploffen.

"Kortom, we ontdekten dat staal-CMF veel meer bescherming biedt dan alle andere bestaande pantsermaterialen, terwijl het gewicht opmerkelijk wordt verlaagd, " zegt Afsaneh Rabiei, senior auteur van een paper over het werk en een professor in mechanische en ruimtevaarttechniek bij NC State. "We kunnen net zoveel bescherming bieden als bestaande stalen bepantsering tegen een fractie van het gewicht - of veel meer bescherming bieden bij hetzelfde gewicht.

"Veel militaire voertuigen gebruiken bepantsering van gewalst homogeen staal, die drie keer zoveel weegt als onze staal-CMF, " zegt Rabiei. "Op basis van tests als deze, we geloven dat we dat gewalste staal kunnen vervangen door staal-CMF zonder in te boeten aan veiligheid, beter blokkeren van niet alleen de fragmenten, maar ook de explosiegolven die verantwoordelijk zijn voor trauma zoals ernstig hersenletsel. Dat zou het gewicht van het voertuig aanzienlijk verminderen, het brandstofverbruik en de prestaties van het voertuig verbeteren."

Voor deze studie is onderzoekers vuurden een HEI-ronde van 23 × 152 millimeter (mm) - vaak gebruikt in luchtafweerwapens - in een aluminium sluitplaat met een dikte van 2,3 mm. 10-inch bij 10-inch stalen CMF-platen - ofwel 9,5 mm of 16,75 mm dik - werden 18 inch van de aluminium sluitplaat geplaatst. De onderzoekers beoordeelden dat de staal-CMF bestand was tegen de golf van explosiedruk en tegen de koper- en staalfragmenten die door de exploderende ronde werden gecreëerd, evenals aluminium van de sluitplaat.

"Beide diktes van staal-CMF stopten de explosie, en de 16,75 mm stalen CMF stopte alle fragmenten van 15 mm2 tot meer dan 150 mm2 afmetingen, " zegt Rabiei. "De 9,5 mm stalen CMF stopte het meest, maar niet alles, van de fragmenten. Op basis van de resultaten, een 10 mm stalen CMF-plaat zou alle frag-groottes hebben tegengehouden."

De onderzoekers ontwikkelden ook computermodellen van hoe de stalen CMF-plaat zou presteren. In vergelijking met de experimentele resultaten, het model kwam heel goed overeen. De onderzoekers gebruikten het model vervolgens om te voorspellen hoe aluminium 5083-pantser - een type pantser dat al op de markt is en een vergelijkbaar gewicht en dikte heeft als de 16,75 mm stalen CMF - zou presteren tegen HEI-rondes.

Het model toonde aan dat, terwijl aluminium bepantsering van hetzelfde gewicht als de stalen CMF-panelen alle frags zou stoppen, het aluminium pantser zou knikken en fragmenten veel dieper laten doordringen. Dit zou leiden tot meer schade aan het paneel, het overbrengen van grote hoeveelheden stress naar de soldaten of uitrusting achter het pantser. De staal-CMF, anderzijds, absorbeert de energie van de explosiegolf en vliegende fragmenten door lokale vervorming van holle bollen, waardoor het stalen CMF-pantser aanzienlijk minder wordt belast en meer bescherming biedt tegen fragmenten en explosiegolven.

De volgende stappen omvatten het testen van de stalen CMF tegen geïmproviseerde explosieven (IED's) en hoogwaardige, gemonteerde ballistiek. De onderzoekers hebben de prestaties van de CMF al getest tegen draagbare aanvalswapens, straling en extreme hitte.

De krant, "Een onderzoek naar de ontploffings- en fragmentweerstand van composietmetaalschuimen door middel van experimentele en modelleringsbenaderingen, " is gepubliceerd in de Tijdschrift voor composietstructuren .