[0001] L'invention concerne la réalisation de panneaux de blindage permettant de protéger
des véhicules vis-à-vis des projectiles perforants et des fragments projetés lors
d'un impact.
[0002] Généralement, un blindage comprend un panneau métallique, typiquement en acier, en
alummium, en titane ou en leurs alliages. De tels panneaux ont généralement une excellente
capacité d'absorption d'énergie cinétique du projectile perforant lors d'un impact.
Cependant, en particulier s'ils sont en acier ou en alliage de titane, de tels panneaux
sont lourds et présentent de ce fait une faible efficacité en termes d'absorption
d'énergie lorsqu'elle est rapportée au poids transporté par un véhicule. Les panneaux
en alliage de titane donnent généralement la meilleure protection de blindage mais
ils sont très coûteux et lourds.
[0003] Le panneau de blindage présente une face exposée aux chocs et une face arrière. Lors
d'un impact sur un panneau de blindage métallique, le projectile perforant peut être
parfaitement stoppé dans le panneau mais l'endommagement du panneau sur sa face arrière
peut se traduire par la formation de fragments qui, lorsqu'ils sont violemment éjectés
du panneau (vers l'intérieur du véhicule) peuvent devenir plus dangereux que le projectile
stoppé par le panneau.
[0004] Des panneaux composites ont été développés qui présentent une plus grande capacité
d'arrêt des projectiles et une moindre sensibilité à la fragmentation, conférant ainsi
de meilleures performances rapportées au poids transporté par le véhicule. Mais il
s'agit de produits composites comprenant des produits céramiques placés sur la face
exposée aux chocs d'une plaque support, elle-même composite, en général à base de
carbone, de verre et de polymères à haut poids moléculaire. De tels produits sont
très coûteux.
[0005] Pour caractériser leur efficacité, les panneaux de blindage sont en général soumis
à deux types de tests. Le premier test est destiné à quantifier leur aptitude à stopper
les projectiles perforants. Il est désigné par le sigle "AP" ("Armour Piercing") et
caractérise la résistance à la perforation. Le deuxième test est destiné à quantifier
leur aptitude à résister aux impacts de débris fragmentés. Ce deuxième type de test
est désigné par le sigle "FSP" ("Fragment simulated projectiles"). Au cours de ces
tests, les panneaux de blindage sont la cible de projectiles de formes différentes
(forme en fuseau pour le test AP, projectile plus gros, de forme plus ramassée pour
les tests FSP). Dans chaque type de test, plusieurs géométries de projectile sont
employées en fonction de l'épaisseur du panneau testé et de la nature des menaces
que ledit panneau de blindage est destiné à protéger.
[0006] Pour les deux tests, l'aptitude à stopper les projectiles, à absorber leur énergie
cinétique sans émettre de débris dangereux, est quantifiée par une vitesse V50, qui
est définie par exemple dans la norme MIL-STD-662: il s'agit de la moyenne des vitesses
atteintes par les projectiles lors de l'impact obtenue en prenant un nombre égal de
résultats présentant les plus hautes vitesses de pénétration partielle et de résultats
présentant les plus faibles vitesses de pénétration complète, la vitesse étant imposée
à l'intérieur d'un domaine spécifié.
[0007] En général, le matériau constitutif du panneau de blindage, que ce soit une céramique,
un acier, un alliage d'alummium ou de titane, présente rarement un bon compromis AP-FSP.
Lorsqu'il présente de bonnes performances à la résistance à la perforation, il se
révèle souvent moyen en résistance FSP. Inversement, un matériau présentant de bonnes
performances à la résistance FSP se révèle souvent moyen en résistance AP.
[0008] La demande de brevet
US2011/0252956 divulgue des panneaux de blindage métalliques, constitués d'au moins deux couches
en alliages d'alummium différents qui sont liées métallurgiquement. La liaison métallurgique
intime entre ces deux couches résulte typiquement de gammes de transformation telles
que le co-laminage, la coulée multi-couches, ou encore une coulée permettant d'obtenir
dans l'épaisseur de la plaque un gradient de concentration contrôlé d'un élément tel
que le magnésium. Les alliages sont choisis et situés dans l'épaisseur de la plaque
de telle sorte que l'un confère à l'ensemble une bonne résistance à la perforation
et l'autre une bonne résistance FSP. La réalisation de tels panneaux nécessite cependant
la mise en oeuvre de procédés complexes et coûteux.
[0009] La demanderesse a cherché à mettre au point un système de blindage particulièrement
adapté aux véhicules rapides tels que les véhicules militaires, typiquement munis
de roues, qui présente une meilleure efficacité en termes de protections AP et FSP,
rapportée au poids transporté, qui soit plus facile à réaliser et moins coûteux que
les produits connus.
[0010] Un premier objet de l'invention est un panneau de blindage comprenant une plaque
en alliage d'aluminium et caractérisé en ce que:
- a) ledit alliage d'alummium a la composition chimique suivante, exprimée en pourcentages
pondéraux:
5,1 % ≤ Zn ≤ 9,7 %
1,5% ≤ Mg ≤ 2,9%
1,2 % ≤ Cu ≤ 2,1 %
Si ≤ 0,4 %
Fe ≤ 0,5 %
Mn ≤ 0,3 %
Cr ≤ 0,28 %
Ti ≤ 0,2 %
Zr ≤ 0,15%
reste alummium et impuretés inévitables, chaque élément ayant un teneur pondérale
inférieure à 0,05 %, la somme étant inférieure à 0,15 %;
- b) la dite plaque comprend une face orientée face aux projectiles et une face qui
est opposée à ladite face orientée face aux projectiles et qui est revêtue d'une couche
de renfort composite comprenant des fibres ou des bandes de renfort présentant une
haute performance mécanique qui leur confère une capacité de protection balistique
élevée. De telles fibres ou bandes de renfort à capacité de protection balistique
élevée peuvent être en un ou plusieurs matériaux appartenant au groupe regroupant:
- les verres à haute performance mécanique, tels que les verres R, H, S ou , de préférence,
S2;
- les aramides, de préférence les para-aramides tels que le Kevlar ® ;
- les polyéthylènes à haute performance (HPPE) ou les polyéthylènes à ultra-haut poids
moléculaire (UHMWPE ou UHMW), qui sont des polyéthylènes fortement orientés se présentant
sous forme de fibres, de fils ou bandes, par exemple le Tensylon®.
[0011] Avantageusement, ladite couche de renfort composite comprend une ou, de préférence,
plusieurs toiles unidirectionnelles ou tissées à partir de fils comprenant des fibres
à capacité de protection balistique élevée.
[0012] Les fils ou bandes sont de préférence imprégnés d'une résine thermoplastique ou thermodurcie,
typiquement une résine phénolique modifiée PVB (polyvinyle de butiral). Les toiles
peuvent être réalisées par tissage selon plusieurs trames (unidirectionnelle, natté,
armure toile, etc...). La couche de renfort composite est obtenue par exemple en empilant
les toiles les unes sur les autres et en les comprimant à chaud.
[0013] On entend par plaque un produit plat, typiquement une tôle ("sheet") ou une tôle
épaisse ("plate"), d'épaisseur supérieure à 5 mm, de préférence supérieure à 20 mm,
typiquement voisine de 20-30 mm. Le ratio largeur/épaisseur de la plaque est de préférence
mais non nécessairement supérieur à 10. Le panneau composite a une épaisseur typiquement
inférieure à 50 mm, de préférence inférieure à 40 mm et présente une densité surfacique
inférieure à 125 kg/m
2, de préférence inférieure à 110 kg/m
2, de préférence encore inférieure à 100 kg/m
2. L'intérêt de tels panneaux de blindage est de fournir la meilleure protection AP
et FSP possible avec une densité surfacique la plus faible possible. Ainsi, un panneau
composite selon l'invention qui présente une densité surfacique inférieure à 90 kg/m
2, voire inférieure à 85 kg/m
2, on peut espérer atteindre le niveau 5 de protection défini dans STANAG 4569 (V50
FSP = 960 m/s avec projectile de calibre 20 mm tiré à 25 m).
[0014] La plaque en alliage d'aluminium comprend une face orientée face aux projectiles,
qui peut être directement soumise à l'impact ou qui au contraire peut être protégée,
par exemple par des tuiles en céramique. Elle comprend une face opposée à ladite face
orientée face aux projectiles qui est couverte par une couche de renfort composite
sans qu'il y ait obligatoirement une liaison continue sur toute la surface de contact,
par exemple à l'aide d'un liant adhésif. Il suffit par exemple que la couche de renfort
composite soit maintenue solidaire de la plaque à la périphérie de celle-ci par collage
ou tout autre moyen de fixation, typiquement mécanique.
[0015] Nous avons effectué des tests AP et FSP sur des plaques en alliage d'aluminium revêtues
ou non d'une couche de renfort composite comprenant des fibres en aramide. Les tests
de perforation AP utilisent des projectiles de calibre 7,62 mm et longs de 35,6 mm,
appelés "0,30 cal AP M2", qui ont un coeur en acier, une couche intermédiaire en plomb
et une enveloppe ogivale en cuivre. Pour les panneaux selon l'invention et les panneaux
ayant fait l'objet de tests comparatifs, les tests FSP utilisent des projectiles en
acier longs de 23 mm, dont la partie cylindrique présente un diamètre de 20 mm, appelés
"20 mm FSP".
[0016] Nous avons constaté en premier lieu que, dans le domaine de densité surfacique visé
(50 à 125 kg/m2), avec les structures de panneau testées (plaques de 19 à 46 mm d'épaisseur,
panneaux d'épaisseur comprise entre 30 et 50 mm, rapport pondéral couche de renfort
composite/poids total du panneau inférieur à 25%), les résultats des tests de perforation
dépendaient essentiellement de l'alliage de la plaque et de la densité surfacique
moyenne du panneau composite: un panneau en un alliage donné non revêtu donne un résultat
(exprimé par la vitesse V50) quasiment identique à celui d'un panneau constitué du
même alliage mais plus mince et revêtu d'une couche de renfort composite dont l'épaisseur
est telle que l'ensemble présente la même densité surfacique. On a même constaté une
légère dégradation des propriétés AP lorsque rapport pondéral couche de renfort composite/poids
total du panneau inférieur est de l'ordre de 22%. Ainsi, sur le seul critère de résistance
à la perforation, une plaque non revêtue présente un avantage économique notable et
un encombrement moindre pour une performance identique, voire supérieure. Parmi les
matériaux testés, les alliages d'alummium de la série 7xxx donnaient, à densité surfacique
comparable, de meilleurs résultats que les alliages des séries 5xxx et 6xxx ainsi
que les aciers.
[0017] Les résultats des tests FSP ont conduit à un constat différent et surprenant. La
demanderesse a en effet constaté que si les plaques sont recouvertes d'une couche
de renfort composite comprenant des fibres ou des bandes de renfort à capacité de
protection balistique élevée, par exemple des fibres en aramide, dont la densité surfacique
est supérieure à 0,5 kg/m
2, de préférence 1 kg/m
2, de préférence encore 2 kg/m
2, le gain, en termes d'augmentation du V50 en fonction de l'augmentation de la densité
surfacique du panneau de blindage, est significativement supérieur pour les alliages
d'alummium et en particulier pour les alliages de la série 7xxx.
[0018] Le meilleur compromis AP-FSP est obtenu cependant avec des alliages de la série 7xxx
qui ont une teneur suffisamment élevée en zinc et en cuivre. Ainsi, le 7039 et le
7020, s'ils présentent, associés à une couche de renfort composite en fibres d'aramides,
des performances FSP nettement améliorées, restent peu performants aux tests de perforation
AP. Ainsi, l'alliage de la plaque selon l'invention a la composition suivante, où
les teneurs sont exprimées en pourcents pondéraux:
5,1 % ≤ Zn ≤ 9,7 %, de préférence 7,5 % ≤ Zn ≤8,7 %,
1,5 % ≤ Mg ≤ 2,9 %, de préférence 1,8 % ≤ Mg ≤ 2,7 %,
1,2 % ≤ Cu ≤ 2,1 %, de préférence 1,4 % ≤ Cu ≤ 2,1 %
Si ≤ 0,4 %, de préférence Si ≤ 0,12 %
Fe ≤ 0,5 %, de préférence Fe ≤ 0,15 %
Mn ≤ 0,3 %, de préférence Mn ≤ 0,2 %
Cr ≤ 0,28 %, de préférence Cr ≤ 0,05%
Ti ≤ 0,2 %, de préférence Ti ≤ 0,05 %
Zn ≤ 0,15 %, de préférence Zr ≤ 0,05 %
autres éléments ≤ 0,05 % individuellement et ≤ 0,15 % au total.
[0019] De préférence, ces alliages sont traités pour obtenir un état présentant non seulement
de hautes caractéristiques mécaniques instantanées (résistance R
m, limite élastique conventionnelle R
p0,2, allongement à rupture A%) mais aussi une bonne ténacité. Avantageusement, on effectuera
un traitement de mise en solution, trempe et revenu permettant d'obtenir des états
tel que T6 (R
m maximal), T64 (état trempé légèrement sous-revenu) ou, de préférence, T651 (trempé
détensionné par traction modérée contrôlée et revenu) ou encore T7651 (trempé détensionné
par traction modérée contrôlée et sur-revenu).
[0020] La densité surfacique de la couche de renfort composite est en pratique comprise
entre 2 et 25 kg/m
2. Elle est de préférence inférieure à 20 kg/m
2, de préférence encore inférieure à 15 kg/m
2 principalement en raison du coût.
[0021] L'effet de cette couche de renfort composite sur l'amélioration des propriétés FSP
est certes d'autant plus accentué que la densité surfacique de la couche de renfort
composite est élevée, mais ce qui est remarquable avec les plaques en alliage d'alummium,
en particulier celles constituées de l'alliage selon l'invention, c'est que cet effet
se manifeste fortement même si la couche de renfort composite est mince, avec une
densité surfacique de l'ordre de 1 kg/m
2, c'est-à-dire typiquement dès que le panneau est revêtu de trois ou quatre toiles
tissées en aramide.
[0022] Lorsque la densité surfacique est inférieure à 90 kg/m
2, les alliages d'alummium tels que les 7xxx ont des performances FSP inférieures à
celles d'un acier pour blindage, tel qu'un HHS ("high hardness steel"). Mais lorsque
ces alliages sont combinés à une couche de renfort composite comportant des fibres
en aramide, les résultats FSP dépassent rapidement ceux de l'acier, même si celui-ci
est également recouvert du même type de couche de renfort composite, à densité surfacique
comparable. Par exemple, pour obtenir sur une plaque en acier la même amélioration
des performances FSP qui est observée sur des plaques en 7xxx avec une couche de renfort
composite de densité surfacique seulement égale à 2 kg/m
2, il faut, toutes choses égales par ailleurs, associer à ladite plaque en acier une
couche de renfort composite entre 4 et 6 fois plus épaisse.
[0023] L'effet de la couche de renfort composite sur l'amélioration des propriétés FSP est
particulièrement remarquable lorsque la plaque est en 7449 T651.
[0024] Parmi les différentes couches de renfort composite testées, celle constituée par
un empilage de toiles tissées à partir de fil en Kevlar ® 129 ont donné de bons résultats,
quel que soit le type de tissage réalisé. La nuance Kevlar ® 129 est connue pour sa
légèreté et ses hautes performances mécaniques, en particulier sa haute ténacité.
[0025] Ce sont les plaques en 7449 T651 recouvertes de couches de toiles tissées à partir
de fils de Kevlar ® 129 qui présentent les meilleures performances AP et FSP. Cet
alliage permet d'obtenir, pour le test FSP, un V50 supérieur à 950 m/s avec un panneau
de blindage dont la densité surfacique globale est inférieure à 95 kg/m
2, voire inférieure à 90 kg/m
2.
[0026] La figure 1 représente les résultats de tests AP effectués sur des panneaux de blindage
constitués de plaques métalliques revêtues ou non d'une couche de renfort composite
comprenant des fibres en aramide.
[0027] La figure 2 représente les résultats de tests FSP effectués sur des panneaux de blindage
constitués de plaques en alliage d'alummium de la série 7xxx et en acier, revêtues
ou non d'une couche de renfort composite comprenant des fibres en aramide.
[0028] La figure 3 représente, pour plusieurs matériaux, l'amélioration des propriétés FSP,
en termes de variation relative de V50, en fonction de l'accroissement relatif de
densité surfacique.
[0029] La figure 4 représente, pour plusieurs matériaux, l'amélioration des propriétés FSP,
en termes d'augmentation de V50 en fonction de l'accroissement de densité surfacique
dû à la couche de renfort composite.
EXEMPLE
[0030] Des plaques de blindage ont été réalisées à partir de tôles épaisses en différents
alliages. Elles ont été usinées à différentes épaisseurs comprises entre 25 et 40
mm. Le tableau 1 regroupe les principaux constituants de leurs compositions chimiques.
Tableau 1
Alliage |
Type |
Si |
Fe |
Cu |
Mg |
Zn |
A |
7449 |
0,05 |
0.07 |
1,9 |
2,1 |
8,5 |
B |
6061 |
0,62 |
0,4 |
0,26 |
1.0 |
0,00 |
C |
7020 |
0,13 |
0,12 |
0,13 |
1,22 |
4,69 |
D |
|
0,05 |
0,07 |
1,7 |
2,0 |
9,4 |
[0031] Le tableau 2 regroupe l'état, l'épaisseur et les caractéristiques mécaniques moyennes
de ces plaques (traction, sens travers long)
Tableau 2
Alliage |
Etat |
Epaisseur |
Rp0,2 (MPa) |
Rm (MPa) |
A% |
A |
T651 |
30 |
583 |
651 |
11 |
B |
T6 |
30 |
295 |
330 |
12 |
C |
T651 |
30 |
360 |
420 |
12 |
D |
MS 472°C-trempe-6h120°C+7h135°C |
25 |
694 |
707 |
11,5 |
[0032] Certaines plaques ont été recouvertes d'une couche de renfort composite, comprenant
un empilage d'un nombre plus ou moins important de toiles tissées en fils à base de
fibres Kevlar® 129, ayant une densité linéaire de 1330 dtex, enrobés de résine en
polyvinyle butiral (PVB), chaque toile ayant une densité surfacique de 275 g/m
2 environ. Des couches de renfort composite d'épaisseurs différentes ont été réalisée
par empilage d'un nombre plus ou moins grand de toiles puis compression à chaud de
l'empilage ainsi réalisé dans une presse.
Tests balistiques de perforation ("tests AP")
[0033] Le tableau 3 regroupe les résultats des tests "0,30 cal AP M2" effectués sur des
tôles épaisses revêtues ou non d'une couche de renfort composite. Lorsque celle-ci
existe, elle a été placée du côté opposé au projectile. La densité surfacique de l'empilage
des toiles tissées en fil Kevlar® 129 est donnée en quatrième colonne du tableau 3
ci-dessous.
[0034] La figure 1 illustre les différents résultats obtenus et les situent par rapport
aux résultats connus sur d'autres matériaux (5083 H131 (MIL-DTL-46027); RHA Steel
(MIL-A-12560); 7039 T64 (MIL-DTL-46063), 6061 T651 (MIL-DTL-32262))
[0035] On constate que, pour des densités surfaciques typiquement inférieures à 100 kg/m
2, les alliages 5083 et 6061 se révèlent moins performants que des aciers tels que
RHA Steel, lequel est moins performant que le 7449. Les tôles en 7039 présentent des
performances AP rapportées à la densité surfacique à peine supérieures à celles de
l'acier et nettement inférieures à celles en 7449. Les tests AP connus sur l'alliage
7020 ont été effectués avec un projectile différent et les résultats ne sont pas directement
comparables. Cependant, ils montrent que les performances AP du 7020 ne sont pas supérieures,
plutôt inférieures à celles du 7039.
[0036] Une fois revêtues de toiles tissées en fil de Kevlar® 129, les tôles épaisses en
7449 ont, à densité surfacique égale, un comportement voisin, voire légèrement moins
performant, que les tôles épaisses non revêtues.
Tableau 3
Ech |
Alliage |
épaisseur (mm) |
Empilage de couches tissées à partir de fils Kevlar ® 129 Densité surfacique (kg/m2) |
Glue |
Densité surfacique (kg/m2) |
V50 (m/s) |
1-1 |
7449 T651 |
30 |
0 |
0 |
85,5 |
805 |
1-2 |
7449 T651 |
30 |
0 |
0 |
85,5 |
815 |
1-3 |
7449 T651 |
30 |
16,7 |
1 |
102 |
862 |
1-4 |
7449 T651 |
30 |
10,7 |
1 |
96 |
844 |
1-5 |
7449 T651 |
30 |
10,7 |
0 |
96 |
845 |
1-6 |
7449 T651 |
30 |
22,9 |
0 |
108 |
876 |
1-7 |
7449 T651 |
39.3 |
0 |
0 |
112 |
948 |
1-8 |
7449 T651 |
39.9 |
0 |
0 |
114 |
944 |
1-9 |
7449 T651 |
39.9 |
0 |
0 |
114 |
936 |
1-10 |
7449 T651 |
39.9 |
0 |
0 |
114 |
877 |
1-11 |
7449 T651 |
25.5 |
0 |
0 |
73 |
724 |
1-12 |
7449 T651 |
19 |
0 |
0 |
55 |
612 |
1-13 |
6061 T6 |
30 |
0 |
0 |
81 |
641 |
1-14 |
6061 T6 |
30 |
16,7 |
1 |
98 |
702 |
1-15 |
6061 T6 |
30 |
22.9 |
1 |
104 |
767 |
Tests FSP
[0037] Le tableau 4 regroupe les résultats des tests "20 mm FSP" effectués sur des tôles
épaisses revêtues ou non d'une couche de renfort composite. Lorsque celle-ci existe,
elle a été placée sur la face opposée à celle destinée à recevoir l'impact du projectile.
[0038] La figure 2 illustre les différents résultats obtenus sur le 7020, le 7449 et un
acier à haute dureté (HHS), présentant une dureté Brinell comprise entre 420 et 480
HB. Ces résultats sont comparés aux résultats obtenus sur d'autres matériaux (7039
T64 (MIL-DTL-46063 ), RHA Steel (MIL-A-12560)). La figure 2 permet également de comparer
les résultats entre des plaques, revêtues ou non, en 7xxx et des plaques, revêtues
ou non, en acier.
[0039] La figure 2 montre que les plaques non revêtues en acier se révèlent plus performantes
pour les tests FSP que les plaques en alliage d'aluminium tant que la densité surfacique
reste inférieure à 100 kg/m
2 environ.
Tableau 4
Ech |
Alliage |
épaisseur (mm) |
Couche de renfort composite Densité surfacique (kg/m2) |
Glue |
Densité surfacique |
V50 (m/s) |
2-1 |
7449 T651 |
30 |
0 |
0 |
85,5 |
534 |
2-2 |
7449 T651 |
39,3 |
0 |
0 |
112 |
827 |
2-3 |
7449 T651 |
39,9 |
0 |
0 |
114 |
842 |
2-4 |
7449 T651 |
39,9 |
0 |
0 |
114 |
884 |
2-5 |
7449 T651 |
39,9 |
0 |
0 |
114 |
877 |
2-6 |
7449 T651 |
30 |
3,9 |
1 |
89,4 |
837 |
2-7 |
7449 T651 |
30 |
7,7 |
1 |
93,2 |
942 |
2-8 |
7449 T651 |
30,8 |
10,7 |
1 |
98,5 |
1102 |
2-9 |
7020 T651 |
28,5 |
0 |
0 |
79,1 |
534 |
2-10 |
7020 T651 |
30,75 |
0 |
0 |
85,3 |
600 |
2-11 |
7020 T651 |
30,75 |
3,9 |
1 |
89,2 |
834 |
2-12 |
HHS |
10 |
10,7 |
1 |
89,3 |
812 |
2-13 |
HHS |
10 |
0 |
0 |
78,6 |
585 |
[0040] Les points expérimentaux obtenus avec le 7449 T651 non revêtu montrent une courbe
de tendance sensiblement parallèle à celle du 7039 T64, mais avec des performances
FSP légèrement inférieures. Les points expérimentaux obtenus avec le 7020 T651 se
placent également sur une courbe de tendance sensiblement parallèle à celle du 7039
T64 mais avec des performances FSP légèrement supérieures. Le point expérimental de
la plaque en acier HHS non revêtu se situe légèrement en dessous de la courbe de tendance
de l'acier "RHA Steel".
[0041] Les points relatifs aux plaques en 7449 T651 revêtues d'une couche de renfort composite
comprenant des fibres en aramide sont situés nettement au-dessus de la courbe qui
regroupe les résultats FSP des plaques non revêtues. L'écart, significatif même avec
une couche peu épaisse, est d'autant plus important que la couche de renfort composite
est épaisse. Ainsi, l'association d'une plaque en 7449 T651 et d'une couche de renfort
composite comprenant des fibres en Kevlar ® 129 de densité surfacique 10,7 kg/m2,
permet d'atteindre un V50 supérieur à 1100 m/s
[0042] Les résultats relatifs à la plaque en 7020 T651 revêtue montrent également une influence
significative de la couche de renfort composite. Celle-ci semble toutefois plus faible
que celle observée sur les plaques en 7449. Par ailleurs, les résultats AP connus
sur l'alliage 7020 conduisent à penser que des alliages pauvres en cuivre tels que
le 7020 et le 7039, même associés à une couche de renfort composite comprenant des
fibres en aramide, ne permettent d'obtenir un bon compromis AP-FSP.
[0043] Les résultats FSP relatifs à la plaque en acier revêtue montrent également une influence
de la couche de renfort composite, mais celle-ci est nettement moins importante.
[0044] Le tableau 5 reprend les résultats FSP obtenus sur les plaques en alliages d'aluminium
revêtues et chiffre les gains obtenus par rapport aux plaques non revêtues. Pour chaque
panneau composite, on a marqué en 6
ème colonne les résultats obtenus sur la plaque non revêtue A constituée du même matériau
que l'âme du panneau composite et ayant la même épaisseur que celle-ci et en 7
ème colonne les valeurs estimées pour une plaque B non revêtue constituée du même matériau
que l'âme du panneau composite et ayant la même densité surfacique que le panneau
composite. On constate que le gain dû à la présence de la couche de renfort composite,
exprimé en termes d'augmentation de V50, est multiplié par un coefficient compris
entre 4,8 et 7,8 pour les alliages d'aluminium. Pour une même épaisseur de couche
de renfort composite, ce coefficient est de l'ordre de 6,6 pour l'alliage d'aluminium
et seulement de 4,5 pour l'acier.
[0045] La figure 3 montre ces mêmes résultats sous la forme de l'augmentation relative du
V50 en fonction de l'augmentation relative de la densité surfacique. Les courbes épaisses
sont associées au 7449. La courbe (I), qui est sensiblement rectiligne et présente
une faible pente, représente l'effet de l'augmentation de l'épaisseur des plaques
non revêtues sur l'augmentation relative du V50. La courbe (II) représente l'effet
de l'augmentation de l'épaisseur de la couche de renfort composite dans les panneaux
composites sur l'augmentation relative du V50.
Tableau 5
Ech |
ép âme (mm) |
densité surf. panneau (kg/m2) |
V50 (m/s) |
densité surf. âme (kg/m2) |
V50 A (m/s) |
V50 B (m/s) |
Gain V50 B-A (m/s) |
Gain V50 composite - A (m/s) |
Coeffi -cient |
2-6 |
30 |
89,4 |
837 |
85,5 |
534 |
577 |
43 |
303 |
7,0 |
2-7 |
30 |
93,2 |
942 |
85,5 |
534 |
620 |
86 |
408 |
4,8 |
2-8 |
30,8 |
98,5 |
1102 |
87,8 |
603 |
679 |
76 |
499 |
6,6 |
2-11 |
30.8 |
89,2 |
834 |
85,3 |
600 |
641 |
41 |
234 |
5,7 |
2-13 |
10 |
89.3 |
812 |
78,6 |
585 |
635 |
50 |
227 |
4,5 |
[0046] On constate par exemple en figure 3 qu'une augmentation relative de 10% de la densité
surfacique du panneau de blindage en 7449 T651, entraîne une augmentation relative
des performances FSP de l'ordre de 20 % si l'on se contente d'augmenter l'épaisseur
du panneau et de l'ordre de 80 % si on lui associe une couche de renfort composite
comprenant des fibres en aramide. Les performances FSP des panneaux composites ayant
une âme en 7020 sont également notables. Lorsque l'âme du panneau est en acier, les
performances sont plus modestes (courbe en pointillés).
[0047] La figure 4 montre le gain en V50 en fonction de l'augmentation de densité surfacique.
L'effet de la couche de renfort composite sur l'amélioration des propriétés FSP se
manifeste fortement même si la couche de renfort composite est mince, dès que la densité
surfacique de ladite couche de renfort composite est supérieure à une valeur de l'ordre
de 1 kg/m
2 , ce qui correspond typiquement à l'empilage de moins de cinq toiles tissées en fil
aramide. On voit également que, pour obtenir sur une plaque en acier la même amélioration
des performances FSP qui est observée sur des plaques en 7xxx avec une couche de renfort
composite de densité surfacique seulement égale à 2 kg/m
2, il faut, toutes choses égales par ailleurs, associer à ladite plaque en acier une
couche de renfort composite entre 4 et 6 fois plus épaisse.
[0048] Enfin, l'analyse de ces résultats conduit à la conclusion qu'il est possible d'obtenir
un niveau de protection 5 tel que défini dans la norme STANAG 4569 [V50 supérieur
à 960 m/s pour des tests FSP 20 mm], avec un panneau composite en un alliage d'aluminium
ayant la composition recouvert d'une couche de renfort composite comprenant des fibres
en aramide dont la densité surfacique est inférieure à 95 kg/m
2.
1. Panneau de blindage comprenant une plaque en alliage d'alummium et
caractérisé en ce que:
a) ledit alliage d'alummium a la composition chimique suivante, exprimée en pourcentages
pondéraux:
5,1 % ≤ Zn ≤ 9,7 %
1,5 % ≤ Mg ≤ 2,9 %
1,2% ≤ Cu ≤ 2,1 %
Si ≤ 0,4 %
Fe ≤ 0,5 %
Mn ≤ 0,3 %
Cr ≤ 0,28 %
Ti ≤ 0,2 %
Zr ≤ 0,15%
b) la dite plaque comprend une face orientée face aux projectiles et une face qui
est opposée à ladite face orientée face aux projectiles et qui est revêtue d'une couche
de renfort composite comprenant des fibres ou des bandes de renfort présentant une
haute performance mécanique qui leur confère une capacité de protection balistique
élevée.
2. Panneau de blindage selon la revendication 1,
caractérisé en ce que les fibres ou bandes de renfort à capacité de protection balistique élevée peuvent
être en un ou plusieurs matériaux appartenant au groupe regroupant:
- les verres à haute performance mécanique, tels que les verres R, H, S ou , de préférence,
S2;
- les aramides, de préférence les para-aramides;
- les polyéthylènes à haute performance (HPPE) ou les polyéthylènes à ultra-haut poids
moléculaire (UHMWPE ou UHMW).
3. Panneau de blindage selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que ladite couche de renfort composite comprend une ou plusieurs toiles unidirectionnelles
ou tissées à partir de fils comprenant des fibres à capacité de protection balistique
élevée.
4. Panneau de blindage selon la revendication 3 dans lequel que ladite couche de renfort
composite comprend des toiles tissées à partir de fils en para-aramide imprégnés de
résine.
5. Panneau de blindage selon la revendication 4, dans lequel ladite résine est une résine
phénolique modifiée PVB (polyvinyle de butiral).
6. Panneau de blindage selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel la
couche de renfort composite est un empilage de toiles empilées comprimées à chaud.
7. Panneau de blindage selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'il a une épaisseur supérieure à 5 mm et inférieure à 50 mm, et présente une densité
surfacique inférieure à 125 kg/m2.
8. Panneau de blindage selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'il a une épaisseur supérieure à 20 mm et inférieure à 40 mm et présente une densité
surfacique inférieure à 110 kg/m2, de préférence inférieure à 100 kg/m2.
9. Panneau de blindage selon l'une quelconque des revendications 1 à 8 caractérisé en ce que la densité surfacique de la couche de renfort composite comprenant des fibres en
aramide représente moins de 25%, de préférence moins de 15 %, de la densité surfacique
totale du panneau.
10. Panneau de blindage selon l'une quelconque des revendications 1 à 9 caractérisé en ce que la densité surfacique de la couche de renfort composite comprenant des fibres en
aramide est supérieure à 0,5 kg/m2, de préférence 1 kg/m2, de préférence encore 2 kg/m2.
11. Panneau de blindage selon l'une quelconque des revendications 1 à 10 caractérisé en ce que la densité surfacique de la couche de renfort composite comprenant des fibres en
aramide est inférieure à 25 kg/m2, de préférence 20 kg/m2, de préférence encore 15 kg/m2.
12. Panneau de blindage selon l'une quelconque des revendications 1 à 11 caractérisé en ce que ladite plaque est en alliage 7449, de préférence à l'état T651.
13. Panneau de blindage selon l'une quelconque des revendications 1 à 12 caractérisé en ce que ladite couche de renfort composite comprend des toiles tissées à partir de fils en
Kevlar ® 129 enrobés de résine phénolique en polyvinyle butyral (PVB).