ES2257101T3 - Procedimiento y articulo para resistir proyectiles a alta velocidad. - Google Patents
Procedimiento y articulo para resistir proyectiles a alta velocidad.Info
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Abstract
Un procedimiento de fabricación de una coraza (10) corporal flexible para resistir un proyectil a alta velocidad, comprendiendo el procedimiento: suministrar una chapa de material de alta dureza; y cortar un disco (52) con un radio; caracterizado por fresar el disco (52) en una pluralidad de lugares teniendo cada una un radio de curvatura igual a un radio de curvatura del disco (52).
Description
Procedimiento y artículo para resistir
proyectiles a alta velocidad.
La invención se refiere a prendas de vestir
protectoras. Más específicamente, la invención se refiere a una
coraza corporal flexible diseñada para resistir proyectiles a alta
velocidad
Los avances en corazas corporales están
relacionados frecuentemente con el desarrollo de materiales
mejorados a partir de los cuales está formada la coraza. En años
recientes, materiales resistentes a balística formados a partir de
fibras de alta resistencia a la tracción, como por ejemplo fibras de
aramida o fibras de polietileno, se han introducido como uso común
en este campo. Desafortunadamente, corazas corporales blandas,
incluso con dichos materiales avanzados, han demostrado ser
insuficientes para frustrar incluso munición para pistola de
perforación de corazas, implementos agudos de perforación y
penetradores circulares, todos los cuales son en la actualidad de
uso común.
Para resolver estos problemas se han desarrollado
diversos sistemas de revestimiento de metales duros. Uno de dichos
sistemas emplea un número de discos de titanio con un diámetro de
25,4 mm y un grosor comprendido entre 0,813 y 1,27 mm tendidos en
filas superpuestas de forma tal que en el interior de una fila, un
disco recubre a su predecesor en la fila y está recubierto por su
sucesor en la fila. Filas subsecuentes recubren sus predecesoras y
están recubiertas por sus sucesoras. El tendido en monedas se fija
posteriormente a un sustrato, como por ejemplo un tejido textil de
aramida impregnado con adhesivo. Una segunda capa de aramida
impregnada con adhesivo podrá ser utilizada para envolver la
"placa" formada por las monedas. Esta placa envuelta podrá ser
fijada a una coraza corporal blanda convencional sobre los órganos
vitales. Suministra una buena flexibilidad y es lo suficientemente
delgada para llevarse escondi-
da.
da.
De forma similar a las patentes U.S. números
3.563.836, que forma la base del preámbulo de la reivindicación 1,
y 5.196.252 desvelan corazas resistentes a proyectiles que
comprenden una pluralidad de placas no fresadas fijadas a la
superficie de un sustrato flexible. Posteriormente, las placas son
fijadas de forma adyacente al sustrato flexible. Los sustratos en
capas de placas podrán ser posteriormente tendidos unos sobre otros
para crear una configuración de placas superpuestas. Se usan capas
de sustratos adicionales para encerrar las capas de placas y crear
una coraza resistente a los proyectiles.
Mientras dicha superposición de monedas y placas
ha mostrado repartir la fuerza eficazmente para resistir la mayoría
de los disparos de pistola que perforan corazas, implementos de
perforación agudos y penetradores circulares, desafortunadamente
disparos de rifle continúan desgarrando a través de la estructura de
revestimiento así como la coraza corporal blandas subyacente, como
un cuchillo caliente a través de la mantequilla. Por lo tanto, para
la protección contra disparos de rifle, los usuarios han requerido
emplear grandes placas rígidas para proteger los órganos vitales.
Dichas grandes placas son pesadas y no son flexibles, y generalmente
poco confortables de usar. Adicionalmente, es casi imposible
usarlas de forma oculta. Se han realizado esfuerzos para emplear
diseños de monedas con discos más gruesos, pero han fallado en
suministrar un artículo viable comercialmente para resistir
disparos de rifle. Discos más gruesos dan como resultado menor
flexibilidad y no se tienden bien. El resultado es una estructura de
revestimiento más gruesa, no más flexible y más pesada que las
placas sólidas explicadas anteriormente. El confort del usuario es
también un valor añadido en la producción de corazas corporales. Por
lo tanto, dichas limitaciones hacen que dicha estructura sea poco
práctica como un artículo comercial.
En vista de lo anterior, sería deseable disponer
de un sistema de coraza flexible que pudiera resistir proyectiles a
alta velocidad, como por ejemplo los disparos de rifle.
Se desvela un procedimiento y artículo para
resistir proyectiles alta velocidad. En una forma de organización
preferente, una pluralidad de discos de igual tamaño y con un grosor
superior a 2,54 mm son fresados en una pluralidad de lugares,
teniendo cada lugar fresado un radio de curvatura aproximadamente
igual al radio de curvatura del disco. Los discos son posteriormente
tendidos en una pauta imbricada fila por fila, de forma que cada
disco en una fila se encuentra sustancialmente en línea recta con
los otros discos en la fila y recubre un lugar fresado de un disco
en la fila superior a su fila y tiene su lugar fresado superpuesto
por un disco en la fila inferior a su fila. La pauta imbricada es
posteriormente adherida a un sustrato de alta resistencia a la
tracción flexible y se recubre por una segunda capa de alta
resistencia a la tracción, de forma que es la pauta imbricada está
envuelta entre el sustrato y la segunda capa. La envolvente es
posteriormente acoplada a un refuerzo blando de coraza
corporal.
En una forma de realización alternativa del
procedimiento y artículo para resistir proyectiles a alta velocidad
se desvela una pluralidad de discos de igual tamaño compuestos de
materiales compuestos cerámicos inducidos por fibra. Los discos son
tendidos en una pauta imbricada fila a fila, de forma que cada disco
en una fila se encuentra sustancialmente en línea recta con los
otros discos en la fila y recubre unos segmentos de un disco en una
fila adyacente. La pauta imbricada es posteriormente adherida a un
sustrato de alta resistencia a la tracción, flexible y superpuesta
por una segunda capa de alta resistencia a la tracción, de forma que
la pauta imbricada queda envuelta entre el sustrato y la segunda
capa. La envolvente es posteriormente acoplada a un respaldo de
coraza corporal blanda.
La figura 1 es un esquema recortado de una prenda
de coraza corporal de una forma de realización de la presente
invención.
La figura 2 es un diagrama en perspectiva del
tendido de discos en una forma de realización de la invención.
La figura 3 es un diagrama de una pauta imbricada
adherida a un sustrato.
La figura 4 es un diagrama de la envolvente de la
pauta imbricada entre un sustrato y una capa adicional.
La figura 5 es una vista en perspectiva de un
disco de una forma de realización en variante de la invención.
La figura 6 es una vista en sección del disco de
la forma de realización de la figura 5.
La figura 7 es una vista en perspectiva de un
disco de una segunda forma de realización en variante de la
invención.
La figura 8 es una vista en sección del disco de
la forma de realización de la figura 7.
La figura 9 es una vista frontal de una forma de
realización de la coraza corporal.
La figura 10 es una vista recortada de una forma
de realización de la coraza corporal.
La figura 11 es una vista en sección recortada
lateral de una forma de realización de la coraza
corpo-
ral.
ral.
La figura 12 es una vista en perspectiva de una
forma de realización de un disco.
La figura 13 es una vista en perspectiva de la
forma de realización de disco de la figura 4 con una resina epoxi
modificada y un revestimiento de Eglass.
La figura 14 es una vista en sección de la forma
de realización del disco de la figura 5 que ilustra los
revestimientos.
La figura 15 es una vista respectiva de una forma
de realización del disco.
La figura 16 es una vista en sección de una forma
de realización del disco.
La figura 1 es una vista esquemática recortada de
una prenda de coraza corporal de una forma de realización de la
presente invención. La coraza 10 corporal cubre el torso del usuario
y está diseñada para proteger las áreas vitales contra proyectiles
de alta velocidad. A través del tendido apropiado de discos en una
pauta imbricada, toda la coraza 10 corporal permanece flexible y
también suministra una buena protección contra proyectiles de alta
velocidad. Al contrario que las placas rígidas 10 x 12 de la técnica
anterior, la pauta imbricada podrá reflexionarse alrededor del
contorno del cuerpo y por lo tanto es considerablemente más
confortable y también más fácil de esconder. La pauta 12 imbricada
está típicamente emparedada entre dos capas de tejido 14 fabricado
de fibras de alta resistencia a la atracción, como por ejemplo
fibras de aramida o fibras de polietileno. El tejido 14 debe ser
resistente al desgarro y al corte y es preferentemente un material
de calidad balística diseñado para reducir su fragmentación. Este
tejido 14 podrá ser impregnado con adhesivo y de dicha forma el
adhesivo sobre el tejido se adhiere a los discos que componen la
pauta 12 imbricada y retiene su posición relativa. Una o más capas
adicionales de tejido 14 podrán ser añadidas al emparedado. Esto se
explicará con detalle en lo que sigue.
Por debajo de la pauta 12 imbricada que está
emparedada entre dos o más capas 14 de tejido resistente al desgarro
y al corte se encuentra la coraza 16 corporal blanda convencional.
Un proyectil de alta velocidad se considera en fallo si penetra las
placas de la pauta imbricada y todas las capas del tejido y si no
penetra la coraza corporal blanda subyacente o causa una
deformación de alabeado mayor de 44 mm, como se define la
deformación de alabeado por el Instituto Nacional de Justicia
(NIJ). Unas cintas de fijación, como por ejemplo las cintas 18
acoplan un panel frontal de la coraza 10 corporal al panel posterior
de la coraza 10 corporal de una manera estándar. Las cintas 18 de
fijación podrán ser cualquier tipo de cintas convencionales comunes
en la industria.
La figura 2 es un diagrama en perspectiva de la
disposición de discos en una forma de realización de la invención.
En este caso, los discos son tendidos de izquierda a derecha. Cada
fila subsecuente es también tendida de izquierda a derecha. Se ha
encontrado que el intercambio de izquierda a derecha y después de
derecha e izquierda crea debilidades en la pauta resultante que a
veces origina fallos. La figura 2 muestra solamente parte de los
dos filas de la pauta imbricada final. Los discos dentro de cada
fila forman una línea sustancialmente recta. Dado que los discos se
superponen, cada disco tiene una ligera inclinación relativa a la
línea normal a la superficie de tendido. Adicionalmente, cada disco
es rotado ligeramente, de forma que una línea a través del centro de
una fila en conjunción con el eje que biseca el arco fresado del
lugar fresado central no es un ángulo recto. En una forma de
realización, este ángulo es de aproximadamente 60 grados. Un disco
52 típico se muestra elevado por encima de su colocación eventual en
la pauta 50. El disco 52 es típicamente de un material de alta
dureza, teniendo una dureza superior a 450 Brinell. Existen muchos
materiales apropiados, incluyendo acero con alto contenido en
carbono, acero inoxidable, aleaciones de acero y diversas aleaciones
de titanio. Un material preferente se comercializa con el nombre
comercial Mars 300 (marca registrada) y está disponible en
Creusot-Loure Industries, una división de Creusot
Marrel of France. El Mars 300 (marca registrada) tiene normalmente
una dureza de 630-650 Brinell. Otro material
apropiado se comercializa con la marca comercial BP 633 (marca
registrada) por Astralloy de Birmingham, Alabama. Los materiales más
apropiados se comercializan en láminas. El Mars 300 (marca
registrada) se comercializa en láminas que tienen un grosor de
aproximadamente 3,78 mm. Los discos individuales deben ser cortado
de las láminas. Esto podrá realizarse mediante un corte por la
plasma, corte por láser o corte por chorro agua dependiendo del
material usado. "Corte" en la forma utilizada en la presente
memoria (cuando no se modifique) se refiere genéricamente a
cualquier técnica mediante la cual un disco es producido.
En una forma de realización, el disco 52 es
cortado por láser usando una tecnología de láser convencional para
asegurar un diámetro uniforme y un borde liso entre discos
múltiples. El corte por chorro de agua podría ser usado, pero se
cree que no es tan bueno como en corte por láser. El corte por
plasma también sería posible pero entonces requeriría unas etapas
de desbarbado y alistamiento adicionales para consigue el mismo
grado de lisura. Tras el corte, cada disco 52 es fresado, el disco
52 es fresado en tres lugares, un lugar de fresado 54 izquierdo, un
lugar 58 de fresado central y un lugar 56 de fresado derecho. Este
fresado podrá ser realizado en cualquier orden.
En una forma de realización, cada lugar fresado
es fresado en pases múltiples. Por ejemplo, el lugar 54 fresado a
la izquierda se realiza hasta aproximadamente la mitad de la
profundidad de fresado eventual. La misma profundidad de fresado se
realiza posteriormente sobre el lugar 56 de fresado derecho seguido
por el lugar 58 de fresado central. A continuación, se realiza una
segunda pasada para llevar la profundidad de fresado hasta
aproximadamente su profundidad final. A continuación se realiza una
pasada de pulido a alta velocidad para asegurar el acabado liso de
cada lugar fresado.
Típicamente, el disco 52 tiene un radio
comprendido entre 12,7 y 50,8 mm. Radios mayores en reducen la
flexibilidad pero también los costes de fabricación. En una forma
de realización actualmente preferente se emplea un radio de 25,4 mm.
Dependiendo del material, los discos tienen un grosor comprendido
entre 2,32 a 4,75 mm. El radio de curvatura de cada lugar fresado
es aproximadamente idéntico al radio del disco 52. De dicha forma,
si el disco 52 tiene un radio de 25,4 mm, cada lugar fresado, el
lugar 54 fresado a la izquierda, el lugar 58 fresado central, y el
lugar 56 fresado derecho tiene también un radio de curvatura de 25,4
mm. La profundidad de fresado está comprendida normalmente entre
10,16 y 20,32 mm para discos con un grosor comprendido entre 2,54 y
4,75 mm.
Cada lugar fresado tiene una "distancia de
fresado". La distancia de fresado se define en la forma usada en
la presente memoria como la distancia perpendicular entre el borde
del disco 52 y el vértice del lugar fresado 54, 56, 58. En una forma
de realización, los lugares fresados derecho e izquierdo 54, 56
tienen la misma distancia del fresado que es en un disco de 25,4 mm
radio es de 13,71. El lugar del fresado central tiene una distancia
del fresado de 12,70 mm en un disco de 25,4 mm de radio. Se
considera importante que cuando se tiende la pauta imbricada tres
discos así tendidos definan un arco 60 dentro del cual se pueda
colocar un disco adicional. De forma notable, un disco asentado en
un arco 60 podrá apoyarse solamente en el borde fresado 62 del disco
cuyo lugar fresado derecho e izquierdo recubre. Esto dependerá de
la profundidad de fresado. En una realización, el borde fresado 62
tiene una ligera inclinación en oposición a ser exactamente
perpendicular a la superficie fresada. Estos reduce la fisuración
del disco durante el evento balístico y reduce el desgaste del
equipo fresado.
Mientras que en una forma de realización todos
los discos son idénticos al disco 52, esto conduce a un número de
lugares fresados a lo largo de los bordes finales (por ejemplo el
borde derecho y la parte inferior si se usa un tendido de izquierda
a derecha o por el contrario el borde izquierdo y la parte final si
se usa un tendido de derecha a izquierda). Las piezas encajan
conjuntamente de forma acoplada y no existen espacios libres
significativos entre los discos superpuestos. La superposición de la
pauta mostrada se ha encontrado que es eficaz para distribuir la
fuerza de un proyectil de alta velocidad que impacte en discos
adyacentes, evitando de dicha forma la penetración y la deformación
de alabeo. Los bordes sobre los cuales los discos tienen lugares
fresados no superpuestos por otros discos se consideran fuera de la
"zona de protección" provista por la coraza.
Adicionalmente, dada la ligera inclinación de
cada disco en la pauta, un impacto perpendicular es muy improbable y
algo de energía será absorbida en la curvatura. Finalmente, durante
el evento balístico, la dureza del material del disco tiende a
expandir o dejar roma la punta del proyectil, originando una
reducción adicional en su habilidad de perforación. Notablemente, el
tendido podrá realizarse de cualquier forma, de tal manera que la
zona de protección conforme con el torso u otra área vital.
En una forma de realización en variante se podrán
utilizar discos de acabado especial con menos lugares fresados para
asegurar que todos los lugares fresados se superponen por un disco
de grosor total. Por ejemplo, una fila inferior de discos podrá ser
fresada solamente para permitir la superposición de un disco
adyacente en la fila inferior, por ejemplo teniendo solamente un
lugar fresado a derecha (para un tendido izquierda a derecha) y
dado que ningún otro disco se superpone a la fila inferior esto
evitará zonas delgadas en la fila inferior.
La figura 3 muestra una pauta imbricada de discos
52 acoplados a un sustrato 80. En la forma explicada anteriormente,
el sustrato 80 podrá ser un tejido de polietileno o fibra de aramida
impregnado con adhesivo. Tejidos apropiados incluyen el tejido
comercializado con la marca comercial SPECTRA (marca registrada) de
AlliedSignal de Morristown, New Jersey, microfilamento TWARON
(marca registrada) de Akzo-Nobel de Blacklawn,
Georgia, SB31 y SB2, comercializados con la marca comercial DYNEEMA
por DSM of Holland, PBO comercializado con la marca comercial ZYLON
(marca registrada) por Toyobo of Tokyo, Japón, KEVLAR (marca
registrada) o PROTERA (marca registrada) de E. I. Dupont de Nemours
& Company de Chattanooga, Tennessee. Otros tejidos apropiados se
les ocurrirán a los expertos en la técnica.
Algunos sustratos apropiados están disponibles
con un revestimiento de adhesivo agresivo cubierto por un papel de
liberación. Además de ser agresivo es importante que el adhesivo una
vez curado permanezca flexible para reducir la separación entre los
discos-sustrato durante un evento balístico. El
sustrato de un tamaño deseado podrá ser cortado y el papel de
liberación despegado para exponer la superficie de adhesivo. El
disco podrá ser posteriormente tendido directamente sobre el
adhesivo que lo retiene en posición con relación a los demás, dado
que el sustrato es flexible y los discos se presionan alrededor de
su intersección, la unidad combinada es flexible. Alternativamente,
la pauta podrá ser tendida y el sustrato adherido sobre la parte
superior.
En la forma mostrada la figura 4, la etapa
siguiente es colocar otra capa de este sustrato flexible revestido
de adhesivo sobre el otro lado de las monedas atendidas a mano para
asegurarlas en una posición flexible que no cambie cuando el panel
es flexionado, de forma que aunque cada moneda pivota respecto a las
monedas adyacentes, la posición actual de cada moneda permanezca
sustancialmente en la misma posición que en la que fue tendida. Esta
segunda capa de tela con adhesivo usada para envolver la pauta
imbricada suministra una potencia de permanencia adicional,
reduciendo de dicha forma el riesgo de que un disco se desplace y la
coraza corporal falle.
El NIJ define en varios niveles de amenaza. Un
nivel de amenaza tres es una chaqueta totalmente metálica de 7,62 x
51 mm con una munición de 9,6 g que se desplaza a una velocidad de
823,5-854 cm/s. Se ha encontrado que la invención
anteriormente explicada derrotará el nivel tres y todas las amenazas
menores. Capas adicionales de material de sustrato flexible
revestido con adhesivo podrán ser añadidas a cada lado en cualquier
proporción (es decir, está dentro del ámbito y contemplación de la
invención disponer de más capas sustratos sobre un lado de la placa
que en el otro lado de la placa) en múltiples capas para conseguir
criterios de rendimiento diferentes. Algunas situaciones se
benefician de permitir que las monedas se muevan ligeramente durante
el evento balístico, mientras que otras hacen deseable que la moneda
permanezca tan segura en posición como sea posible.
En una forma de realización en variante de la
invención, se suministra un sustrato flexible seco de alta
resistencia a la tracción. Posteriormente es revestido con un agente
adhesivo flexible, por ejemplo una resina elastomérica de silicona.
Los discos podrán ser posteriormente tendidos en la forma descrita
anteriormente. El agente adhesivo es posteriormente curado para
retener la flexibilidad en los lugares relativos de los discos. Una
capa similarmente revestida podrá ser usada para emparedar la placa
desde lados opuestos. Está también dentro del ámbito y contemplación
de la invención usar una capa con un agente adhesivo flexible
mientras que una capa encarada es de una variedad de despegue y
pegado descrita anteriormente. En la forma usada en la presente
memoria, "sustrato impregnado de adhesivo" se refiere a un
material flexible de alta resistencia a la tracción apropiado con un
adhesivo dispuesto en un lado, independientemente de que esté
disponible comercialmente con el adhesivo en posición o sea
revestido más tarde en la forma descrita anteriormente.
En otra forma de realización adicional, un
sustrato impregnado con adhesivo es creado mediante el procedimiento
descrito anteriormente y la capa (emparedada) es no adhesiva y está
meramente acoplada al sustrato subyacente alrededor de la periferia
de la placa. Esto degrada en algún modo la retención del disco
comparado con el emparedado entre capas adhesivas. Por lo tanto,
esta configuración no perdurará tantos impactos y la capa frontal
fijada alrededor de la periferia sirve principalmente como una
coraza exfoliable.
La figura 5 es una vista en perspectiva de un
disco de una segunda forma de realización en variante de la
invención. En esta forma de realización, se prepara un disco plano
en la forma normal y después se curva ligeramente alrededor de un
eje que diseca el arco del lugar fresado central. La curvatura
variará normalmente entre 2 y 15 grados respecto de la horizontal,
dependiendo de las dimensiones y la curvatura del área a proteger
por la coraza. Esta forma de realización es más apropiada donde se
usan grandes discos, por ejemplo con un radio de 50,8 mm, dado que
la ligera curvatura permite al disco concordar mejor con el contorno
del cuerpo. Esto es deseable con discos grandes dado que cuanto más
grandes son los discos implican una flexibilidad reducida del
conjunto general. Por lo tanto, desde un punto de vista de confort
es deseable disponer un disco curvado para acomodar el contorno y el
movimiento del cuerpo. Para discos de un radio de 25,4 mm o inferior
dicha curvatura es considerada no necesaria e indeseable. La figura
6 es una vista en sección del disco de la forma de realización de la
figura 5.
La figura 7 es una vista perspectiva de un disco
de una forma de realización en variante de la invención. En esta
forma de realización, el disco se prepara en la forma descrita
anteriormente. Después de fresado pero con anterioridad a su
tendido se utiliza una prensa para volver cóncavos los discos desde
la parte posterior, lo cual origina que el disco sea convexo en la
dirección de la superficie fresada. La figura 8 es una vista
seccional del disco de la forma de realización de la figura 7. En
esta vista, la concavidad es claramente evidente. Este diseño de
disco podrá tener unas características de flexión mejoradas respecto
a un disco plano y también podrá mejorar el confort de algunas de
las personas que las llevan puestas.
La figura 9 es una vista frontal de una prenda de
una coraza corporal según se muestra en una forma de realización de
la presente invención. La coraza 110 corporal cubre el torso del
usuario y está diseñada para proteger las áreas vitales de
proyectiles de alta velocidad. Unas aletas 120 en la coraza corporal
se extienden alrededor del cuerpo del usuario para extender la
protección de los laterales del usuario. En una forma de
realización, la coraza corporal se enrolla alrededor de un segmento
del usuario, por ejemplo el torso, suministrando una protección de
coraza sustancialmente uniforme en una circunferencia
envolvente.
La figura 10 es una vista frontal recortada de
una forma de realización de una prenda de coraza corporal. Los
discos 152 están dispuestos en una pauta imbricada para cubrir las
áreas vitales donde la coraza corporal se lleva puesta. Al
contrario que la disposición de 10 x 12 placas rígidas de la técnica
anterior, la pauta imbricada podrá flexionarse alrededor de los
contornos del cuerpo y es por lo tanto considerablemente más
confortable y también se puede esconder con más facilidad. Cada
disco 152 está formado de un material de alta dureza. En una forma
de realización, cada disco tiene forma discoidal con un grosor
máximo en el centro del disco y declinando el grosor hacia el borde
externo al suministrar uno o más segmentos superficiales inclinados
hacia abajo. En una forma de realización, el grosor del disco con
forma discoidal declina uniformemente en la pendiente inclinada
hacia abajo desde el centro hacia el borde exterior. En otra forma
de realización, la forma discoidal tiene una circunferencia interna
dentro de la cual el disco es uniformemente grueso y se inclina
uniformemente hacia abajo entre la circunferencia interna y el borde
circunferencial del disco.
Normalmente, el grosor del borde será
aproximadamente la mitad del grosor en el centro. De dicha forma,
cuando se tiende en una pauta imbricada el disco exhibe una
capacidad pivotante que permite una flexibilidad del orden del 60%
mayor que las placas de metal o disposiciones de monedas existentes.
Existen muchos materiales cerámicos apropiados que son también
relativamente ligeros en peso cuando se comparan con el acero u
otros metales de alta dureza.
El diseño ahusado intrínseco de la forma
discoidal de una forma de realización de la invención hace que la
superficie del disco sea no plana, suministrando una inclinación
para desviar los impactos balísticos en comparación con una
superficie plana un informe. A dicho fin, el material compuesto
cerámico podrá ser sinterizado y/o moldeado dando una forma
discoidal de calidad balística homogénea más fácilmente y con menos
costos que un disco metálico, que deberá ser o bien trabajado por
torno o mecanizado para producir una forma discoidal ahusado
similar. Sin embargo, los discos de metal con forma discoidal están
dentro del ámbito y contemplación de la invención. A través de un
tendido apropiado de los discos en una pauta imbricada, la coraza
110 corporal general permanece flexible y también suministra una
buena protección contra proyectiles de alta velocidad.
Adicionalmente, cuanto más ligero de peso y mayor
flexibilidad del material compuesto cerámico en comparación con la
protección de la técnica anterior de proyectiles de alta velocidad
permite una mayor movilidad y un rango de movimientos mayor por
parte del usuario. Por ejemplo, prendas de coraza corporales
compuestos de discos cerámicos imbricados con una dureza de calidad
balística y resistencia a la fractura podrán envolverse enteramente
alrededor de un segmento del usuario, por ejemplo el torso,
extendiendo la protección de los discos hasta 360 grados alrededor
del usuario. El material cerámico ligero también evita la negativa
flotación pronunciada de las monedas o placas de metal de alta
dureza típicas de la coraza corporal de la técnica anterior. Esto
permite su uso en escalada o natación en el campo para lo cual la
coraza corporal de la técnica anterior no era apropiada.
Además, en esta forma de realización, para
disponer la pauta imbricada, los discos son tendidos desde de
izquierda hacia la derecha. Cada fila subsecuente es también tendida
de izquierda a derecha. Se ha encontrado que intercambiando de
izquierda a derecha y después de derecha e izquierda crea
debilidades en la pauta resultante que a menudo originar fallos. Los
discos dentro de cada fila forman una línea horizontal
sustancialmente recta. Dado que los discos se superponen, cada
disco yace con una inclinación ligera con relación a una línea
normal a la superficie de tendido horizontal. En una forma de
realización, esta inclinación ligera de los discos complementa su
forma discoidal inclinada para incrementar la probabilidad de un
desvío del impacto.
Una vez que los discos son tendidos de izquierda
a derecha y de la parte superior a la inferior y emparedados entre
un par de capas adhesivas, toda la pauta se invierte para su
ensamblaje y dar una coraza corporal. Se ha encontrado que la
mayoría de las amenazas llegan con una trayectoria hacia abajo. De
dicha forma, es deseable que cada fila de discos se superponga a la
fila inferior en la forma que la coraza es llevada puesta. Sin
embargo, está dentro del ámbito y contemplación de la invención el
tendido de los discos en un orden alternativo, por ejemplo de
derecha a izquierda, desde la parte inferior a la parte superior.
También se contempla que el invertir la pauta imbricada en el
transcurso del ensamblado de la coraza corporal podrá conectarse de
forma que cada fila se superponga a la fila por encima de la
misma.
Se ha encontrado que un número de materiales
compuestos cerámicos posibles son apropiados como materiales de alta
dureza para los discos. Estos incluyen materiales cerámicos con
fibra inducida vendidos con la marca comercial SINTOX FA (marca
registrada) y DERANOX (marca registrada) por Morgan Matroc, LTD, de
Bedforshire, Inglaterra. En particular SINTOX FA (marca registrada)
es un material cerámico de óxido de alúmina y DURANOX D995L (marca
registrada) un material compuesto cerámico de óxido de aluminio
endurecido con zirconio, compuesto de aproximadamente 88% en peso de
alúmina más aproximadamente 12% en peso de circonia endurecida por
transformación (TTZ) que han demostrado ser materiales cerámicos
apropiados.
Aunque los materiales compuestos basados en
alúmina se consideran de preferencia, otras bases podrán ser
utilizadas para formar el material cerámico compuesto, incluyendo
titanato de bario, titanato de estroncio, zirconato de calcio,
zirconato de magnesio, carburos de silicio y carburos de boro. En la
forma expresada, dichas bases cerámicas potenciales no están
limitadas a cerámicas de óxidos sino que también incluyen óxidos
mezclados, no óxidos, sindicatos así como materiales cerámicos
MICATHERM (marca registrada) (estos últimos siendo una marca
comercial para materiales termoplásticos inorgánicos por
comercializados por Morgan Matroc, Ltd. de Bedforshire,
Inglaterra).
Los materiales compuestos apropiados tendrán una
dureza relativamente grande y una resistencia a la fractura.
Normalmente, dichos materiales tendrán al menos aproximadamente una
dureza de 12 GPa y al menos una resistencia a la fractura de 3,5
MPa m^{1/2} con objeto que la coraza pueda resistir un nivel de
evento balístico tres en la forma definida por el Instituto
Nacional de Justicia (NIJ). Un nivel de amenaza tres es una chaqueta
totalmente metálica de 7,62 x 51 mm con una munición de 9,6 g que se
desplaza a una velocidad de 823,5-854 cm/s.
Finalmente, los niveles de dureza y resistencia a
la fractura dependerán del tipo de material compuesto cerámico
empleado. Por ejemplo, una forma de realización ejemplar de la
presente invención usando bases de aluminio, el mínimo de
resistencia a la fractura para la alúmina debería ser de 3,8 MPa
m^{1/2} y 4,5 MPa m^{1/2} para alúmina endurecida con zirconio.
La dureza para la alúmina estará en el rango aproximado de 12 a 15
GPa y la alúmina endurecida con zirconio la dureza será de al menos
aproximadamente 15 GPa.
En ciertos casos, los materiales cerámicos
empleados podrán ser suplementados por la adicción de un agente de
tenacidad, como por ejemplo óxidos metálicos con tenacidad. En una
forma de realización se añade TTZ a la base de aluminio. La
inclusión de óxidos metálicos incrementa la dureza del material
cerámico resultante y resiste la disociación del disco tras el
impacto durante un evento balístico. Para materiales compuestos
cerámicos basados en alúmina, el rango de porcentaje de TTZ en peso
para materiales cerámicos de calidad balística apropiados estará
comprendido entre 0,05% y 20%. En una forma de realización el
porcentaje de TTZ en peso respecto de la base de alúmina es
aproximadamente el 12% del material compuesto.
Los materiales cerámicos se mezclan de forma
normalmente conocida en la técnica. El sinterizado y moldeo
incluyendo el moldeo por inyección, procedimientos para formar el
disco son bien conocidos en la técnica. En una forma de realización,
los discos podrán ser formados mediante moldeo por inyección y
después prensado dando la forma apropiada. Una vez formados,
determinadas formas de realización de los discos son posteriormente
encerrados con un material envolvente de contención. Este material
suministra una mayor integridad al disco e incrementa su
resistencia a la fractura, potenciando consecuentemente su habilidad
de absorber los impactos de proyectiles balísticos sin disociación.
En una forma de realización, esta envolvente es una envolvente de
fibra de vidrio adherida por un sustrato adhesivo. Materiales de
fibra de vidrio apropiados incluyen Eglass y S-2
Glass disponibles en Owens Corning Fiberglas Technology, Inc. de
Summit, Illinois. Adhesivos apropiados incluyen resinas epoxi
modificadas. El sustrato de resina epoxi y la envolvente de
contención podrán aplicarse al disco mediante autoclave, u otras
formas conocidas en la técnica. La resistencia, conexión e
integridad estructural podrán también ser impartidas recubriendo la
superficie del disco con fibras de aramida en capas o tendidas
transversalmente sobre un sustrato adhesivo.
Típicamente, el disco 152 tiene un radio entre
12,7 y 25,4 mm. Radios mayores reducen la flexibilidad pero también
los costes de producción. En una forma de realización presente, se
emplea un radio de 25,4 mm. Cada disco se ahusa con su grosor
variando entre su región central (donde el grosor se encuentra en su
máximo) y su borde (donde su grosor está en un máximo). Los grosores
máximos y mínimos variarán según el nivel de amenaza balística que
se deba resistir. Por ejemplo, para resistir una amenaza balística
de rifle de alta velocidad podrá ser un grosor máximo de 9,53 mm en
el centro del ahusamiento hasta 3,51 mm de grosor mínima en el
borde. Una amenaza de rifle a baja velocidad (o una amenaza de
pistola a alta velocidad) podrá requerir solamente un grosor
comprendido entre 3,18 máximo y 2,54 mm mínimo. En una forma de
realización, los discos con forma helicoidal tendrán un grosor
central de aproximadamente 6,36 mm y un grosor en el borde de 3,18
mm.
Se ha encontrado que la superposición de la pauta
de colocación imbricada dispersa efectivamente la fuerza del
proyectil a alta velocidad e impacto en discos adyacentes, evitando
de dicha forma la penetración y la deformación de alabeo.
Adicionalmente, dado que el ligero basculamiento de cada disco
superpuesto en la pauta imbricada, un impacto perpendicular es muy
improbable y algo de energía será absorbida en la curvatura. En una
forma de realización discoidal, el ahusamiento del grosor, formando
una superficie inclinada no plana hace un impacto perpendicular
extraordinariamente improbable.
La figura 11 muestra una pauta imbricada de los
discos 152 acoplados a un sustrato. Como se ha explicado
previamente, el sustrato podrá ser un tejido de fibra de aramida o
polietileno impregnado de adhesivo. Algunos tejidos explicados
anteriormente son apropiados para su uso con discos de material
cerámico. El tendido sobre sustratos adhesivos es también
análogo.
La figura 12 es una vista en perspectiva de un
disco. En esta forma de realización, el disco tiene una forma
discoidal, con un grosor variable de 6,35 mm en el centro de
ahusamiento con una inclinación uniforme hasta 3,19 mm en el borde
circunferencial. En una pauta imbricada, los bordes de discos
adyacentes se superpondrán, creando áreas de grosor significativo
con discos con capas múltiples. Normalmente, esta pauta no se
superpondrá en el centro o en la región más gruesa del disco. De
dicha forma, un proyectil golpeando la pauta del disco en cualquier
punto impactará bien en un disco singular próximo a su región más
gruesa o en discos multicapa en al menos tan gruesa, y probablemente
más gruesa, que en la región más gruesa del disco singular. Además,
la inclinación de la forma discoidal entre áreas de grosores
variables evita cualquier impacto balístico perpendicular.
La figura 13 muestra una vista en perspectiva de
un disco tras la aplicación de una envolvente de confinamiento. Como
se ha observado anteriormente, este enrollamiento podrá ser un
material compuesto de fibra de aramida o fibra de vidrio adherido a
un sustrato que podrá ser una resina epoxi modificada. El
enrollamiento imparte una resistencia a la fractura y dureza
mayores, reduciendo la disociación y el quebrantamiento del disco en
respuesta a un evento balístico.
La figura 14 muestra una sección de un disco
ilustrando su forma discoidal. Las capas de adhesivo 122 y
envolvente de confinamiento 124, como se ha hecho observar
anteriormente, son evidentes.
La figura 15 es una vista en perspectiva de un
disco de una forma de realización en variante de la invención. En
esta forma de realización, la formación del disco es sustancialmente
como se ha descrito anteriormente, variando solamente la
inclinación del resultado final. Mientras que variando el grosor
desde el centro al borde, la inclinación del ahusamiento es no
uniforme, dejando un abombamiento más pronunciado en el centro con
forma de domo. Esto deja el área superficial extendida desde el
borde de la circunferencia hasta el centro en forma de domo
sustancialmente plana. Esta forma de realización permite al disco
tener un área superficial superpuesta mayor, incrementando el área
superficial en la cual un proyectil podría encontrar capas múltiples
de discos. Sin embargo, la región sustancialmente plana incrementa
la probabilidad de un impacto perpendicular. Los discos en forma de
domo podrán ser tendidos y ensamblados de una forma análoga a la
descrita anteriormente para producir una coraza corporal capaz de
resistir amenazas de nivel tres.
La figura 16 es una vista lateral de una forma de
realización en variante mostrada en la figura 6.
Claims (19)
1. Un procedimiento de fabricación de una coraza
(10) corporal flexible para resistir un proyectil a alta velocidad,
comprendiendo el procedimiento:
suministrar una chapa de material de alta dureza;
y
cortar un disco (52) con un radio;
caracterizado por
fresar el disco (52) en una pluralidad de lugares
teniendo cada una un radio de curvatura igual a un radio de
curvatura del disco (52).
2. El procedimiento de la reivindicación 1, en el
que la chapa tiene una dureza mayor de aproximadamente 450 Brinell,
y un disco (52) con un radio en el intervalo de aproximadamente 12,7
mm hasta aproximadamente 50,8 mm.
3. El procedimiento de la reivindicación 1, que
comprende además:
repetir el corte y el fresado una pluralidad de
veces para producir una pluralidad de discos (52) fresados;
tender la pluralidad de discos (52) fresados en
una pauta (12) imbricada; y
adherir un sustrato (80) de resistencia alta a la
tracción en un primer lado de la pauta (12) imbricada.
4. El procedimiento de la reivindicación 3, en el
que en la pauta (12) imbricada, un primer disco (52) de la
pluralidad está superpuesto por tres discos (52) adicionales de la
pluralidad, uno en cada lugar fresado, de forma que cada lugar
fresado esté sustancial y totalmente cubierto por una parte de
grosor total del disco (52) superpuesto.
5. El procedimiento de la reivindicación 2, en el
que el material de chapa tiene un grosor en el intervalo de
aproximadamente 2,54 mm y 4,75 mm.
6. El procedimiento de la reivindicación 3, que
comprende además:
envolver la pauta (12) imbricada entre el
sustrato (80) y una segunda capa de un material flexible de alta
resistencia a la tracción; y
acoplar el sustrato (80) y la pauta (12)
imbricada a un refuerzo (16) blando de la coraza corporal.
7. El procedimiento de la reivindicación 1, que
comprende además:
cubrir el disco (52) alrededor de un eje que
intersecta un arco fresado de un lugar fresado.
8. El procedimiento de la reivindicación 1, que
comprende además:
prensar el disco (52) para que sea convexo hacia
una superficie que incluye los lugares fresados.
9. El procedimiento de la reivindicación 3, en el
que el tendido comprende:
colocar un subconjunto de la pluralidad de discos
(52) en una fila sustancialmente recta originada desde una primera
dirección con cada disco (52) rotado ligeramente, de forma que un
eje que biseca un lugar (58) fresado central no está formando un
ángulo de 90 grados con un eje central de la fila; y
colocar filas superpuestas sucesivas originando
desde la primera dirección.
10. Un artículo que comprende una coraza (10)
corporal flexible para resistir un proyectil de alta velocidad,
caracterizado por:
un primer disco (52) fresado en una pluralidad de
lugares (54, 56, 58) teniendo cada lugar fresado (54, 56, 58) un
radio de curvatura aproximadamente igual al radio del disco (52),
teniendo cada lugar fresado específico una distancia de fresado
desde un vértice del arco fresado hasta el borde del disco (52).
11. El artículo de la reivindicación 10, en el
que la dureza es mayor de 450 Brinell, el radio está en el intervalo
de 12,7 mm a 50,8 mm y el grosor está en el intervalo de
aproximadamente 2,54 mm a 4,75 mm.
12. El artículo de la reivindicación 10, en el
que el disco tiene un radio de aproximadamente 25,4 mm y la
distancia de fresado desde un lugar fresado a derecha (56) y fresado
a izquierda (54) es de aproximadamente 13,7 mm y la distancia de
fresado para un lugar (58) fresado central es aproximadamente 12,7
mm.
13. El artículo de la reivindicación 10, que
comprende además: una pluralidad de discos (52) adicionales con una
dimensión sustancialmente idéntica a la del primer disco (52); y
un sustrato (80) adhesivo resistente al corte y
al desgarro que adhiere los discos (52) en una pauta (12)
imbricada.
14. El artículo de la reivindicación 13, en el
que la pluralidad de lugares fresados incluyen un lugar (56) fresado
a la derecha y un lugar (54) fresado a la izquierda y un lugar (58)
fresado central, y en el que la pauta (12) imbricada es tal que un
primer disco (52) está superpuesto en el lugar (56) fresado a la
derecha y el lugar (54) fresado a la izquierda por un segundo disco
y un tercer disco, respectivamente, y el lugar (54) fresado a la
izquierda del segundo disco (52) y el lugar (56) fresado a la
derecha del tercer disco (52) definido en conjunción con el lugar
(58) fresado central del primer disco (52) un arco (60) dentro del
cual está asentado un cuarto disco (52), de forma que el cuarto
disco (52) se superpone al lugar (58) fresado central del primer
disco, el lugar (54) fresado a la izquierda del segundo disco (52) y
el lugar (56) fresado a la derecha del tercer disco (52).
15. El artículo de la reivindicación 10, que
comprende además:
un refuerzo (16) de la coraza corporal blanda
acoplado al sustrato (80).
16. El artículo de la reivindicación 13, una
chaqueta totalmente metálica de 7,62 x 51 mm con una munición de
9,6 g que se desplaza a una velocidad de 823 a 853 cm/s no penetrará
el refuerzo (16) de la coraza corporal blanda y origine una
deformación de alabeo menor de 44 mm.
17. El artículo de la reivindicación 10, en el
que el disco (52) está curvado alrededor de un eje que intersecta un
arco fresado.
18. El artículo de la reivindicación 10, en el
que el disco (52) es convexo en una dirección de una superficie que
contiene los lugares fresados.
19. El artículo de la reivindicación 13, en el
que un primer subconjunto de la pluralidad está dispuesto en una
primera fila con cada disco (52) sucesivo del primer subconjunto
superponiendo un lugar fresado de un disco (52) precedente del
primer subconjunto y un segundo subconjunto de la pluralidad está
dispuesto en una segunda fila, de forma que la segunda fila se
superpone a la primera fila y cada disco (52) sucesivo del
subconjunto se superpone a un lugar fresado y un disco (52)
precedente del segundo subconjunto y en el que la primera fila y
las segundas filas ambas se originan desde la misma dirección.
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