Uwaga:
Urząd Patentowy Rzeczypospolitej
Polskiej
(96) Data i numer zgłoszenia patentu europejskiego:
02.06.2015 15732971.5
(97) O udzieleniu patentu europejskiego ogłoszono:
10.04.2019 Europejski Biuletyn Patentowy 2019/15 EP 3149427 B1
(13) (51)
T3 Int.Cl.
F41H 5/007 (2006.01) F41H 5/04 (2006.01)
(54) Tytuł wynalazku:
Elektryczny pancerz reaktywny
PL/EP 3149427 T3
(30)
Pierwszeństwo:
02.06.2014 NL 2012932
(43) Zgłoszenie ogłoszono:
05.04.2017 w Europejskim Biuletynie Patentowym nr 2017/14
(45) O złożeniu tłumaczenia patentu ogłoszono:
31.10.2019 Wiadomości Urzędu Patentowego 2019/10
(73) Uprawniony z patentu:
Nederlandse Organisatie voor toegepast- natuurwetenschappelijk onderzoek TNO, 's-Gravenhage, NL
(72) Twórca(y) wynalazku:
BEREND HENDRIK EVENBLIJ, 's-Gravenhage, NL PETRUS JACOBUS MARIE HESKES, 's-Gravenhage, NL ANDRÉ MARCEL DIEDEREN, 's-Gravenhage, NL FREDERIK JOHANNES HILVERS, 's-Gravenhage, NL
WALTERUS WILHELMUS JOHANNES BORSBOOM, 's-Gravenhage, NL FREDERIK M. VERHORST, 's-Gravenhage, NL
(74) Pełnomocnik:
rzecz. pat. Tadeusz Rejman
KANCELARIA PATENTOWA REJMAN S.C.
ul. Ciepła 15 lok. 41 50-524 Wrocław
Opis
Dziedzina wynalazku
[0001] Niniejszy wynalazek dotyczy elektrycznego pancerza reaktywnego (ELRA), układu do ochrony pojazdu lub statku zawierającego taki elektryczny pancerz reaktywny, pojazdu lub statku wyposażonego w taki układ. Ponadto wynalazek zapewnia sposób ochrony pojazdu lub statku.
Tło
[0002] Elektryczny pancerz reaktywny zawiera pierwszą elektrodę i drugą elektrodę oddaloną od pierwszej elektrody, do których to elektrod można przyłożyć wysokie napięcie, tak aby zakłócić ładunek, który uderza w elektryczny pancerz reaktywny Taki pancerz jest znany z europejskiego patentu EP 1 877 720 i amerykańskiego patentu US 8 006 607 (Fraunhofer- Gesellschaft).
[0003] Znany pancerz jest zaprojektowany do ochrony obiektu przed zagrożeniami, takimi jak ładunki kumulacyjne, na przykład RPG (granaty z napędem rakietowym). Przy uderzeniu ładunek RPG wytwarza strumień zwykle stopionego metalu o dużej prędkości, który ma dużą moc przenikania. Gdy do elektrod jest przyłożone wysokie napięcie, strumień skutecznie tworzy zwarcie, gdy przeniknął przez pierwszą elektrodę i dotarł do drugiej elektrody. W wyniku zwarcia silny prąd elektryczny będzie przepływał przez strumień, co powoduje powstanie pola magnetycznego, które z kolei powoduje powstanie siły Lorentza w strumieniu. To zakłóca strumień i zniekształca jego kształt iglicy, znacznie zmniejszając jego moc przenikania.
[0004] Wyżej wspomniany europejski patent EP 1 877 720 ujawnia drugą elektrodę, która jest wykonana z przestrzennie niejednorodnego materiału, takiego jak pianka aluminiowa o otwartych porach. Patent stwierdza, że materiał elektrody powinien mieć bardzo dobrą przewodność elektryczną. Stosowanie takiego przestrzennie niejednorodnego materiału elektrody oczywiście powoduje przesunięcie materiału elektrody w kierunku od osi wzdłużnej strumienia, zwiększając tym samym zakłócenie strumienia. Stwierdzono jednak, że to zakłócenie strumienia można poprawić i że możliwe są bardziej skuteczne zakłócające układy.
Bułgarskie zgłoszenie wzoru użytkowego BG 103643 ujawnia pancerz elektryczny z dwiema równoległymi ścianami i wieloma nachylonymi, przewodzącymi elektrycznie płytami pomiędzy ścianami, pod kątem od 10 do 30 stopni do ścian. Nachylone płyty są mechanicznie połączone ze sobą. Jeden biegun źródła napięcia elektrycznego jest połączony z obiema ścianami, a drugi biegun jest połączony z przewodzącym elementem, który biegnie równolegle do ścian, w połowie drogi pomiędzy ścianami. Nachylone płyty są połączone z przewodzącym elementem. Gdy pocisk uderza w zewnętrzną ścianę, powoduje to powstanie styczności elektrycznej pomiędzy nachyloną płytą a ścianą.
Publikacja ujawnia, że opisane rozwiązanie powoduje natychmiastową styczność elektryczną po przebiciu lub odkształceniu, z powodu minimalnej odległości pomiędzy ścianami a nachylonymi płytami. Styczność nadal ma miejsce podczas przechodzenia pocisku przez pancerz. Płyty służą również do odchylania pocisku.
JP2002295996 ujawnia obronę przeciwrakietową opancerzonego pojazdu, przy czym obrona przeciwrakietowa zawiera stos równoległych płyt elektrodowych z kondensatorami połączonymi pomiędzy kolejnymi płytami elektrodowymi.
EP1877720 ujawnia urządzenie do ochrony obiektu z matrycą elektrodową, do której przykładane jest napięcie. Elektroda zwrócona do obiektu zawiera obszar z pianką metalową, która może mieć strukturę plastra miodu. Podobnie WO2010082970 ujawnia elektromagnetyczny układ pancerza z rdzeniem z siecią otwartych komórek o strukturze plastra miodu pomiędzy dwiema przewodzącymi warstwami.
Streszczenie
[0005] Celem jest przezwyciężenie tych i innych problemów ze stanu techniki i zapewnienie elektrycznego pancerza reaktywnego, który powoduje bardzo skuteczne zakłócenie strumienia ładunku kumulacyjnego.
[0006] Odpowiednio zapewniony jest elektryczny pancerz reaktywny według zastrzeżenia 1 i zastrzeżenia 4. Korzystnie każda z elektrod zawiera metalową płytę, przy czym metalowe płyty rozciągają się równolegle do siebie, a powierzchnie rozciągają się równolegle do metalowych płyt w stosie powierzchni pomiędzy metalowymi płytami. W ten sposób można zrealizować największą liczbę powierzchni w odległości D pomiędzy metalowymi płytami,
biorąc pod uwagę odległości pomiędzy kolejnymi powierzchniami.
[0007] Według kolejnego aspektu zapewniony jest elektryczny pancerz reaktywny zawierający pierwszą metalową płytę i drugą metalową płytę odizolowaną od pierwszej metalowej płyty. Korzystnie druga metalowa płyta rozciąga się równolegle do pierwszej metalowej płyty. Pomiędzy pierwszą i drugą płytą zapewniony jest izolacyjny materiał i zapewnione są złączki połączone odpowiednio z pierwszą i drugą metalową płytą do przykładania napięcia elektrycznego pomiędzy pierwszą i drugą metalową płytą. Zapewniona jest elektrycznie przewodząca konstrukcja, zawierająca wiele warstw materiału przewodnika elektrycznego, umieszczone pomiędzy pierwszą i drugą metalową płytą, osadzone w izolacyjnym materiale, przy czym warstwy materiału przewodnika elektrycznego są elektrycznie połączone ze sobą i korzystnie z drugą metalową płytą. Warstwy materiału przewodnika elektrycznego są tak rozmieszczone, że ładunek przenikający przez pierwszą metalową płytę będzie kolejno przenikał warstwy materiału przewodnika elektrycznego. Korzystnie pierwsza i druga metalowa płyta rozciągają się równolegle do siebie, a warstwy materiału przewodnika elektrycznego rozciągają się równolegle do pierwszej i drugiej metalowej płyty.
Zapewniając elektrycznie przewodzącą konstrukcję mającą wiele powierzchni osadzonych w izolacyjnym materiale, tak że strumień spowodowany ładunkiem przenika przez kolejne powierzchnie elektrycznie przewodzącej konstrukcji, uzyskuje się stopniowe odnawianie elektrycznego punktu styku końcówki strumienia bez konieczności przerywania prądu. To stopniowe odnawianie punktu styku służy do destabilizacji strumienia. Może to spowodować, że strumień początkowo w kształcie igły utworzy szereg stosunkowo szerokich dysków. Oznacza to, że prąd elektryczny wywoływany przez stopniowe przenikanie zniekształca strumień w taki sposób, że jest on zaokrąglony i skutecznie rozdrobniony. W rezultacie strumień przeniknie, druga elektroda jest penetrowana na mniejszą odległość i strumień może zostać całkowicie zatrzymany. Im więcej powierzchni jest stosowanych, tym silniejszy jest efekt destabilizacji strumienia.
[0008] Przewodząca konstrukcja powoduje również wczesne wystąpienie prądu, co dodatkowo wspomaga zniekształcanie strumienia.
[0009] W przykładzie wykonania powierzchnie są elektrycznie połączone szeregowo, ukształtowane tak, że w przypadku zwarcia pomiędzy pierwszą elektrodą a jedną z powierzchni, która jest najbliżej pierwszej elektrody, prąd zwarcia do wspomnianej jednej z powierzchni, która jest najbliżej pierwszej elektrody, płynie kolejno przez kolejne powierzchnie, które są kolejno bliżej pierwszej elektrody. Zmniejsza to opóźnienie związane z narastaniem prądu podczas odnawiania styku.
[0010] W przykładzie wykonania elektrycznie przewodząca konstrukcja zawiera konstrukcję meandryczną. Taka konstrukcja meandryczna korzystnie ma główne powierzchnie, które rozciągają się zasadniczo równolegle do siebie, które to główne powierzchnie są połączone zakrzywionymi powierzchniami i/lub powierzchniami rozmieszczonymi pod kątem, na przykład 900 względem głównych powierzchni. Konstrukcja meandryczna ma tę zaletę, że jest prosta, ale skuteczna.
[0011] W przykładzie wykonania, w którym elektrycznie przewodząca konstrukcja zawiera konstrukcję połączonych wgłębień, taką jak struktura plastra miodu, każde wgłębienie może rozciągać się zasadniczo na szerokość konstrukcji lub może być małe w stosunku do wspomnianej szerokości i jest z kilku stron otoczone przewodzącymi powierzchniami.
[0012] W korzystnym przykładzie wykonania elektrycznie przewodząca konstrukcja zawiera wiele elektrycznie przewodzących elementów wykonanych z przewodzącej folii, takiej jak metalowa folia. Każdy z elektrycznie przewodzących elementów może tworzyć sześciokątny cylinder lub sześciokątny torus. W takich przykładach wykonania przewodząca konstrukcja może być utworzona przez układanie w stos trójwymiarowych elementów, takich jak cylindry. Należy zauważyć, że inne przykłady wykonania, takie jak wyżej wspomniana meandryczna przewodząca konstrukcja, mogą być również wykonane z przewodzącej folii.
[0013] W korzystnych przykładach wykonania druga elektroda zawiera ponadto bazowy element, na którym jest zamontowana elektrycznie przewodząca konstrukcja i z którym jest elektrycznie połączona, który to bazowy element korzystnie zawiera litą metalową płytę. W tych przykładach wykonania druga elektroda jest utworzona zarówno z osadzonej przewodzącej konstrukcji do
zakłócenia ładunku, jak i metalowej płyty do zapewnienia mechanicznej ochrony. Należy rozumieć, że osadzona przewodząca konstrukcja jest zamontowana w bazowym elemencie w taki sposób, że konstrukcja jest zwrócona do strumienia, tak że strumień dotrze do konstrukcji, zanim dotrze do bazowego elementu.
[0014] Zapewniony jest pancerz, jak zdefiniowano powyżej, zawierający ponadto zbierakową płytę rozmieszczoną pomiędzy pierwszą elektrodą a drugą elektrodą do zmniejszenia szerokości ładunku i/lub zapewnienia większej wytrzymałości mechanicznej. Zbierakowa płyta może być na przykład wykonana z metalu, takiego jak metal klasy pancernej.
[0015] Zapewniony jest układ do ochrony pojazdu lub statku, takiego jak łódź pancerna, przy czym układ zawiera co najmniej jedno źródło wysokiego napięcia i elektryczny pancerz reaktywny, jaki zdefiniowano powyżej.
[0016] Pojazd lub statek jest wyposażony w układ, jaki zdefiniowano powyżej.
[0017] Zapewniony jest sposób ochrony pojazdu lub statku, przy czym sposób obejmuje etap stosowania układu, jaki zdefiniowano powyżej.
Krótki opis rysunku
[0018] Te i inne aspekty zostaną bardziej objaśnione poniżej w odniesieniu do przykładów wykonania zilustrowanych na załączonych rysunkach, na których:
Fig. 1 schematycznie przedstawia przykład wykonania elektrycznego pancerza reaktywnego.
Fig. 1a przedstawia układ pancerza do ochrony pojazdu lub statku.
Fig. 2 schematycznie przedstawia alternatywny przykład wykonania elektrycznego pancerza reaktywnego, wyposażonego w zbierakową płytę.
Fig. 3a-3g schematycznie przedstawiają różne przykłady wykonania elektrycznie przewodzącej konstrukcji.
Fig. 4a-4c schematycznie przedstawiają różne przykłady wykonania układu powierzchni do zastosowania w elektrycznie przewodzącej konstrukcji.
Szczegółowy opis przykładów wykonania
[0019] Elektryczny reaktywny pancerz (ELRA) 10 przedstawiony jedynie tytułem nieograniczającego przykładu na fig. 1 zawiera pierwszą elektrodę 1 i drugą
elektrodę 2, które to elektrody są oddalone od siebie na odległość (D+d).
Pierwsza i druga elektroda 1, 2 zawierają odpowiednio pierwszą i drugą metalową płytę. Co więcej, elektryczny reaktywny pancerz 10 zawiera elektrycznie przewodzącą konstrukcję 21, zawierającą wiele powierzchni 22, tj.
warstwy materiału przewodnika elektrycznego, znajdujące się pomiędzy pierwszą i drugą metalową płytą, rozciągające się poprzecznie do kierunku od pierwszej metalowej płyty do drugiej metalowej płyty, korzystnie równolegle do pierwszej i drugiej metalowej płyty. Wiele powierzchni 22 elektrycznie przewodzących konstrukcji 21 jest w styczności elektrycznej z drugą metalową płytą i normalnie elektrycznie odizolowane od pierwszej metalowej płyty. Z tego powodu elektrycznie przewodząca konstrukcja 21 może być uważana za część drugiej elektrody 2. Jak przedstawiono, wiele elektrycznie przewodzących konstrukcji 21 może być zapewnionych równolegle w różnych miejscach na drugiej metalowej płycie. Figury przedstawiają jedynie część elektrycznego pancerza reaktywnego, w którym obecna jest jedna lub większa liczba tych elektrycznie przewodzących konstrukcji 21, ale należy docenić, że elektryczny pancerz reaktywny może rozciągać się dalej i może być obecnych więcej elektrycznie przewodzących konstrukcji 21.
[0020] Fig. 1a schematycznie przedstawia układ pancerza zawierający taki elektryczny pancerz reaktywny 10 i źródło energii elektrycznej 50 podłączone pomiędzy pierwszą elektrodą 1 a drugą elektrodą 2. Elektryczny pancerz reaktywny 10 może zawierać złączki 52 połączone z pierwszą elektrodą 1 i drugą elektrodę 2 do elektrycznego łączenia źródła energii elektrycznej 50 z pierwszą elektrodą 1 i drugą elektrodą 2. Źródło energii elektrycznej 50 może zawierać kondensator podłączony pomiędzy pierwszą elektrodą 1 a drugą elektrodą 2. Wysokie napięcie elektryczne może być przykładane do elektrod przy pomocy odpowiedniego źródła energii elektrycznej 50, takiego jak kondensator. Typowe odpowiednie napięcia mieszczą się w zakresie od 1000 do 5000 V w zależności od zastosowania i wymiarów pancerza. Źródło energii powinno być w stanie dostarczać silny prąd w krótkim okresie czasu, na przykład od 100 do 500 kA w czasie 100 µs lub 1000 kA w czasie 50 µs. Gdy źródło energii zawiera kondensator, kondensator może znajdować się po stronie elektrody na złączkach 52. Zmniejsza to rozpraszanie energii przez
złączki. Ponownie dostarczany prąd będzie zależał od zastosowania i wymiarów pancerza.
[0021] W typowym zastosowaniu pierwsza elektroda 1 będzie odwrócona od obiektu, który ma być chroniony, takiego jak wnętrze pojazdu, łodzi, czołgu lub innego statku, podczas gdy druga elektroda 2 będzie zwrócona w kierunku wspomnianego obiektu. W przykładzie wykonania przedstawionym na fig. 1 pierwsza elektroda 1 jest utworzona przez metalową płytę, wykonaną z metalu klasy pancernej. Druga elektroda 2 z fig. 1 zawiera również metalową płytę 29, która korzystnie jest również wykonana z metalu klasy pancernej tak, aby opierać się kulom i innym pociskom. Jak przedstawiono, metalowe płyty, które tworzą pierwszą i drugą elektrodę 1, 2, są korzystnie równoległe do siebie.
[0022] Niektóre pociski są jednak w stanie wytworzyć strumień stopionego metalu po uderzeniu. Takimi pociskami mogą być granaty z napędem rakietowym (RPG), których ładunek zazwyczaj wytwarza taki strumień.
Większość pancernych płyt nie jest w stanie wytrzymać takich ładunków, chyba że płyty są bardzo grube. Jednakże grube pancerne płyty są z konieczności ciężkie i niemożliwe jest zastosowanie takich grubych płyt w pojazdach, łodziach i innych małych statkach. Elektryczny pancerz reaktywny (ELRA) jest przeznaczony do destabilizacji lub zakłócenia strumienia ładunku, gdy przenika on przez pancerz. Ten elektryczny pancerz reaktywny jest przeznaczony do jeszcze większego zakłócenia strumienia.
[0023] Jak przedstawiono na fig. 1, strumień 7 ładunku przenika przez pierwszą elektrodę 1. Druga elektroda 2 zawiera szereg układów 20, 20', 20" ..., każdy utworzony z elektrycznie przewodzącej konstrukcji 21 mającej wiele powierzchni 22 osadzonych w izolacyjnym materiale 23. Powierzchnie 22 nie muszą być przeznaczone do stawiania oporu ładunkom. Zamiast tego powierzchnie 22 są przeznaczone do przenikania przez nie strumienia 7. W niektórych przykładach wykonania może być jednak pożądany pewien opór dla strumienia 7. Jednak w korzystnych przykładach wykonania powierzchnie 22, 22', ... i zwykle cała konstrukcja 21 są wykonane ze stosunkowo cienkiej elektrycznie przewodzącej folii.
[0024] Jak przedstawiono, elektrycznie przewodząca folia tworzy powierzchnie 22, 22'... (tj. warstwy materiału przewodnika elektrycznego), jak również
połączenia elektryczne pomiędzy kolejnymi powierzchniami 22, 22'... na krawędziach powierzchni 22, 22' .... Tym samym meandrująca ścieżka prądu powstanie, gdy pojawi się zwarcie pomiędzy powierzchnią 22 najbliższą pierwszej elektrodzie 1 a tą pierwszą elektrodą 1. W kolejnych powierzchniach (warstwach) 22, 22'.... prąd będzie płynął naprzemiennie w przeciwnych kierunkach równoległych do płaszczyzny pierwszej elektrody 1 i ku pierwszej elektrodzie po naprzemiennych przeciwnych stronach powierzchni (warstw).
[0025] Prąd będzie płynął przez pierwszą z powierzchni w pierwszym kierunku równoległym do płaszczyzny pierwszej elektrody 1. Następnie prąd płynie w kierunku tej płaszczyzny do sąsiedniej drugiej z powierzchni, na krawędzi powierzchni, gdzie folia biegnie od pierwszej z powierzchni do drugiej z powierzchni. Następnie prąd płynie przez drugą z powierzchni w drugim kierunku równoległym do wspomnianej płaszczyzny, ale przeciwnie do pierwszego kierunku. Powtarza się to dla kolejnych warstw. Alternatywnie krawędzie powierzchni mogą być elektrycznie połączone, aby zasilać przewody (nie przedstawiono), które rozciągają się od drugiej elektrody 2 w kierunku pierwszej elektrody 1. Powoduje to, że gdy powstaje zwarcie pomiędzy powierzchnią a pierwszą elektrodą 1, potrzebny jest czas do nagromadzenia prądu elektrycznego. Stosowanie folii, która meandruje, do utworzenia powierzchni ma tę zaletę, że potrzeba mniej czasu na nagromadzenie prądu w kolejnych powierzchniach, gdy powstanie zwarcie pomiędzy powierzchnią najbliższą pierwszej elektrodzie 1 a tą pierwszą elektrodą 1. Ogólniej można to zrealizować za pomocą szeregowego połączenia powierzchni 22 ukształtowanego tak, że prąd elektryczny płynie kolejno przez powierzchnie 22, które są kolejno coraz bliżej pierwszej elektrody 1.
[0026] Należy zauważyć, że te powierzchnie (warstwy) są zasadniczo równoległe do bazowej płyty 29 drugiej elektrody 2. Należy ponadto zauważyć, że elektrycznie przewodząca konstrukcja 21 jest zarówno mechanicznie, jak i elektrycznie połączona z (elektrycznie przewodzącym) bazowym elementem 29 w przyłączeniowych punktach 25. Każda powierzchnia 22, 22' tworzy warstwę materiału przewodnika elektrycznego (przedstawiono w przekroju poprzecznym), przy czym warstwa jest równoległa z pierwszą i drugą elektrodą 1, 2, jak to przedstawiono. Korzystnie stosuje się stos zawierający wiele takich
warstw.
[0027] Gdy strumień zaczyna przenikać przez elektryczny pancerz reaktywny, najpierw przenika on przez pierwszą elektrodę 1, następnie przez elektrycznie izolujący materiał, a później dociera do pierwszej powierzchni 22 elektrycznie przewodzącej konstrukcji 21. Ponieważ ta elektrycznie przewodząca konstrukcja jest elektrycznie połączona z drugą elektrodą 2, jest ona elektrycznie połączona ze wspomnianym powyżej źródłem energii 50.
Odpowiednio strumień 7 wytworzy zwarcie pomiędzy elektrodami 1 i 2 przez elektrycznie przewodzącą konstrukcję 21 i strumień, powodując w ten sposób, że silny prąd elektryczny płynie przez strumień z powierzchni 20 najbliższej pierwszej elektrodzie 1. Po pewnym czasie silny prąd może spowodować, że powierzchnia 20, która styka się ze strumieniem (tj. warstwa przewodnika elektrycznego), odparuje przy styku z powodu ciepła wytwarzanego przez prąd skoncentrowany przy styku ze strumieniem. Jednak dopóki to się nie stanie, przez strumień płynie silny prąd. Ten silny prąd wytwarza silne siły elektromechaniczne, które zniekształcają strumień. Początkowo zniekształcenie nie jest wystarczające, aby powstrzymać strumień przed dalszym przenikaniem przez układ 20. To dalsze przenikanie spowoduje, że strumień dotrze do następnej powierzchni 22', tym samym powodując również zwarcie poprzez następną powierzchnię. Cały lub przynajmniej większość prądu zwarciowego popłynie następnie do strumienia poprzez jego styk z tą następną powierzchnią 22'. Tymczasem pierwsza powierzchnia 22 lub przynajmniej jej styk ze strumieniem zostanie teraz, lub do tej pory, przynajmniej częściowo zniszczony przez strumień 7. Punkt styku pomiędzy strumieniem 7 a powierzchnią 22 prawdopodobnie odparuje (i stanie się plazmą). Jednak ze względu na to, że następna powierzchnia 22' styka się z strumieniem 7, pierwsza powierzchnia 22 nie jest już konieczna do przewodzenia prądu. Prąd płynący przez strumień komutuje do punktu styku z powierzchnią 22 do następnego punktu styku z powierzchnią 22'. Tym samym gwarantowany jest zasadniczo ciągły przepływ prądu. Tymczasem długość ścieżki prądu przez przewodzącą konstrukcję 21 zmniejsza się, zmniejszając tym samym swój opór elektryczny i w ten sposób zwiększając prąd.
[0028] Ten proces strumienia 7 przenikającego przez kolejne powierzchnie 22,
22', ... jest kontynuowany, aż strumień dotrze do metalowej bazy drugiej elektrody 2. W typowych przykładach wykonania strumień zostanie zakłócony w takim stopniu przed dotarciem do drugiej elektrody, że nie będzie już w stanie znacznie przeniknąć przez część metalowej płyty 29 drugiej elektrody 2.
[0029] Jak można zobaczyć, strumień 7 ładunku przenika przez kolejne powierzchnie elektrycznie przewodzącej konstrukcji, wytwarzając tym samym zwarcia w sposób stopniowy. Gdy każda kolejna powierzchnia zostaje uszkodzona lub zniszczona przez strumień, następna powierzchnia jest stosowana do przewodzenia prądu zwarcia. W ten sposób zapewnione jest, że prąd zakłócający strumień jest obecny na stosunkowo dużej odległości. Tym samym w wyniku zastosowania wielu warstw materiału przewodnika elektrycznego pomiędzy pierwszą i drugą elektrodą 1, 2, prąd również płynie przez całą lub większość długości strumienia, od pobliża jego końcówki do jego styku z pierwszą elektrodą 1. Ponieważ wpływ prądu na destabilizację strumienia jest najsilniejszy na końcówce, poprawia to wpływ na strumień.
Grubość każdej powierzchni (warstwy) 22 wpływa na czas potrzebny, zanim styk powierzchni i strumienia odparuje. Korzystnie kombinację grubości powierzchni (warstw) 22 i ich wzajemnej odległości dobiera się tak, aby każdy ich styk ze strumieniem odparowywał w przybliżeniu w czasie, w którym końcówka przeciętnego strumienia musi przebyć odległość do następnej powierzchni (np. pomiędzy 50% i 150% tego czasu). Na przykład można zastosować kombinację grubości około 1 mikrometra i odległości 1 milimetra.
Czas potrzeby do odparowania można skalować za pomocą kwadratu grubości powierzchni (warstwy) 22, a zatem odległość pomiędzy kolejnymi powierzchniami 22 może być również skalowana za pomocą kwadratu grubości.
Zoptymalizowaną kombinację można określić doświadczalnie, próbując różnych grubości i mierząc zależność prądu od czasu lub robiąc to dla różnych odległości.
[0030] W przykładzie wykonania z fig. 1 układy 20, 20', ... mają wysokość D i są oddzielone od pierwszej elektrody 1 opcjonalną szczeliną powietrzną o wysokości d. Całkowita odległość pomiędzy elektrodami jest zatem równa (D+d). W przypadku pominięcia szczeliny powietrznej odległość pomiędzy elektrodami jest równa wysokości D układu 20. Gdy szczelina powietrzna jest
obecna, pierwsza elektroda 1 i układ 20 są oddalone od siebie o odległość d.
Gdy szczelina powietrzna nie jest obecna, pierwsza elektroda 1 i układ 1 nie są oddalone od siebie, ale są elektrycznie izolowane przez górną warstwę izolacyjnego materiału 23. Należy rozumieć, że w takich przykładach wykonania ta górna warstwa będzie musiała mieć wystarczającą grubość, aby zapobiegać niepożądanym wyładowaniom.
[0031] Przykład wykonania z fig. 2 jest zasadniczo identyczny z przykładem z fig. 1 z wyjątkiem zbierakowej płyty 3. Ta płyta 3 jest rozmieszczona pomiędzy pierwszą elektrodą 1 a drugą elektrodą 2, aby zmniejszyć szerokość strumienia 7. W przykładzie z fig. 2 przedstawiono zbierakową płytę 3, gdy jest przenikana przez strumień 7. Należy rozumieć, że ani zbierakowa płyta 3, ani pierwsza elektroda 1 nie będą miały otworu przed przeniknięciem przez strumień 7.
[0032] Zapewniając wytrzymałość mechaniczną, strumień jest spowalniany i zmniejszana jest jego szerokość, łagodząc w ten sposób jego niszczący efekt.
Zbierakowa płyta 3 jest korzystnie wykonana ze stali klasy pancernej lub podobnego materiału.
[0033] Na fig. 3a-3g różne przykłady wykonania elektrycznie przewodzącej konstrukcji 21 są schematycznie zilustrowane w widoku z boku.
[0034] Fig. 3a przedstawia meandrującą konstrukcję ze stosunkowo ostrymi narożnikami (kąty 900), podczas gdy fig. 3b przedstawia podobną meandrującą konstrukcję z zaokrąglonymi narożnikami. W obu przykładach wykonania powierzchnie 22 (22', ...) są rozmieszczone zasadniczo równolegle. W obu przykładach wykonania powierzchnie 22 są połączone elektrycznie szeregowo i są połączone za pomocą odpowiednich narożnych części.
[0035] Przykład wykonania z fig. 3c stanowi prostokątną siatkę. Powierzchnie 22 są nie tylko połączone przy swoich bokach, ale także w różnych miejscach pomiędzy tymi bokami. W ten sposób prąd elektryczny może być rozprowadzany na konstrukcji.
[0036] Przykład wykonania z fig. 3d jest podobny do przykładu z fig. 3c, ale stanowi raczej trójkątną niż prostokątną siatkę. Sześciokątna siatka jest zilustrowana na fig. 3e, podczas gdy siatki utworzone przez układ o zaokrąglonych kształtach przedstawiono na fig. 3f i 3g.
[0037] We wszystkich przykładach wykonania odległość pomiędzy dwiema
kolejnymi powierzchniami 22, 22' w kierunku przenikania korzystnie wynosi pomiędzy w przybliżeniu 20 a 5 mm i może korzystnie wynosić pomiędzy w przybliżeniu 11 a 9 mm. Rozstaw około 10 mm pomiędzy powierzchniami powoduje odstęp czasowy pomiędzy dwoma kolejnymi przeniknięciami powierzchni równy około 1 µs. Niniejsi twórcy stwierdzili, że ten odstęp czasowy jest korzystny dla zakłócenia strumienia, utrzymując przy tym prąd poprzez strumień. Można jednak zastosować inne rozstawy, takie jak rozstawy większe niż 20 mm.
[0038] Grubość powierzchni 22 korzystnie wynosi pomiędzy 20 a 5 µm i może korzystnie wynosić pomiędzy 11 a 9 µm. Grubość w przybliżeniu 10 µm spowoduje zwiększoną impedancję elektryczną z powodu ogrzewania i/lub parowania i w ten sposób może wspomagać komutację prądu do następnej powierzchni.
[0039] Należy zauważyć, że elektrycznie izolujący materiał (23 na fig. 1), w którym osadzone są konstrukcje, tworząc układy 20, może zawierać piankę z tworzywa sztucznego lub dowolny inny odpowiedni materiał, na przykład (twarde) tworzywo sztuczne.
[0040] Na fig. 3e przedstawiono już sześciokątną konstrukcję w widoku z góry, jako przykład wykonania elektrycznie przewodzącej konstrukcji 21. Taka sześciokątna konstrukcję jest przedstawiona w perspektywie na fig. 4a i ilustruje rodzaj elementarnej komórki, z której można utworzyć konstrukcję 21. Kolejny rodzaj elementarnej komórki jest zilustrowany na fig. 4b, która przedstawia torusową konstrukcję w perspektywie. Należy rozumieć, że takie elementy w kształcie torusa 20 mogą być układane w stos, aby utworzyć przewodzącą konstrukcję 21. Podobna konstrukcja jest przedstawiona w widoku z góry na fig.
4c. Wszystkie te konstrukcje mogą być osadzone w elektrycznie izolującym materiale, tworząc układ 20.
[0041] Powierzchnie elektrycznie przewodzącej konstrukcji mogą być utworzone z arkuszy materiałów, takich jak metalowa folia. Powierzchnie będą wzajemnie połączone elektrycznie, tak aby zapewnić pojedynczą przewodzącą elektrycznie konstrukcję.
[0042] Pancerz opiera się na założeniu, że elektrycznie przewodzące powierzchnie, które są elektrycznie połączone i osadzone w elektrycznie
izolującym materiale, powodują stopniowe skracanie ścieżki elektrycznej prądu przez elektrodę, gdy jest ona przebijana przez ładunek. Te elektrycznie przewodzące powierzchnie stanowią konstrukcję, która może być utrzymywana przez elektrycznie izolujący materiał. Stopniowe skracanie ścieżki elektrycznej powoduje bardzo skuteczne zakłócanie ładunku.
[0043] Należy zauważyć, że żadnych terminów stosowanych w tym dokumencie nie należy interpretować jako ograniczających zakres niniejszego wynalazku. W szczególności słowa „zawiera” i „zawierający” nie mają na celu wykluczania żadnych elementów, które nie zostały konkretnie podane.
Pojedyncze (obwodowe) elementy można zastąpić wieloma (obwodowymi) elementami lub ich odpowiednikami.
[0044] Będzie zrozumiałe dla specjalistów w tej dziedzinie, że niniejszy wynalazek nie jest ograniczony do wyżej zilustrowanych przykładów wykonania i że można dokonać wielu modyfikacji i uzupełnień bez odchodzenia od zakresu wynalazku, jaki zdefiniowano w załączonych zastrzeżeniach.
Zastrzeżenia
1. Elektryczny reaktywny pancerz (10), zawierający
-pierwszą elektrodę (1) i drugą elektrodę (2) elektrycznie odizolowaną od pierwszej elektrody, pomiędzy którymi to elektrodami (1, 2) można przyłożyć wysokie napięcie, aby zakłócić ładunek (7) stykający się z elektrodami,
przy czym druga elektroda (2) zawiera
- elektrycznie przewodzącą konstrukcję (21) mającą wiele równoległych powierzchni (22) osadzonych w izolacyjnym materiale (23), tak że ładunek przenika przez kolejne powierzchnie (22) elektrycznie przewodzącej konstrukcji,
znamienny tym, że wiele równoległych powierzchni (22) jest wykonanych z pojedynczej przewodzącej folii, wspomniana pojedyncza przewodząca folia rozciąga się kolejno przez kolejne z równoległych powierzchni (22), kolejne równoległe powierzchnie będące usytuowane kolejno bliżej pierwszej elektrody (1), przy czym kolejne równoległe powierzchnie są połączone elektrycznie szeregowo, tak że w przypadku zwarcia pomiędzy pierwszą elektrodą i jedną z równoległych powierzchni (22), która jest najbliższa pierwszej elektrodzie (1) z powodu ładunku przenikającego przez kolejne powierzchnie elektrycznie przewodzących konstrukcji, prąd zwarcia płynie od pierwszej elektrody do wspomnianej jednej z powierzchni (22) i kolejno przez kolejne z powierzchni (22), które są coraz bliżej pierwszej elektrody (1).
2.Pancerz według zastrzeżenia 1, przy czym elektrycznie przewodząca konstrukcja (21) zawiera meandrową konstrukcję.
3.Pancerz według któregokolwiek z poprzednich zastrzeżeń, przy czym powierzchnie (22) są nie tylko połączone przy swoich bokach, ale także w różnych miejscach pomiędzy tymi bokami.
4.Elektryczny pancerz reaktywny (10), zawierający
-pierwszą elektrodę (1) i drugą elektrodę (2) elektrycznie odizolowaną od pierwszej elektrody, pomiędzy którymi to elektrodami (1, 2) można przyłożyć wysokie napięcie, tak aby zakłócić ładunek (7) stykający się z elektrodami,
przy czym druga elektroda (2) zawiera
- elektrycznie przewodzącą konstrukcję (21) zawierającą wiele elektrycznie przewodzących elementów wykonanych z elektrycznie przewodzącej folii, takiej jak metalowa folia, każdy z elektrycznie przewodzących elementów tworzy sześciokątny cylinder lub sześciokątny torus, elektrycznie przewodząca konstrukcja (21) mająca wiele powierzchni (22) osadzonych w izolacyjnym materiale (23), tak że ładunek przenika przez kolejne powierzchnie (22) elektrycznie przewodzącej konstrukcji, przy czym elektrycznie przewodząca konstrukcja (21) zawiera konstrukcję połączonych wgłębień, taką jak konstrukcja plastra miodu.
5. Pancerz według któregokolwiek z poprzednich zastrzeżeń, przy czym druga elektroda (2) zawiera ponadto bazowy element (29), na którym jest zamontowana elektrycznie przewodząca konstrukcja (21) i z którym jest elektrycznie połączona, który to bazowy element (29) korzystnie zawiera litą metalową płytę.
6. Pancerz według któregokolwiek z poprzednich zastrzeżeń, przy czym odległość pomiędzy dwiema kolejnymi powierzchniami (22, 22') ze wspomnianych wielu, w kierunku przenikania, wynosi pomiędzy 5 a 20 mm.
7. Pancerz według któregokolwiek z poprzednich zastrzeżeń, przy czym odległość pomiędzy każdą parą kolejnych powierzchni (22, 22') we wspomnianych wielu, w kierunku przenikania, wynosi pomiędzy 5 a 20 mm.
8. Pancerz według któregokolwiek z poprzednich zastrzeżeń, przy czym grubość powierzchni (22) wynosi pomiędzy 5 a 20 µm.
9. Pancerz według któregokolwiek z poprzednich zastrzeżeń, przy czym pierwsza elektroda (1) jest utworzona z pełnej metalowej płyty.
10. Pancerz według któregokolwiek z poprzednich zastrzeżeń, przy czym pierwsza elektroda (1) jest utworzona z pierwszej pełnej metalowej płyty, i druga elektroda (2) zawiera drugą pełną metalową płytę (29) rozciągającą się równolegle z pierwszą pełną metalową płytą, każda z powierzchni (22) rozciąga się równolegle ze wspomnianą pierwszą i drugą pełną metalową płytą.
11. Pancerz według któregokolwiek z poprzednich zastrzeżeń, zawierający ponadto zbierakową płytę (3) rozmieszczoną pomiędzy pierwszą elektrodą (1) a
drugą elektrodą (2) do zmniejszania szerokości ładunku.
12. Elektryczny pancerz reaktywny według któregokolwiek z poprzednich zastrzeżeń, zawierający
- pierwszą metalową płytę tworzącą pierwszą elektrodę;
- drugą metalową płytę tworzącą drugą elektrodę rozciągającą się równolegle z pierwszą metalową płytą i elektrycznie odizolowaną od pierwszej metalowej płyty,
- izolacyjny materiał, usytuowany pomiędzy pierwszą a drugą płytą, - złączki połączone odpowiednio z pierwszą i drugą metalową płytą do przykładania napięcia elektrycznego pomiędzy pierwszą a drugą metalową płytą i
- powierzchnie (22) elektrycznie przewodzącej konstrukcji (21) tworzące stos wielu warstw materiału przewodnika elektrycznego usytuowanych pomiędzy pierwszą a drugą metalową płytą, osadzonych w izolacyjnym materiale, każda z warstw rozciąga się równolegle z pierwszą i drugą metalową płytą, warstwy materiału przewodnika elektrycznego będące elektrycznie połączone z drugą metalową płytą.
13. Układ do ochrony pojazdu lub statku, układ zawierający co najmniej jedno źródło wysokiego napięcia i elektryczny pancerz reaktywny według dowolnego z poprzednich zastrzeżeń.
14. Pojazd lub statek wyposażony w układ według zastrzeżenia 13.
15. Sposób ochrony pojazdu lub statku, obejmujący etap stosowania układu według zastrzeżenia 13.
