Tecnología de explosión de respuesta: los sistemas de fondo reactivo contrarrestan los IED
Deformación de una placa inferior de 15-mm hecha de acero suave unida al automóvil Land Rover Discovery después de una explosión en un IED de 6-kg (izquierda). Puede ver la liberación de gas de la "chimenea" de contra carga instalada inmediatamente detrás del conductor y el pasajero delantero
Los recientes conflictos asimétricos en Afganistán e Irak han demostrado que los dispositivos explosivos improvisados (IED) enterrados son los medios preferidos para atacar a las fuerzas aliadas, superadas en número y tecnológicamente superiores.
El uso de artefactos explosivos improvisados para ataques a vehículos blindados ligeros y pesados provocó una batalla mutua entre los diseñadores de sistemas de protección de vehículos y los atacantes (llamémoslos rebeldes). Los primeros protegen cada vez mejor sus vehículos, a menudo utilizando soluciones pesadas, mientras que los segundos utilizan cargas cada vez mayores. Esto lleva a una conclusión simple: incluso si el blindaje y el diseño del vehículo pueden resistir las fuerzas resultantes que crea la carga detonante, es poco probable que aquellos que se sientan adentro sobrevivan al impacto de estas fuerzas. En respuesta a esto, la compañía británica Advanced Blast & Ballistic Systems (ABBS) está desarrollando conceptos de protección activa contra artefactos explosivos improvisados y minas que permitirán al menos a los pasajeros sobrevivir después de tales ataques a pesar de que el vehículo sufra daños incluso importantes.
El concepto que apuntala esta tecnología fue identificado por primera vez por Roger Sloman, director de ABBS, después de ver un video de alta velocidad de la máquina durante las pruebas de voladura en 2008 del año. Al ver el video, se puede ver que la onda de choque inicial pasa a través de la máquina en unos milisegundos de 1 - 2, aunque no hay un movimiento significativo de la máquina hasta que los productos gaseosos y la liberación de tierra son claramente visibles en los lados de la máquina. Esto ocurre solo 8 milisegundos después de la detonación de la carga. Su conclusión fue que la onda de choque inicial tuvo poco efecto en el movimiento general de la máquina y, de hecho, la combinación de la presión casi estática de los productos de descomposición del explosivo y la expulsión del suelo hizo que el automóvil avanzara hacia arriba.
Un retraso en el recorrido de 8 milisegundos abrió la posibilidad de utilizar un sistema activo que pudiera reducir o contrarrestar la aceleración ascendente del automóvil. Los primeros experimentos fueron realizados por la empresa privada Sloman & Associates Ltd, cuyos resultados confirmaron que la idea era viable. Aunque tal sistema es factible, debe hacer frente a explosiones de diversa potencia y diferenciarlas según la duración de la exposición y el impulso total. Para contrarrestar todas estas opciones, el sistema desarrollado debe ajustar el impacto de la respuesta y su duración.
Cabe señalar que la aplicación del sistema de atenuación activa de la aceleración se consideró previamente poco práctica, el impacto de la onda expansiva y el tiempo de acción se calificaron como extremadamente extremos y demasiado rápidos. Se desconoce si esto se relacionó con la suposición de que la onda de choque inicial y la presión reflejada correspondiente fueron los principales impulsores de la aceleración de la máquina.
Después de recopilar información sobre los resultados de sus pruebas anteriores, la empresa recurrió al Ministerio de Defensa británico para solicitar la financiación inicial de esta investigación y desarrollo. El Ministerio de Defensa acordó estudiar este concepto, la mayor parte del trabajo fue financiado en parte por el Laboratorio de Ciencia y Tecnología de la Defensa (DSTL) con su centro científico y tecnológico para la reserva y la protección. Después de asignar fondos, la compañía refinó su concepto, dando como resultado dos principios de sistema de protección activa: VGAM (Mitigación Global de Aceleración del Vehículo - facilitando la aceleración general del vehículo) y VAFS (Estabilización del piso blindado del vehículo - estabilización de la parte inferior blindada del vehículo).
Dos fotogramas de una cámara digital de alta velocidad con una grabación de prueba pasiva. Aproximadamente 2 milisegundos a la izquierda y 633 milisegundos a la derecha después de la detonación de la carga;
Dos fotogramas de disparo de alta velocidad con una grabación de prueba pasiva. A la izquierda, aproximadamente 4 milisegundos y a la derecha 437 milisegundos después de la detonación de la carga, el máximo lanzamiento de la máquina fue 1,04 meter
Generación de energía
Cada uno de los conceptos utiliza un determinado tipo de fuente de energía; puede ser un dispositivo equivalente a un cañón o un motor de cohete. En el primer caso, la masa se expulsa a alta velocidad desde la tubería, las fuerzas de retroceso generadas durante el disparo en la máquina en la que está instalado este dispositivo. Tal dispositivo puede funcionar durante unos pocos milisegundos y generar un valor de fuerza que dura varias decenas de milisegundos; El valor numérico exacto de la fuerza generada depende de la carga (su masa y tipo) y la masa expulsada.
Si bien la curva de fuerza / tiempo es corta, se pueden usar varios dispositivos para aumentar el período o adaptar la respuesta. Sin embargo, el método más eficiente en masa para generar un impulso es un motor de cohete especial. Las características de encendido, el nivel de empuje y el tiempo de funcionamiento del motor se han ajustado específicamente para proporcionar un encendido rápido y obtener una curva de empuje / tiempo adecuada; El tiempo de empuje resultante para cada motor fue de hasta 250 milisegundos. El sistema basado en el motor de cohete es adecuado para eventos que duran desde milisegundos de 20 a 500 y, al igual que el principio de expulsión de masa / retroceso, se pueden usar varios dispositivos para cubrir diferentes niveles de explosión e intervalos de tiempo. Con toda probabilidad, se puede utilizar una combinación de ambos tipos de fuentes de exposición por los motivos que se explican más adelante en este artículo.
La aplicación del concepto de VGAM elimina completamente la aceleración de toda la máquina. El sistema VGAM utiliza varios motores colocados "estratégicamente" instalados (o emitiendo gases desde) la superficie superior de la máquina. Los motores se activan de acuerdo con los datos de un conjunto de sensores de presión y movimiento conectados a un sistema de procesamiento de señales de alto rendimiento. La posición y el tamaño del VCA iniciado dependerán de qué motor funcionará y de qué valor de impulso; La secuencia de encendido se controla mediante la intensidad y la sincronización de las señales generadas por el conjunto de sensores y procesadas por la unidad del procesador.
Se afirma que el concepto VGAM tiene una solución constructiva relativamente simple que se puede aplicar a una amplia gama de vehículos militares actualmente en servicio. Los requisitos del sistema son tales que la máquina debe ser estructuralmente lo suficientemente fuerte como para resistir la explosión en sí misma y las fuerzas antiaceleración. Aunque este sistema se puede usar en una variedad de tipos de vehículos, desde SUV hasta vehículos de combate principales tanques, por lo general, los SUV y los autos VIP están ligeramente blindados y son resistentes solo a pequeños dispositivos explosivos, por lo que requieren modificaciones adicionales para resistir la detonación de los IED más grandes.
Para resistir minas grandes, una máquina de toneladas de SUV de clase 2-3 requiere la adición de una placa inferior y un diseño de piso lo suficientemente sólido para evitar la penetración y soportar el pulso inverso del sistema VAFS / VGAM combinado. Este innovador sistema evita la deformación del piso y reduce la cantidad de aceleración total, que de lo contrario podría dañar seriamente o matar a los pasajeros.
La base del concepto VAFS es principalmente para reducir el movimiento ascendente del piso de la máquina, pero también tiene un efecto significativo en la aceleración general de toda la máquina. El concepto utiliza la llamada "columna": en vehículos livianos, como los SUV, uno, y en vehículos pesados, por ejemplo, en vehículos blindados, varias "columnas". Se conectan directamente a la placa inferior o se instalan en el piso, que se conecta a esta placa a través de una estructura de carga compartida.
Las columnas contienen motores o sirven como sus soportes en la parte superior de la máquina, están alineadas a lo largo del eje longitudinal de la máquina y pasan a través del espacio de la cabina para desviar los gases a través del techo del automóvil. El piso y la parte inferior no solo están conectados rígidamente, sino que el espacio entre ellos está lleno de estructuras que absorben energía que se colapsan, por ejemplo, de espuma de metal o aluminio celular. Nuevamente, el concepto utiliza un conjunto de sensores que proporcionan datos a la unidad del procesador. Al socavar los IED y después de procesar los datos de los sensores, se enciende el número correspondiente de motores de un determinado tipo, y el impacto adicional en la máquina depende del método de instalación. En el primer caso, la prevención del movimiento de la placa inferior está provista principalmente por los motores, y en el segundo caso, el piso se mueve hacia abajo y se aleja de los pasajeros en la dirección de las estructuras que absorben energía, mientras que el fondo se dobla y se mueve hacia arriba en el espacio disponible, preferiblemente sin contacto con el piso interno del automóvil.
El último caso es la opción preferida, ya que el movimiento del piso hacia abajo elimina un impulso directo de fuerza dirigido hacia arriba a los pies de los pasajeros si están en contacto con el piso o están conectados de alguna manera con él. Esta configuración también evita el movimiento hacia arriba a velocidades potencialmente letales de cualquier objeto suelto en contacto con el piso, como mochilas, armas, municiones, etc.
Las máquinas con cascos en forma de V tienen varios inconvenientes que la tecnología VAFS puede nivelar hasta cierto punto. La placa inferior en tales máquinas, como regla general, está ubicada en un ángulo muy agudo, y esto limita el espacio interno disponible y aumenta la altura de la máquina y su centro de gravedad. La reducción del espacio interno en cualquier vehículo afecta negativamente, y especialmente en el personal de transporte de automóviles. En segundo lugar, al aumentar la altura del vehículo, aumenta su silueta, que es un objetivo más grande. Finalmente, al elevar el centro de gravedad, aumenta la probabilidad de girar la máquina cuando se gira bruscamente o se mueve en terrenos difíciles. El uso de la tecnología VAFS le permite aumentar el ángulo de la parte inferior de la placa inferior de la máquina, dándole un perfil de doble ángulo. El perfil modificado de la hoja reduce la altura de la máquina y el centro de gravedad, lo que reduce la silueta y la probabilidad de que se vuelque. También le permite bajar el piso del automóvil y obtener el mismo volumen o altura interna o incluso mayor.
La tecnología VAFS demuestra las ventajas fundamentales de la construcción del soporte activo para la placa inferior
El Sr. Sloman se refirió a los problemas de seguridad del sistema con respecto a la sensibilidad del combustible de cohete utilizado y la activación involuntaria del sistema. Teniendo en cuenta las características del motor y el sistema de expulsión masiva, el combustible para cohetes es una mezcla común compatible con los requisitos británicos actuales para municiones insensibles. El sistema de expulsión masiva utiliza un comercial existente, pero totalmente compatible con una fuente de energía de munición insensible.
Con el fin de reducir el efecto balístico en las partes activas de los motores y eliminar la penetración de gases de alta presión y productos de descomposición gaseosa del combustible para cohetes con altas temperaturas, se eligieron dos estrategias para el compartimiento habitable. La primera es que los componentes de energía del sistema se colocan entre el piso y la placa inferior para acomodar todos los gases emitidos; y en segundo lugar, se aplica material más duradero a las carcasas de los motores a reacción para que puedan soportar el efecto balístico.
La compañía ABBS declara que en el caso de operación espontánea del sistema, el resultado depende del número de motores iniciados. Si se enciende un solo motor, bajará a la fuerza la zona correspondiente de la máquina, mientras que el impacto en los componentes internos de la máquina es mínimo debido a su suspensión y peso. Con el funcionamiento simultáneo de todos los motores, la máquina puede ser derribada por fuerzas equivalentes a las fuerzas necesarias para detener el movimiento del vehículo en caso de una explosión en el VCA. Aunque las fuerzas creadas son similares a las fuerzas que socavan los IED, se dirigen en la dirección opuesta, y la suspensión de la máquina les permite "encajar" en un período de tiempo relativamente largo. En el segundo caso, si los pasajeros están sentados en asientos a prueba de explosiones, existe un riesgo muy pequeño de lesiones, incluso si la suspensión se comprime al máximo o se excede su carrera para que el fondo se hunda con fuerza al suelo.
Durante las pruebas de marzo (año 2013) se realizaron tres pruebas. Se realizaron dos pruebas en el modelo de la máquina: una con los motores funcionando en modo activo, y la segunda con los motores en estado pasivo, sin su ignición.
En la tercera prueba, preparada rápidamente, el Land Rover Discovery modificado estaba equipado con una placa de fondo de acero con bajo contenido de carbono de 15 mm y un motor VAFS / VGAM. Todas las pruebas se llevaron a cabo en condiciones similares a las del estándar NAN STANAG 4569, pero utilizando un panqueque 6-kg hecho de hexágeno de plástico, enterrado (a una profundidad de 100 mm) en arena no saturada, que generalmente se usa para acelerar el proceso de prueba.
Motor combinado VAFS / VGAM diseñado para vehículos livianos y SUV con poca distancia al suelo
En las dos primeras pruebas, se utilizaron un motor VAFS grande y seis motores VGAM; El motor VAFS se instaló en el centro y los motores VGAM se colocaron a su alrededor. Estos motores se mantuvieron en un marco de acero que consiste en una lámina superior de 4 mm y una serie de placas inferiores (15 mm, 10 mm y 25 mm), las paredes laterales del marco fueron hechas de dos vigas en I de acero. Se colocó un material poroso que absorbía energía entre las láminas superior e inferior. El banco de pruebas completo se instaló en troncos de roble y se colgó a una altura de 300 mm sobre el pozo con arena con una carga colocada debajo del centro del soporte. En la prueba con el automóvil, se colocó una carga idéntica en el pozo de la misma manera, la altura de la placa inferior también fue 300 mm. Esta vez, el cargo se instaló en la línea central inmediatamente detrás de los asientos del conductor y del pasajero delantero.
Durante la detonación durante la prueba pasiva, el soporte se elevó a la altura del medidor 3,5, su parte central directamente sobre la carga alcanzó la velocidad máxima de 28 m / s después del milisegundo de 0,5 después de la detonación. La deformación constante de la lámina inferior gruesa fue cero, aunque la estructura porosa se comprimió en 10-20 mm, lo que demuestra la presencia de alguna deformación elástica.
En la prueba activa, el soporte se elevó mediante una explosión hasta la altura de 1,04 m, la velocidad máxima inicial de 7,7 m / s cerca del centro de la estructura se alcanzó en milisegundos de 4,5. La placa inferior se desplazó desde la parte superior del banco de pruebas y se deformó en su parte central con 180 mm hacia abajo, mientras que la compresión mínima de la estructura porosa no excedió a 5 mm.
La prueba activa se consideró exitosa, mostró que la tasa de aceleración inicial se puede reducir significativamente y el impulso general se neutraliza en gran medida. De hecho, la prueba no se llevó a cabo como estaba previsto. Originalmente, se planeó arrancar seis motores pequeños en una secuencia de cámara lenta para obtener la curva de "fuerza / tiempo", pero luego se decidió iniciar todos los motores al mismo tiempo. Después de la prueba, se sugirió que si se aplicaba la secuencia de ignición inicial, la aceleración general y el aumento resultante en el 1,04 m podrían eliminarse por completo.
En la tercera prueba con un automóvil Land Rover Discovery, la parte delantera del automóvil se lanzó a la altura máxima del medidor 2 y la parte trasera al medidor 1. La lámina inferior fue empujada hacia arriba y deformada por casi 150 mm en el área de los rebajes del pie delantero y no se deformó en el área de los rebajes del pie trasero. De hecho, la carrocería del automóvil no se dañó debido al impacto directo de la onda expansiva; con la excepción de dos ventanas caídas en el lado izquierdo debido a la deformación elástica del casco, todas las gafas permanecieron en su lugar.
La prueba se consideró exitosa, aunque el motor generó solo la mitad de la magnitud del pulso con la mitad de la duración en comparación con la versión final del sistema. Como se esperaba, la versión final usará un motor más potente o un conjunto de motores con un diámetro más pequeño.
Usando los resultados de las pruebas, la compañía actualmente está evaluando varias soluciones de diseño y realizando pruebas adicionales para obtener datos adicionales sobre las características con el fin de aclarar y determinar la masa de la estructura. Con el fin de promocionar sus productos y aclarar todos los requisitos específicos, la compañía actualmente está consultando con los principales fabricantes de equipos militares en Europa y los Estados Unidos. La compañía también se encuentra en la etapa de obtener financiamiento adicional de los inversionistas para finalizar el concepto a un diseño industrial y tecnología de marketing en todo el mundo.
La compañía considera los mercados de Estados Unidos, Europa y Medio Oriente como mercados de ventas potenciales, aunque también mira hacia la India y el resto de Asia. La compañía no limita el uso de la tecnología solo a la esfera militar, también tiene la intención de ingresar al mercado comercial.
Cuando se le preguntó si este sistema estaría en demanda en el mercado después de la retirada prevista de las tropas de Afganistán en 2014, la compañía responde que aunque el ejército occidental y las fuerzas de la OTAN pueden considerar los IED como una amenaza reducida y de baja prioridad, el uso de los IED y las minas no desaparecerá.
El uso percibido de IED y minas a largo plazo y las ventajas que proporciona un sistema activo significa que es improbable que la necesidad de tales sistemas disminuya. La "larga vida" de esta amenaza significa que los estándares constructivos para tales sistemas deben ser aclarados y acordados, en primer lugar, se trata del estándar STANAG de la OTAN.
Para proteger la propiedad intelectual, la empresa en el año 2008 patentó el concepto básico de generar y aplicar fuerzas opuestas para contrarrestar las fuerzas de la onda expansiva. Además de esta patente principal, la compañía tiene de cinco a diez patentes más que describen la tecnología de tecnología VAFS y un diseño detallado del sistema. Si es necesario, el alcance de las patentes británicas actuales se puede extender al nivel global. La compañía actualmente está buscando socios para una mayor cobertura tecnológica global.
La situación actual es que se han probado todos los conceptos básicos del sistema, que están disponibles todas las opciones de diseño específicas que podrían cumplir cualquier requisito razonable. Para los fabricantes de vehículos blindados y componentes militares, solo queda decidir qué tipo de protección y qué nivel les gustaría incorporar en sus diseños básicos de máquinas o agregar como actualización.
Materiales utilizados:
Revisión de la defensa internacional de Jane
www.advanced-blast.com
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