Hibrit kompozit zırh tasarımı ve balistik direncinin incelenmesi
Hybrid composite armor design and investigation of its ballistic resistance
Yazar: BERK KAAN ÇELİK
Danışman: DOÇ. DR. YILMAZ KÜÇÜK
Bartın Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering
Dizin: Seramik kompozit zırhlar = Ceramic composite armors ; İç balistik = Interior ballistics

Özet:
Bu yapılan çalışma, lamine hibrit kompozit bir araç zırhı modeli tasarlamayı ve balistik direncini incelemeyi amaçlamıştır. Tasarlanan bu kompozit zırh modeline mermi çarpma ve sırt destek yüzeyi kalınlık olarak 5 mm paslanmaz çelik (AISI 304) levha kullanılmıştır. Merminin çarpma şoku enerjisini emmek için arada bulunan katman için kalınlığı 6 mm olan bir kevlar kompozit levha tercih edilmiştir. Merminin deformasyonunu arttırmak için çelik levhalara borlama işlemi uygulanmıştır. Böylece AISI 304 levhanın yüzey sertliği borlama işlemi ile yaklaşık 7 kat arttırılmıştır. Bu sürecin mermi deformasyonunu önemli ölçüde etkilediği gözlemlenmiştir. Çalışma kapsamında çeşitli zırh modellerinin tasarımı ve prototip üretimleri gerçekleştirilerek balistik performansları değerlendirilmiştir. Balistik testler, yaklaşık 800 m/s mermi hızına sahip 7.62 mm kalibreli kurşun çekirdekli G3 tüfek mermisi ile 30 metre mesafe ayarlanarak tek atış yapılacak şekilde gerçekleştirilmiştir. Borlanmamış çelik (A) ve borlanmış çeliğin (B) tek kat uygulanmasının yeterli balistik direnci sağlayamadığı gözlemlenmiştir. Ayrıca bor içermeyen çelik ara destek ve ön destek tabakası arasında tek kat kevlar levha bulunan ZM-3 zırh tasarımı A+K+A lamine sıralı olarak kullanılarak tam penetrasyonlu balistik sınır koşulları sağlanabilmektedir.
Son olarak boronize edilmiş çelik arka ve ön destek katmanları arasında bulunan çift kevlar plakaları içeren ve ZM-4 ile belirtilen zırh tasarımının B+K+K+B lamine sıralı modelinin atış yapılan G3 mermisini tamamen durdurduğu belirlenmiştir.
Sonuç olarak, tasarlanan zırh modelinde borlama işleminin merminin deformasyonunu arttırdığı ve ayrıca kevlar levhanın merminin kinetik enerjisini absorbe etmede etkili olduğu gözlenmiş olup, laminat olarak bu tür zırh sistemlerinde kullanılabileceği tespit edilmiştir.

Abstract:
This study aimed to design a laminated hybrid composite vehicle armor model and to examine its ballistic resistance. 5 mm stainless steel (AISI 304) plate was used for bullet impact and back support surface thickness for this designed composite armor model. In order to absorb the impact shock energy of the bullet, a kevlar composite sheet with a thickness of 6 mm was preferred for the layer in between. In order to increase the deformation of the bullet, the steel plates were borided. Thus, the surface hardness of AISI 304 plate has been increased approximately 7 times by boronizing process. It has been observed that this process significantly affects the bullet deformation. Within the scope of the study, the design and prototype production of various armor models were carried out and their ballistic performances were evaluated. Ballistic tests were carried out with a 7.62 mm caliber lead-core G3 rifle bullet with a bullet velocity of approximately 800 m/s, with a single shot at a distance of 30 meters. It has been observed that single coat application of non-boronized steel (A) and boronized steel (B) cannot provide sufficient ballistic resistance. In addition, full penetration ballistic boundary conditions can be achieved by using the ZM-3 armor design, which has a single layer of kevlar plate between the boron-free steel intermediate support and the front support layer, A+K+A laminated sequentially.
Finally, it was determined that the B+K+K+B laminated sequential model of the armor design specified with ZM-4, containing double kevlar plates between the boronized steel back and front support layers, completely stopped the firing of the G3 bullet.
As a result, it has been observed that boriding process increases the deformation of the bullet in the designed armor model, and the kevlar plate is also effective in absorbing the kinetic energy of the bullet, and it has been determined that it can be used as a laminate in such armor systems.