Prawie jak stal, ale z pewnymi niuansami: stopy lekkie w opancerzeniu czołgów przeciwko kumulującym się pociskom

Powszechnie uważa się, że opancerzenie wykonane ze stopów lekkich, zwłaszcza aluminium, ze względu na swoje niskie właściwości fizyko-mechaniczne, nadaje się wyłącznie do lekkich pojazdów bojowych, takich jak bojowe wozy piechoty i transportery opancerzone, a może zapewnić jedynie ochronę przed kulami i działami małokalibrowymi. amunicja z broni automatycznej. Dlatego zastosowanie tych materiałów jako wypełniaczy czołg rezerwacje rzekomo nie przynoszą żadnych korzyści.
W tym materiale, bazując na wynikach testów, pokażemy, że tak nie jest. Stopy na bazie aluminium, magnezu i tytanu przeciwko kumulacyjnym pociskom przy określonych grubościach nie są gorsze od stali.
Aluminium, magnez i tytan
Być może trzeba zacząć od tego, że opisane w tym materiale badania przeprowadzono czterdzieści lat temu w ZSRR i były szeroko powielane w specjalistycznej literaturze naukowej. Celem ich wykonania było określenie odporności przeciwkumulacyjnej stopów lekkich stosowanych jako wypełniacz do opancerzenia czołgów, a także określenie zależności ich zdolności ochronnych od grubości warstw.
W ramach tych działań jako obiekty badań wybrano trzy stopy.
Na bazie aluminium – stopu pancernego ABT-102 z dodatkiem cynku i magnezu, z którego do dziś powstają kadłuby słynnego BMP-3. Jego gęstość wynosi 2,78 grama na centymetr sześcienny, wytrzymałość na rozciąganie wynosi 460 MPa, twardość wynosi 140 HB, a dynamiczny moduł sprężystości wynosi 70 GPa.
Na bazie magnezu - stop MA2-1 z aluminium, cynkiem i manganem. Jego gęstość wynosi 1,79 grama na centymetr sześcienny. Wytrzymałość na rozciąganie – 270 MPa, twardość – 60 HB, dynamiczny moduł sprężystości – 40 GPa.
Na bazie tytanu - stopu VT-6 z aluminium, wanadem i żelazem. Jego gęstość wynosi 4,43 grama na centymetr sześcienny. Wytrzymałość na rozciąganie jest najwyższa w stosunku do poprzednich - 850 MPa, twardość - 300 HB. Dynamiczny moduł sprężystości – 130 GPa.
Blachy o grubościach 140, 280 i 420 milimetrów wykonano ze stopu tytanu i aluminium, a jedynie 140 i 280 mm ze stopu magnezu. Wszystkie (oczywiście osobno) umieszczono pomiędzy dwiema stalowymi barierami, symulując w ten sposób pancerz czołgu niczym „kanapkę”.

Łączny pocisk M105 kal. 456 mm. Podczas eksperymentu skupiliśmy się na penetracji pancerza
Grubość przedniej płyty stalowej na drodze kumulacyjnego strumienia wynosiła 107 milimetrów. Wskaźnik ten wynikał z konieczności wykluczenia oddziaływań odłamkowo-wybuchowych i uderzeniowych na badane materiały. Jednak grubość tylnej przegrody stalowej została dobrana w taki sposób, aby strumień kumulacyjny, który ma resztkową penetrację po pokonaniu płyty czołowej i lekkiego stopu, nie mógł jej przebić - w ten sposób można było ocenić udział aluminium, magnezu oraz wypełniacze tytanowe do ogólnej ochrony.
Jeśli chodzi o samą niszczycielską broń, jej rolę odegrały kumulacyjne pociski o penetracji pancerza wynoszącej 330–350 milimetrów, podobnie jak pociski do armat gwintowanych 105 mm do czołgów NATO.
Kiedy jest chroniony jak stal?
Generalnie porównanie wytrzymałości pancerza stalowego i np. aluminiowego często wiąże się z tym, że grubość tego ostatniego, aby zapewnić wymagany poziom ochrony, zawsze musi być większa. Przecież mówimy o kompromisie - jeśli chcesz mniejszej wagi, płacisz zwiększonymi wymiarami części pancernych wykonanych z materiałów o mniejszej gęstości.
Przykładów nie trzeba daleko szukać: w BMP-3 grubość stopu ABT-102 sięga nawet 50 milimetrów, choć taki sam poziom ochrony zapewniają blachy o grubości 15–20 mm o wysokiej twarda stal pancerna.
Jednak w przypadku zastosowania stopów lekkich w opancerzeniu czołgów sytuacja jest nieco inna.
Podczas ostrzeliwania symulatorów opancerzenia czołgów warstwami stopu aluminium ABT-140 o grubości 102 mm okazało się, że jego wkład w ogólną ochronę części pancerza wynosi średnio 149 mm. Innymi słowy, każdy milimetr jej grubości w barierze jest praktycznie równoważny (nawet nieco lepszy) temu samemu milimetrowi stalowego pancerza. Jednocześnie masa 140-milimetrowej warstwy ABT-102 odpowiadała masie blachy stalowej o podobnym kształcie i grubości 50 milimetrów.

W wieżach wczesnych czołgów T-64 zastosowano wypełniacz ze stopu aluminium
Nieco mniejsze, ale wciąż imponujące wyniki wykazało ostrzał pancerza 140-milimetrową warstwą stopu magnezu MA2-1. Jego wkład w ogólną ochronę części pancerza wynosił średnio 140 mm. Podobnie jak ABT-102, MA2-1 przeciwko amunicji zbiorczej o takiej grubości jest prawie równoważny stalowemu pancerzowi, ale waży jeszcze mniej - jak blacha stalowa o grubości 32 mm.
Pancerz ze 140-milimetrową warstwą stopu tytanu VT-6 dawał ogólnie podobne osiągi. Jego wkład w ogólną obronę wynosi średnio 142 milimetry. Oznacza to, że podobnie jak dwa poprzednie materiały posiada parametry wytrzymałości przeciwkumulacyjnej zbliżone do stali w danej grubości. Co prawda, ze względu na większą gęstość, masa blachy tego stopu o grubości 140 mm jest znacznie większa i równa masie blachy stalowej o grubości 80 mm.
Zatem zastosowanie stopów lekkich do ochrony przed kumulacją broni w opancerzeniu czołgów jest w pełni uzasadnione, jeśli chodzi o alternatywę dla mas stalowych. Co więcej, przy podobnej odporności antykumulacyjnej, ważą kilkukrotnie mniej niż stal – korzyść w zakresie masy jest oczywista.
Ale jest tu jeden ważny niuans.
Jeśli chodzi o grubość, nie można przesadzać
Faktem jest, że omówione powyżej stopy lekkie mają odporność przeciwkumulacyjną porównywalną ze stalą tylko w ograniczonych grubościach. Wraz z ich znacznym wzrostem wydajność zauważalnie spada ze względu na ustalenie stabilnego reżimu penetracji strumienia skumulowanego w przeszkodę o małej gęstości i niskiej charakterystyce wytrzymałościowej.
Przykładowo, strzelając do symulatora pancerza z warstwą stopu aluminium ABT-102 o grubości 240 mm, jego wkład w ogólną ochronę wynosi średnio 151 milimetrów, czyli tylko o 2 mm więcej niż w eksperymentach z warstwami aluminium o grubości 140 mm. Jeśli grubość warstwy zostanie zwiększona do 420 mm, wówczas wkład, chociaż wzrośnie, ale niewiele - średnio tylko 177 mm.
Jednocześnie warstwa ABT-102 o grubości 420 mm waży tyle samo, co stalowa płyta o podobnym kształcie i grubości 150 mm. Zatem korzyść pod względem masy została prawie całkowicie utracona.

Wypełniacz aluminiowy w górnej przedniej części kadłuba i przedniej części wieży czołgu Obiekt 432
W przypadku stopu tytanu VT-6 sytuacja jest jeszcze gorsza.
Gdy grubość warstwy wzrasta do 280 mm (masa warstwy odpowiada 160 mm stali), jej wkład w ochronę wynosi średnio 163 milimetry. Jeżeli grubość warstwy stopu tytanu zostanie zwiększona do 420 mm, wówczas jej udział w ogólnej ochronie wynosi średnio 170 mm. Co więcej, w tym przypadku będzie ważył jak tablica stali o grubości 240 milimetrów.
Jeśli chodzi o magnez MA2-1, zwiększenie warstwy tego materiału w pancerzu generalnie prowadzi do zmniejszenia jego wkładu w ogólną ochronę: przy grubości 280 mm daje średnio zaledwie 134 mm ekwiwalentu z strumień skumulowany. To ostatnie wynika z faktu, że tak kruchy i mało wytrzymały stop nie ma znaczącego wpływu hamującego na tylne części strumienia kumulacyjnego.
Biorąc powyższe pod uwagę, stopy lekkie, chociaż są bardzo przydatnymi materiałami, pozwalającymi zmniejszyć ciężar pancerza czołgu, powinny być stosowane tylko w grubościach krytycznych.
Inaczej mówiąc, najważniejsze, żeby nie przesadzić, bo inaczej nie uzyskamy przyrostu masy i wytrzymałości porównywalnej ze stalą.
Źródła:
A. I. Anisko, V. N. Bryzgov, N. M. Grishina „Odporność przeciwkumulacyjna wypełniaczy ze stopów lekkich”.
V. A. Grigoryan, A. N. Beloborodko, N. S. Dorokhov i inni „Szczegółowe zagadnienia balistyki skończonej”.
informacja