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

34
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 użycie tych materiałów jako wypełniaczy do opancerzenia czołgów rzekomo nie przynosi 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 napełniacze czołg pancerz, 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
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
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
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”.
34 komentarz
informacja
Drogi Czytelniku, aby móc komentować publikację, musisz login.
  1. +2
    10 lipca 2024 05:17
    Zastanawiam się, czy próbowali wypełnić tę wewnętrzną warstwę jakimś ogniotrwałym wypełniaczem, takim jak keramzyt, perlit, wermikulit? Czy mógłby odciąć ten strumień?
    1. +5
      10 lipca 2024 05:26
      Cytat z Hippera
      Zastanawiam się, czy próbowali wypełnić tę wewnętrzną warstwę jakimś ogniotrwałym wypełniaczem, takim jak keramzyt, perlit, wermikulit? Czy mógłby odciąć ten strumień?

      Próbowaliśmy korundu, to pomaga!
      1. +7
        10 lipca 2024 05:36
        Próbowaliśmy korundu, to pomaga!

        I próbowaliśmy piasku waszat
        1. 0
          10 lipca 2024 05:43
          Cytat: Eduard Perow
          I próbowaliśmy piasku

          Na eksport! Piasek na eksport, ale po cenach spekulacyjnych to mocny wynik. śmiech
          1. +5
            10 lipca 2024 05:46
            Na eksport! Piasek na eksport, jest mocny.

            Dlaczego eksport? Wszystkie czołgi typu T-72A i T-80B\BV posiadają piaskową „głowicę”. co
            1. 0
              10 lipca 2024 05:50
              Cytat: Eduard Perow
              Dlaczego eksport? Wszystkie czołgi typu T-72A i T-80B\BV posiadają piaskową „głowicę”.

              Ponieważ eksportowano wyłącznie zbiorniki z rdzeniami piaskowymi, EMNIP.
              1. +3
                10 lipca 2024 05:58
                Ponieważ eksportowano wyłącznie zbiorniki z rdzeniami piaskowymi, EMNIP.

                T-72S nie miał piasku, podobnie jak T-80U dostarczany do innych krajów. Ale jeśli mówimy konkretnie o T-72M/M1, to tak, nie było nic wykonanego z wypełniacza poza pancerzem z piasku lub litej stali.
                1. 0
                  10 lipca 2024 06:03
                  Cóż, to już nie ZSRR, ale Federacja Rosyjska. To było wyjątkowe, wszystko zostało wyprzedane.
                  Cytat: Eduard Perow
                  T-72S nie miał piasku
                  Piszą tylko, że wysłali S-ki z piaskiem do Iranu.
                  1. +1
                    10 lipca 2024 10:18
                    Nie pamiętam, gdzieś używali kulek metalowo-ceramicznych lub węglikowych jako wypełniacza? Być może nie z nami. uciekanie się
                    1. +1
                      10 lipca 2024 10:26
                      Cytat z Enceladusa
                      Nie pamiętam, gdzieś używali kulek metalowo-ceramicznych lub węglikowych jako wypełniacza? Być może nie z nami.

                      https://topwar.ru/195906-keramika-v-tankovoj-brone-zaschita-ot-kumuljativnyh-snarjadov.html
                      1. +1
                        10 lipca 2024 10:27
                        Oj, pasipie! Tak, pamiętam ten artykuł - muszę go jeszcze raz przeczytać, przywrócić, że tak powiem... Ech... starość nie jest radością waszat hi
                        Z.Y. hi napoje
                      2. +2
                        10 lipca 2024 10:38
                        Cytat z Enceladusa
                        Oj, pasipie! Tak, pamiętam ten artykuł - muszę go jeszcze raz przeczytać, przywrócić, że tak powiem... Ech... starość nie jest radością

                        Dzięki autorowi jest to również jego artykuł.
                      3. +1
                        10 lipca 2024 10:41
                        Cytat: Władimir_2U
                        Dzięki autorowi jest to również jego artykuł.

                        No cóż... ale także dla ciebie... Cóż, Lyova! Cóż, detektywie! (c) Cechy polowań narodowych śmiech To tutaj zastał premiera po drzewie z dynamitem....chociaż innego lol
  2. +5
    10 lipca 2024 05:30
    Stopy tytanu są nieco droższe, chociaż są znacznie mocniejsze i bardziej odporne na ciepło niż stopy aluminium. I potrzebny jest gruby, ale lekki pancerz, Bradley, a nawet M113 pokazali się dobrze pod względem wytrzymałości.
    1. + 10
      10 lipca 2024 05:53
      nasi piloci dronów przyznali, że Bradley to bardzo trwała maszyna. co prawda wszyscy się z tego śmiali, nawet nakręcili film (wojny w Pentagonie, dobra komedia), ale okazało się, że to doskonały samochód (ale idioci zminusują ten komentarz, bo cały ich sprzęt nie jest nasz, guano, tylko nasze mogą być dobre)
      1. -1
        10 lipca 2024 06:41
        Dlatego się śmiali (i śmieją), bo Bradley generalnie tnie na kosmiczną skalę.
        I choć film ten wygląda jak komedia, to w wielu kluczowych szczegółach wiernie odwzorowuje oryginalną książkę, a ta książka jest daleka od humoru i została napisana przez osobę, która była bezpośrednio zaangażowana w rozwój i testowanie Bradleya.
        I napisał to nie z chęci śmiechu, ale wręcz przeciwnie, chcąc pokazać, jak „w Królestwie Danii wszystko jest zgniłe”. To znaczy w Pentagonie.
        Zamiast szybkiej, dyskretnej i taniej „taksówki bojowej” otrzymano drogi, mocny czołg podrzędny. I wszyscy wszystko rozumieli, ale pieniądze zawsze wygrywają.
        Projekt statków przybrzeżnych pochodzi z tej samej opery. Tyle, że Bradley powstał w czasach zimnej wojny, więc nie wyrzucono niedopieczonego czegoś do kosza i nie było czasu na rozpoczęcie prac nad rozwojem od początku.
        1. +8
          10 lipca 2024 14:26
          Nie jest to łatwe, ale nasi zawodnicy stawiają Bradleya na 1. miejscu pod względem przeżywalności. Generalnie bardzo trudno jest od razu podpalić. Rzecz okazała się bardzo wartościowa. Wywiad prowadzi na ten temat rozmowę z żołnierzem kompanii BSP. - „NAJLEPSZE W DOMU 3: PRZETRWANIE „PANCERZA” WROGA”. Było więc za wcześnie, aby wszyscy mogli się śmiać.
        2. +4
          10 lipca 2024 15:14
          Podobne filmy można kręcić o wielu rodzajach broni i sprzętu wojskowego. Na przykład mniej więcej w tym samym momencie 29.
  3. +5
    10 lipca 2024 05:39
    Ale co, jeśli na stalowych płytach pancernych o grubości 2-3 mm znajdują się 140-20 arkusze o grubości 30 mm? Chciałbym również przeczytać podobny artykuł na temat BOPS i rdzeni udarowych. chociaż rola BOPS coraz bardziej spada, a rośnie rola skumulowanej broni i jednostek kontrolnych. Chciałbym także porozmawiać o odporności pancerza i stopów na pękanie i inne odkształcenia spowodowane efektami wybuchowymi, ponieważ na tej samej Ukrainie czołgi z artylerią z bliskimi eksplozjami były eliminowane częściej niż BOPS (IMHO, mógłbym być zło)
  4. +1
    10 lipca 2024 07:27
    Zależność pomiędzy wagą a cechami wymiarowymi jest mniej więcej jasna. A co się dzieje w przypadku strumienia skumulowanego i dlaczego doszedłeś do wniosku, że te stopy można zastosować?
    1. +3
      10 lipca 2024 09:08
      A co się dzieje ze strumieniem skumulowanym...

      W pierwszym przybliżeniu strumień ciekłego metalu ze stożka kumulacyjnego wnika w warstwę płynnego pancerza. Ekstremalnie wysokie ciśnienia podczas oddziaływania metali powodują naprężenia znacznie przekraczające granicę plastyczności.
      To przybliżenie pozwoliło Michaiłowi Aleksiejewiczowi Ławrentiewowi stworzyć teorię skumulowanej penetracji. Oto popularny artykuł _https://topwar.ru/224161-kumuljativnyj-jeffekt-akademika-lavrenteva.html. Oprócz tego artykułu udostępnię skany książki Michaił Aleksiejewicz Ławrentiew i Borys Władimirowicz Szabasz
      Metody teorii funkcji zmiennej zespolonej M., 1965, 716 s.
      zawierają jakościowy opis procesu. A szczegóły tego, co i jak dzieje się z powyższym zastrzeżeniem, oczywiście nie są dostępne dla otwartych źródeł.
      1. +1
        10 lipca 2024 12:16
        Książka opisuje fizyczny proces skumulowanego efektu w odniesieniu do zbroi. Zastanawiałem się, jak sam pancerz ze stopu lekkiego wpływa na strumień skumulowany? Może na przykład tłumi prędkość, zmniejsza energię kinetyczną?
        1. +2
          10 lipca 2024 13:55
          Może na przykład tłumi prędkość, zmniejsza energię kinetyczną?

          Myślę, że aby uzyskać odpowiedź na tego typu pytania nie należy zadawać ich tutaj. W czasach sowieckich opis funkcji co trzeciego nitu klasyfikowano jako płytę wiórową. Nie wiem jak teraz.
        2. 0
          11 lipca 2024 01:25
          Mogę założyć, że metale lekkie zaczynają parować pod wpływem strumienia skumulowanego, pochłaniając znaczną ilość energii cieplnej; dla przykładu aluminium entalpia parowania jest kilkakrotnie wyższa niż wody.
          Ale jakie sztuczki zrobili, że płyta była dwa razy grubsza, a skumulowany strumień leciał dalej, nie bardzo rozumiem
      2. 0
        10 lipca 2024 15:23
        Cytat: Czujnik

        W pierwszym przybliżeniu strumień ciekłego metalu ze stożka kumulacyjnego wnika w warstwę płynnego pancerza.

        W ramach schematu hydrodynamicznego interesujące byłoby rozważenie opcji propagacji strumienia skumulowanego nie „w środowisku o stałym ciśnieniu”, ale w warstwie o gęstości gradientowej, z kierunkiem gradientu prostopadłym do wektora ruchu odrzutowca. Teoretycznie takie gradienty można uzyskać w stopach metali o różnych gęstościach. Czy to jest powód ograniczonego sukcesu pancerza aluminiowego? Jeśli jego skuteczność wynika jedynie z cienkiej warstwy gradientowej, to dalsze jego zagęszczanie nie daje żadnych korzyści.
    2. +4
      10 lipca 2024 10:17
      Cytat od Semaka
      co się dzieje i dlaczego doszedłeś do wniosku, że te stopy można zastosować?

      Opisaliśmy to mniej więcej powyżej, ale mogłoby być trochę prościej. Pod takim ciśnieniem metale zachowują się jak ciecze i zgodnie z hydrodynamiką. Właściwie strumień kumulacyjny nie przepala się (prawdopodobnie pamiętacie historię, gdy nazywaliśmy kumulacyjne pociski przebijającymi pancerz) i nie penetruje - „myje” pancerz, jeśli można tak powiedzieć na poziomie codziennym. I to, że na krawędziach podobno jest stopiony metal - on się nie topi - tylko, że tak powiem, po prostu wypłynął.
      1. +2
        10 lipca 2024 12:28
        Nie został do końca zbadany proces szybkiego przejścia z jednego stanu skupienia do drugiego, a tym bardziej proces zamiany energii kinetycznej na energię cieplną. Są tam problemy. Wydziela się więcej ciepła, niż wynika z obliczeń.
  5. +1
    10 lipca 2024 12:06
    Sprzęt i elektronika są teraz dostępne i stosunkowo tanie. Dlatego musimy dążyć do pojazdów bezzałogowych, które nie wymagają ochrony przed kumulującymi się pociskami. Jego zabezpieczeniem będzie rozkład masy, niewielkie gabaryty i mobilność....
  6. +5
    10 lipca 2024 12:16
    To wszystko wojna, tak, wojna. Chcielibyśmy przeprowadzić badania nad tymi stopami do karoserii samochodów. Nasza Deripaska się krztusi, sprzedając aluminium za bezcen. A wtedy może chociaż raz UAZ-y dostaną te ze stali nierdzewnej.
    1. +2
      10 lipca 2024 15:04
      A wtedy może chociaż raz UAZ-y dostaną te ze stali nierdzewnej.

      Blachy walcowane OT-4-1 5616 RUR/kg.
      _https://www.metprokat.su/produkciya/titan/list/ot4-1/
      Charakterystyki wytrzymałościowe są gorsze niż VT-6 (Ti-6Al-4V), ale za niższą cenę.
      Rozumiem, że naprawdę chcę mieć nierdzewnego UAZ-a. Jeśli chodzi o odporność na korozję, tytan i żelazo tworzą doskonałą parę galwaniczną.
  7. +1
    10 lipca 2024 12:21
    Cóż, kombinowany pancerz został wynaleziony około 40 lat temu, ale tak naprawdę teraz nie instaluje się niczego innego. Na razie najlepszą opcją ochrony jest ochrona dynamiczna.
    1. +1
      10 lipca 2024 21:13
      Cytat: PorucznikGT
      Na razie najlepszą opcją ochrony jest ochrona dynamiczna.

      DZ bez warstwy pancerza pod spodem jest bezużyteczny. Rozbija jedynie strumień na kilka kropel o mniejszej energii, a pancerz powinien następnie zatrzymać te krople.
  8. 0
    11 lipca 2024 01:32
    Czy będzie artykuł o płynnym pancerzu? Nikt nie próbował podejść do sprawy właściwie, a nie tylko poprzez umieszczenie zbiorników z olejem napędowym w newralgicznych miejscach? Może zbiornik można wyłożyć kilkoma warstwami plastikowych butelek 0.5 i nie da się go przebić? Albo dwadzieścia centymetrów parafiny?
    Ogólnie rzecz biorąc, czasami można odnieść wrażenie, że nie badano w normalny sposób efektu kumulacji, ale po prostu robiono muszle i sprawdzano, czy przenikną, czy nie, a następnie wyrażano swoje przypuszczenia na palcach
  9. 0
    13 lipca 2024 08:58
    Cytat z: Saxahorse
    DZ bez warstwy pancerza pod spodem jest bezużyteczny. Rozbija jedynie strumień na kilka kropel o mniejszej energii, a pancerz powinien następnie zatrzymać te krople.

    W pojazdach lekko opancerzonych zainstalowanie zabezpieczeń awaryjnych jest problematyczne ze względu na wpływ samego zabezpieczenia awaryjnego na jego dość cienki pancerz po uruchomieniu. Na tym samym Bradleyu konieczne było dodanie dodatkowej warstwy pomiędzy głównym pancerzem a blokami teledetekcyjnymi.