Wieża z celami: o opancerzeniu radzieckiego czołgu T-80U
Już w 1984 roku został oddany do użytku w ZSRR armie zostało zaakceptowane танк Т-80У, ставший последним серийным представителем семейства газотурбинных «восьмидесяток» в СССР. Машина эта, будучи флагманом отечественного танкостроения тех лет, вобрала в себя немало передовых решений, среди которых новое комбинированное бронирование башни, включавшее в себя металлополимерные ячеистые блоки для защиты от кумулятивных боеприпасов. О том, что они из себя представляют и каким образом противостоят атакующим средствам, мы и поговорим в данном материале.
O uwagach wprowadzających
Начать, пожалуй, нужно с банальщины: стальная броня, как единственный элемент баллистической защиты танка, давным-давно потеряла свою актуальность. Морально стареть в этом плане она начала ещё в середине прошлого столетия из-за роста бронепробиваемости снарядов (в первую очередь кумулятивных), противостоять которому с помощью увеличения толщин стальных массивов становилось всё сложнее, поскольку это приводило к непомерному увеличению массы боевой машины.
Okoliczności te, jak wiadomo, stały się powodem pojawienia się kombinowanego pancerza, który przewidywał zastosowanie – oprócz elementów metalowych – różnych wypełniaczy o mniejszej gęstości, co pozwoliło zapewnić wymaganą odporność czołgu na śmiertelne broni, utrzymując powyższy wskaźnik w rozsądnych granicach.
Oczywiście w jednym połączonym zbroi wszystkie jego elementy w taki czy inny sposób wpływają zarówno na amunicję podkalibrową, jak i kumulacyjną. Ale efekt ten wcale nie jest taki sam, ponieważ pociski kinetyczne reagują raczej słabo na przeszkody o małej gęstości, podczas gdy pociski skumulowane są znacznie lepsze. Dlatego też lekkim wypełniaczom stawiane są pewne wymagania, gdyż projektanci często zmuszeni są dosłownie manewrować pomiędzy nimi a ciężkimi (taką samą stalą) elementami, zachowując pewną równowagę w trwałości, wadze i wymiarach pancerza.
Wśród nich: wskaźnik wytrzymałości zbliżony do pancerza stalowego o tej samej grubości, a także mniejsza waga niż stal. Z grubsza rzecz biorąc, jeśli warunkowa warstwa wypełniacza o grubości 100 mm odpowiada wytrzymałością arkuszowi stali pancernej o grubości 80-90 mm, a jednocześnie waży o połowę mniej niż sam ten arkusz, to jest to całkiem dobry wypełniacz. Oczywiście bardzo uproszczone i przesadzone.
Wskaźnik oporu samego materiału jest w przybliżeniu obliczany na podstawie jego całkowitego współczynnika. Na przykład, aby dowiedzieć się, jaki będzie stalowy odpowiednik 100 mm warstwy wypełniacza N o współczynniku 1,5, należy podzielić 100 mm przez 1,5. Rezultatem jest odpowiednik stali o grubości 66 mm.
Pasywny pancerz
W radzieckiej budowie czołgów, która wyznaje zasadę „przed pociskami podkalibrowymi – głównie stalowymi, a przeciw pociskom kumulacyjnym – stalą i wypełniaczami”, przez długi czas stosowano materiały jako lekkie wypełniacze, które można zaliczyć do pancerza pasywnego, zapewniające ochronę przed atakującego ciała wyłącznie ze względu na jego właściwości fizyczne i mechaniczne.
Być może najbardziej znanym z nich jest włókno szklane składające się z włókna szklanego połączonego substancjami polimerowymi. Jego gęstość wynosi zaledwie około dwóch gramów na centymetr sześcienny, a ogólny współczynnik przeciw kumulacji amunicji w barierach pancernych typu „stal+tekstolit+stal” wynosi około 1,6. Oznacza to, że konwencjonalne 100 milimetrów tego materiału daje około 62 mm ekwiwalentu stali w stosunku do skumulowanych strumieni. Jeżeli część pancerza ma konfigurację, w której kilka warstw tekstolitu łączy się z blachami stalowymi, wówczas współczynnik wynosi około 1,3.
Włókno szklane pancerza jest jednym z najbardziej znanych wypełniaczy do pancerza radzieckich czołgów
Jak na swoje czasy był to całkiem niezły wypełniacz, który stosowano w przednich częściach kadłubów prawie wszystkich radzieckich czołgów T-64, T-72 (z wyjątkiem T-72B) i T-80. Zmieniła się jedynie jej grubość i dodano blachy stalowe. Pozostał na T-80U.
W wieżach, jako częściach czołgu najbardziej narażonych na ogień i tam, gdzie nie ma zbyt wiele miejsca pod względem gabarytów, zastosowano inne podzespoły. Tak więc w przypadku czołgów T-64 (od A do BV) jest to korund, który zastąpił aluminium stosowane we wczesnych latach 0,8. Była to bardzo twarda ceramika na bazie aluminium, o gęstości nieco poniżej czterech gramów na centymetr sześcienny i zapewniająca odporność na kumulującą się broń niemal identyczną jak zbroja stalowa. Innymi słowy, jego ogólny współczynnik był w przybliżeniu równy jedności (MSTU nazwana na cześć Baumana podaje współczynnik XNUMX).
Model wieży z wypełniaczem korundowym. Wszystkie czołgi T-64A/B/BV i pierwszy T-80 były w niego wyposażone. Stal 112 mm + 138 mm korund + stal 138 mm o wymiarach całkowitych (z kątem nachylenia) 450 mm. Odporność na amunicję kumulacyjną - 450 mm, na amunicję podkalibrową - 400-410 mm.
Jednak pomimo skuteczności tego wypełniacza, produkcja odlewanych z niego wież była bardzo złożona technologicznie, dlatego nie były one produkowane na żadnych czołgach z wyjątkiem rodziny T-64 i pierwszego produkcyjnego T-80. Zamiast tego w odlewanych wieżach czołgów serii T-80B/BV i T-72A/AV zastosowano wypełniacz w postaci prętów z niemetalowych materiałów formierskich, łączonych przed zalaniem metalowym wzmocnieniem, zwanych także prętami piaskowymi .
Na ten ostatni nie ma wiarygodnych danych, jednak najprawdopodobniej jego gęstość w mniejszym stopniu różni się od korundu, natomiast jego odporność przeciwkumulacyjna jest znacznie mniejsza. Bardzo w przybliżeniu, w ogólnym współczynniku - około 1.4.
Wieża T-72A z wypełnieniem piaskowym. Całkowite wymiary pancerza wynoszą około 530 mm, z czego około 120 mm to piasek. Trwałość jest w przybliżeniu równa 500 mm od pocisków skumulowanych, od pocisków podkalibrowych - 400-420 mm. Wieże T-80B i T-80BV również zostały wyposażone w podobny materiał o tej samej wytrzymałości.
Ale nie jest tajemnicą, że postęp w „produkcji pocisków” również nie zatrzymał się - a wymagania dotyczące trwałości pancerza czołgów, które były istotne w latach 60. i 70., nie mogły mieć zastosowania w latach 80. i 90. Dlatego przy opracowywaniu nowych modyfikacji pojazdów, biorąc pod uwagę potrzebę zwiększonej ochrony przed pociskami podkalibrowymi (zwiększenie grubości mas stalowych), konieczne było zastosowanie przeciwkumulacyjnych wypełniaczy wieżowych zupełnie innego rzędu, bardziej skutecznych i lekki. Mówimy o pancerzu półaktywnym, wykorzystującym energię kumulacyjnego strumienia do jego zniszczenia.
W czołgach T-72B, które weszły do służby w tym samym roku, co bohater naszego materiału, pancerz ten wykonano z blach odblaskowych, które były „kanapkami” z blach stalowych z warstwą gumy pomiędzy nimi. A w T-80U znajdują się bloki komórkowe z poliuretanu.
Komórki poliuretanowe
Ta metoda przeciwkumulacyjnej ochrony zbiorników została aktywnie zaproponowana przez Instytut Hydrodynamiki Oddziału Syberyjskiego Akademii Nauk ZSRR już w latach 1970. XX wieku i opierała się na fakcie, że strumień skumulowany, poruszający się z ogromną prędkością, praktycznie nie ma wytrzymałości sam w sobie i może zostać zniszczony (rozdarty) przez wypełniacz pancerza zamknięty w małej objętości.
Innymi słowy, jeśli weźmiemy pojemnik (ogniwo) o małej objętości i całkowicie zamknięty ze wszystkich stron z umieszczonym w nim materiałem ściśliwym, to przy penetracji strumienia skumulowanego w tym właśnie materiale powinna pojawić się fala uderzeniowa kompresji. Odbijając się od ścianek ogniwa, powoduje przesuwanie się wypełniacza w kierunku osi strumienia, hamując go i rozbijając na skutek zapadnięcia się otworu.
Oczywiście z zachowaniem pewnych konwencji.
Przykładowo komórka zgodnie ze swoim kształtem musi mieć określoną średnicę. Jeżeli średnica ogniwa jest zbyt duża, procesy powstawania i przemieszczania się w nim fali uderzeniowej ulegają opóźnieniu, przez co niszczenie strumienia rozpoczyna się zbyt późno. Zbyt mała średnica zmniejsza efektywną masę wypełniacza. Dlatego optymalna średnica wynosi 10-13% zdolności penetracji strumienia skumulowanego. Jeśli chodzi o grubość ścianek komórek, powinna ona wynosić około 5-6% zdolności penetracji strumienia skumulowanego, aby wytrzymać ciśnienie.
Sam materiał ogniwa musi charakteryzować się nie tylko dużą prędkością fal i niską wytrzymałością na rozciąganie, ale także dobrymi właściwościami użytkowymi. Z tego powodu nie stosowano wypełniaczy takich jak beton czy parafina, które wykazują dość dobre działanie w przeciwdziałaniu strumieniom kumulacyjnym w pancerzu komórkowym. Ale znalazłem pod tym względem najbardziej zrównoważony poliestrouretan. Nie jest podatny na kruche pękanie pod wpływem mrozu, zachowuje swoją integralność nawet po kilku uderzeniach pocisków i ma dobrą przyczepność do metali.
Stan strumienia kumulacyjnego po pokonaniu przeszkody 13 mm stal + 20 mm warstwa komórkowa + 20 mm stal
Co więcej, biorąc pod uwagę, że gęstość poliuretanu wynosi dosłownie około 1 grama na centymetr sześcienny, bariera pancerna wypełniona jego komórkami będzie ważyć znacznie mniej niż stalowa płyta o tej samej grubości. Cóż, o trwałości takich ogniw możesz dowiedzieć się z poniższej tabeli.
Badanie barier komórkowych o różnych średnicach komórek i grubościach ścianek pomiędzy nimi. Wyniki ostrzału barier amunicją zbiorczą pokazano na czerwono. Zielony – penetracja pancerza amunicją przez pancerz stalowy. Niebieski – ogólny współczynnik bariery komórkowej. Fiolet to średnia gęstość bariery, przy uwzględnieniu gęstości ścian komórkowych poliuretanu i metalu. Prawie we wszystkich przypadkach jest ona mniejsza niż gęstość pełnej blachy stalowej
W rzeczywistości przeciwkumulacyjny odpowiednik pancerza z poliuretanu komórkowego jest identyczny z pancerzem stalowym o podobnej grubości (plus lub minus ogólny współczynnik wynosi 1), a przyrost masy w porównaniu do pancerza z litej stali może sięgać nawet 60%, jak widać od średniej gęstości bariery. Okoliczności te przesądziły o wyborze „ogniw” jako podstawy ochrony przeciwkumulacyjnej nowej wówczas modyfikacji T-80.
Oczywiście nie ma mniej lub bardziej dokładnych informacji na temat formy, w jakiej wykonano bloki komórkowe dla T-80U. Niemniej jednak istnieją zdjęcia wypełnienia wieży ukraińskiego „Opłota” - ma ona podobny system ochrony, więc „osiemdziesiątka” najprawdopodobniej ma coś podobnego, biorąc pod uwagę krążące w Internecie schematy opancerzenia.
Płyty z wypełniaczem komórkowym dla ukraińskiego „Opłota”
Schematyczne rozmieszczenie wypełniacza komórkowego w wieży T-80U
Jeśli mówimy o ochronie, to biorąc pod uwagę zwartość wypełniacza komórkowego ze względu na jego wysoką ogólną skuteczność, projektantom udało się zmieścić je we wnękach przedniej części wieży T-80U w dwóch rzędach (bliżej części boczne w jednym rzędzie) i uzupełnione płytami ze stali o wysokiej twardości o całkowitej grubości pancerza ±520. Łącznie cały ten zespół, biorąc pod uwagę zewnętrzne i tylne części opancerzone wieży, wytwarza ekwiwalent około 600 mm w przypadku amunicji kumulacyjnej i około 500 mm w przypadku amunicji podkalibrowej.
To wystarczyło do ochrony przed większością podkalibrowych i absolutnie wszystkimi kumulacyjnymi pociskami artyleryjskimi kalibru 105 i 120 mm, a także przed większością monoblokowych rakiet przeciwpancernych. Dzięki zastosowaniu wbudowanej ochrony dynamicznej liczba ta wzrosła do 1000–1100 milimetrów dla amunicji „skumulowanej” i 600–625 mm dla amunicji podkalibrowej, więc nie bez powodu „ucho” nazywane jest jednym z większość czołgów pancernych ZSRR.
Źródła informacji:
„Badanie odporności przeciwkumulacyjnej pancerza komórkowego”. Yu.A. Zorow, I.I. Terekhin
„Szczegółowe zagadnienia balistyki skończonej” V.A. Grigoryan, A.N. Biełoborodko, N.S. Dorochow i inni.
„Badanie odporności przeciwkumulacyjnej barier typu komórkowego z wypełniaczami obojętnymi i aktywnymi.” AV Babkin, S.V. Ładow, S.V. Fiodorow.
„Teoria i konstrukcja czołgu”, tom 10, księga 2.
informacja