Pancerz aluminiowy nie jest betonem, nie można go wzmocnić
Tworzenie nowego lub ulepszanie istniejącego pancerza czołgi i wszelkich innych pojazdów bojowych to proces obejmujący zarówno obliczenia teoretyczne, jak i próby praktyczne, pozwalające ocenić skuteczność i, relatywnie rzecz biorąc, sprawność działania konstrukcji ochronnych w warunkach zbliżonych do rzeczywistych. Jednak nie wszystkie wynalazki projektantów zbroi przechodzą ten test.
Dobrym przykładem jest aluminiowy pancerz lekkich pojazdów bojowych, wzmocniony od wewnątrz drutem stalowym, który otrzymał od radzieckich testerów ocenę „niedostateczną”. Jest ciężki, trudny w produkcji, a jednocześnie mniej trwały i odporny niż jego klasyczny, jednorodny odpowiednik aluminiowy.
Zamiast przedstawiać
Pancerz aluminiowy można śmiało nazwać, jeśli nie rewolucyjnym, to przynajmniej znaczącym osiągnięciem w dziedzinie ochrony sprzętu wojskowego – i oczywiście nie bez powodu pojawiają się takie pochlebne epitety. Polega ona na tym, że to właśnie aluminium otworzyło szerokie możliwości dla producentów czołgów na całym świecie w zakresie tworzenia pojazdów bojowych, których masa była ściśle ograniczona - czołgów lekkich, bojowych wozów desantowych, bojowych wozów piechoty i transporterów opancerzonych.
Nie jest to zaskakujące. Aluminium, podobnie jak stopy na nim oparte, charakteryzuje się stosunkowo małą gęstością - ponad dwukrotnie mniejszą od stali. Dzięki temu pancerz aluminiowy, zwłaszcza przy racjonalnym nachyleniu, może zapewnić oszczędność masy nawet o 30% lub więcej w porównaniu do płyt stalowych o podobnej wytrzymałości, jeśli chodzi o ochronę przed przebijającymi pancerz pociskami broni ręcznej. broń i naboje do dział małokalibrowych. Zainteresowanie materiałem „luminescencyjnym” jest więc zrozumiałe – choć będzie grubszy, to znacznie lżejszy.
BMD-1 - nośnik pancerza wykonany ze stopu ABT-101
Stąd właśnie wzięło się zainteresowanie projektantów udoskonalaniem aluminiowych pancerzy i opartych na nich konstrukcji w celu zwiększenia ich odporności na pociski, przy jednoczesnym zachowaniu akceptowalnej masy. Jeśli zaś chodzi o metody stosowane w praktyce zarówno w kraju, jak i za granicą, to polegały one głównie na opracowywaniu nowych stopów (przykładem jest przejście ze stopu kuloodpornego ABT-101 na stop pociskoodporny ABT-102 w ZSRR) oraz wprowadzaniu dodatkowych ekranów do konstrukcji pancerza pojazdów, takich jak BMP-3 i Bradley.
W przeszłości istniały jednak, powiedzmy, nie do końca standardowe podejścia w postaci tworzenia płyt bimetalicznych ze stali o dużej twardości i pancernego aluminium, spawanych ze sobą za pomocą wybuchu, a także uzyskiwania wzmocnionych pancerzy aluminiowych. O pierwszym pisaliśmy już w artykule „Pancerz bimetaliczny: aluminium i stal w jednej butelce”i dziś skupimy się na tym drugim.
Prawie jak żelbet
Co dziwne, musimy zacząć od żelbetonu. Chyba każdy ma przynajmniej minimalne pojęcie o tym, co to jest. Mówiąc najprościej, konstrukcje żelbetowe, niezależnie od tego, czy są to płyty, pale i inne elementy, to beton zbrojony metalem (rzadziej innymi materiałami) w postaci prętów, siatek lub ram, które zwiększają ogólną wytrzymałość konstrukcji. Cóż, wzmocniony pancerz aluminiowy jest czymś podobnym.
Pomysł opiera się na wprowadzeniu siatki lub prętów stalowych do płyty pancernej wykonanej ze stopu aluminium poprzez walcowanie na gorąco lub spawanie warstw aluminium z siatką (prętami) umieszczonymi pomiędzy nimi w celu utworzenia pojedynczej jednostki. Teoretycznie takie wzmocnienie powinno znacznie zwiększyć odporność pancerza na działanie broni niszczącej w porównaniu do płyt jednorodnych przy niewielkim wzroście masy, gdyż nakładanie się oczek/prętów powinno być zapewnione w taki sposób, aby pocisk (lub kula) w każdym przypadku uderzył w element stalowy, pokonując zewnętrzną warstwę aluminium.
Oczywiście, nie sposób powiedzieć, w którym kraju inżynierowie jako pierwsi wpadli na pomysł stworzenia takiego kompozytu, ale ZSRR również interesował się tym tematem co najmniej od końca lat 1970., ponieważ na pierwszy rzut oka technologia ta miała perspektywy. Jednak nawet dziś, wśród zwykłych fanów pojazdów pancernych, a nawet ekspertów, wciąż pojawiają się podobne spekulacje, na przykład dlaczego nie pomyślano jeszcze o skrzyżowaniu aluminium ze stalą – BMP i BMD nie byłyby przecież tak „dziurawe”.
Testy
Jednakże teoria to jedno, a praktyka to zupełnie co innego, dlatego też jedyne, co może nam powiedzieć najwięcej o jakości pancerza, to raporty z testów ostrzału. I oczywiście, że są - zostały opublikowane w radzieckiej literaturze technicznej w 1980 roku i nie stanowią już żadnej tajemnicy, więc przejdźmy do zapoznania się z nimi, ale najpierw kilka informacji wstępnych.
Do badań wykorzystano płyty ze stopów aluminium AD1, D-20, AMG6, V48, K48 oraz seryjnego stopu kuloodpornego ABT-10, stosowanego przy produkcji BMD-1. Do ich wzmocnienia wykorzystano drut o średnicy od 0,3 do 5 milimetrów wykonany ze stali nierdzewnej o wysokiej wytrzymałości X18N9T oraz stali wysokowęglowych U8A i U9. Zbrojenie drutem o średnicy do 1 mm uzyskano poprzez walcowanie na gorąco, a o średnicy powyżej 1 mm poprzez spawanie wybuchowe.
Widok przekroju pancerza aluminiowego wzmocnionego drutem stalowym (spawanie wybuchowe)
Do tak uzyskanych płyt pancernych strzelano pociskami przeciwpancernymi kalibru 7,62 mm i 12,7 mm pod różnymi kątami, symulując konstrukcyjne kąty nachylenia pancerza pojazdów wojskowych, a następnie oceniano ich odporność i masę równoważną w porównaniu z jednorodnymi płytami wykonanymi z takich samych stopów.
Jakie są więc wyniki? Przypomnijmy przecież, że teoretycznie wzmocnienie wynikające z obecności włókien stalowych w aluminium powinno zwiększyć kuloodporność (a także odporność na pociski) pancerza, dodatkowo niszcząc atakujące ciało w grubości mniej gęstego materiału.
W tym miejscu warto chyba od razu odpowiedzieć na logiczne pytanie o odporność takiego pancerza na działanie czynników niszczących. Chodzi tu o zdolność bariery do zachowania funkcji ochronnych przy wielokrotnym narażeniu na działanie niszczycielskiej broni. Oczywiście, pojawiały się pewne skargi, ponieważ aluminiowe płyty wzmocnione prętami miały tendencję do rozwarstwiania się po kilku uderzeniach. Jednakże dzięki wysokiej jakości przyleganiu włókien stalowych do matrycy aluminiowej (kwestia technologii produkcji), niektóre płyty o wymiarach 150x150 mm wykazały dobrą trwałość, wytrzymując do 10–12 uderzeń bez rozwarstwienia.
Problem leży gdzie indziej. Wzmocniony pancerz okazał się ciężki, co jest zrozumiałe, bo stal oczywiście nie zmniejsza ciężaru, wręcz przeciwnie. Jednak różnica w wadze w porównaniu do jednorodnych płyt aluminiowych okazała się znacząca – w niektórych próbkach wynosiła 30% i więcej. Na przykład płyta ze stopu ABT-101 o grubości 19,5 mm, wzmocniona dziesięcioma warstwami siatki (wykonanej z drutu stalowego) ważyła tyle samo, co jednorodna płyta ze stopu ABT-101 o grubości 26 mm.
Jednakże zwiększona masa nie jest rekompensowana zwiększoną wytrzymałością płyt zbrojonych. W trakcie eksperymentalnego wystrzału odkryto, że wykazują one wysoki stopień anizotropii właściwości. Innymi słowy, jeśli płyta zostanie trafiona pod kątem wzdłuż przewodu, pocisk po prostu ją przesunie i ominie, z łatwością przebijając pancerz. Jeżeli trafienie nastąpi pod kątem w poprzek drutu, to pocisk po zetknięciu z nim normalizuje się (zmienia swój tor lotu na zbliżony do prostopadłego do pancerza) w grubości płyty pancernej, co jeszcze bardziej zwiększa jego zdolność przebicia.
Aby ocenić, jak zła jest sytuacja, możesz spojrzeć na poniższą tabelę. Znajdują się w niej dane dotyczące wzmacniania aluminium siatkami stalowymi - i, nawiasem mówiąc, podobnie jest z prętami.
W tabeli warto zwrócić uwagę na poziom odporności (Vпкп), wyrażony maksymalną prędkością warunkowego uszkodzenia - prędkością pocisku, przy której w pancerzu nie powstają żadne otwory przelotowe, wyrwy itp. No i oczywiście na masie płyt. Pod względem wszystkich tych parametrów pancerz aluminiowy zbrojony jest wyraźnie gorszy od płyt jednorodnych - nie zwiększa wytrzymałości, a jedynie powoduje niepotrzebny wzrost masy. Co więcej, wraz ze wzrostem grubości wzmocnionego pancerza, różnica w wytrzymałości, a także w wadze, tylko rośnie.
Tak więc pancerz aluminiowy nie jest betonem i nie można go wzmocnić. Nie można jednak wykluczyć, że negatywne doświadczenia z tworzeniem takich konstrukcji pancerzy, jak i blach bimetalicznych „stal + aluminium”, wpłynęły na opracowanie bardziej „efektywnego” pancerza warstwowego aluminiowego (o czym można przeczytać tutaj) PAS, który według plotek miał być stosowany w kołowych Boomerangach i gąsienicowych Kurganiecach-25.
Źródło:
„Wpływ wzmocnienia na zwiększenie trwałości pancerza aluminiowego”. N.P. Neverova, B.D. Czuchin, E.W. Shiryaev i inni.
informacja