ВЛИЯНИЕ НА КИНЕТИЧЕСКИЕ УГРОЗЫ
Сама по себе комбинация передней пластины диаметром 60 мм и задней пластины диаметром 50 мм с воздушным зазором 105 мм квалифицируется как разнесенная броня. Как обсуждалось ранее, двухслойная разнесенная броня этого типа обеспечивает коэффициент ME 1,11 против 105-мм патронов DM13 APFSDS и 120-мм патронов DM13 APFSDS. Три разнесенные стальные пластины высокой твердости служат для дальнейшего разрушения проникающего элемента до того, как он достигнет задней пластины, в отличие от пассивного сопротивления, обеспечиваемого прослойкой из стеклотекстолита старого массива 60-105-50.
Взаимодействие между проникающими элементами с длинными стержнями и дистанционной броней широко изучалось, что вполне естественно, учитывая, что дистанционная броня считается простейшей формой многослойной брони. Однако, с концептуальной точки зрения, многие эксперименты с разнесенной броней не совсем точно отражают броню «Отражение-1», поскольку в ней нет толстой задней пластины для установки мишени. Например, одно из исследований, приведенных в книге «Частные вопросы терминальной баллистики» 2006 года (Частные Вопросы Конечной Баллистики), опубликованной МГТУ им. Н. Э. Баумана от имени НИИ Стали, показало, что можно повысить эффективность по массе за счет перераспределения массы одной гомогенной стальной пластины на несколько слоев в разнесенной броневой решетке, но было обнаружено, что эффективность этого типа брони имеет серьезные ограничения.
--
Два приведенных ниже графика иллюстрируют разницу в предельной скорости номинального поражения и изменение массовой эффективности, полученной при расщеплении однородного стального листа. График слева (а) показывает изменение предельной скорости номинального поражения для трех испытанных углов. (1) — 0 градусов.; (2) — 30 градусов; (3) — 60 градусов. График справа (б) показывает то же самое, но в процентном отношении, где (1) — 0 градусов; (2) — 30 градусов; (3) — 60 градусов. Дополнительно на графике (б) показано изменение эффективности по массе, где (4) — 0 градусов; (5) — 30 градусов; (6) — 60 градусов.
Разделение однородной стальной пластины с наклоном в 60 градусов на два равных слоя с одинаковым наклоном обеспечило экономию веса примерно на 6 %, а разделение ее на три равных слоя обеспечило наибольшую экономию веса в 13 %. Разделение стальной пластины на четыре слоя почти полностью нейтрализовало положительный эффект разнесенной брони, а разделение пластины более чем на четыре слоя дало отрицательный эффект. Хотя эти выводы и интересны, они в основном не имеют отношения к делу из-за особенностей экспериментальной установки.
Резкое снижение эффективности использования массы в результате разделения однородной броневой плиты на множество более тонких пластин ниже определенного количества слоев может быть полностью объяснено потерей жесткости последних нескольких пластин в разнесенной броневой решетке. Как обсуждалось ранее при изучении брони 80-105-20, 20-миллиметровая задняя пластина имела значительно более низкий коэффициент ME, чем сталь RHA, из-за ее чрезмерно малой толщины и, соответственно, низкой жесткости. Разнесенная броневая решетка со слоями тонких пластин одинаковой толщины способна довольно эффективно пробивать длинные стержни пенетратора в первых слоях, но последние слои плохо работают в качестве опорной пластины. Из-за этого общая эффективность комплекса значительно снижается. В этом конкретном эксперименте удельная толщина брони и калибр испытанного на ней пробивного устройства с длинным стержнем были двумя факторами, которые в совокупности привели к такому результату.
Оптимальная конструкция разнесенной брони с максимальной эффективностью по массе имеет ряд тонких разнесенных пластин и толстую заднюю пластину. Это позволяет избежать основной проблемы с многослойной разнесенной броней. Из-за этого конструктивного фактора броня «Отражение-1» сохраняет 50-миллиметровую заднюю пластину предыдущей конструкции брони 60-105-50.
В той же книге подробно описано другое исследование. Другие выводы были получены благодаря более реалистичной экспериментальной установке. Было обнаружено, что для эффективности разнесенной брони против длинноствольных моноблочных бронебойщиков требуется высокий наклон брони, что увеличение количества пластин в разнесенной бронебойной решетке повышает ее массовую эффективность и что увеличение удлинения длинноствольного бронебойного блока снижает эффективность разнесенной бронебойной решетки. Соответствующий абзац приведен ниже:
«Прирост стойкости двух- и многопреградных структур фиксированной толщины неизбежно падает увеличением длины сердечника БПС в связи с соответствующим увеличением МПР, необходимого для максимально возможного использования эффектов изгиба и разрушения сердечника при пробитии сильно наклоненных преград. На реальном возможных толщинах многопреградных структур следует рассчитывать не более чем на 15 % прироста стойкости при воздействии моноблочных вольфрамовых сердечников с удлинением 15…20 (с использованием броневых сталей средней твердости) Этот прирост при больших углах встречи достигается числом преград от трех до пяти, в зависимости от соотношения МПР и общей толщины преграды. При малых углах встречи разнесение преград малоэффективно.»
Другими словами, многослойная разнесенная броневая решетка не более эффективна, чем монолитный однородный блок брони при малых углах наклона, а эффективность разнесенной броневой решетки с большими углами наклона будет снижаться при увеличении удлинения пробивного элемента с длинным стержнем. По сравнению с монолитным однородным блоком, поражаемым вольфрамовым бронепробивателем с длинным стержнем с соотношением сторон 15-20, трех-пятислойная разнесенная броневая решетка имеет массовую эффективность около 1,15. В дополнение к этому, использование сталей высокой твердости и высокой прочности позволяет дополнительно повысить эффективность броневой системы:
«Увеличение прочности (твердости) стальных броневых преград при сохранении пластичности приводит к соответствующему повышению противоснарядной стойкости многопреградных структур. Использование броневых сталей повышенной и высокой твердости с пределами текучести 120 … 130 МПа на структурах, характерных для лобового бронирования танков, обеспечивает дополнительный прирост стойкости 10…15 %.»
Дополнительным нюансом конструкции брони, который следует учитывать, является специфическое сочетание тонких пластин высокой твердости и небольших воздушных зазоров, которое не повторяется во многих экспериментальных разнесенных бронированных мишенях. Например, боеприпасы KE в странах-членах НАТО неизменно испытывались против мишени НАТО Triple Heavy, которая должна была представлять боковую броню советского тяжелого танка Т-10 и, как таковая, включала большие воздушные зазоры между тремя слоями мишени. Это совершенно иная форма разнесенной брони со своими отличительными характеристиками. Различия настолько велики, что в российских и китайских учебниках и другой специальной литературе этот тип разнесенной брони упоминается как «экранированная броня».
Что касается воздушных зазоров, следует отметить, что размер воздушного зазора между плотно расположенными пластинами, такими как в массиве 60-15-15-15-50, не оказывает прямого влияния на целостность стержня. Однако это не означает, что размер воздушных зазоров в броне танка является произвольным; одна из функций воздушного зазора заключается в том, чтобы позволить наконечнику стержня рикошетировать вверх и в сторону от пластины и позволить выбрасывать осколки наконечника из пробивной воронки, предотвращая их увеличение глубины пробития. Без достаточно большого воздушного зазора осколкам больше некуда деться, поэтому они вдавливаются в следующую броневую плиту и, таким образом, все еще могут способствовать бронепробиваемости. Небольшие 15-мм воздушные зазоры в броне достаточно велики, чтобы предотвратить это.
Хороший пример наклонно расположенных стальных бронированных решеток можно найти в исследовании «Унифицированная модель для пробивания длинных стержней в нескольких металлических пластинах» С. Чокрона и др. Для испытаний использовался плотный пакет из шести расположенных на расстоянии друг от друга пластин, каждая пластина имела толщину 19 мм и наклон 65 градусов к вертикальной плоскости. Каждая пластина была разделена воздушным зазором длиной 25,4 мм, а расстояние между последней пластиной и контрольным блоком RHA составляло 76,2 мм. Снаряды с длинными стержнями были выпущены по броневому комплексу со скоростью сверхнормативного снаряда, и была зафиксирована глубина проникновения в блок наблюдения.
Скорость супербоеприпаса определялась как дальнобойная скорость от 1,72 до 1,78 км / с, что превышает нормальную начальную скорость 105-мм и 120-мм орудий примерно на 1 и 0,3 маха соответственно. Это имитация гиперзвукового удара. Также были испытаны сверхскоростные пенетраторы со скоростью 2,6 км/с, но результаты этих испытаний имеют для нас мало отношения. Чем ниже скорость поражения бронебойного снаряда, тем больше влияние прочности цели и материала бронебойного снаряда, а типичный диапазон скорости поражения для APFSD, выпущенных из 105-120-мм орудий на расстоянии 1,5 км, составляет 1400—1500 м / с, поэтому влияние прочности пластин RHA и HHS в бронебойном массиве «Отражение-1» по-прежнему остается весьма важным фактором общей защитной способности брони в нормальных условиях.
Предварительное тестирование предполагало, что разнесенные стальные пластины будут обеспечивать такое же сопротивление, как указано в толщине прямой видимости, то есть Предполагалось, что каждая 19-миллиметровая пластина обладает сопротивлением 45 мм стали. Однако эксперимент показал, что расчетная глубина проникновения в контрольный блок была на 40 мм меньше, чем прогнозировалось. Было высказано предположение, что причиной завышения прогноза были повторяющиеся удары и пробои, и хотя прямо не упоминалось, что это является источником потери пробиваемости, стоит отметить, что стержень со скоростью 1,78 км / с был отклонен на 2,34 градуса после прохождения через разнесенный массив пластин, прежде чем он ударился о контрольную пластину RHA. Это согласуется со всеми другими исследованиями, касающимися разнесенной брони. Информация о рыскании при пробитии была включена в другое исследование «Предварительные прогнозы взаимодействия длинноствольных стержней с целями из бронетехники».
Как показано на рисунке ниже, давление резко возрастает в момент удара о разнесенную пластину и быстро падает, когда стержень проходит через физическую толщину пластины. После перфорации пластины давление падает до нуля, когда стержень проходит в воздушный зазор, прежде чем снова пробиться при ударе по следующей пластине.
Неспособность стержня пенетратора достичь квазистационарного проникновения через разнесенные пластины приводит к снижению эффективности стержня.
Согласно экспериментам, был сделан вывод, что деформированный и изломанный наконечник пенетратора является результатом разрушения конструкции от больших напряжений, поэтому считалось, что он больше не является частью стержня. Таким образом, по сути, наконечник считался неспособным способствовать проникновению стержня, поэтому его выбрасывали после перфорации каждой разнесенной пластины, чтобы имитировать отсоединение наконечника. Для имитации выброшенного наконечника из стержня были вычтены длины 1,5 или 1,8 D, и было обнаружено, что потеря 1,8 D в целом согласуется с результатами super-ordnance penetrator (1,72 км / с), но не с hypervelocity penetrator (2,6 км / с). Аналитическая модель для высокоскоростного пенетратора потребовала бы уменьшения длины на целых 2,0 D, чтобы соответствовать экспериментальным результатам. В дополнение к этому на странице 250 в «Частные вопросы терминальной баллистики» 2006 года (Частные Вопросы Конечной Баллистики) указано, что длина стержня, отломанного из-за эффекта пробоя пластин при большом наклоне, была равна 1,5-кратной толщине LOS пластины, независимо от твердости пластины.
В общей сложности на этапах удара и разрушения теряется значительное количество материала пенетратора, что позволяет разнесенной тонкой пластине снизить пробивную способность пенетратора с длинным стержнем больше, чем предполагает минимальная толщина пластины. Благодаря этому массив из нескольких тонких разнесенных пластин с небольшими воздушными зазорами может иметь положительную массовую эффективность.
Из этого легко увидеть преимущество нескольких наклонно расположенных пластин из стали высокой твердости. Эти результаты подтверждаются результатами таких исследований, как «Косое воздействие удлиненных снарядов на массивные цели» Велданова и др. и «Рикошет снаряда из тяжелого вольфрамового сплава с длинным стержнем от деформируемых стальных пластин» Вунга Ли и др. и других. Конечно, не следует забывать, что все те же эффекты удара и пробития применимы и к тяжелой передней плите массива, поскольку это может способствовать повышению эффективности разнесенных пластин за счет удаления и деформации наконечника длинных стержневых пенетраторов, подготавливая их к поражению разнесенными пластинами.
Все эти явления можно увидеть на изображении ниже, где мишень из двухслойной брони с небольшим воздушным зазором пробивается длинным стержневым пробойником с высоким соотношением сторон. Изображение представляет собой композицию из нескольких рентгеновских снимков в разные моменты времени. После прохождения через обе пластины стержень сильно фрагментирован, а наконечник полностью отсутствует, поскольку он был разрушен при отклонении от поверхностей первой и второй разнесенных пластин.
Две волны пенетрационного выброса на поверхностях двух пластин показывают большое количество пенетрационного материала, удаляемого во время фазы удара двумя пластинами. Кроме того, количество выброса, видимого на второй пластине, явно больше, чем количество выброса с первой пластины, что показывает, что разрушение первоначального наконечника на поверхности первой пластины снизило эффективность стержня при последующем ударе второй пластиной.
Как упоминалось ранее, в экспериментальной установке использовались шесть разнесенных пластин, каждая толщиной 19 мм и на расстоянии дюйма друг от друга (25,4 мм). Блок наблюдения располагался позади последней пластины на расстоянии 76,2 мм и имитировал полубесконечную мишень. Вся матрица была наклонена под углом 65 градусов, а общая толщина LOS составляла 270 мм. Глубина проникновения LOS через разнесенный массив пластин, включая глубину проникновения в контрольный блок, составила в общей сложности всего 414 мм. По сравнению с глубиной проникновения в 524 мм, зарегистрированной для пластины конечной толщины при нормальном угле удара, разница составляет 110 мм RHA. Таким образом, разнесенная броневая решетка имеет на 110 мм больше брони, чем ее собственная толщина LOS, что косвенно указывает на массовую эффективность 1,26 для разнесенной стальной пластины. И это несмотря на то, что известно, что пенетраторы с длинными стержнями пробивают большую толщину наклонного броневого листа, чем плоского.