РАЗРАБОТКА КОМБИНИРОВАННЫХ ТИТАН-АЛЮМИНИЕВЫХ БАШЕН*

М. И. МАРЕСЕВ, канд. техн. наук Э. Н. ПЕТРОВА, канд. техн. наук В. И. РАЕВСКИЙ, В. П. ЯНЬКОВ

Вестник бронетанковой техники 1981 №2.

Для снижения массы бронированных машин у нас и за рубежом ведутся работы по созданию ба­шен и корпусов из разнородных материалов. Из­вестен патент английской машины, нижняя часть корпуса которой выполняется из легкого сплава, а верхняя — из стальной брони; при этом исполь­зуются болтовые соединения [1]. В другом изобретении предлагается конструкция корпуса с лобовыми деталями из стальной брони и с кормовыми — из легких металлов. Лобовые и кормовые детали соединяются биметаллическими пластинами, полученными сваркой взрывом. Лобовые детали прива­риваются к стальной части пластины, кормовые — к части пластины из легкого сплава [2].

Рис. 1. Сравнительная стойкость материалов при обст­реле

23-мм снарядом с дистанции 100 м:

1 —2П; 2 — БТ-70Ш; 3 — ΒΤ6

Такие конструкции стали возможны с созданием броневых материалов, обладающих более высоки­ми свойствами по сравнению с традиционной сталь­ной броней. К ним относятся сплавы АБТ-101 и АБТ-102 на основе алюминия и ВТ6 на основе ти­тана. Броня из титанового сплава ВТ6 при обстреле пулями и бронебойными зажигательными трассирующими (БЗТ) 23-мм снарядами под углами, близкими к нормали, превосходит все известные броневые материалы (рис. 1), а под углами ±60°— стальную броню.

Как известно, требования к бронестойкости от­дельных частей башни различны. Анализ этих тре­бований и броневых свойств различных материалов позволяет создать оптимальную по массе и защитным свойствам конструкцию. Такая оптимиза­ция применительно к башне БМП была выполнена с использованием математической модели, описанной в работах [3, 4]. Оказалось, что для боковой поверхности башни, подвергающейся основной снарядной нагрузке и для кормы, работающей при углах встречи пули с броней, близкими к нормали, лучшим материалом является титановый сплав. Учитывая повышенную противоснарядную стой­кость ВТ6 при углах до 40°, конструкция лобовых листов боковой поверхности башни выполнена под конструктивным углом наклона 20° (рис. 2). Боковая поверхность башни выполнена в наиболее простой форме — в виде прямого усеченного конуса, — что сокращает число штампов для ее изготовления. Обычно, например у БМП-1, лобовые листы имеют конструктивный угол наклона 45°, а кормовые—21°.

Для крыши башни при углах встречи пули с броней 70° оптимален алюминиевый сплав АБТ-101. Стальной 5-мм крыше соответствует 10-мм алюминиевый лист, что с учетом разницы в массе озна­чает 30 %-ный выигрыш. Утолщение конструкции существенно повысит жесткость крыши, которая выражается формулой

D = Eh³/12(1 - μ²),

где E — модуль упругости первого рода, равный для стали (2,0—2,1)·10⁵, а для алюминия и его сплавов—(0,7—0,8) ·10⁵ МПа;

μ — коэффициент Пуассона (0,25—0,35) для всех металлов;

h — толщина крыши.

Здесь модуль упругости у стали и алюминия одного порядка, а толщина входит в выражение в кубе.

Рис. 2. Геометрическая схема титан-алюминиевой башни:

1 - сектор боковой поверхности из сплава BT6;

2 - крыша из сплава АБТ-101; 3 - опорный лист из сплава АМГ-6;

4 - лобовой лист из сплава ВТ6 для установки рамки башни;

5 - фланцы приборов из сплава АМГ-6 и АБТ-101

Повышение жесткости крыши из алюминиевого сплава АБТ-101 позволяет выполнить крышу пло­ской, тем самым исключая операцию штамповки, а также дополнительные ребра жесткости, устанавливаемые в обычных стальных крышах для обеспечения устойчивости марки прицела; вместе с тем уменьшится коробление крыши после сварки и податливость ее в процессе механической обработ­ки.

В предлагаемой конструкции возникает пробле­ма соединения алюминиевого и титанового спла­вов. Болтовое крепление крыши исключается, по­скольку оно требует увеличения диаметра крыши и дополнительных внутренних объемов, что сложно конструктивно и не рационально по массе и ком­поновке. Наиболее надежным креплением оказа­лась сварка с предварительным алитированием ти­танового сплава ВТ6. Эксперименты подтвердили необходимую бронестойкость такого соединения. Решение проблемы сварки позволяет изготовить опорный лист башни и все конструктивные небро­невые детали из алюминиевого сплава, что допол­нительно снижает массу конструкции.

Для практической реализации разработанных решений были изготовлены опытные макеты башен легких машин 1 и 2. Макет 1, выполненный из сплавов ВТ6, АБТ-101 и АМГ-6, испытывался в ла-бораторных условиях 7,62-мм пулей Б-32 с приве­денной скоростью V = 835 м/с, что соответствует дистанции Д = 50 м, пулей Б-32 калибром 12,7 мм с приведенной скоростью 815 м/с (дистанция 25 мм), 23-мм снарядом БЗТ с приведенными ско­ростями 930 и 890 м/с (дистанции 100 и 200 м). Полученные результаты испытаний и расчет характеристик по массе башни показали ее существенное преимущество перед стальной. Экономия в массе этой конструкции по сравнению со стальной башней составляет 20 %. Для промышленного произ­водства такой башни применительно к оборудова­нию, имеющемуся на заводах отрасли, были разра­ботаны конструкции необходимых сварных соедине­ний (рис. 3) и выпущены чертежи оснастки и штампов для изготовления деталей.

Рис. 3. Эскизы сварных макетов: а — передний сектор — крыша; б — задний сектор —крыша; в — передний сектор — боковой сектор со щелевой разделкой; г — передний сектор — боковой сектор с Х-образной разделкой; д — боковой сектор — задний сектор; е — боковой сектор — задний сектор

При изготовлении натурного образца башни ее крыша, как и боковая поверхность, была выполнена из сплава ВТ6; это несколько увеличило массу, но упростило сборку конструкции. Боковая поверхность этого варианта башни выполнена в форме прямого усеченного конуса под конструктивны А углом 37°. Лобовые секторы изготовлены из плит толщиной 38 мм, боковые секторы — из 30-мм плит корма—из плит толщиной 18 мм. Соответствующей толщины макета 1 составляли 43, 39 и 21 мм.

Результаты полигонных обстрелов показали что макет башни 2 обеспечивает защиту от 23-мм снаряда БЗТ с дальности 160 м при курсовьп углах ±40°, не пробивается бронебойными 7,62-мм пулями Б-32 с 25 м и 12,7-мм пулями в упор при курсовых углах 0—360°. Крыша обеспечивает за­щиту от 7,62-мм пуль с 25 м при углах крена ма­шины до 40°. Эти результаты означают существен­ные преимущества титановой башни по сравнению со стальной при выигрыше в массе 20 %.

В связи с распространением таких эффективных средств поражения как снаряды с карбид-вольфрамовыми сердечниками проблема защиты лег­кой ВГМ может быть решена наиболее рационально за счет применения разнородных броневых кон­струкций.

По результатам исследований, башня 2 с установленными на 80 мм от нее (в секторе 210°) 15-мм экранами из стали БТ-70 обеспечивает за­щиту от 30-мм бронебойно-подкалиберного снаря­да с карбид-вольфрамовым сердечником (аналог снаряда к английской пушке «Рарден») с дистан­ции 500 м, при курсовых углах обстрела ±35°.

Вывод

Титановые и алюминиевые башни, разработан­ные для легких ВГМ, улучшают защиту от броне­бойных пуль, 23-мм снарядов БЗТ, а с дополни­тельными экранами — и от 30-мм снарядов с карбид-вольфрамовыми сердечниками. Новые башни дают 15—25 %-ный выигрыш в массе по сравне­нию с обычными стальными конструкциями.

ЛИТЕРАТУPA

 Заявка № 1334825 (Великобрит.). Изобретение за ру­бежом, вып. 24, № 12, 1974.

 Заявка № 1342196 (Великобрит.). — Изобретение за ру­бежом, вып. 24, № 23—24, 1973.

 Раевский В .И., Сержантов Е. П. Математическое пред­ставление геометрической схемы и объемно-весовых парамет­ров башни БМП. — Вопросы оборонной техники. Сер. XX, вып. 77—78, ч. 1, 1977.

 Раевский В. И., Сержантов Е. П. Методика математи­ческого проектирования башен БМП. — Вопросы оборонной техники. Сер. XX, вып. 75—76, ч. 1, 1977.

Поступила в редакцию 09.04.80.