ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОТИВОКУМУЛЯТИВНОЙ СТОЙКОСТИ

БРОНИ ЯЧЕИСТОГО ТИПА

Ю. А. Зоров, И. И. Терехин

Вопросы оборонной техники. Серия 20. Выпуск 86. 1979 г .

В работе [1] предложен метод противокумулятивной защиты с использованием преград с ячейками, заполненными жидким или квазижидким веществом (рис. 1).

Кумулятивная струя 1, движущаяся, например, в жидкости 2, ограниченной замкнутой металлической и доста­точно жесткой стенкой 3, создает в пробиваемой среде ударную волну сжатия 4, которая отражается от поверхности раздела сред (жидкость-металл) в виде вторичной волны сжатия 5.

Вторичная волна сжатия, выходя на свободную поверхность каверны, отражается от нее волной разрежения, что вызывает движение частиц наполнителя к оси каверны со схлопыванием 6, сопровождающимся разрушением струи.

Рис. 1. Схема действия яче­истой противокумулятивной защиты:

1 - кумулятивная струя; 2- жидкость; 3 - металли­ческая стенка; 4 - ударная волна сжатия; 5 - вторичная волна сжатия; 6 — схлопывание каверны

Для сравнения ячеистых преград с броневой сталью были проведены экспериментальные исследования. За основу были взяты два показателя противокумулятивной стойкости: габаритный и по массе. Под габаритным показателем К₁ подразумевается отношение глу­бины пробития в исследуемом материале и в серийной броневой стали. Показатель по массе определяется из выражения

К₁ = К₁ (γ_п /γ_ст),

где γ_п  – удельный вес исследуемого материала преграды;

γ_ст – удельный вес стали.

Показатели К₁ и К₂ позволяют сравнивать между со­бой в удобной безразмерной относительной форме разные варианты преград (практически для характеристики показателей преграды по массе вместо К₂ можно использовать γ_п).

Для различных противокумулятивных наполнителей, используемых в качестве сред­них слоев в составе комбинированной преграды при наличии лицевой и тыльной плит из стали средней твердости, величина К₁ определяется по формуле

К₁ = L_н/[ L_ст – (L_л + L_т)],        (1)

где L_н – толщина наполнителя; L_ст - глубина в стальной броне; L_л - толщина лицевой стальной плиты; L_т - глубина пробития в тыльной стальной броне комбинированной пре­грады.

В принятых для лабораторных исследований схемах преград противокумулятивная стойкость наполнителя оценивалась для работы его против половины длины кумулятив­ной струи в средних ее частях со сдвигом в сторону головных частей, т. е. примерно 15-20% в головной части струи (в переводе на монолитную сталь) снималось лицевой стальной плитой и 20-30% в хвостовой части - тыльной стальной плитой.

Исходные данные и результаты испытаний ячеистых преград

Для опенки противокумулятивной стойкости по показателю К₁ обычно производится его сопоставление с так называемым теоретическим гидродинамическим коэффициентом К_гд определяемым из выражения

 ,      (2)

где ρ_ст – плотность стали; ρ_п – плотность исследуемой преграды.

Лабораторные испытания проводились подрывами расположенных по нормали зарядов диаметром 46 мм с углом конуса медной оболочки 44° с принятого фокусного расстояния до преграды F = 100 мм . Эти заряды пробивают стальную броню средней твердости толщиной 195- 205 мм , σ ≈ 15 мм (таблица).

На рис. 2 приведены зависимости К₁ и К_гд удельного веса преграды γ_п. Кривая 1 построена по теоретическому соотношению (2).

Рис. 2. Результаты лабораторных иссле­дований ячеистых преград с полиэфируре­таном:

1 - теоретическая зависимость К_гд = f (γ_п) экспериментальная зависимость К₁ = f (γ_п) для ячеистых слоев

Из таблицы видно, что для преграды из двух стальных плит с воздушным промежут­ком К₁= 2,3 этот показатель количествен­но отражает чувствительность струи к экранированию, т. е. распад ее во времени, в результате чего она поглощается меньшей толщиной отодвинутой от заряда стали. Чем устойчивее структура образованной струи во времени, тем выше (хуже) К₁.

Для преграды с алюминиевым наполните­лем величина К₁ близка к теоретическому гидродинамическому К_гд = 1,72.

Проведем на рис. 2 из точки с координатами γ = 0, К₁ = 2,3 прямую  (пунктир)

до встречи с кривой 1 в точке А с коорди­натами γ = 2,7, К_гд = 1,72 и примем эту точку за начало отсчета эффективности раз­личных слоев противокумулятивной преграды. На этом же рисунке приведена полученная для различных ячеистых систем зависимость К₁ = f (γ_п) (кривая 2), которая на­глядно демонстрирует эффективность ячеистых противокумулятивных преград.

При γ_п = 3,5 гс/см³ прирост К₁ стабилизируется. При γ_п = 2,5-3,5 гс/см³ ячеистые преграды дают наибольшую эффективность за счет снижения габаритных размеров и массы слоя (при равных удельных весах с другими наполнителями) ~ на 35% или снижения массы слоя до 60% по сравнению с серийной броневой сталью.

Характерным и для ячеистых систем при γ_п < 3,5 гс/см³ является возрастание К₁ со снижением удельного веса. Если сопоставить две характерные схемы защиты со сплош­ным (γ = 1,1 гс/см³) и ячеистым (γ_п = 4,4-5,8 гс/см ) полиэфируретаном при оди­наковых толщинах лицевой стали ( 30 мм ) и полиэфируретана ( 120 мм ), то глубина пробития в тыльной стали  составит: 40 мм — для ячеистой схемы и 85—90 мм — для сплошного полиэфируретана.

Таким образом, примерно четверть хвостовой части струи как бы устраняется из процесса прямого пробития ячеистой преградой, т. е. разрушается, дополнительно рас­ходуется и тормозится охлопывающейся каверной.

При проведении экспериментальных исследований одиночные стальные ячейки изготовлялись из прутков конструкционных сталей. Изменение их твердости в пределах 200— 320 HB не влияло на результаты по стойкости, остаточные деформации трубок не пре­вышали 5% по диаметру.

В работе [2] показано, что для таких наполнителей, как вода, полиэтилен высокого давления, пластмасса, эбонит, а также компаундов на основе эпоксидных смол, оргстек­ло с удельным весом γ = 1,0-1,2 гс/см³ получаются примерно одинаковые результатамиты по стойкости. Однако использование полиэфируретанового полимера ПУМ-ПФ-ОП-Л позволило путем заливки заполнить необходимые полости с хорошей адгезией к метал­лу и сохранением его в ячейках после нескольких серий подрывов. Этот материал так­же не склонен к хрупким разрушениям при отрицательных температурах.

Уменьшение массы ячеистой преграды, имеющей ту же противокумулятивную стой­кость, что и монолитная стальная, может быть определено по формуле

,         (4)

где h_п - необходимая величина тыльного подпора.

Полагая, что ячеистый слой имеет К₁ = 1, γ = 3 гс/см³ и составляет 50% от толщины преграды, в качестве примера получим ΔG % = 0,5  ·100 = 31%. Для си­стемы с воздушным промежутком аналогично получим ΔG = 0,5·100 = 50% при соот­ветствующем разнесении.

Пользуясь формулой (4) и данными К₁ из рис. 2, можно получить соответствующие значения ΔG %.

Результаты лабораторных исследований образцов ячеистых преград в различном кон­структивном и технологическом исполнении были подтверждены натурными испытаниями при обстреле 100-мм кумулятивными снарядами. Результаты показали, что применение ячеистого слоя вместо стеклопластика (К₁ = 1,6; γ = 1,85 гс/см³) позволяет умень­шить габаритные размеры преграды на 15%, а массу - на 30%.

По сравнению с монолитной сталью может быть достигнуто уменьшение массы слоя до 60% при сохранении близкого к ней габарита.

Вывод

Использование ячеистой брони с наполнителем из полиэфируретана позволяет существенно снизить габаритные размеры и массу серийной броневой защиты.

ЛИТЕРАТУРА

1. Естествознание и вопросы оборонной техники, вып. 4. Новосибирск, 1966.
2. Информационный бюллетень института гидродинамики CO АН СССР. - Новосибирск; вып. 8, 1970, вып. 10, 1974.

По теме брони:

БРОНИРОВАНИЕ СОВРЕМЕННЫХ ОТЕЧЕСТВЕННЫХ ТАНКОВ

В 50-е годы стало ясно, что дальнейшее повышение защищенности танков не возможно только за счет повышения характеристик броневых стальных сплавов. Особенно это касалось защиты от кумулятивных боеприпасов. Идея использования малоплотные наполнители для защиты от кумулятивных боеприпасов возникло еще во времена Великой Отечественной войны, пробивное действие кумулятивной струи сравнительно невелико в грунтах, особенно это справедливо для песка. 

ЗАЩИЩЕННОСТЬ ТАНКОВ ВТОРОГО ПОСЛЕВОЕННОГО ПОКОЛЕНИЯ Т-64 (Т-64А), «ЧИФТЕЙН МК5Р» И М60

При проектировании танка Т‑64 вопросу защиты конструкторы уделяли не меньше внимания, чем огневой мощности и подвижности. Для своего времени танк Т‑64 имел самое мощное бронирование не только среди советских танков. Ни один средний или тяжёлый танк в мире не мог сравниться по уровню защиты с танком Т‑64, включая британский танк «Чифтейн».

ИССЛЕДОВАНИЕ ВОЗДЕЙСТВИЯ ТАНДЕМНОГО КУМУЛЯТИВНОГО БОЕПРИПАСА НА ТАНДЕМНУЮ ДИНАМИЧЕСКУЮ ЗАЩИТУ  
Тандемная защита эффективно снижает бронепробиваемость тандемного кумулятивного боеприпаса. Первый блок ДЗ предназначен для резкого снижения действия лидирующего заряда и сохранения второго блока, который обеспечивает активное воздействие на кумулятивную струю основного заряда.


СОСТОЯНИЕ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ МЕТОДОВ СРЕДСТВ ЗАЩИТЫ, ОСНОВАННЫХ НА НОВЫХ ФИЗИЧЕСКИХ ПРИНЦИПАХ
В настоящее время как альтернатива современной динамической защите, использующей энергию взрывчатого вещества, разрабатывается электродинамическая защита (ЭДЗ), использующая энергию сверхсильных токов. В ЭДЗ воздействие на проникающую кумулятивную струю (КС) осуществляется сильным импульсным магнитным полем, индуцируемым в сильноточном разряде. 

КОНСТРУКЦИЯ НАВЕСНОЙ ДИНАМИЧЕСКОЙ ЗАЩИТЫ ТАНКА М-48АЗ (США) 
В ходе военных действий в Ливане летом - осенью 1982 г . израильская армия применила американские танки, на корпусе и башне которых была установлена навесная динамическая защита от ку­мулятивных средств поражения. Подобный тип защиты впервые использован за рубежом. Принцип ее действия основан на взрыве заряда ВВ для ней­трализации кумулятивной струи.


ДИНАМИЧЕСКАЯ ЗАЩИТА. ИЗРАИЛЬСКИЙ ЩИТ КОВАЛСЯ В... СССР? 
Таким образом, можно утверждать, что к 1961 году в СССР не только велись работы по поиску новых средств противокумулятивной защиты, но уже отрабатывались различные конструкции ДЗ. До регистрации патента д-ром Манфредом оставалось долгих девять лет.В отчете 1963 года речь идёт об исследовании возможности защиты танков от современных кумулятивных и подкалиберных снарядов методом активного воздействия на поражающее средство. Поскольку кроме ФВНИИ-100 исполнителем отчета указана в/ч 68054, а это 22 НИИБТ Полигон в Кубинке, можно смело говорить, что первые натурные испытания обстрелом опытных элементов ДЗ советской разработки проводились не позднее 1963 года.


Динамическая защита (CCCР, РФ) 
С ростом могущества противотанковых средств (ПТС) стало ясно, что пассивными методами обеспечить защиту бронемашин практически невозможно. Поэтому для этой цели необходимо использовать внешние источники энергии. Такими источниками могут служить взрывчатые вещества (ВВ), электрическая энергия, энергия, вырабатываемая в ходе реакций химически активных веществ. Существует много различных видов устройств, реализующий принцип динамического воздействия на ПТС, отличающиеся вариантами исполнения, используемыми источниками энергии и способам реализации.


Универсальная динамическая защита "Нож" (ХСЧКВ)
Основным элементом данного направления динамической защиты является плоский заряд ВВ, размещенный между металлическими пластинами, которые после инициирования ВВ внедряющейся кумулятивной струей метаются одна навстречу, а другая вслед струе.

ПРОТИВОКУМУЛЯТИВНАЯ СТОЙКОСТЬ БРОНИ ИЗ ТЯЖЕЛЫХ СПЛАВОВ

Исследован процесс взаимодействия кумулятивной струи с броней из сплавов на основе тяжелых металлов, плотность которых в 2 и более раза превышает плотность броневой стали.

ПРОТИВОКУМУЛЯТИВНАЯ СТОЙКОСТЬ НАПОЛНИТЕЛЕЙ ИЗ ЛЕГКИХ СПЛАВОВ

Наиболее распространенным типом противоснарядной защиты лобового участка корпуса и башни со­временного танка является комбинированная броня, состоящая из лицевого и тыльного слоев стали и промежуточного слоя — наполнителя из легких ма­териалов с плотностью, меньшей плотности стали. Такая конструкция повышает противокумулятивную стойкость брони. Наполнителями могут быть: титановый ВТ-6, алюминиевый АБТ-102, магние­вый МА2-1 сплавы.