Почти как сталь, но с нюансами: лёгкие сплавы в танковой броне против кумулятивных снарядов

34
Почти как сталь, но с нюансами: лёгкие сплавы в танковой броне против кумулятивных снарядов

Широко распространено мнение о том, что броня из лёгких сплавов, особенно алюминиевая, из-за своих невысоких физико-механических свойств пригодна исключительно для лёгких боевых машин по типу БМП и БТР и способна обеспечить защиту только от пуль и малокалиберных боеприпасов автоматических пушек. Поэтому применение этих материалов в качестве наполнителей танкового бронирования якобы вообще никакой пользы не несёт.

В данном материале, основываясь на результатах испытаний, мы покажем, что это не так. Сплавы на основе алюминия, магния и титана против кумулятивных снарядов при определённых толщинах показывают себя не хуже, чем сталь.




Алюминий, магний и титан


Начать, пожалуй, нужно с того, что испытания, описываемые в данном материале, осуществлены ещё сорок лет назад в СССР и были широко растиражированы в профильной научной литературе. Целью их проведения являлось определение противокумулятивной стойкости лёгких сплавов, используемых в качестве наполнителя танковой брони, а также выяснение зависимости их защищающей способности от толщины слоёв.

В рамках данных мероприятий в качестве подопытных были выбраны три следующих сплава.

На основе алюминия – броневой сплав АБТ-102 с добавлением цинка и магния, из которого и по сей день изготавливаются корпуса для известных БМП-3. Его плотность составляет 2,78 грамма на кубический сантиметр, предел прочности – 460 МПа, твёрдость – 140 НВ и динамический модуль упругости – 70 ГПа.

На основе магния – сплав МА2-1 с алюминием, цинком и марганцем. Его плотность равняется 1,79 грамма на кубический сантиметр. Предел прочности – 270 МПа, твёрдость – 60 НВ, динамический модуль упругости – 40 ГПа.

На основе титана – сплав ВТ-6 с алюминием, ванадием и железом. Плотность его составляет 4,43 грамма на кубический сантиметр. Предел прочности наиболее высокий относительно предыдущих – 850 МПа, твёрдость – 300 НВ. Динамический модуль упругости – 130 ГПа.

Из титанового и алюминиевого сплава были изготовлены листы толщинами 140, 280 и 420 миллиметров, а из магниевого – только 140 и 280 мм. Все они (разумеется, раздельно) помещались между двумя стальными преградами, за счёт чего имитировалась танковая броня по типу «сэндвича».

Кумулятивный 105-мм снаряд М456. На его бронепробиваемость ориентировались в ходе эксперимента
Кумулятивный 105-мм снаряд М456. На его бронепробиваемость ориентировались в ходе эксперимента

Толщина лицевой стальной плиты составляла 107 миллиметров по ходу кумулятивной струи. Этот показатель был обусловлен необходимостью исключения фугасных и ударных воздействий на исследуемые материалы. А вот толщина тыльной стальной преграды подбиралась таким образом, чтобы кумулятивная струя, имеющая остаточную пробиваемость после преодоления лицевой плиты и лёгкого сплава, не могла её пробить – так можно было оценить вклад алюминиевых, магниевых и титановых наполнителей в общую защиту.

Что же по поводу самого поражающего средства, то в его роли выступали кумулятивные снаряды с бронепробиваемостью 330–350 миллиметров, аналогичные снарядам для 105-мм нарезных пушек для танков НАТО.

Когда защищают как сталь?


Если говорить в целом, то сравнение стойкости стальной и, например, алюминиевой брони зачастую ассоциируется с тем, что толщина последней, дабы обеспечить нужный уровень защиты, всегда должна быть больше. Всё-таки речь идёт о компромиссе – хочешь меньше массу, плати увеличенным габаритом бронедеталей из материалов меньшей плотности.

И за примерами далеко ходить не надо: у БМП-3 толщины сплава АБТ-102 доходят до 50 миллиметров, хотя тот же уровень защиты может быть обеспечен 15–20-мм листами высокотвёрдой броневой стали.

Но в случае применения лёгких сплавов в танковой броне ситуация несколько иная.

В ходе обстрела имитаторов танковой брони с 140-мм слоями алюминиевого сплава АБТ-102 выяснилось, что его вклад в общую защиту броневой детали составляет в среднем 149 мм. Иными словами, каждый миллиметр его толщины в преграде практически эквивалентен (даже чуть превосходит) такому же миллиметру стальной брони. При этом масса 140-мм слоя из АБТ-102 соответствовала массе стального листа аналогичной формы толщиной 50 миллиметров.

В башнях танков Т-64 ранних серий применялся наполнитель из алюминиевого сплава
В башнях танков Т-64 ранних серий применялся наполнитель из алюминиевого сплава

Чуть меньшие, но всё равно впечатляющие результаты показал обстрел брони с 140-мм слоем из магниевого сплава МА2-1. Его вклад в общую защиту броневой детали в среднем составил 140 мм. Как и АБТ-102, МА2-1 против кумулятивных боеприпасов при такой толщине практически равнозначен стальной броне, но весит при этом ещё меньше – как 32-мм лист из стали.

Броня с 140-мм слоем из титанового сплава ВТ-6 выдала в целом схожие показатели. Его вклад в общую защиту – 142 миллиметра в среднем. То есть, как и предыдущие два материала, он обладает схожими со сталью параметрами противокумулятивной стойкости в заданной толщине. Правда, из-за более высокой плотности масса 140-мм листа из этого сплава значительно выше и равняется массе стальной плиты толщиной 80 мм.

Таким образом, применение лёгких сплавов для защиты от кумулятивных средств поражения в танковой броне вполне оправдано, если речь идёт об альтернативе стальным массивам. Тем более что при сходной противокумулятивной стойкости весят они кратно меньше, чем сталь – выгода по массе очевидна.

Но здесь есть один важный нюанс.

По толщине сильно не разгуляться


Дело в том, что лёгкие сплавы, рассмотренные выше, обладают сравнимой со сталью противокумулятивной стойкостью только в ограниченных толщинах. При их значительном увеличении эффективность заметно падает из-за установления стабильного режима проникания кумулятивной струи в преграду с низкой плотностью и невысокими прочностными характеристиками.

Например, при обстреле имитатора брони со слоем алюминиевого сплава АБТ-102 толщиной 240 мм его вклад в общую защищённость – в среднем 151 миллиметр, что всего на 2 мм больше, чем в опытах со 140-мм алюминиевыми слоями. Если же толщину слоя увеличить до 420 мм, то вклад хоть и вырастает, но не сильно – в среднем всего 177 мм.

При этом слой АБТ-102 толщиной 420 мм весит столько же, сколько стальная плита аналогичной формы толщиной 150 миллиметров. Так что выгода по массе практически полностью теряется.

Алюминиевый наполнитель в верхней лобовой детали корпуса и лобовой части башни танка «Объект 432»
Алюминиевый наполнитель в верхней лобовой детали корпуса и лобовой части башни танка «Объект 432»

С титановым сплавом ВТ-6 положение ещё хуже.

При увеличении толщины его слоя до 280 мм (масса слоя соответствует 160 мм стали), его вклад в защиту составляет в среднем 163 миллиметра. Если же слой титанового сплава увеличить до 420 мм, то его вклад в общую защиту – в среднем 170 мм. Причём весить он в таком случае будет, как массив стали толщиной 240 миллиметров.

Что же касается магниевого МА2-1, то увеличение слоя из этого материала в броне вообще приводит к уменьшению вклада в общую защищённость: при толщине 280 мм он выдаёт в среднем всего 134 мм эквивалента от кумулятивной струи. Последнее связано с тем, что столь хрупкий и малопрочный сплав не оказывает никакого значимого тормозящего воздействия на хвостовые части кумулятивной струи.

Исходя из всего вышеперечисленного, лёгкие сплавы, хоть и являются весьма полезными материалами, позволяющими облегчить массу броневой защиты танка, но должны применяться только в пределах критических толщин.

Иными словами, главное – не переборщить, иначе по весу и стойкости никакого выигрыша, сопоставимого со сталью, не добиться.

Источники:
А. И. Анисько, В. Н. Брызгов, Н. М. Гришина «Противокумулятивная стойкость наполнителей из лёгких сплавов».
В. А. Григорян, А. Н. Белобородько, Н. С. Дорохов и др. «Частные вопросы конечной баллистики».
34 комментария
Информация
Уважаемый читатель, чтобы оставлять комментарии к публикации, необходимо авторизоваться.
  1. +2
    10 июля 2024 05:17
    Интересно, а пробовали ли в этот внутренний слой засыпать какой-нибудь тугоплавкий наполнитель по типу керамзит, перлит, вермикулит? Не мог бы он эту струю рассекать?
    1. +5
      10 июля 2024 05:26
      Цитата: Hipper
      Интересно, а пробовали ли в этот внутренний слой засыпать какой-нибудь тугоплавкий наполнитель по типу керамзит, перлит, вермикулит? Не мог бы он эту струю рассекать?

      Корунды пробовали, помогает!
      1. +7
        10 июля 2024 05:36
        Корунды пробовали, помогает!

        И песок пробовали wassat
        1. 0
          10 июля 2024 05:43
          Цитата: Эдуард Перов
          И песок пробовали

          На экспорт! Песок на экспорт, да по спекулятивным ценам, это сильно. laughing
          1. +5
            10 июля 2024 05:46
            На экспорт! Песок на экспорт, это сильно.

            Почему на экспорт? Все танки по типу Т-72А и Т-80Б\БВ песочной "башкой" обладают. what
            1. 0
              10 июля 2024 05:50
              Цитата: Эдуард Перов
              Почему на экспорт? Все танки по типу Т-72А и Т-80Б\БВ песочной "башкой" обладают.

              Потому что на экспорт шли танки только с песчаными стержнями, ЕМНИП.
              1. +3
                10 июля 2024 05:58
                Потому что на экспорт шли танки только с песчаными стержнями, ЕМНИП.

                Т-72С песка не имели, как и Т-80У, поставляемые в другие страны. Но если говорить конкретно о Т-72М/М1,то да, из наполнителя окромя песка или сплошного стального бронирования ничего не было.
                1. 0
                  10 июля 2024 06:03
                  Ну так это уже не СССР, а РФ. Особая стать, распродавали всё.
                  Цитата: Эдуард Перов
                  Т-72С песка не имели
                  Как раз пишут что в Иран пошли С-ки с песком.
                  1. +1
                    10 июля 2024 10:18
                    Я вот не помню, где-то же применялись шарики из металлакерамики или карбида чего-то там в качестве наполнителя? Возможно и не у нас. recourse
                    1. +1
                      10 июля 2024 10:26
                      Цитата: Enceladus
                      Я вот не помню, где-то же применялись шарики из металлакерамики или карбида чего-то там в качестве наполнителя? Возможно и не у нас.

                      https://topwar.ru/195906-keramika-v-tankovoj-brone-zaschita-ot-kumuljativnyh-snarjadov.html
                      1. +1
                        10 июля 2024 10:27
                        О пасип! Да помню статью - нада перечитать, восстановить так сказать... Эх... старость не радость wassat hi
                        З.Ы. hi drinks
                      2. +2
                        10 июля 2024 10:38
                        Цитата: Enceladus
                        О пасип! Да помню статью - нада перечитать, восстановить так сказать... Эх... старость не радость

                        Автору спасибо, тоже его статья.
                      3. +1
                        10 июля 2024 10:41
                        Цитата: Владимир_2У
                        Автору спасибо, тоже его статья.

                        Ну дык... но и Вам... Ну Лёва! Ну сыскарь! (с) Особенности национальной охоты laughing Это где он после дерева с динамитом ПМ нашел.... хотя другой lol
  2. +5
    10 июля 2024 05:30
    Титановые сплавы дороговато получается, хотя они намного прочнее и более термостойкие чем алюминиевые. А толстая, но лёгкая броня нужна, Брэдли и даже М113 в плане стойкости себя хорошо показали.
    1. +10
      10 июля 2024 05:53
      наши дроноводы признавали что Бредли очень живучая машина. хотя с нее ржали все кому не лень, даже фильм сняли (войны Пентагона, комедия неплохая), а получилась отличная машина (но урякалки этот комент заминусуют , потому что у них все не наша техника гуано, хорошим может быть только наше)
      1. -1
        10 июля 2024 06:41
        Потому и ржали (и ржут), ибо Брэдли вообще распил космического масштаба.
        И тот фильм хоть и выглядит как комедия, но в очень многих ключевых деталях верно воспроизводит книгу-первоисточник, а эта книга далека от юмора и писал её человек, непосредственно занимавшийся разработкой и испытаниями Брэдли.
        И писал он её не с желанием похохмить, а наоборот, как попытку показать, насколько "прогнило всё в Датском Королевстве". Т. е. в Пентагоне.
        Вместо быстрого, незаметного и дешёвого "боевого такси" в итоге получили дорогущий, здоровенный недотанк. И все всё понимали, но бабло всегда побеждает.
        Проект литоральных кораблей - из той же оперы. Просто Брэдли создавался ещё в условиях Холодной войны, так что недоноска не стали выкидывать на помойку, а времени начинать разработку с начала уже и не было.
        1. +8
          10 июля 2024 14:26
          Распил не распил, но наши бойцы Бредли ставят на 1-е место по живучести. Поджечь её сразу, вообще очень сложно. Вещь оказалась очень достойная. У Разведоса есть на эту тему разговор с бойцом роты бпла. - "ЛУЧШИЕ В ТЫЛУ 3: ЖИВУЧЕСТЬ ВРАЖЕСКОЙ "БРОНИ"". Так что рановато все смеялись.
        2. +4
          10 июля 2024 15:14
          Похожие фильмы можно снять про многие образцы ВиВТ. Например, про тот же миг 29.
  3. +5
    10 июля 2024 05:39
    а что если 2-3 листа по 140мм через 20-30мм стальные бронелисты? хотелось бы еще подобную статью прочесть для БОПСов и ударных ядер. хотя роль БОПСов падает все больше и больше , а роль кумулятивов и УЯ все возрастает. так же хотелось бы и про стойкость брони и сплавов на излом и прочие деформации от фугасного воздействия ибо на той же Украине танки артой с близкими разрывами выводили чаще чем БОПСом (имхо, могу ошибаться)
  4. +1
    10 июля 2024 07:27
    Про соотношение массогабаритных характенистик более менее понятно. А с кумулятивной струёй, что происходит и почему пришли к выводу, что можно использовать эти сплавы?
    1. +3
      10 июля 2024 09:08
      А с кумулятивной струёй, что происходит...

      В первом приближении струя жидкого металл из кумулятивного конуса, поникает в слой жидкой брони. Крайне высокие давления при взаимодействии металлов вызывают напряжения значительно превышающие предел пластичности.
      Это приближение позволило Михаил Алексеевич Лаврентьев создать теорию кумулятивного пробивания. Здесь популярная статья _https://topwar.ru/224161-kumuljativnyj-jeffekt-akademika-lavrenteva.html. В дополнение к этой статье приведу сканы из книги Михаил Алексеевич Лаврентьев и Борис Владимирович Шабаш
      Методы теории функций комплексного переменного М., 1965 г., 716 стр.
      они содержат качественное описание процесса. А подробно что и как происходит с приведенным выше бронированием, очевидно, не для открытых источников.
      1. +1
        10 июля 2024 12:16
        В книге описан сам физический процесс действия кумулятивного эффекта по отношению к броне. Мне же, интересно стало, как воздейсвует сама броня из лёгких сплавов на кумулятивную струю? К примеру, может она гасит её скорость, снижает её кинетическую энергию?
        1. +2
          10 июля 2024 13:55
          К примеру, может она гасит её скорость, снижает её кинетическую энергию?

          Думаю, что для получения ответов на такие вопросы надо спрашивать не здесь. В советское время описание функций каждой третьей заклёпки было под грифом ДСП. Как сейчас не знаю.
        2. 0
          11 июля 2024 01:25
          Могу предположить, что лёгкие металлы начинают от воздействия кумулятивной струи испаряться, поглощая на это немалое количество тепловой энергии, у алюминия например энтальпия парообразования в несколько раз выше, чем у воды.
          А вот что за фокусы что плиту сделали вдвое толще и кумулятивная струя полетела дальше я не очень понимаю
      2. 0
        10 июля 2024 15:23
        Цитата: Sensor

        В первом приближении струя жидкого металл из кумулятивного конуса, поникает в слой жидкой брони.

        В рамках гидродинамической схемы интересно было бы рассмотреть вариант распространения кумулятивной струи не "в среде с постоянным давлением" а в слое градиентной плотности , с перпендикулярным направлением градиента, относительно вектора движения струи. Такие градиенты , по идее, можно получать в сплавах металлов различной плотности. Не в этом ли причина ограниченной успешности алюминиевой брони ? Если её действенность обусловлена только тонким градиентным слоем, то дальнейшее её утолщение не даёт никаких преимуществ.
    2. +4
      10 июля 2024 10:17
      Цитата: Semak
      что происходит и почему пришли к выводу, что можно использовать эти сплавы?

      Описали более менее выше, но можно проще немного. Под таким давлением металлы ведут себя как жидкости и соответственно подчиняются гидродинамике. Собственно кумулятивная струя не прожигает (помните наверно историю, когда у нас их бронепрожигающими называли кумулятивные снаряды) и не пробивает - она "промывает" броню, если можно на бытовом уровне сказать. И то что якобы оплавленный металл на краях - он не плавится - а просто вытек так сказать.
      1. +2
        10 июля 2024 12:28
        Процесс быстрого перехода из одного агрегатного состояния в другое до конца не исследован, тем более не исследован процесс трансфера кинетической энергии в тепловую. Там есть проблемы. Тепла выделяется больше, чем ожидается по расчётам.
  5. +1
    10 июля 2024 12:06
    Железо и электроника сейчас доступны и относительно дешевы. Поэтому надо стремиться к безэкипажной технике, которой не нужна защита от кумулятивных снарядов. Её защитой будет массовость, малые габариты и подвижность....
  6. +5
    10 июля 2024 12:16
    Всё война, да война. Провели бы исследование этих сплавов для кузовов автомобилей. У нас дерипаска задыхается, алюминий за бесценок продаёт. А тут, может быть, в кои веки УАЗики нержавеющие бы получили.
    1. +2
      10 июля 2024 15:04
      А тут, может быть, в кои веки УАЗики нержавеющие бы получили.

      Лиcтовой прокат OT-4-1 5616 руб./кг.
      _https://www.metprokat.su/produkciya/titan/list/ot4-1/
      Прочностные характеристики похуже чем у ВT-6 (Ti-6Al-4V), но ценой подешевле.
      Я понимаю, что очень хочется иметь УАЗ нержавеющий. Кстати о коррозионной стойкости, титан и железо прекрасная гальваническая пара.
  7. +1
    10 июля 2024 12:21
    Ну, комбинированную броню придумали лет 40 назад, да по сути другой сейчас и не ставят. Пока лучший вариант защиты это динамическая защита.
    1. +1
      10 июля 2024 21:13
      Цитата: PoruchikGT
      Пока лучший вариант защиты это динамическая защита.

      ДЗ без слоя брони под ней - бесполезна. Она лишь разбивает струю на несколько капель с меньшей энергией и броня дальше должна это капли остановить.
  8. 0
    11 июля 2024 01:32
    А будет статья про жидкую броню? Никто не пытался подойти к делу с толком, а не только размещая бачки с соляркой по уязвимым местам? Может танк можно обложить парой слоев пластиковых бутылок по 0.5 и его уже не пробьешь? Или двадцать сантиметров парафина?
    Вообще иногда складывается впечатление, что кумулятивный эффект по нормальному не исследовали, а просто делают снаряды и смотрят пробьет или нет, а потом на пальцах свои домыслы высказывают
  9. 0
    13 июля 2024 08:58
    Цитата: Saxahorse
    ДЗ без слоя брони под ней - бесполезна. Она лишь разбивает струю на несколько капель с меньшей энергией и броня дальше должна это капли остановить.

    Для легкобронированной техники установка ДЗ проблематична из-за воздействия на её довольно тонкую броню самой ДЗ при срабатывании. На той же Брэдли пришлось добавлять дополнительную прослойку между основной бронёй и блоками ДЗ.