Как рождался носовой узел танка ИС: свердловские исследования 1944 года
Объект 701
«Броневой институт» на Урале
В Советском Союзе главным по броне с самого начала был «Броневой институт» или ЦНИИ-48, о котором неоднократно вспоминали на страницах «Военного обозрения». Например, статья «Броневой институт». Советский Союз учится делать броню». Поводом в очередной раз рассказать о деятельности этого легендарного учреждения, стали исследования сварных соединения брони средних и тяжелых танков, проведенные в 1944 году в свердловском филиале ЦНИИ-48. Некогда совершенно секретный документ раскрывает тонкости сварочного производства и сравнивает отечественные технологические решения с иностранными аналогами. Особое внимание следует уделить чертежам и результатам огневых испытаний нескольких вариантов носовых узлов танков. Материал приводится с незначительными сокращениями. Оригинал документа хранится в Москве в Российском государственном архиве экономики.
«В мировой практике танкостроения сварные соединения броневых деталей танков впервые нашли широкое применение в СССР. Основной трудностью широкого применения сварки для соединения брони является пониженная свариваемость броневой стали.
В СССР проблема сварки брони «положительно разрешена комплексными научно-исследовательскими и производственно-экспериментальными работами по улучшению свариваемости брони и разработки технологии самого процесса сварки». Невозможность достижения прочности и бронестойкости наплавленного металла, равноценного основной броне, потребовала создания конструкции таких соединений броневых деталей танка, которые бы разгружали сварные швы от больших нагрузок, возникающих при снарядных попаданиях. Современное состояние теории сопротивления материалов не позволяет расчетным путем определить тип соединения и размеры сварных швов.
Возросшая за годы Отечественной войны мощность противотанковой (ПТА) и танковой артиллерии (широкое применение ПТА калибров 75, 88 и 105 мм с начальной скоростью до 1000 м/сек) привела к соответствующему повышению и мощности бронирования отечественных танков. В условиях непоражаемости броневой защиты такими мощными противотанковыми средствами служба сварных соединений становится еще более жесткой, так как вся колоссальная энергия мощных бронебойных снарядов передается на соединения. Решение проблемы соединений брони средних и тяжелых танков, благодаря своей большой актуальности, является неотложной задачей, которая решалась при помощи непосредственного испытания различных типов соединения в конструкциях современными бронебойными снарядами из отечественной и немецкой ПТА различной мощности.
Испытаниям подвергались как соединения деталей, изготовленных из брони средней твердости, так и соединения деталей из брони высокой твердости. Сварка осуществлялась различными типами электродов: аустенитовыми, кремнемарганцовистыми, хроникельмолибденовыми и качественными типа УОНИ-13/55 (углеродистые со специальной обмазкой).
Поэтому решение проблемы соединений брони средних и тяжелых танков, благодаря своей большой актуальности, являлось неотложной задачей, которая должна быть решена возможно более ускоренными и надежными методами. В этом свете авторы широко использовали метод непосредственного испытания различных типов соединений в конструкциях современными бронебойными снарядами из отечественной и немецкой ПТА различной мощности.
Разнообразие испытанных типов соединений в различных броневых конструкциях и исследование их поведения под огнем ПТА различных калибров позволили надежно оценить их качество и рекомендовать для отечественного танкостроения наиболее оптимальные высокопрочные типы сварных соединений, широко использованных в практике отечественного танкостроения. Кроме того, разработанные типы соединений тяжелой танковой брони обеспечили и обеспечат в будущем создание еще более мощных тяжелых танков, обладающих высокой живучестью под массированным огнем крупнокалиберной ПТА.
Исследование различных типов сварных соединений.
Принятый метод исследования заключается в изготовлении опытных образцов конструкции средних и тяжелых танков, специальных макетов броневых конструкций в натуральную величину с различными типами соединений и в испытании этих конструкций бронебойными и фугасными снарядами различных калибров. Опытные корпуса средних танков и соответствующие им макеты испытывались бронебойными и фугасными снарядами из: а) противотанковой пушки калибра 45 мм с начальной скоростью 760 м/сек; б) противотанковой пушки калибра 76 мм с начальной скоростью 660 м/сек и в ряде случаев из противотанковых немецких пушек калибров 75 и 88 мм с начальными скоростями в пределах от 770 м/сек до 1000 м/сек.
Опытные корпуса тяжелых танков и соответствующие им макеты броневых конструкций испытывались бронебойными и фугасными снарядами из: а) противотанковой немецкой пушки калибра 75 мм с начальной скоростью 770 м/сек; б) противотанковой отечественной пушки калибра 85 мм с начальной скоростью 820 м/сек; в) противотанковой немецкой пушки калибра 88 мм с начальной скоростью 1000 м/сек; г) противотанковой немецкой пушки калибра 105 мм с начальной скоростью 830 м/сек.
Испытаниям подвергались как соединения деталей, изготовленных из брони средней твердости, так и соединения деталей из брони высокой твердости. Сварка осуществлялась двумя методами: ручным и автоматическим (сварка малоуглеродистой проволокой под слоем флюса).
1 – Испытано на танке КВ в боевых условиях. При условии опоры верхней детали на четверти бортов значительных разрушений соединений не наблюдалось.
2 – Испытано на танке Т-34 бронебойными и фугасными снарядами калибров 45, 50, 76, 75 и 88 мм. Соединение отличается высокой прочностью, что позволяет в дальнейшем снять дополнительное гужонное крепление. При переходе на большие толщины технологически уступает.
3 – Тоже
4 – Тоже
5 – Испытано на специальных макетах №15, 16, 17, а также на танках 701, 701А, «Пантера», «Тигр» и «Королевский тигр» обстрелом бронебойными и фугасными снарядами калибров 75, 85, 88, 105, 122 и 152 мм. При сварке аустенитовыми электродами соединение обладает высокой прочностью и живучестью.
6 – Испытано на танке «Тигр», а также в комбинации других деталей на макете №16. Испытание мощными бронебойными и фугасными снарядами, в случае применения брони средней твердости и сварки аустенитовыми электродами, показало высокую прочность и живучесть.
7- Испытано на танке ИС-1, на специально изготовленном броневом отсеке, снарядами калибра 76 мм. Соединение разрушилось при первом же попадании снаряда в рамку.
8 – Испытано на самоходной установке «Фердинанд» в боевых условиях и на НИБТ полигоне ГБТУ КА бронебойными снарядами калибров 88 и 122 мм. Соединение обладает высокой прочностью. Наблюдающееся разрушение после нескольких попаданий в лобовую деталь вблизи швов объясняется хрупкостью немецкой брони в зоне термического влияния сварки.
9. Испытано на макете корпуса №16 и танке ИС-2 бронебойными снарядами калибров 88 и 105 мм. Соединение обладает высокой прочностью и живучестью.
10. Испытано на специальных макетах корпусов №15 и 16 бронебойными и фугасными снарядами калибров 88 и 105 мм. При значительных габаритах деталей, взаимном их распоре и сварке аустенитовыми электродами соединение обладает высокой прочностью и живучестью, не разрушаясь при испытаниях.
Установка угольника не рекомендуется, так как, не имея опоры, сварные швы его дают трещины, на стойкость же основного соединения он не влияет.
11. Испытан на английском танке МК в боевых условиях. Гужонное соединение разрушается после первого же выстрела бронебойным и фугасным снарядом повышенного калибра.
12. Соединение испытано на тяжелом танке «Тигр» в боевых условиях. При опоре верхней лобовой детали на бортовые детали или подкрылки соединение обладает высокой прочностью и живучестью.
13. Испытано на самоходной установке «Фердинанд» в боевых условиях крупными калибрами снарядов. Осмотр вышедших из строя машин, хотя и указывает на повышенную хрупкость брони в зоне термического влияния сварных швов, однако само соединение обладает не только высокой прочностью, но и большой живучестью.
14. Расположение входного люка водителя под малым углом к горизонту (5 град.) на лобовых деталях тяжелых танков ИС-6 и «Кировец-1» обеспечивает полную неуязвимость его при обстреле бронебойными и фугасными снарядами повышенных калибров с любых курсовых углов и дистанций.
Всего было исследовано 114 типов соединений брони.
Прочность сварных соединений варьировалась в зависимости от поражаемости различных узлов танка и расположены в направлении убывания тактических требований, а именно:
1. Соединения верхней и нижней лобовых деталей корпуса;
2. Соединение верхних лобовых деталей;
3. Соединение верхних лобовых деталей с подкрылками корпуса;
4. Соединение верхних лобовых деталей с бортами;
5. Соединение нижних лобовых деталей с бортами;
6. Соединение подкрылков с бортами через днища подкрылков;
7. Соединение бортов с верхней кормовой деталью;
8. Соединение бортов с нижней кормовой деталью;
9. Соединение крыши с лобовой деталью;
10. Соединение подкрылков с деталями крыши;
11. Соединение кормы с крышей;
12. Соединение нижней лобовой с днищем корпуса;
13. Соединение бортов с днищем корпуса;
14. Соединение нижней кормовой детали с днищем;
15. Особо выделена группа соединений деталей рубки самоходных установок.
Конструкция носового узла с указанными соединениями брони впервые была применена на отечественном тяжелом танке КВ. Детали броневой защиты танка изготовлялись из гомогенной брони средней твердости; соединения осуществлялись с применением сварки аустенитовыми электродами.
Специальным полигонным испытаниям носовой узел не подвергался. Оценка стойкости соединений и носового узла в целом производилась осмотром танков, вышедших из строя в боевых условиях.
По материалам осмотра ЦНИИ-48, НИБТ полигона ГБТУ КА и инспекцией по качеству НКТП установлено, что при попадании бронебойными и фугасными снарядами калибров 50, 75, 88 и 105 мм отдельных серьезных разрушений не наблюдалось.
Носовой узел показал удовлетворительную живучесть, но недостаточную мощность брони против современной ПТА.
Результаты испытаний живучести конструкции носового узла.
Конструкция носового узла осуществлена на тяжелом танке ИС и состоит из двух цельнолитых деталей высокой твердости (нос и подбашенная коробка) и примыкающих к ним двух вертикальных бортов средней твердости. Соединение выполнено при помощи сварки аустенитовыми электродами. Конструкция испытана на специальном носовом отсеке бронебойными снарядами калибра 76 мм и на корпусе танка ИС-2 бронебойными и фугасными снарядами калибра 88 и 122 мм.
Соединение литого носа с литой подбашенной коробкой показали удовлетворительную прочность и живучесть при снарядном обстреле; соединения с бортами показали низкую прочность и живучесть, разрушаясь после первого же попадания в район соединения.
Результаты испытаний живучести конструкции носового узла.
Конструкция носового узла принята на отечественных средних танках Т-34 и скопирована немцами на среднем танке «Пантера» и тяжелом танке «Королевский тигр». Детали носового узла Т-34 выполнены из гомогенной брони высокой твердости, а соединения при посредстве сварки аустенитовыми электродами.
Узел испытывался на полигоне по специальной программе на семи корпусах Т-34 снарядами различных калибров и в боевых условиях под огнем ПТА калибров 37, 50, 75 и 88 мм.
Как на корпусах, испытанных на полигоне, так и вышедших из строя на поле боя, узел показал удовлетворительную прочность соединений и общую живучесть конструкции в целом.
Аналогичный узел испытан на опытном макете тяжелого танка 701А, изготовленного из гомогенной брони средней твердости и сваренного аустенитовыми электродами, а также на корпусе танка «Королевский тигр» снарядами калибров 88, 122 и 152 мм, показавшего удовлетворительную прочность и живучесть. Исключение составляет узел танка «Королевский тигр», на котором наблюдалось разрушение соединений по хрупким зонам термического влияния сварки (броня с высоким содержанием углерода).
Из анализа полученных данных можно сделать следующие выводы:
1. Для соединения лобовых деталей между собой наиболее высокую прочность и живучесть показывают соединения броневых деталей, выполненных в четверть, в зуб и в шип различного профиля с взаимной опорой и сваренных аустенитовыми электродами.
2. Наилучшие результаты по прочности и живучести дают соединения верхних лобовых деталей с подкрылками, выполненные в зуб и в шип и сваренные аустенитовыми электродами.
3. Для соединений верхних и нижних лобовых деталей с бортами наилучшую прочность и живучесть показывают выполненные при помощи аустенитовой сварки соединения в четверть, в шип (для брони высокой твердости через угольник), в шип с прорезью, в притык с прорезью и отдельно в притык в случаях, когда деталь имеет опору на другие смежные детали.
4. Соединение подкрылка с бортом через днище подкрылка может быть выполнено с необходимой прочностью и живучестью: а) при горизонтальном расположении днища в четверть и в нахлестку только с применением сварки аустенитовыми электродами и обязательном экранировании 5-мм взводным экраном, предохраняющим подкрылки от взрыва фугасных снарядов; б) при наклонном расположении днища подкрылка соединения с подкрылком в распор и с бортом в четверть или прорезь и сварки аустенитовыми электродами; в) в случае непосредственного соединения подкрылка с бортами под углом – соединения в шип и в зуб с применением аустенитовой сварки.
5. Прочное соединение бортов с нижними кормовыми деталями может быть надежно выполнено с применением соединений в четверть и односторонний шип, причем в этом сварка может производиться как аустенитовыми, так и качественными электродами.
6. Соединения крыши с лобовыми деталями и подкрылками может быть выполнено с необходимой прочностью и живучестью путем стыкования в распор, четверть и шип с применением для наружных швов аустенитовых электродов и для внутренних швов качественных электродов.
7. Для соединений нижних лобовых деталей с днищем корпуса хорошие результаты показывают такие же соединения, как и на крыше с лобовыми подкрылками, но выполненные с применением сварки только качественными электродами.
8. Соединение днища корпуса с бортовыми кормовыми деталями показывают хорошую прочность и живучесть при соединении в четверть, в шип, в распор и нахлестку, сваренных качественными электродами.
Для выбора оптимальных углов конструкции наиболее ответственных углов носовых узлов танка и типов соединений деталей этих узлов были испытаны специальные носовые отсеки и макеты носовых узлов танков.
На основе данных испытаний для тяжелых танков могут быть рекомендованы носовые узлы четвертого и пятого типов с указанными типами соединений, как обеспечивающие исключительно высокую прочность и живучесть при жестких условиях испытаний мощными снарядами при высокой снарядной нагрузке.
Узел третьего типа может быть использован для бронирования тяжелых танков только в случае применения рекомендованных выше типов соединений.
Результаты испытаний живучести конструкции носового узла.
Конструкция носового узла запроектирована на тяжелых танках ИС-6, 701 и специальных макетах корпусов №15 и №16 (натуральная величина) и выполнены из гомогенной брони средней твердости, соединения которой осуществлены с применением сварки аустенитовыми электродами.
Специальные полигонные испытания макетов корпусов №15 и №16, а также корпуса танка 701 бронебойными и фугасными снарядами калибров 85, 88, 105, 122 и 152 мм показали очень высокую стойкость и живучесть как отдельных соединений, так и носового узла в целом.
Следует отметить, что в процессе испытания производились выстрелы бронебойными и фугасными снарядами при штатных скоростях непосредственно в соединения, показавшие при этом хорошую сопротивляемость прямым попаданиям снарядов.
Результаты испытаний живучести конструкции носового узла.
Конструкция носового узла (двускатный) запроектирована на специальных макетах корпусов № 15 и № 16 и изготовлены из гомогенной брони средней твердости. Соединение деталей осуществлялось, как указано на эскизе, при помощи сварки аустенитовыми электродами. Носовые узлы макетов-корпусов испытаны интенсивным обстрелом бронебойными и фугасными снарядами калибров 85, 88 и 105 мм из современной ПТА, причем значительное количество выстрелов дано непосредственно в стыки соединений. Мощная броневая защита позволила вести обстрел с дистанции 50 м при штатных скоростях снарядов (соответственно 800, 1000 и 830 м/сек) и таким образом всю энергию снаряда передать на соединение.
Несмотря на исключительно жесткие условия испытания по мощности удара и снарядной нагрузке, соединения и узел в целом показали очень высокую прочность и живучесть, совершенно не давая разрушений. Качество конструкции узла и соединений послужило основанием к принятию этой конструкции на опытный тяжелый танк ИС-6 и на запускаемый в серию тяжелый танк «Кировец-1».
Предложения по работе
Проведенные исследования большого количества соединений позволяют рекомендовать высокопрочные и живучие соединения для средних и тяжелых танков. Эти рекомендации могут быть предложены в качестве руководящих материалов (нормалей) для конструкторских бюро, занимающихся усовершенствованием существующих и проектированием новых средних и тяжелых танков, а также соответствующих самоходных установок.
О реализации результатов работы.
1. В процессе исследования усовершенствованы и реализованы сварные соединения массовых танков Т-34 и ИС.
2. Всесторонне исследованные носовые узлы и соответствующие им соединения типов IV и V приняты и осуществлены на новых образцах тяжелых танков ИС-6, 701 и «Кировец-1», причем V тип носового узла (двухскатный нос) был принят для реализации военным советом ГБТУ КА и Наркоматом танковой промышленности (см. приказы НКТП № 729сс и 1053).
3. Материалы по рекомендованным соединениям используются конструкторскими бюро при проектировании и усовершенствовании средних и тяжелых танков.
ИС-6
Объект 701
[
«Кировец-1»
Заключение.
1. Исследованы различные типы соединений броневых деталей танков и рекомендованы для использования в отечественном танкостроении высокопрочные сварные соединения брони, обеспечивающие высокую живучесть броневой конструкции при массированном снарядном обстреле.
2. Созданы новые формы мощных носовых узлов тяжелых танков, обладающих высокой бронестойкостью и живучестью под огнем мощной современной ПТА противника.
Результаты работы широко использованы в отечественном танкостроении и при проектировании новых образцов танков, что выдвигает СССР на одно из первых мест по массовости выпуска и качества танков.
Авторы: Г. И. Федосеенко, А. П. Горячев, П. П. Митрис, Г. Н. Губарев.
Информация