11+

Ранее мы уже писали о том как работает «урановая» броня американских танков «Абрамс», сегодня мы познакомимся с тем как сопротивляется воздействию кумулятивных снарядов керамическая броня.

Как известно, вплоть до конца 1950-х годов проблема повышения защищённости танков решалась довольно тривиальным способом – увеличением толщины стального массива брони. Однако вторая половина XX века ознаменовалась взрывным ростом мощи противотанковых средств: широко стали использоваться новые подкалиберные снаряды с отделяемым поддоном, а развитие кумулятивных боеприпасов вообще шло семимильными шагами. Это заставило учёных искать иные пути увеличения стойкости боевых машин к поражающим факторам.

Наработки по данной теме в конечном счёте привели к идее комбинированного бронирования, которое сочетает в себе различные металлические и неметаллические элементы для приемлемого уровня защиты при сохранении массы танка в разумных пределах. Одним из таких элементов стала керамика, которую впервые в мире серийно применили в СССР на танках Т-64. Позднее её свойствами заинтересовались и в других странах, в том числе в Германии, США и Франции.

Конструкционное оформление броневой керамики

Работы по изучению керамических материалов в качестве бронирования начались ещё в 1950-е годы. Заинтересованность конструкторов боевой техники в этом виде брони была вполне понятной. Будучи в два с лишним раза твёрже стали, керамика обладает гораздо меньшей плотностью, что и делает возможным её применение в качестве лёгкого противоснарядного элемента защиты машины.

 

На сегодняшний день выбор основы для броневой керамики довольно широк и в целом ограничивается финансами и возможностями промышленности, но в конкретном случае стоит остановиться на двух вариантах: оксиде алюминия и карбиде кремния. Первый широко применялся в СССР для производства корундовых шаров(эти шары использовались в шаровых мельницах для перемалывания различных твердых материалов), а второй получил известность на Западе во многом благодаря британской броне «Чобхэм».

Если опустить некоторые различия в химических, физических и механических свойствах, конечный производственный цикл превращения этих материалов в защитный элемент сходен: порошок из оксида/карбида вместе с присадками различными способами спекается при высокой температуре и давлении до состояния монолита. На выходе, в зависимости от «формочки для запекания», получаются шары или блоки различной формы и толщины.

После термической обработки керамика, хоть и получившая статус броневой, таковой на самом деле ещё не является. Несмотря на повышенные показатели прочности, она остаётся по сути спекшимся песком, который плохо переносит ударные перегрузки при обстреле и подвержен хрупким разрушениям. Чтобы ослабить влияние данных факторов, её либо армируют либо помещают в ячейки специальной подложки из вязкоразрушающегося материала. В танковой броне она обычно выполняется из стали средней или высокой твёрдости, хотя в «скулах» башен Т-64 корундовые шары(либо шары из ультрафарфора) просто заливались расплавленной сталью.

Принцип взаимодействия керамического блока и подложки довольно прост и распространяется не только на танковую броню, но и на модули для лёгкой техники и даже бронежилеты. В момент контакта с высокотвёрдой поверхностью керамики, атакующее тело (условный снаряд) получает сильные начальные повреждения, при этом и в ней начинает распространяться ударная волна, которая приводит к её разлому на фрагменты различного размера: от порошка до крупных кусков. Если блок не имеет демпфера в виде подложки, то на этом всё и заканчивается: снаряд разбивает его вдребезги и продолжает движение.

В случае наличия подложки ситуация складывается иным образом: раскрошенной керамике некуда деваться из небольшого объёма ячейки, поэтому она продолжает оказывать на снаряд высокое давление, нанося ему повреждения. В свою очередь снаряд расходует огромное количество энергии на превращение керамики в пыль(теоретически, энергия снаряда расходуется на разрушение чуть ли ни каждого отдельного кристалла керамики, переводя тем самым кинетическую энергию снаряда в тепло). Для наилучшего результата подложки с керамикой располагают в несколько рядов друг за другом – в этом случае можно достичь значительного увеличения степени защиты.

К сожалению, против бронебойных оперённых подкалиберных снарядов с сердечниками большого удлинения из тяжёлых сплавов на основе урана или вольфрама керамика работает не слишком эффективно(керамический элемент разрушает лишь небольшую часть бронебойного сердечника, соизмеримую с размерами самого керамического элемента, при этом бОльшая часть сердечника остается не поврежденной и продолжает проникновение в броню). А вот её действие по кумулятивной струе действительно уникально.

Керамическая броня против кумулятивных снарядов

Из-за отсутствия высокоскоростной рентгеновской съёмки и электродинамических способов исследования, длительное время считалось, что броневая керамика противостоит кумулятивным средствам поражения танков только благодаря своей твёрдости и высоким показателям прочности на сжатие. В целом это соответствовало господствовавшим 70 лет назад теориям о том, что, чем твёрже материал, тем лучше для брони, но на деле всё несколько иначе. Для того чтобы лучше понять процесс, нужно немного углубиться в дебри основных понятий кумулятивного эффекта.

Все без исключения противотанковые кумулятивные боеприпасы оснащаются зарядом взрывчатки, в носовой части которого имеется конусообразная воронка. В ней установлена облицовка – чаще всего медная, но могут применяться и другие материалы. В момент детонации заряда большая часть энергии взрыва схлопывает облицовку и, пластично деформируя её, образует металлическую постоянно увеличивающуюся в длине кумулятивную струю. Скорость её составляет, в среднем, 7–10 км/с(иногда более 10 км/с). Такая скорость значительно превосходит скорость распространения звука в стальной броне(скорость звука в стали, в среднем, 5800 м/с) из-за чего стальная броня при контакте с ней начинает вести себя не как твердое тело, а как жидкость, подчиняясь законам гидродинамики. То есть, какой бы твердой ни была сталь, кумулятивная струя её просто размывает, как струя воды мокрый песок. Отсюда и высокая пробивная способность, доходящая у некоторых кумулятивных снарядов(ПТУР) до полутора метров стального массива.

Но кумулятивная струя также не имеет собственной прочности. Проникая в броню, она постепенно теряет собственную длину (срабатывается), в буквальном смысле намазываясь на края пробоины. Отсутствие прочности также сказывается на боковой устойчивости струи: она может разорваться от любого, даже самого небольшого предмета, пересекающего её ось. На этой уязвимости основано действие взрывных и невзрывных комплексов динамической защиты.

Что касается керамики то здесь все происходит по другому. Если вы посмотрите на приведенные ниже таблицы то вы увидите, что скорость распространения звука в некоторых керамических материалах может достигать почти 13 км/с, что несколько выше скорости кумулятивной струи. Из-за этого керамика ведет себя не как жидкость, а как твердое тело, в свою очередь, кумулятивная струя состоящая из метала ведет себя как жидкость, то есть достаточно пластична и легко разрушается от бокового воздействия.

В ходе экспериментов было замечено, что после пробития металлической брони кумулятивная струя на выходе оставалась относительно целой, но после прохождения через керамические вставки она становилась разорванной на большое количество кусков с околонулевой пробиваемостью.

Как уже говорилось ранее, керамика представляет собой довольно хрупкий материал, но есть у неё одна особенность, которая заключается в способности кратковременно накапливать энергию упругого сжатия. На практике это выглядит следующим образом.

В момент проникновения кумулятивной струи перед ней в армированном керамическом блоке распространяется ударная волна, которая, ломая керамику на мелкие и крупные обломки, заставляет их сжиматься. Тем временем давление за фронтом ударной волны начинает спадать, и ранее сжатые обломки заваливают канал пробоины, разрубая струю как гильотина.

Таким образом кумулятивная струя теряет головную – самую высокоскоростную и пробивную – часть, что негативным образом сказывается на её дальнейшем продвижении в слоях брони. По сути, керамика в данном случае выступает в роли активного компонента, который использует для нейтрализации кумулятивных боеприпасов их собственную энергию. Подобным образом, но со сниженной эффективностью, работает и дешёвая альтернатива – вставки из скреплённого силикатным материалом песка в башнях танков Т-72 ранних выпусков, часть из которых под индексом Т-72М1 до сих пор находятся на вооружении некоторых стран.

Что же в реальном выражении может дать керамика против кумулятивных снарядов? Можно взглянуть на Т-64. Первые серии этих танков выпускались с башнями, в «скулах» которых были установлены алюминиевые вставки. При общей толщине брони «сталь+алюминий+сталь» около 600 мм такая защита давала эквивалент примерно 450 мм от кумулятивных снарядов. После появления башен с корундовыми шарами общая толщина брони была снижена до 450 мм, а эквивалент от «кумулей» так и остался равен 450 мм. Если же говорить в целом, то при правильной установке керамического наполнителя, теоретически, можно добиться двукратного превосходства над стальным массивом. Очень упрощенно: слой керамики толщиной 100 мм будет давать защиту, как лист стали толщиной 200 мм. Выгоду в массе и экономии габарита посчитать несложно.

Ложка дёгтя тоже присутствует. Высококачественная керамика – довольно дорогое удовольствие(к примеру, цена высококачественных керамических бронеэлементов на основе карбида бора может доходить до 100 и более долларов за килограмм), что обязательно скажется на конечной стоимости танка. Ещё один минус: она не работает при установке под большим углом, так как ударная волна при соприкосновении с кумулятивной струёй (снарядом тоже) будет наносить преждевременные разрушения по всей толще блока сразу. Решить эту проблему можно «ступенчатым» расположением уменьшенных в размере блоков, но это требует дополнительных средств. Также неочевидной, но существенной проблемой может стать то, что керамика уязвима перед тандемными кумулятивными снарядами – если лидирующий заряд пробьёт лицевой слой брони и попадёт в неё, то для основного заряда она уже не будет представлять почти никакой угрозы просто потому, что окажется разрушенной.

Подводя итог, можно сказать следующее. Керамика работает, и никаких оснований отрицать это нет. Другое дело, что она, как основной компонент бронирования танка, уже не используется. За последние 30–40 лет тенденции слишком поменялись. Против кумулятивных снарядов применяется намного более эффективная невзрывная динамическая защита типа NERA. Тем не менее, бронекерамику со счетов сбрасывать не стоит. Как дополнительный элемент защиты, в том числе в навешиваемых на броню модулях, она вполне актуальна.

Автор: Эдуард Перов
Отредактировано и дополнено ЕНОТОМ
11+

от admin