Наклонная броня

редактировать

Броня, которая не находится ни в вертикальном, ни в горизонтальном положении, часто устанавливается на танках и военно-морских судах, что затрудняет проникновение противотанковых средств. -оружие

Наклонная броня на передней части советского Т-54 танка, здесь разрез, демонстрирующий увеличение эффективной толщины.

Наклонная броня - это броня, которой нет ни в вертикальное или горизонтальное положение. Такая «угловая» броня часто устанавливается на танках и других боевых бронированных машинах (ББМ), а также на военно-морских судах, таких как линкоры и крейсера. Наклон бронеплиты затрудняет проникновение противотанкового оружия, такого как бронебойные снаряды (проникающие снаряды с кинетической энергией ) и ракеты, если они выбирают более или менее горизонтальный путь к своей цели, как это часто бывает дело. Лучшая защита обеспечивается тремя основными эффектами.

Во-первых, снаряд, поражающий пластину под углом, отличным от 90 °, должен проходить сквозь большую толщину брони, чем при попадании в ту же пластину под прямым углом. В последнем случае должна быть пробита только толщина листа (нормаль к поверхности брони); увеличение наклона брони улучшает для данной толщины пластины уровень защиты брони в точке удара за счет увеличения толщины, измеренной в горизонтальной плоскости , угла атаки снаряда. Защита области, а не только одной точки, обозначается средней горизонтальной толщиной, которая идентична плотности площади (в данном случае относительно горизонтали): относительная броня масса, используемая для защиты этой области.

Если горизонтальная толщина увеличивается за счет увеличения наклона при сохранении постоянной толщины листа, требуется более длинный и, следовательно, более тяжелый броневой лист для защиты определенной области. Это улучшение защиты просто эквивалентно увеличению плотности поверхности и, следовательно, массы, и не может дать никакого преимущества в весе. Следовательно, в конструкции бронетранспортера два других основных эффекта наклона были мотивом для применения наклонной брони.

Одно из них - более эффективное ограждение определенного объема техники броней. Как правило, более округлые формы имеют меньшую поверхность по сравнению с их объемом. Как и в бронированном автомобиле, поверхность должна быть покрыта тяжелой броней, более эффективная форма может привести к значительному снижению веса или более толстой броне при том же весе. Наклон брони может привести к лучшему приближению к идеальной округлой форме.

Конечный эффект - это отклонение, деформация и рикошет снаряда. Когда он ударяется о пластину под крутым углом, его путь может искривляться, заставляя его проходить через большую часть брони - или он может полностью отскочить. Также его можно гнуть, уменьшая проникновение. Формованные заряды боеголовки могут не пробить и даже взорваться при поражении брони под большим углом наклона. Однако эти эффекты сильно зависят от точных используемых материалов брони и характеристик поражающего снаряда: наклон может даже привести к лучшему проникновению.

Наиболее острые углы обычно видны на лобовой пластине glacis, поскольку это сторона корпуса, наиболее вероятная для удара, и потому, что есть больше места для уклона в продольном направлении транспортное средство.

Содержание

1 Принцип наклонной брони
- 1.1 Правило косинуса
2 Отклонение
- 2.1 Основные физические принципы отклонения
3 Историческое применение
4 Ссылки

Принцип наклонной брони

Иллюстрация того, почему наклонная броня не дает увеличения веса при защите определенной области. Сравнение вертикальной плиты брони слева и секции брони, наклоненной под углом 45 градусов справа. Горизонтальное расстояние через броню (черные стрелки) такое же, но нормальная толщина наклонной брони (зеленая стрелка) меньше. Видно, что фактическая площадь поперечного сечения брони и, следовательно, ее масса во всех случаях одинаковы; для данной массы нормаль должна уменьшиться при увеличении уклона.

Требуются металлические вставки треугольного профиля для получения равномерной плотности площади от наклонной брони (B). Нормальная толщина пластины в (B) должна быть уменьшена для компенсации веса этих вставок.

Причиной повышенной защиты определенной точки при данной нормальной толщине является увеличенная толщина прямой видимости (LOS) броня, которая представляет собой толщину в горизонтальной плоскости по линии, описывающей общее направление движения встречного снаряда. При заданной толщине бронеплиты снаряд должен пройти через большую толщину брони, чтобы проникнуть в машину, когда она наклонена.

Сдвиг не зависит от объема

Сам факт того, что толщина LOS увеличивается за счет наклона пластины, не является, однако, мотивом для применения наклонной брони в конструкции бронетранспортера. Причина в том, что такое увеличение веса не дает. Чтобы поддерживать заданную массу транспортного средства, плотность площади должна оставаться равной, а это означает, что толщина LOS также должна оставаться постоянной при увеличении уклона, что снова означает, что нормальная толщина уменьшается. Другими словами: чтобы избежать увеличения веса транспортного средства, плиты должны становиться пропорционально тоньше по мере увеличения их наклона, что эквивалентно сдвигу массы.

Наклонная броня обеспечивает повышенную защиту боевых бронированных машин с помощью двух основных механизмов. Самый важный из них основан на том факте, что для достижения определенного уровня защиты определенный объем должен быть окружен определенной массой брони, и что наклон может уменьшить отношение поверхности к объему и, таким образом, позволить либо меньшую относительную массу для данного объем или больше защиты для данного веса. Если бы атака была одинаково вероятна со всех сторон, идеальной формой была бы сфера ; поскольку горизонтальная атака вполне ожидаема, идеалом становится сплющенный сфероид. Наклон плоских пластин или изогнутая литая броня позволяет дизайнерам приблизиться к этим идеалам. По практическим соображениям этот механизм чаще всего применяется в передней части машины, где есть достаточно места для наклона и большая часть брони сосредоточена, исходя из предположения, что наиболее вероятна однонаправленная лобовая атака. Простой клин, который можно увидеть в конструкции корпуса M1 Abrams, уже является хорошим приближением, которое часто применяется.

Второй механизм заключается в том, что выстрелы, попадающие в наклонную броню, с большей вероятностью будут отражены, рикошетом или разбиты при ударе. Современные технологии оружия и брони значительно уменьшили это второе преимущество, которое изначально было основным мотивом наклонной брони, которая была включена в конструкцию транспортных средств во время Второй мировой войны.

Правило косинуса

Даже несмотря на то, что повышенная защита точки, обеспечиваемая наклоном определенной броневой пластины с заданной нормальной толщиной, вызывающей увеличенную толщину прямой видимости (LOS), является не учитываемый при проектировании бронированной машины, он имеет большое значение при определении уровня защиты проектируемой машины. Толщина LOS для транспортного средства в горизонтальном положении может быть рассчитана по простой формуле с применением правила косинуса: она равна нормальной толщине брони, деленной на косинус наклона брони от перпендикулярности до полета снаряда (предполагается, что он находится в горизонтальной плоскости) или:

TL = TN cos (θ) {\ displaystyle T_ {L} = {\ frac {T_ {N }} {cos (\ theta)}}}

T_L=\frac{T_N}{cos(\theta)}

где

$TL {\ displaystyle T_ {L}}$ $T_ {L}$ : толщина линии визирования
$TN {\ displaystyle T_ {N}}$ $T_{N}$ : Нормальная толщина
$θ {\ displaystyle \ theta}$ $\ theta$ : Угол наклона бронеплиты от вертикали.

Например, броня наклонена на шестьдесят градусов назад от вертикали. для снаряда, летящего горизонтально, толщина линии прямой видимости в два раза больше нормальной толщины брони, так как косинус 60 ° равен ½. Когда значения толщины брони или эквивалентности катаной гомогенной брони (RHAe) для ББМ указаны без наклона брони, в представленном значении обычно учитывается этот эффект наклона, а когда значение находится в формате для «x единиц при y градусах» влияние наклона не принимается во внимание.

Отклонение

Наклонная броня может повысить защиту с помощью такого механизма, как разрушение хрупкого пенетратора с кинетической энергией или отклонение этого пенетратора от нормальной поверхности, даже если плотность площади остается постоянной. Эти эффекты наиболее сильны, когда снаряд имеет небольшой абсолютный вес и мал относительно своей ширины. Этими качествами обладали бронебойные снаряды времен Второй мировой войны, особенно первых лет, и поэтому наклонная броня была весьма эффективной в тот период. Однако в шестидесятых годах были введены пенетраторы с длинным стержнем, снаряды, которые были одновременно очень удлиненными и очень плотными по массе. Ударяясь по наклонным толстым однородным пластинам, такой пенетратор с длинным стержнем после первоначального проникновения в толщину LOS брони изгибается в сторону нормальной толщины брони и выбирает путь, длина которого находится между LOS брони и нормальной толщиной. Также деформированный пенетратор имеет тенденцию действовать как снаряд очень большого диаметра, и это растягивает оставшуюся броню, что приводит к более легкому выходу ее из строя. Если эти последние эффекты проявляются сильно - для современных пенетраторов это обычно имеет место при наклоне от 55 ° до 65 ° - лучшая защита будет обеспечена вертикально установленной броней той же плотности площади. Еще одним достижением, уменьшающим важность принципа наклонной брони, было введение керамической брони в семидесятые годы. При любой заданной плотности площади керамическая броня также лучше всего подходит для более вертикального монтажа, поскольку поддержание той же плотности площади требует, чтобы броня была утончена, поскольку она наклонена, а керамика ломается раньше из-за ее меньшей нормальной толщины.

Наклонная броня также может вызывать рикошет снарядов , но это явление намного сложнее и пока не полностью предсказуемо. Высокая плотность стержня, скорость удара и отношение длины к диаметру являются факторами, которые способствуют высокому критическому углу рикошета (угол, при котором ожидается начало рикошета) для снаряда с длинным стержнем, но разные формулы могут предсказывать разные критические углы рикошета для такой же ситуации.

Основные физические принципы отклонения

Как канавка, вызванная ударом снаряда, увеличивает эффективный угол падения (эффект меньшего наклона)

Иллюстрация некоторых возможных эффектов, которые могут возникнуть при попадании снаряда в наклонную броню

Очень простая физическая модель эффекта наклона. Кинетическая энергия, поглощаемая броней, пропорциональна квадрату синуса угла (максимум для 90 °). Не учитываются трение и деформация цели

Поведение реального снаряда и броневой пластины, в которую он попадает, зависит от многих эффектов и механизмов, включая их структуру материала и механику континуума, которые очень трудно подобрать. предсказывать. Таким образом, использование только нескольких основных принципов не приведет к модели, которая хорошо описывает весь спектр возможных результатов. Однако во многих условиях большинство из этих факторов оказывают лишь незначительное влияние, в то время как некоторые из них доминируют в уравнении. Следовательно, можно создать очень упрощенную модель, дающую общее представление и понимание основных физических принципов, лежащих в основе этих аспектов конструкции наклонной брони.

Если снаряд летит очень быстро и, таким образом, находится в состоянии гиперскорости, прочность материала брони становится незначительной, так как при ударе и снаряд, и броня расплавятся и будут вести себя как жидкости - и только его поверхностная плотность является важным фактором. В этом предельном случае снаряд после попадания продолжает проникать до тех пор, пока не перестанет передавать свой импульс веществу цели. В этом идеальном случае важны только импульс, площадь поперечного сечения, плотность и LOS-толщина. Ситуация с проникающей металлической струей, вызванной взрывом кумулятивного заряда боеприпаса HEAT, является хорошим приближением к этому идеалу. Следовательно, если угол не слишком велик, а снаряд очень плотный и быстрый, наклон мало влияет и никакого соответствующего отклонения не происходит.

С другой стороны, чем легче и медленнее снаряд, тем более актуальным становится наклон. Типичные бронебойные снаряды времен Второй мировой войны имели форму пули и имели гораздо меньшую скорость, чем кумулятивный реактивный снаряд. Удар не приведет к полному расплавлению снаряда и брони. В этом случае решающим фактором становится прочность материала брони. Если бы снаряд был очень легким и медленным, сила брони могла бы даже привести к тому, что попадание приведет только к упругой деформации, при этом снаряд будет уничтожен без повреждения цели. Наклон означает, что снаряд должен будет достичь более высокой скорости, чтобы поразить броню, поскольку при ударе о наклонную броню не вся кинетическая энергия передается цели, соотношение зависит от угла наклона. Снаряд в процессе упругого столкновения отклоняется на угол 2 $α {\ displaystyle \ alpha}$ $\ alpha$ (где $α {\ displaystyle \ alpha}$ $\ alpha$ обозначает угол между поверхностью бронеплиты и начальным направлением снаряда), однако изменение направления можно виртуально разделить на часть замедления, когда снаряд останавливается при движении в перпендикулярном направлении к пластине (и будет двигаться вдоль пластины после отклонения на угол примерно $α {\ displaystyle \ alpha}$ $\ alpha$ ), и процесс упругого ускорения, когда снаряд ускоряется из пластина (скорость вдоль пластины считается неизменной из-за незначительного трения). Таким образом, максимальная энергия, накопленная пластиной, может быть рассчитана на основе фазы замедления столкновения.

В предположении, что имеет место только упругая деформация и что цель является твердой, и игнорируя трение, легко вычислить долю энергии, поглощаемой целью при попадании в нее снаряд, который, если не принимать во внимание более сложные эффекты отклонения, после удара отскакивает (упругий корпус) или скользит (идеализированный неупругий корпус) по бронеплите.

В этой очень простой модели часть энергии, проецируемой на цель, зависит от угла наклона:

E d / E k = sin 2 (α) {\ displaystyle E_ {d} / E_ {k} = {sin ^ {2} (\ alpha)}}

E_d / E_k = {sin ^ 2 (\ alpha)}

где

$E d {\ displaystyle E_ {d}}$ $E_ {d}$ : энергия, переданная цели
$E k {\ displaystyle E_ {k}}$ $E_{k}$ : падающая кинетическая энергия снаряда
$α {\ displaystyle \ alpha}$ $\ alpha$ : угол наклонной броневой пластины от начального направления снаряда

Однако на практике AP-оболочки были достаточно мощными, чтобы задействованные силы достигли предела пластической деформации, а упругость пластины могла аккумулировать только небольшую часть энергии. В этом случае бронеплита будет деформироваться, и большая часть энергии и силы будет потрачена на деформацию. Таким образом, это означает, что можно предположить примерно половину отклонения (только $α {\ displaystyle \ alpha}$ $\ alpha$ , а не 2 $α {\ displaystyle \ alpha}$ $\ alpha$ ) и снаряд будет врезаться в пластину перед тем, как скользить, а не отскочить. Пластичное поверхностное трение также очень мало по сравнению с энергией пластической деформации, и им можно пренебречь. Это означает, что приведенная выше формула в принципе верна и для случая пластической деформации, но из-за того, что калибр врезан в пластину, следует учитывать больший угол поверхности $α {\ displaystyle \ alpha}$ $\ alpha$ .

Это не только означало бы, что энергия, передаваемая цели, таким образом будет использована для ее повреждения; это также будет означать, что эта энергия будет выше, потому что эффективный угол $α {\ displaystyle \ alpha}$ $\ alpha$ в формуле теперь больше, чем угол наклона брони. Значение соответствующего действительного $α {\ displaystyle \ alpha}$ $\ alpha$ ', которое следует подставить, не может быть получено из этого простого принципа и может быть определено только с помощью более сложной модели или моделирования.

С другой стороны, та же самая деформация также вызовет, в сочетании с наклоном броневой плиты, эффект, уменьшающий пробитие брони. Хотя отклонение меньше в условиях пластической деформации, оно, тем не менее, изменит курс продольного снаряда, что снова приведет к увеличению угла между новой поверхностью брони и начальным направлением снаряда. Таким образом, снаряд должен пробить больше брони, и, хотя в абсолютном выражении, таким образом, цель может поглотить больше энергии, его легче уничтожить, и в идеале этот процесс заканчивается полным рикошетом.

Историческое применение

Немецкие разработки конца Второй мировой войны с хорошо наклонной броней: истребитель танков Jagdpanther и немецкий тяжелый танк Tiger II на заднем плане.

Советский ИС-3, спроектированный крайне поздно военными действиями, использовал остроконечный нос вместо простого гласиса.

Один из самых ранних задокументированных примеров концепции наклонной брони - это рисунок Боевая машина Леонардо да Винчи. Наклонная броня фактически использовалась в ранних конфедератах броненосцев девятнадцатого века, таких как CSS Virginia, и частично реализована на первом французском танке Schneider CA1 в Первой Мировая война, но первыми танками, которые были полностью оснащены наклонной броней, были французские SOMUA S35 и другие современные французские танки, такие как Renault R35, которые имели полностью литые корпуса и башни. Он также был использован для большего эффекта на знаменитом советском боевом танке Т-34 группой конструкторов советских танков Харьковского локомотивного завода под руководством Михаил Кошкин. Это был технологический ответ на более эффективные противотанковые орудия, принятые на вооружение в то время.

Т-34 оказал огромное влияние на конструкцию немецких танков времен Второй мировой войны. Предвоенные или ранние военные конструкции, такие как Panzer IV и Tiger, явно отличаются от машин после 1941 года, таких как, например, Panther, Tiger II, Jagdpanzer и Hetzer, все они имели наклонную броню. Это особенно очевидно потому, что броня немецких танков, как правило, не была литой, а состояла из сварных пластин.

Merkava Mark III отличается чрезвычайно наклонной броней на башне

Наклонная броня стала очень модной после Второй мировой войны, и ее наиболее чистым выражением, возможно, был британский вождь. Однако в последних основных боевых танках используется перфорированная и композитная броня, которая пытается деформировать и истирать пенетратор, а не отклонять его, поскольку отклонить пенетратор с длинным стержнем сложно. Эти танки имеют более блочный вид. Примеры включают Leopard 2 и M1 Abrams. Исключение составляет израильская Меркава.

Ссылки