几乎像钢,但有细微差别:坦克装甲中的轻合金可抵抗累积的炮弹

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几乎像钢,但有细微差别:坦克装甲中的轻合金可抵抗累积的炮弹

人们普遍认为,轻合金尤其是铝制成的装甲,由于其物理机械性能较低,只适用于步兵战车、装甲运兵车等轻型战车,只能提供防弹和小口径的防护。自动枪的弹药。因此,使用这些材料作为坦克装甲的填充物据说没有任何好处。

在本材料中,根据测试结果,我们将证明事实并非如此。以铝、镁和钛为基础的合金在对抗一定厚度的累积射弹时表现出的性能并不比钢差。




铝、镁和钛


也许我们需要从这样一个事实开始:本材料中描述的测试是四十年前在苏联进行的,并且在专业科学文献中被广泛复制。其实施的目的是确定用作填料的轻合金的抗累积阻力 装甲,以及确定其防护能力对层厚度的依赖性。

作为这些活动的一部分,选择以下三种合金作为测试对象。

基于铝的 ABT-102 装甲合金,添加了锌和镁,著名的 BMP-3 的车体至今仍在制造。其密度为2,78克/立方厘米,拉伸强度为460MPa,硬度为140HB,动态弹性模量为70GPa。

镁基 - MA2-1 合金,含有铝、锌和锰。其密度为1,79克每立方厘米。拉伸强度 – 270 MPa,硬度 – 60 HB,动态弹性模量 – 40 GPa。

基于钛 - VT-6 合金,含有铝、钒和铁。其密度为4,43克每立方厘米。抗拉强度相对于之前最高 - 850 MPa,硬度 - 300 HB。动态弹性模量 – 130 GPa。

厚度为140、280和420毫米的板材由钛和铝合金制成,而镁合金的厚度仅为140和280毫米。所有这些(当然是分开的)都被放置在两个钢制屏障之间,从而像“三明治”一样模拟坦克装甲。

累计 105 毫米 M456 弹丸。实验过程中我们重点关注它的装甲穿透力
累计 105 毫米 M456 弹丸。实验过程中我们重点关注它的装甲穿透力

沿着累积射流路径,前钢板的厚度为107毫米。该指标是由于需要排除对所研究材料的高爆炸和冲击影响。但后钢屏障的厚度选择为使得克服前板和轻合金后具有残余穿透力的累积射流无法穿透它 - 这样就可以评估铝、镁的贡献和钛填料的整体保护。

至于破坏性武器本身,它的作用是由装甲穿透力为330-350毫米的累积炮弹发挥作用,类似于北约坦克的105毫米线膛炮的炮弹。

什么时候像钢铁一样受到保护?


一般来说,钢和铝装甲的抵抗力的比较通常与以下事实相关:为了提供所需的保护水平,后者的厚度必须始终更大。毕竟,我们正在谈论一种折衷方案 - 如果您想要减轻重量,则需要增加由较低密度材料制成的装甲部件的尺寸。

您不必寻找太多的例子:在 BMP-3 中,ABT-102 合金的厚度达到 50 毫米,尽管 15-20 毫米厚的高强度板材也可以提供相同水平的保护。硬质装甲钢。

但在坦克装甲中使用轻合金的情况下,情况就有些不同了。

在对具有140毫米ABT-102铝合金层的坦克装甲模拟器进行炮击时,结果表明其对装甲部分整体防护的贡献平均为149毫米。换句话说,屏障中每一毫米的厚度实际上相当于(甚至略优于)相同毫米的钢装甲。同时,140毫米厚的ABT-102层的质量相当于厚度为50毫米的相似形状钢板的质量。

早期T-64坦克的炮塔中使用了铝合金填料
早期T-64坦克的炮塔中使用了铝合金填料

具有 140 毫米 MA2-1 镁合金层的炮弹装甲虽然尺寸稍小,但仍然令人印象深刻。它对装甲部分整体防护的贡献平均为140毫米。与ABT-102一样,MA2-1对抗如此厚度的累积弹药几乎相当于钢装甲,但重量更轻——就像32毫米钢板一样。

具有 140 毫米厚的 VT-6 钛合金层的装甲具有大致相似的性能。他对整体防守的平均贡献为142毫米。也就是说,与前两种材料一样,它在给定厚度下具有与钢相似的抗累积电阻参数。确实,由于密度较高,140 毫米厚的这种合金板材的质量要高得多,相当于 80 毫米厚的钢板的质量。

因此,在坦克装甲中使用轻合金来防御累积武器是完全合理的,可以替代钢块。此外,由于具有相似的抗累积阻力,它们的重量比钢轻几倍——重量优势是显而易见的。

但这里有一个重要的细微差别。

在厚度方面你不能走得太远


事实上,上述轻合金仅在有限的厚度下具有与钢相当的抗累积阻力。随着它们的显着增加,由于建立了累积射流穿透低密度和低强度特性的障碍物的稳定机制,效率显着下降。

例如,当向具有102毫米厚的ABT-240铝合金层的装甲模拟器射击时,其对整体防护的贡献平均为151毫米,仅比2毫米铝层的实验多出140毫米。如果层厚增加到420毫米,那么贡献虽然增加了,但并不多——平均只有177毫米。

同时,一层厚度为102毫米的ABT-420与厚度为150毫米的类似形状的钢板重量相同。因此,质量方面的优势几乎完全丧失。

Object 432坦克车体上部前部和炮塔前部的铝制填充物
Object 432坦克车体上部前部和炮塔前部的铝制填充物

对于钛合金VT-6,情况更糟。

当其层厚度增加到 280 毫米(该层的质量相当于 160 毫米钢)时,其保护贡献平均为 163 毫米。如果钛合金层增加到420毫米,那么它对整体防护的贡献平均为170毫米。此外,在这种情况下,它的重量相当于一排 240 毫米厚的钢。

至于镁MA2-1,装甲中这种材料层数的增加通常会导致对整体防护的贡献下降:厚度为280毫米时,其平均仅产生134毫米当量累积射流。后者是由于这样一种脆弱且低强度的合金对累积射流的尾部没有任何明显的制动作用。

基于上述所有内容,轻合金虽然是非常有用的材料,可以减轻坦克装甲防护的重量,但只能在临界厚度内使用。

换句话说,最重要的是不要过度使用,否则你将无法获得与钢相媲美的重量和耐用性。

来源:
A. I. Anisko、V. N. Bryzgov、N. M. Grishina “轻合金填料的抗累积阻力”。
V. A. Grigoryan、A. N. Beloborodko、N. S. Dorokhov 等人,“有限弹道学的特殊问题”。
34 评论
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  1. +2
    10 July 2024 05:17
    我想知道他们是否尝试用某种耐火填料填充这个内层,例如膨胀粘土,珍珠岩,蛭石?他能切断这条流吗?
    1. +5
      10 July 2024 05:26
      引用希佩尔的话
      我想知道他们是否尝试用某种耐火填料填充这个内层,例如膨胀粘土,珍珠岩,蛭石?他能切断这条流吗?

      我们尝试了刚玉,它有帮助!
      1. +7
        10 July 2024 05:36
        我们尝试了刚玉,它有帮助!

        我们尝试了沙子 wassat
        1. 0
          10 July 2024 05:43
          Quote:爱德华·佩罗夫
          我们尝试了沙子

          用于出口!沙子用于出口,但以投机价格计算,这一点很强劲。 笑
          1. +5
            10 July 2024 05:46
            用于出口!沙子出口,这个强。

            为什么要出口?所有T-72A和T-80B\BV型坦克都有一个沙“头”。 什么
            1. 0
              10 July 2024 05:50
              Quote:爱德华·佩罗夫
              为什么要出口?所有T-72A和T-80B\BV型坦克都有一个沙“头”。

              因为只出口带砂芯的坦克,EMNIP。
              1. +3
                10 July 2024 05:58
                因为只出口带砂芯的坦克,EMNIP。

                T-72S没有沙子,供应给其他国家的T-80U也没有。但如果我们具体谈论 T-72M/M1,那么是的,除了沙子或实心钢装甲之外,没有任何填充物制成。
                1. 0
                  10 July 2024 06:03
                  好吧,这不再是苏联,而是俄罗斯联邦。很特别,所有东西都卖完了。
                  Quote:爱德华·佩罗夫
                  T-72S没有沙子
                  他们只是写道,他们将 S-ki 和沙子送到了伊朗。
                  1. +1
                    10 July 2024 10:18
                    我不记得,他们在某个地方使用金属陶瓷或碳化物球作为填充物?也许不和我们在一起。 追索权
                    1. +1
                      10 July 2024 10:26
                      土卫二的引述
                      我不记得,他们在某个地方使用金属陶瓷或碳化物球作为填充物?也许不和我们在一起。

                      https://topwar.ru/195906-keramika-v-tankovoj-brone-zaschita-ot-kumuljativnyh-snarjadov.html
                      1. +1
                        10 July 2024 10:27
                        哦帕西普!是的,我记得这篇文章 - 我需要重新阅读它,可以这么说,恢复它......呃......老年并不快乐 wassat hi
                        ZY hi 饮料
                      2. +2
                        10 July 2024 10:38
                        土卫二的引述
                        哦帕西普!是的,我记得这篇文章 - 我需要重新阅读它,可以这么说,恢复它......呃......老年并不快乐

                        感谢作者,这也是他的文章。
                      3. +1
                        10 July 2024 10:41
                        引用:Vladimir_2U
                        感谢作者,这也是他的文章。

                        好吧,那么……但也为了你……好吧,Lyova!好吧,侦探! (三)全国狩猎的特点 笑 这是他在树后发现总理的地方,那里有炸药……尽管另一个人 LOL
  2. +5
    10 July 2024 05:30
    钛合金虽然比铝合金更坚固、更耐热,但价格有点贵。并且需要厚而轻的装甲,布拉德利甚至M113在耐用性方面都表现出了良好的表现。
    1. +10
      10 July 2024 05:53
      我们的无人机飞行员承认布拉德利是一台非常耐用的机器。虽然大家都嘲笑它,他们甚至拍了一部电影(五角大楼战争,一部很好的喜剧),但结果却是一辆出色的汽车(但白痴会否决这个评论,因为他们所有的设备都不是我们的,鸟粪,只有我们的才能好)
      1. -1
        10 July 2024 06:41
        这就是他们笑(并且笑)的原因,因为布拉德利通常会在宇宙尺度上进行切割。
        而且虽然那部电影看起来像一部喜剧,但在很多关键细节上却忠实地再现了原著,而这本书一点也不幽默,而且是由直接参与布拉德利开发和测试的人写的。
        他写这封信并不是为了笑,相反,他试图表明“丹麦王国的一切都腐烂了”。也就是说,在五角大楼。
        他们最终没有使用快速、隐秘且廉价的“战斗出租车”,而是使用了昂贵、笨重的副坦克。每个人都明白一切,但金钱总是赢家。
        沿海船舶项目也来自同一剧院。只是布拉德利是在冷战时期创建的,所以他们并没有把半生不熟的东西扔进垃圾桶,也没有时间从头开始开发。
        1. +8
          10 July 2024 14:26
          这不是削减,但我们的战士在生存能力方面将布拉德利排在第一。通常很难立即将其点燃。事实证明这件事非常值得。情报部门与无人机公司的一名士兵就这个话题进行了对话。 - “最佳家庭 1:敌人“装甲”的生存”。所以现在大家笑还为时过早。
        2. +4
          10 July 2024 15:14
          类似的电影可以拍摄多种类型的武器和军事装备。例如,大约在同一时刻29。
  3. +5
    10 July 2024 05:39
    但如果有 2-3 块 140mm 跨 20-30mm 的钢装甲板呢?我还想阅读一篇有关 BOPS 和冲击芯的类似文章。尽管BOPS的作用越来越下降,而累积武器和控制单元的作用却在增加。我还想谈谈装甲和合金对高爆炸效应造成的断裂和其他变形的抵抗力,因为在同一个乌克兰,配备近距离爆炸火炮的坦克比配备BOPS的坦克更常被摧毁(恕我直言,我可能是错误的)
  4. +1
    10 July 2024 07:27
    重量和尺寸特征之间的关系或多或少是清楚的。通过累积射流,会发生什么以及为什么您得出可以使用这些合金的结论?
    1. +3
      10 July 2024 09:08
      累积射流会发生什么......

      初步估计,来自累积锥体的液态金属射流会穿透一层液体装甲。金属相互作用过程中的极高压力会导致应力显着超过塑性极限。
      这种近似使米哈伊尔·阿列克谢耶维奇·拉夫连季耶夫 (Mikhail Alekseevich Lavrentyev) 创立了累积渗透理论。这是一篇热门文章_https://topwar.ru/224161-kumuljativnyj-jeffekt-akademika-lavrenteva.html。除了本文之外,我还将提供本书的扫描件 米哈伊尔·阿列克谢耶维奇·拉夫连季耶夫和鲍里斯·弗拉基米罗维奇·沙巴什
      复变函数理论方法 M.,1965,716 页。
      它们包含过程的定性描述。上述保留的细节以及如何发生的情况显然不适合公开来源。
      1. +1
        10 July 2024 12:16
        本书描述了与护甲相关的累积效应的物理过程。我想知道轻合金装甲本身如何影响累积射流?例如,也许它会降低其速度,减少其动能?
        1. +2
          10 July 2024 13:55
          例如,也许它会降低其速度,减少其动能?

          我认为要获得此类问题的答案,您不应该在这里问。在苏联时期,每三个铆钉的功能描述就被归类为刨花板。我现在不知道怎么办。
        2. 0
          11 July 2024 01:25
          我可以假设轻金属在累积射流的影响下开始蒸发,吸收大量的热能;例如,对于铝来说,其蒸发焓比水高几倍。
          但他们到底耍了什么花招,板子厚了一倍,累积的射流飞得更远,我不太明白
      2. 0
        10 July 2024 15:23
        引用:传感器

        初步估计,来自累积锥体的液态金属射流会穿透一层液体装甲。

        在流体动力学方案的框架内,考虑不是“在恒定压力的环境中”而是在梯度密度层中传播累积射流的选择是很有趣的,梯度方向垂直于运动矢量喷气机的。理论上,这种梯度可以在不同密度的金属合金中获得。这就是铝装甲成功有限的原因吗?如果其有效性仅归因于薄的梯度层,那么其进一步增厚不会提供任何优势。
    2. +4
      10 July 2024 10:17
      引用:Semak
      发生了什么?为什么您得出可以使用这些合金的结论?

      我们在上面或多或少地描述了它,但它还可以更简单一些。在这样的压力下,金属的行为就像液体一样,因此服从流体动力学。实际上,累积射流不会烧穿(你可能还记得我们称之为累积炮弹穿甲的故事)并且不会穿透 - 如果你可以在日常水平上说的话,它会“清洗”装甲。事实上,据说边缘有熔化的金属——它没有熔化——而是只是流出了,可以这么说。
      1. +2
        10 July 2024 12:28
        从一种聚集状态快速转变为另一种聚集状态的过程尚未得到充分研究,更不用说动能转化为热能的过程了。那里有问题。释放的热量比计算预期的要多。
  5. +1
    10 July 2024 12:06
    硬件和电子产品现在已经可用并且相对便宜。因此,我们必须争取不需要累积弹丸防护的无人驾驶车辆。它的保护将是大规模分布、小尺寸和移动性......
  6. +5
    10 July 2024 12:16
    这都是战争,是的,战争。我们想对这些车身合金进行研究。我们的德里帕斯卡简直快要窒息了,他几乎没有钱卖铝。然后,也许,UAZ 这一次会得到不锈钢的。
    1. +2
      10 July 2024 15:04
      然后,也许,UAZ 这一次会得到不锈钢的。

      轧制板材 OT-4-1 5616 RUR/kg。
      _https://www.metprokat.su/produkciya/titan/list/ot4-1/
      强度特性比VT-6(Ti-6Al-4V)差,但价格较低。
      我知道我真的很想拥有一台不锈钢 UAZ。说到耐腐蚀性,钛和铁是极好的电偶对。
  7. +1
    10 July 2024 12:21
    嗯,组合装甲大约是四十年前发明的,但实际上他们现在没有安装任何其他东西。目前,最好的保护选项是动态保护。
    1. +1
      10 July 2024 21:13
      Quote:PoruchikGT
      目前,最好的保护选项是动态保护。

      底下没有一层铠甲的DZ是没有用的。它只会将水流分成能量较少的几滴,然后装甲应该阻止这些滴。
  8. 0
    11 July 2024 01:32
    会有一篇关于液体装甲的文章吗?没有人试图妥善解决这个问题,而不仅仅是将装有柴油的储罐放置在脆弱的地方?也许水箱里放几层 0.5 的塑料瓶,你就无法突破它?或者二十厘米的石蜡?
    一般来说,有时给人的印象是,累积效应并没有以正常的方式进行研究,而只是简单地制作贝壳,看看它是否会穿透,然后在手指上表达他们的猜想
  9. 0
    13 July 2024 08:58
    引用:Saxahorse
    底下没有一层铠甲的DZ是没有用的。它只会将水流分成能量较少的几滴,然后装甲应该阻止这些滴。

    对于轻装甲车辆来说,安装紧急保护是有问题的,因为紧急保护本身触发时会对其相当薄的装甲产生影响。在同一个布拉德利上,有必要在主装甲和遥感模块之间添加一个额外的层。