Броневая защита
ARMORED PROTECTION

Изобретение относится к бронетанковой технике и может быть использовано для повышения уровня защищенности боевых бронированных машин, имеющих в корпусах и/или башнях полости с наполнителем, от поражающих элементов средств поражения: бронебойных снарядов с большим удлинением сердечника, например от бронебойных подкалиберных снарядов (далее БПС) и кумулятивных средств поражения.
Известна башня танка [1, 2], содержащая лобовую и тыльную броневые преграды, в полости между которыми расположена «special armor» (т.е. «специальная броня»). Далее по тексту вместо термина «специальная броня» применяется устоявшийся в российской литературе термин «наполнитель». Наполнитель состоит из установленных на расстоянии друг от друга (с зазорами) многослойных пакетов (в источнике - «специальных бронеплит»), ориентированных вертикально и под углом 54-55° относительно оси пушки (в плане). Пакеты закреплены в полости и каждый из них состоит из соединенных по плоскостям трех пластин: тяжелой броневой пластины, слоя резины, тонкой металлической пластины. Такой наполнитель также известен из источника [3].
В последних военных конфликтах с применением танков отмечено увеличение значений курсовых углов обстрела танков [4].
Недостатком защиты башни при таком расположении специальных бронеплит является значительное изменение защитных свойств наполнителя от курсового угла обстрела. В случае когда значение курсового угла обстрела соответствует углу в плане между боковыми поверхностями пакетов и продольной осью башни/пушки (или близко к нему), существует вероятность пробития наполнителя средствами поражения вдоль зазоров, с учетом того, что сердечники противотанковых БПС имеют малый диаметр ≈22 мм … 40 мм, а кумулятивные струи имеют еще меньшие диаметры.
Известна башня танка «Меркава» Mk3, содержащая (с каждой из двух сторон) тыльную броневую преграду и броневую преграду, состоящую из двух пакетов, защищающих верхнюю и нижнюю части башни, каждый из которых состоит из высокопрочных тонких слоев металла [5], расположенных друг от друга с зазором, при этом пакет, защищающий нижнюю часть башни, расположен с наклоном от вертикали в сторону атакующих средств поражения (от тыльной броневой преграды), а пакет, защищающий верхнюю часть башни, расположен с наклоном от вертикали в сторону от атакующих средств поражения (к тыльной броневой преграде) [6, 7].
В источниках отсутствует информация о толщине слоев металла, по которой можно судить о возможности проявления эффекта нормализации сердечника БПС ([8], с. 188-192). В случае недостаточной для проявления эффекта нормализации толщины слоев металла, из которых состоят пакеты, такая защита не будет приводить к отклонению траектории движения сердечника БПС от проекции защищаемого (обитаемого) отделения, а в случае достаточной толщины слоев металла, при любом попадании сердечника БПС в указанные пакеты по высоте башни, нормализация сердечника приведет к попаданию в тыльную преграду и в проекцию защищаемого (обитаемого) отделения, что повышает вероятность поражения танка.
Известна броневая защита боковых сторон башни танка «Абрамс» [9, 10, 11], содержащая наружную (лобовую) и внутреннюю (тыльную) броневые преграды из стальных бронеплит, в полости между которыми содержатся резиновые прокладки в титановых матрицах (не защищающих от противотанковых БПС) и уранокерамический наполнитель в виде пластин толщиной 19 мм, расположенных друг от друга с зазором и с наклоном от вертикали в сторону от атакующих средств поражения (в сторону тыльной броневой преграды).
Приведенный наполнитель имеет пластины не из металла толщиной менее одного диаметра сердечника противотанкового БПС (самого меньшего из известных).
Известен корпус танка «Абрамс» [11], содержащий наклонную (в сторону атакующих средств поражения) лобовую броневую преграду и тыльную броневую преграду. В источнике отсутствует информация о форме элементов наполнителя. Известно, что наполнитель выполнен из керамики и уранокерамики.
Функциональное назначение наполнителя упомянутой выше защиты боковых сторон башни и лобовой части корпуса танка «Абрамс» основано на ином принципе защиты - без эффекта нормализации сердечника БПС.
У борта башни танка «Абрамс» в районе боекомплекта установлен другой наполнитель. Наружная (лобовая) броневая преграда выполнена в виде тонкой алюминиевой пластины, между пакетом из уранокерамики и тыльной плитой расположен еще один (дополнительный) пакет из пластин под большим углом, с наклоном от вертикали в сторону от атакующих средств поражения (в сторону тыльной броневой преграды). В источнике отсутствует информация о материале и толщине пластин дополнительного пакета, но, в любом случае, такое расположение пластин не дает уменьшения вероятности пробития тыльной броневой преграды за счет отклонения вверх сердечника БПС, обусловленного эффектом нормализации, т.к. при известном расположении пластин сердечник БПС будет отклоняться вниз, в сторону защищаемого отделения.
Известна броневая защита ([12], с. 98), выбранная в качестве прототипа, содержащая лобовую, тыльную броневые преграды, дно и крышу, образующие полость, в которой размещен наполнитель, выполненный из наклонно сориентированных в полости слоев из одного или разных материалов, препятствующих пробитию поражающими элементами средств поражения.
В прототипе «комбинированная броня» ([12], с. 97) - это совокупность указанных выше броневых преград (лобовая броневая преграда-наполнитель в полости-тыльная броневая преграда; [12], с. 116-126).
В общем случае комбинированная защита бронетанковой техники представляет собой совокупность отдельных преград, расположенных с некоторыми зазорами. Это могут быть многослойные пакеты, отдельные монолитные бронеплиты ([8], с. 388).
Недостатком защиты от противотанковых БПС при таком расположении слоев наполнителя является повышенная вероятность поражения танка при попадании в верхнюю часть броневой защиты, обусловленную эффектом нормализации сердечника снаряда, т.е. отклонения траектории сердечника БПС вниз, в сторону защищаемого отделения.
Непрерывный рост могущества средств поражения ([8], с. 17, 56), тенденция к увеличению курсовых углов обстрела [4] в последних боевых действиях с участием боевых бронированных машин, делает задачу совершенствования броневой защиты, в частности наполнителя, особенно актуальной.
Задачей настоящего изобретения является повышение защищенности боевых бронированных машин, имеющих в корпусах и/или башнях полости с наполнителем, от БПС и кумулятивных средств поражения без изменения конструкции корпусов и башен машин, с минимальными затратами на модернизацию броневой защиты, за счет совершенствования конструкции наполнителя.
Поставленная цель достигается тем, что броневая защита, содержащая лобовую, тыльную броневые преграды, дно и крышу, образующие полость, в которой размещен наполнитель, выполненный из наклонно сориентированных в полости слоев из одного или разных материалов, препятствующих пробитию поражающими элементами средств поражения, согласно изобретению наполнитель содержит один слой в виде металлической плиты или несколько таких слоев, установленных на расстоянии друг от друга, закрепленный(ых) в полости с зазором(ами) от лобовой броневой преграды и/или крыши полости, с наклоном в сторону лобовой броневой преграды под углом(ами) в пределах от 20° до 82° к вертикали, с возможностью изменения положения(ий) слоя(ев) в полости при воздействии на слой(и) поражающего элемента средства поражения, при этом каждый слой выполнен толщиной не менее 1,5 диаметра поражающего элемента средства поражения.
Кроме того, металлическая(ие) плита(ы) может/могут быть установлена(ы) посредством распорных элементов, с упором со стороны тыльной броневой преграды.
Кроме того, с тыльной стороны металлической(их) плиты/плит может /могут быть установлена(ы) одна металлическая и/или неметаллическая пластина или несколько металлических и/или неметаллических пластин толщиной не менее 0,2 диаметра поражающего элемента средства поражения, например кумулятивной струи.
Такая броневая защита может быть применена, например, для защиты корпусов и башен боевых бронированных машин (танков, БТР, БМП и т.п.): от противотанковых БПС - применительно к танкам, от БПС малокалиберных автоматических пушек - применительно к менее защищенным боевым бронированным машинам (БТР, БПМ и т.п).
При изучении других технических решений в данной области техники признаки, отличающие заявленное устройство, не были выявлены.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где:
- на фиг. 1 изображено поперечное сечение полости с наполнителем;
- на фиг. 2 изображен вариант установки металлических плит через распорные элементы;
- на фиг. 3 изображен вариант установки металлических и неметаллических пластин с тыльной стороны металлических плит;
- на фиг. 4 и 5 изображены варианты установки металлических плит под разными углами к вертикали, в пределах от 20° до 82°.
Броневая защита (фиг. 1), содержит лобовую 1, тыльную 2 броневые преграды, дно 3 и крышу 4, образующие полость, в которой размещен наполнитель 5, выполненный из наклонно сориентированных в полости слоев из одного или разных материалов, препятствующих пробитию поражающими элементами средств поражения. За тыльной 2 броневой преградой расположено защищаемое отделение боевой машины.
1
Наполнитель 5 содержит слои в виде металлических плит 6, установленных на расстоянии друг от друга, закрепленных в полости с зазорами a, b (от лобовой 1 броневой преграды) и/или зазором f (от крыши 4 полости), с наклоном в сторону лобовой 1 броневой преграды под углом(ами) β в пределах от 20° до 82° к вертикали, с возможностью изменения положения(ий) слоя(ев) в полости при воздействии на слой(и) поражающего элемента средства поражения, при этом каждый слой выполнен толщиной S не менее 1,5 диаметра d поражающего элемента средства поражения.
Металлические плиты 6 могут быть закреплены, например, за боковые стороны с креплением, разрушающимся от воздействия на плиту (слой) поражающего элемента средства поражения.
Возможен вариант (фиг. 2), в котором металлические плиты 6 закреплены посредством распорных элементов 7, с упором со стороны тыльной 2 броневой преграды.
Распорные элементы 7 могут быть выполнены в виде, например, металлических или неметаллических цилиндров, обеспечивающих возможность упругих или упругопластических деформаций и колебаний плит 6 от удара, возникающего от воздействия поражающего элемента средства поражения.
1
2
3
2
3
Возможен вариант (фиг. 3), в котором с тыльной стороны металлических плит 6 толщиной S установлены дополнительные слои: металлические пластины 8 толщиной S и неметаллические пластины 9 толщиной S, причем S и S не менее 0,2 диаметра d поражающего элемента средства поражения, например кумулятивной струи.
3
3
Дополнительные слои в наполнителе 5 с тыльной стороны металлических плит 6 могут быть выполнены из материалов с плотностью от 0,01 т/м до 20 т/м, например из керамики, стали, алюминиевых сплавов, углеродного волокна, тефлона ([12], с. 122; патенты FR 2712078 и GB 2475023), а также уранокерамики [11]. Они, в основном, служат для обеспечения необходимой противокумулятивной стойкости броневой защиты ([12], с. 97).
1
2
3
Металлические плиты 6 могут быть закреплены в полости под разными углами β, β, β к вертикали, находящимися в пределах от 20° до 82° (фиг. 4).
1
2
Возможен вариант, при котором часть металлических плит 6 закреплена в полости под одним углом β (находящимся в пределах от 20° до 82°) к вертикали, а другие плиты закреплены под другим углом β (находящимися в пределах от 20° до 82°) к вертикали, (фиг. 5).
Описанные варианты расположения и закрепления металлических плит показаны для разъяснения сущности изобретения и не исключают иные варианты исполнения.
Работа
Сердечник БПС, попадая в верхнюю часть лобовой преграды 1 (фиг. 1), проникает через нее в полость с наполнителем 5, металлические плиты 6 которого нормализуют сердечник БПС и в пределах полости отклоняют траекторию сердечника БПС вверх, в сторону от защищаемого отделения, уменьшая вероятность встречи сердечника БПС с тыльной броневой преградой 2 и, как следствие, уменьшение вероятности попадания в проекцию защищаемого отделения. При попадании в любую часть наполнителя 5 отклонение сердечника БПС в каждой металлической плите 6 увеличивает его путь в наполнителе и оказывает на него дополнительное разрушающее воздействие.
1
Угол β наклона металлических плит 6 определяется методами математического моделирования и зависит от характеристик сердечника БПС: диаметра сердечника d, длины сердечника, скорости сердечника, материала и формы головной части сердечника и др. По результатам математического моделирования взаимодействия сердечника с преградами при углах β≤82° обеспечивается исключение рикошета сердечника БПС от металлических плит 6 во всех случаях взаимодействия в полости. А при углах β≥20° обеспечивается нормализация сердечника БПС при его внедрении в металлические плиты 6 с толщинами S, равными или больше 1,5 диаметра d сердечника БПС.
При попадании сердечника БПС или кумулятивной струи в наполнитель разрушается крепление металлических плит 6, зазоры a, b, f обеспечивают возможность сдвига и колебаний металлических плит, что способствует разрушению сердечника БПС и кумулятивной струи.
При попадании сердечника БПС или кумулятивной струи в металлические плиты 6, закрепленные посредством распорных элементов 7 (фиг. 2), распорные элементы 7 деформируются упруго или упругопластически в заданных пределах, при этом зазоры a, b, f обеспечивают возможность сдвига и колебаний металлических плит, что способствует разрушению сердечника БПС и кумулятивной струи.
Упор металлических плит 6 со стороны тыльной 2 броневой преграды предотвращает (при наличии воздушных зазоров или малопрочных пластин 9) нежелательный сдвиг наполнителя 5 к тыльной 2 броневой преграде.
При попадании кумулятивной струи в металлические 8 и неметаллические 9 пластины (фиг. 3), пластины 8 и 9 вспучиваются. Металлические пластины 8 начинают двигаться и взаимодействовать с кумулятивной струей, разрушая ее. Механизм разрушения кумулятивной струи ([8], с. 281-284) упомянут для разъяснения возможности реализации в изобретении комплексной защиты от различных средств поражения - БПС и от кумулятивных средств поражения.
Таким образом, наклон в наполнителе металлических плит определенной толщины к вертикали под определенным углом в сторону лобовой броневой преграды (атакующих средств поражения) и наличие зазоров, обеспечивающих возможность сдвига и колебаний плит, повышает защищенность боевых бронированных машин, имеющих в корпусах и/или башнях полости с наполнителем, от сердечников БПС и кумулятивных средств поражения. При этом повышение защищенности боевых бронированных машин достигается путем модернизации броневой защиты с минимальными затратами за счет совершенствования конструкции наполнителя без изменения конструкции корпусов и башен машин.
Источники информации
1. Journal of Military Ordnance, May 2002, Number 3, c. 5, 6, 7.
2. Испытано в США. Бронезащита башни основного боевого танка Т-72Б. URL: http://alternathistory.org.ua/ispytano-v-ssha-bronezashchita-bashni-osnovnogo-boevogo-tanka-t-72b/(дата обращения: 28.09.2015).
3. Бронирование современных отечественных танков.
URL: http://btvt.narod.ru/4/armor.htm/(дата обращения: 28.09.2015).
4. Шевченко Я.В. Состояние и перспективы обеспечения защищенности гусеничных и колесных бронированных машин// Актуальные проблемы защиты и безопасности: Труды Восьмой Всероссийской научно-практической конференции (4-7 апреля 2005 г.). Т. 3. - СПб. 2005.
5. Щит Давида.
URL: http://subscribe.ru/archive/state.army.armyguide/200606/14122810.html/ (дата обращения: 28.09.2015).
6. Израильский Военно-Исторический Форум.
URL: http://www.waronline.org/fora/index.php?threads/Меркава.1828/page-5/ (дата обращения: 28.09.2015).
7. Структура брони модулей танка «Меркава». URL: http://andrei-bt.livejournal.com/287808.html/ (дата обращения: 28.09.2015).
8. Частные вопросы конечной баллистики / В.А. Григорян, А.Н. Белобородько, Н.С. Дорохов и др.; Под ред. В.А. Григоряна. - М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2006. - 592 с.: ил., с. 188-192.
9. «Абрамс» после боя.
URL: http://gunm.ru/news/abrams_posle_boja/2011-03-11-131 / (дата обращения: 28.09.2015).
10. Форум Авиабаза. URL: http://forums.airbase.ru/2009/04/t65278,56--kakoj-dolzhna-byt-bmp-perspektivy-kontseptsii-predlozheniya-.html/ (дата обращения: 28.09.2015).
11. Анализ брони танка «Абрамс» M1A2 SEP.
URL: http://weaponscollection.com/3237-analiz-broni-tanka-abrams-mla2-sep.html/ (дата обращения: 28.09.2015).
12. Защита танков / В.А. Григорян, Е.Г. Юдин, И.И. Терехин и др.; Под ред. В.А. Григоряна. - М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2007. - 327 с.: ил.