傾斜裝甲

傾斜裝甲是指既非垂直也非水平的裝甲。這種傾斜裝甲通常安裝在坦克和其他裝甲戰鬥車輛（AFV）以及戰艦和巡洋艦等海軍艦艇上。傾斜裝甲板可有效阻擋反坦克武器（例如穿甲彈、動能穿甲彈和火箭彈）穿透創建，尤其是在這些武器通常沿水平軌跡飛行的情況下。這種防護性能的提升主要源於以下三個方面。

首先，與垂直撞擊同一裝甲板相比，以非90°角撞擊裝甲板的彈丸需穿過更厚的裝甲。在前一種情況下，彈丸只需穿透裝甲板的厚度（即垂直於裝甲表面的法線方向）。在裝甲板厚度不變的情況下，增加裝甲傾斜角度可以提高衝擊點的防護水平，其原理是通過增加水平面上的厚度（即彈丸的入射角）來實現。防護效果並非僅針對單個點，而是通過平均水平厚度來衡量，該平均水平厚度等同於面積密度（在本例中為水平方向的面密度）：即用於保護該區域所需的相對裝甲質量。

如在保持裝甲板厚度不變的情況下，通過增加傾斜角來提高水平厚度，則需要更長、更重的裝甲板才能保護特定區域。這種防護效果的提升僅僅等同於面密度（即質量）的增加，並不能減輕重量。因此，在裝甲車輛設計中，傾斜裝甲的另外兩個主要作用是推動其應用的主要動力。

其一是能更有效地利用裝甲覆蓋特定體積的車輛。一般來說，形狀越圓潤，其表面積相對於體積就越小。在裝甲車輛中，表面積必須覆蓋厚重的裝甲，因此更高效的形狀要麼能大幅減輕重量，要麼能在相同重量下使用更厚的裝甲。傾斜裝甲能更好地接近理想的圓形形狀。

其二是能使彈丸發生偏轉、變形和跳彈。當彈丸以尖銳的角度撞擊裝甲時，其路徑可能會彎曲，從而穿透更多裝甲——或者被完全彈開。此外，彈丸還可能發生彎曲，從而降低其穿透力。成形裝藥彈頭在以極高傾斜角度撞擊裝甲時，可能無法穿透甚至引爆。然而，這些預期效果很大程度上取決於所使用的裝甲材料的具體特性以及彈丸的攻擊特性：傾斜角度甚至可能帶來更好的穿透力。

最銳利的角度通常設計在首上裝甲板上，因為這是車輛在遭受攻擊時最容易被擊中的方向，而且車輛縱向方向上的傾斜空間也更大。

## 原理

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在給定正常厚度下，特定點防護能力增強的原因是裝甲瞄準線方向（LOS）厚度的增加。瞄準線方向厚度是指沿水平面（即描述來襲彈丸大致飛行方向的直線）的厚度。對於給定厚度的裝甲板，傾斜裝甲意味著彈丸需要穿過更厚的裝甲才能穿透車輛。

然而，傾斜裝甲並非僅僅因為瞄準線方向厚度增加而導致裝甲車輛採用傾斜裝甲的原因。原因在於，瞄準線方向厚度的增加並不能減輕重量。為保持車輛的既定質量，面密度必須保持不變，這意味著瞄準線方向厚度也必須保持不變，而傾斜角度的增加又意味著正常厚度會減小。換句話說：為了避免增加車輛重量，裝甲板的厚度必須相應減小，而傾斜角度的增加則意味著裝甲板厚度的增加。

傾斜裝甲主要通過兩種機制增強裝甲戰鬥車輛的防護能力。最重要的原理是，為達到一定的防護等級，一定體積的裝甲必須包裹一定質量的裝甲。傾斜裝甲可降低表面積與體積之比，從而在給定體積下降低相對質量，或在給定重量下提高防護能力。如攻擊來自各個方向的可能性均等，理想的裝甲形狀應該是球形；但由於水平攻擊實際上是常見的，因此理想的形狀會變成扁球體。傾斜平板裝甲或彎曲鑄造裝甲可讓設計出的車輛外形接近這些理想形狀。出於實際考慮，這種機制最常應用於車輛前部，因為那裡有足夠的空間進行傾斜設計，而且大部分裝甲都集中在那裡，前提是假設單向正面攻擊的可能性最大。簡單的楔形裝甲，例如M1艾布拉姆斯的車體設計，已經是一個很好的近似方案，並且經常採用。

第二個原理是，擊中傾斜裝甲的炮彈更有可能發生偏轉、跳彈或在撞擊時破碎。現代武器和裝甲技術大大降低了上述第二個優勢，而這原本是二戰期間將傾斜裝甲融入車輛設計的主要動機。

### 餘弦定理

通過傾斜一定角度可增加給定正常厚度的裝甲板在瞄準線方向（LOS）上的厚度，儘管這在裝甲車輛設計中並非直接考慮因素，但它在確定車輛的防護等級時卻至關重要。水平放置的車輛的瞄準線方向厚度可通過一個簡單的公式計算，該公式運用了餘弦定理：它等於裝甲的正常厚度除以裝甲與彈丸運動方向（假設在水平面上）垂直角度的餘弦值，或者：

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

其中

- $T_L$：瞄準線方向厚度
- $T_N$：正常厚度
- $\theta$：傾斜裝甲板與垂直面的夾角

例如，傾斜角度為60度（與垂直方向成60度角）的裝甲，對水平飛行的彈丸而言，其瞄準線方向上的厚度是裝甲正常厚度的兩倍，因為60度的餘弦值為1/2。當裝甲車輛的裝甲厚度或軋壓均質裝甲（RHAe）值未考慮裝甲傾斜角度時，所提供的數值通常會考慮傾斜角度的影響；而當數值以「x單位，y度」的形式給出時，則不考慮傾斜角度的影響。

## 偏轉

即使面密度保持不變，傾斜裝甲也能通過諸如脆性動能穿甲彈（KEP）破碎或穿甲彈偏離表面法線等機制來增強防護能力。當彈丸絕對重量較輕且相對於其寬度而言較短時，這些效應最為顯著。二戰時期的穿甲彈，尤其是早期的穿甲彈，就具備這些特性，因此傾斜裝甲在當時相當有效。然而，到了六十年代長杆穿甲彈出現了，例如尾翼穩定脫殼穿甲彈，這類彈丸非常細長且質量密度很高。當擊中傾斜的厚均質鋼板時，這種長杆穿甲彈由於彈丸尾部起到槓桿作用，在初穿透裝甲瞄準線方向厚度後，會向裝甲法線方向彎曲，並沿介於裝甲瞄準線方向厚度和法線厚度之間的路逕行進。此外，變形的穿甲彈往往會像一個直徑非常大的彈丸一樣運動，這會拉伸剩餘的裝甲，使其更容易失效。如果後一種效應強烈——對於現代穿甲彈而言，傾斜角度通常在55°到65°之間——那麼採用相同面密度的垂直裝甲可提供更好的防護。另一個降低傾斜裝甲原理重要性的進展是1970年代陶瓷裝甲的出現。在任何給定的面密度下，陶瓷裝甲垂直安裝的效果也更好，因為保持相同的面密度需要裝甲在傾斜狀態下變薄，而由於陶瓷裝甲法向厚度減小，更容易發生斷裂。

傾斜裝甲也會導致彈丸跳彈，但這種現象更為複雜，目前尚無法完全預測。對於長杆彈丸而言，高杆密度、衝擊速度和長徑比是導致臨界跳彈角（即跳彈開始發生的角度）較大的因素，但不同的公式在相同情況下可能會預測出不同的臨界跳彈角。

### 偏轉的基本物理原理

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現實世界中彈丸及其撞擊的裝甲板的行為取決於多種因素和機制，包括材料結構和連續介質力學，這些因素和機制都難以預測。因此，僅利用幾個基本原理無法建立一個能夠全面描述所有可能結果的模型。然而，在許多情況下，大多數因素的影響可以忽略不計，而少數因素則主導著整個方程。因此，可以建立一個非常簡化的模型，以提供對傾斜裝甲設計中這些方面的基本物理原理的一般概念和理解。

如彈丸飛行速度極快，處於超高速狀態，則裝甲材料的強度可以忽略不計，因為衝擊能量會導致彈丸和裝甲熔化並表現得像流體一樣，此時只有面密度才是重要因素。在這種極限情況下，彈丸撞擊後會繼續穿透，直到停止將其動量傳遞給目標物質。在這種理想情況下，只有動量、橫截面積、密度和瞄準線方向厚度是相關的。高爆反坦克（HEAT）彈成形裝藥爆炸產生的穿透性金屬射流，很好地近似於這種理想情況。因此，如果入射角不太大，且彈丸密度高、速度快，則傾斜角度的影響很小，不會發生明顯的偏轉。

另一方面，彈丸越輕、速度越慢，傾斜角度的影響就越顯著。典型的二戰穿甲彈呈子彈形狀，速度遠低於成形裝藥射流。撞擊不會導致彈丸和裝甲完全熔化。在這種情況下，裝甲材料的強度就成為一個重要因素。如果彈丸非常輕、速度很慢，裝甲的強度甚至可能導致撞擊只造成彈丸的彈性變形，彈丸在未對目標造成損傷的情況下受到破壞。傾斜的裝甲意味著彈丸需要達到更高的速度才能擊穿裝甲，因為撞擊傾斜裝甲時，並非所有動能都會傳遞給目標，具體比例取決於傾斜角度。彈丸在彈性碰撞過程中會發生偏轉，偏轉角度為2$\alpha$（其中$\alpha$表示裝甲板表面與彈丸初始方向之間的夾角）。然而，方向的改變可以近似地分為兩個階段：減速階段，彈丸在垂直於裝甲板的方向上運動時停止（偏轉約$\alpha$角後，彈丸將沿裝甲板運動）；以及彈性加速階段，彈丸加速衝出裝甲板（由於摩擦力可忽略不計，沿裝甲板的速度視為不變）。因此，裝甲板累積的最大能量可以根據碰撞過程的減速階段來計算。

假設僅發生彈性形變且目標為實心，忽略摩擦力，則很容易計算出當彈丸擊中目標時，目標吸收的能量比例。如忽略更複雜的偏轉效應，彈丸在撞擊後會從裝甲板上彈開（彈性情況）或沿裝甲板滑動（理想化的非彈性情況）。

在這個非常簡單的模型中，傳遞給目標的能量比例取決於彈丸的傾斜角度：

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

其中

- $E_d$：傳遞給目標的能量
- $E_k$：彈丸的入射動能
- $\alpha$：傾斜裝甲板與彈丸初始入射方向的夾角

然而，在實際應用中，穿甲彈的威力足以導致作用力達到塑性形變極限，而裝甲板的彈性只能吸收一小部分能量。在這種情況下，裝甲板會發生屈服，大部分能量和力都會因形變而消耗掉。因此，可以假設形變量約為實際形變量的一半（僅需$\alpha$，而非2$\alpha$），彈丸會在裝甲板上留下凹槽，而不是被彈開。塑性表面摩擦力與塑性形變能相比也非常小，可忽略不計。這意味著上述公式原則上也適用於塑性形變的情況，但由於裝甲板上存在凹槽，因此需要考慮更大的表面角度$\alpha$。

這不僅意味著傳遞給目標的能量將用於破壞目標，也意味著能量會更高，因為公式中的有效角$\alpha$大於裝甲傾斜角。應代入的適當且實際的$\alpha$'值無法從這個簡單的原理推導得出，只能通過更複雜的模型或模擬來確定。

另一方面，同樣的形變與裝甲板傾斜角相結合，也會產生一種降低裝甲穿透力的效果。雖然塑性形變條件下的偏轉較小，但它仍然會改變彈丸的軌跡，從而導致新裝甲表面與彈丸初始方向之間的角度增大。因此，彈丸必須穿透更厚的裝甲，雖然從絕對值上看，目標可能會吸收更多能量，它更容易彈開，理想情況下，這個過程最終會以完全跳彈告終。

## 歷史應用

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傾斜裝甲概念最早的文獻記載之一李奧納多·達·文西的戰車設計圖。傾斜裝甲實際上在十九世紀早期的南方邦聯鐵甲艦（例如CSS維吉尼亞號）上就已得到應用，並在第一次世界大戰期間法國的第一輛坦克——施耐德CA1上得到部分應用。但真正完全採用傾斜裝甲的坦克是法國的SOMUA S35以及其他同時期的法國坦克，例如雷諾R35，這些坦克的車體和炮塔都是整體鑄造的。蘇聯哈爾科夫機車廠的坦克設計團隊在米哈伊爾·科什金的領導下，將傾斜裝甲更有效地應用於著名的蘇聯T-34戰鬥坦克。這在當時是為應對更高效的反坦克炮而採取的技術措施。

T-34坦克對二戰時期德國的坦克設計產生了深遠的影響。戰前或戰初期設計的坦克，例如四號坦克和虎I，與1941年後的坦克，例如豹式、虎II、追獵者、四號驅逐戰車，獵豹式驅逐戰車和獵虎式驅逐戰車，有著明顯的區別，後者都採用了傾斜裝甲。這一點尤其明顯，因為德國坦克的裝甲通常不是鑄造的，而是由焊接鋼板構成。

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二戰後，傾斜裝甲風靡一時，其最純粹的代表或許是英國的酋長。然而，最新的主戰坦克採用格柵和複合裝甲，這種裝甲旨在使穿甲彈變形和磨損，而不是使其偏轉，因為偏轉長杆穿甲彈非常困難。這些坦克的外觀更加方正。例如豹2和M1艾布拉姆斯。以色列的梅卡瓦是個例外。