Научный журнал
Фундаментальные исследования
ISSN 1812-7339
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 1,222

АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР СОВРЕМЕННЫХ И ПЕРСПЕКТИВНЫХ МАТЕРИАЛОВ И КОНСТРУКЦИЙ БРОНЕПРЕГРАД И ЗАЩИТ ОТ ПОРАЖЕНИЯ

Игнатова А.М. 1 Артемов А.О. 1
1 ФГБОУ ВПО «Пермский национальный исследовательский политехнический университет», Пермь
В статье приведены результаты обзора существующих разновидностей бронезащитных преград, представлены сведения об их достоинствах и недостатках, оценены перспективы дальнейшего развития этого направления на основе проведенного анализа современных материалов. Существующая концепция развития вооружений направлена на применение более высокотехнологичных материалов и инновационных методов, позволяющих без увеличения массы и габаритов бронепреград повышать их защитную функцию. В соответствии с существующей концепцией, подразумевающей повышение эффективности бронезащиты и обеспечение сочетания огневой мощи, защищенности и подвижности, использование симиналов в качестве материала для создания бронепреград и защиты создает дополнительный резерв для повышения боевой и военно-экономической эффективности модернизируемой военной техники.
танк
броня
бронепреграды
пассивная защита
динамическая защита
материаловедение
синтетические минеральные сплавы
1. Балаганский И.А., Мержиевский Л.А. Действие средств поражения и боеприпасов: учебник. – Новосибирск: Изд-во НГТУ. – 2004. – 408 с. (Серия «Учебники НГТУ»).
2. Березкин Е.Н. Курс теоретической механики. – М.: Изд-во Московского университета, 1974. – 646 с.
3. Биченков Е.И., Швецов Г.А. Мегагауссные магнитные поля. Физика. Техника. Применения // Прикладная механика и техническая физика. – 1997. – Т. 38, №4.
4. Буров С.С. Конструкция и расчет танков. – М.: Изд-во академии бронетанковых войск. – 1973. – 602 с.
5. Войцеховский Б.В., Истомин В.Л. Динамическая антикумулятивная защита // ФГВ. – 2000. – Т. 36. ‒ № 6.
6. Дорофеев А.Н., Кузнецов В.А., Саркисян P.C. Авиационные боеприпасы. – M.: Изд-во ВВИА им. Жуковского, 1968.
7. Исследование диссипативной способности синтетических минеральных сплавов / А.М. Игнатова, А.О. Артемов, В.В. Чудинов, М.Н. Игнатов, М.А. Соковников // Деформация и разрушение материалов и наноматериалов:
IV международная конференция. Москва. 25‒28 октября 2011 г. /
Сборник материалов. – М.: ИМЕТ РАН, 201. – С. 662–664.
8. Игнатова А.М., Каминский М.М., Попов В.Л. Применение каменного литья в атомной промышленности // Автоматизация и прогрессивные технологии в атомной отрасли: тр. VI межотраслевой НТК. – Новоуральск, 2009. – С. 130.
9. Исаков, П.П. Теория и конструкция танка. – М.: Машиностроение, 1985. – 267 с.

Развитие военной техники неизбежно движется по двум направлениям - это разработка новых поражающих средств и разработка все более современных бронепреград и защиты от поражения.

Известные [1] средства поражения и боеприпасы проникающего действия представляют обширную группу, общим признаком которой является их способность проникать внутрь цели, или обеспечивать сквозное пробитие, за счет своей кинетической энергии. В зависимости от типа цели и ее защищенности такие средства поражения могут иметь различный конструктивный облик, использовать для поражения цели различные физические механизмы. Задача таких боеприпа- сов - обеспечить пробитие броневой защиты и затем нанести поражение уязвимым агрегатам и экипажу, расположенным внутри цели.

Существует две основные группы боеприпасов и средств поражения.

Первая группа, бронебойные артиллерийские снаряды предназначаются для стрельбы по бронированным целям из артиллерийских систем различных калибров (рис. 1). По устройству бронебойные артиллерийские снаряды подразделяются на калиберные и подкалиберные [2].

Калиберные бронебойные снаряды получили свое название в отличие от подкалиберных и соответственно имеют калибр, совпадающий с калибром орудия. Они могут иметь камеру, снаряженную взрывчатым веществом (ВВ), или быть сплошными. Масса взрывчатого вещества, которым могут быть снаряжены такие боеприпасы, составляет 0,4-1,4% от массы всего снаряда. Главное преимущество снарядов этого типа заключается в том, что они при встрече с броней под большими углами от нормали к ней значительно меньше рикошетируют [3].

Подкалиберные бронебойные снаряды предназначены для нарезных и гладкоствольных артиллерийских систем, стабилизирующиеся в полете вращением и оперением. Смысл разработки подкалиберных снарядов состоит в том, что они имеют меньшую по сравнению с калиберными массу и приобретают при выстреле из той же артиллерийской системы более высокую начальную скорость.

?

Рис. 1. Виды разрушения мишеней: а - хрупкое разрушение; б - разрушение с образованием радиальных трещин; в - дробление; г - пластическое расширение отверстия; д - выбивание пробки; е - образование лепестковой пробоины

Вторая группа - средства поражения и боеприпасы кумулятивного действия [4] предназначены для поражения бронированных и легкобронированных целей, таких как танки, самоходные артиллерийские установки, боевые машины пехоты и бронетранспортеры. Действие кумулятивных боеприпасов по броне основано на использовании явления кумуляции (рис. 2). Кумуляция, т.е. концентрация в малом объе­ме силы, энергии или другой физической величины, представляет собой важнейшее явление природы. Применительно к кумулятивным боеприпасам явление кумуляции заключается в сосредоточении энергии взрыва в заданном направлении, что приводит к значительному локальному увеличению разрушительного действия. Поражение целей осуществляется кумулятивной струей, которая формируется при обжатии кумулятивной облицовки взрывом заряда ВВ.

Повышение защищенности военной техники является наиболее важной, сложной и трудноразрешимой проблемой.

Цель работы. Для данного обзора наиболее важен аспект, рассматривающий три основные группы механической защиты: активную, пассивную (динамическую) и комбинированную.

Активная броня хорошо защищает технику от бронебойных зарядов. Однако в процессе развития этот вид защиты достиг своего физического предела из-за своего веса. Традиционно эффективность механической защиты увеличивалась за счет применения более прочного металла, увеличения толщины слоя брони (стальная броня достигает толщины до 650 мм) и изменения угла положения листов брони относительно корпуса военной техники. Такая «тяжелая» броня увеличивает вес самой военной техники, а постоянное совершенствование технологии кумулятивного оружия делает последующее увеличение толщины брони бесперспективным [5].

Рис. 2. Этапы взрыва кумулятивного заряда: 1 - заряд; 2 - детонатор; 3 - облицовка; 4 - пробиваемая преграда; 5 - фронт детонационной волны; 6 - продукты детонации; 7 - начало формирования кумулятивной струи; 8 - струя пробивает преграду; 9 - струя оторвалась и пробила преграду

Более надежной является пассивная (динамическая) защита. Принцип действия динамической (пассивной) защиты (ДЗ) и ее конструкция были предложены в начале 60-х годов Б.В. Войцеховским, B.JI. Истоминым, C.B. Журавлевым и др. Пассивная защита наилучшим образом предохраняет военную технику от действия кумулятивных зарядов.

Принцип действия такой брони, содержащей ВВ, основан на том, что при прохождении кумулятивной струи (КС) происходит детонация взрывчатого вещества и метание пластин, которые разрушают кумулятивную струю. В результате бронепробитие боеприпаса снижается в несколько раз.

Различают четыре типа по расположению пассивной брони [6]:

- Навесная (см. рис. 3). В этом случае броня помещается на внешней поверхности основной броневой защиты. Преимущество такого типа заключаются в ее относительно небольшой массе и высокой эффективности. Навесная броня по массе не превосходит массу 20 мм броневой плиты, а по эффективности струегашения превосходит броневые плиты в 5-15 раз, в зависимости от реальных углов подхода кумулятивной струи к ДЗ. Недостатком навесной защиты является ее уязвимость к действию пуль, осколков, ударных волн и продуктов детонации, которые легко сбрасывают навесную броню с основной брони танка.

?

а

б

Рис. 3. Схема навесной динамической защиты (ДЗ): а - элемент динамической защиты (ЭДЗ); б - блок динамической защиты

- Встроенная (рис. 4). В этом случае прикрывается 10-30 мм броневыми листами, что предохраняет ее от воздействия пуль, осколков, действия ударных волн и продуктов детонации. Недостатком такой защиты является то, что она имеет примерно в два раза большую массу, чем навесная броня.

?

Рис. 4. «Встроенная» ДЗ: 1 - верхняя броневая крышка; 2 - нижняя броневая крышка; 3 - ЭДЗ

- Слоистая (рис. 5), предназначенная для борьбы с тандемными кумулятивными зарядами.

- Заглубленная в основную бронезащиту танка. Это перспективный тип защиты, он требует специального изготовления бронезащиты военной техники. Этот тип динамической защиты может сочетаться с навесной или встроенной броней.

Среди недостатков пассивной брони следует отметить, что, несмотря на способность противостоять КС, она легко разрушается при поражении пулями из автоматических винтовок и других видов стрелкового оружия.

Комбинированная броневая защита предполагает сочетание различных видов защиты и ряда технических решений [7], позволяющих противостоять тандемным зарядам и нескольким видам воздействия сразу. Например, стальной лист (экран), размещенный перед броней, вызывает срабатывание кумулятивного боеприпаса на увеличенном расстоянии до преграды. Часть КС не попадает в отверстие от предыдущих элементов из-за имеющегося углового рассеяния КС (струя «кривая»). В результате получается широкое и неглубокое отверстие в преграде. Экран в виде сетки разрушает головную часть боеприпаса и в момент удара о броню происходит отказ в срабатывании боеприпаса (рис. 6).

Сочетание различных конструкционных материалов в составе брони так же является средством повышения ее эффективности, например, броня с прослойками высокопрочного пластика (рис. 7). При пробивании в пластике образуется отверстие значительно меньшего диаметра, чем в листах брони. Происходит касание струи о стенки пробоины в пластике, нарушается симметрия струи, КС «намазывается» на стенки пробоины и бронепробитие снижается.

Общим недостатком всех видов брони, как активной и пассивной, так и комбинированной является неспособность их противостоять электромагнитному воздействию, а также радиации и оружию массового поражения.

Рис. 5. Слоистая динамическая защита: 1 - металлический корпус; 2 - верхняя крышка; 3 - металлическая пластина; 4 - ЭДЗ с зарядом ВВ из трех слоев; 5 - упругий элемент (например, полиуретан) с прочностью не менее 900 кг/м3; 6 - пластина из стали высокой твердости

Рис. 6. Взаимодействие КС боеприпаса с броней, защищенной экраном: 1 - кумулятивный боеприпас; 2 - защитный экран; 3 - кумулятивная струя; 4 - броня танка

Рис. 7. Взаимодействие КС боеприпаса с комбинированной бронезащитой: 1 - кумулятивный боеприпас; 2 - кумулятивная струя; 3 - броня; 4 - пластик

Современное повышение защищенности военной техники может обеспечиваться за счет применения бронезащитных плит из материалов с увеличенными диссипативными свойствами, которые способны забрать энергию частично на разрушение бронепреграды, а также перевести ее в тепловую или иной вид энергии без повреждения корпуса защищаемого объекта.

Среди таких материалов наиболее перспективными, с нашей точки зрения, являются синтетические минеральные сплавы (симиналы). Эти материалы обладают неоднородной структурой, способной при диссипации перевести энергию заряда на раздробление самого материала и его нагрев, в результате защитные плиты «рассыпаются» на осколки размером 0,5-1,5 мм, при этом плиты с тыльной стороны практически не нагреваются, в среднем их температура в момент диссипации составляет 100-200°С [8], корпус при этом остается неповрежденным. Плотность симиналов (около 2,86 г/см3) ниже плотности стали в три раза, поэтому их использование в качестве брони будет способствовать снижению веса военной техники, а значит, позволит увеличить ее подвижность и маневренность. Известно, что симиналы не пропускают радиационное излучение и поддаются деструкции при его воздействии [9], это означает что бронепреграда из симиналов может выполнять функцию защиты от радиационного воздействия. Указанные свойства позволяют рассматривать синтетические минеральные сплавы, как перспективные материалы для изготовления бронепреград и защиты.

Выводы

Таким образом, в представленном аналитическом обзоре современных и перспективных материалов и конструкций бронепреград и защит от поражения рассмотрены основные виды механической защиты военной техники. В соответствии с существующей концепцией, подразумевающей повышение эффективности бронезащиты и обеспечение сочетания огневой мощи, защищенности и подвижности, использование симиналов в качестве материала для создания бронепреград и защиты что дополнительный резерв для повышения боевой и военно-экономической эффективности модернизируемой военной техники.

Рецензенты:

  • Беленький В.Я., д.т.н., проф., зам. директора, Западно-Уральский аттестационный центр, г. Пермь;
  • Кривоносова Е.А., д.т.н., проф., ведущий специалист, Западно-Уральский аттестационный центр, г. Пермь.

Работа поступила в редакцию 09.04.2012.


Библиографическая ссылка

Игнатова А.М., Артемов А.О. АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР СОВРЕМЕННЫХ И ПЕРСПЕКТИВНЫХ МАТЕРИАЛОВ И КОНСТРУКЦИЙ БРОНЕПРЕГРАД И ЗАЩИТ ОТ ПОРАЖЕНИЯ // Фундаментальные исследования. – 2012. – № 6-1. – С. 101-105;
URL: http://fundamental-research.ru/ru/article/view?id=29904 (дата обращения: 25.04.2019).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.252