السيراميك في درع الدبابة: الحماية من مقذوفات الحرارة
كما هو معروف ، حتى نهاية الخمسينيات من القرن الماضي ، كانت مشكلة زيادة الأمن الدبابات تم حلها بطريقة تافهة إلى حد ما - عن طريق زيادة سمك مجموعة الدروع الفولاذية. ومع ذلك ، شهد النصف الثاني من القرن العشرين نموًا هائلاً في قوة الأسلحة المضادة للدبابات: دخلت قذائف جديدة من عيار صغير مع منصة نقالة قابلة للفصل ، وتم تطوير الذخيرة التراكمية بشكل عام على قدم وساق. أجبر هذا العلماء على البحث عن طرق أخرى لزيادة مقاومة المركبات القتالية للعوامل الضارة.
أدت التطورات في هذا الموضوع في النهاية إلى فكرة الدروع المدمجة ، والتي تجمع بين العديد من العناصر المعدنية وغير المعدنية لمستوى مقبول من الحماية مع الحفاظ على كتلة الخزان ضمن حدود معقولة. كان أحد هذه العناصر هو الخزف ، الذي تم إنتاجه بكميات كبيرة لأول مرة في العالم في اتحاد الجمهوريات الاشتراكية السوفياتية على دبابات T-64. في وقت لاحق ، أصبحت دول أخرى مهتمة بممتلكاتها ، بما في ذلك ألمانيا والولايات المتحدة وفرنسا. هناك معلومات تفيد بأن إدخالات السيراميك تم استخدامها بطريقة أو بأخرى في بناء دبابات أبرامز ، وخزانات ليوبارد 2 ، وما إلى ذلك.
التصميم الإنشائي للسيراميك المدرع
بدأ العمل في دراسة المواد الخزفية كدروع في الخمسينيات من القرن الماضي. كان اهتمام مصممي المعدات العسكرية بهذا النوع من الدروع مفهومة تمامًا. نظرًا لكونه أكثر صلابة من الفولاذ ، فإن السيراميك يتميز بكثافة أقل بكثير ، مما يجعل من الممكن استخدامه كعنصر خفيف مضاد للصواريخ الباليستية لحماية الماكينة.
الخصائص الفيزيائية الميكانيكية لمواد السيراميك. المصدر: كتاب "أسئلة جزئية عن المقذوفات النهائية". دار النشر MSTU im. بومان
حتى الآن ، يعد اختيار القاعدة للسيراميك المدرع واسعًا جدًا ويقتصر عمومًا على الموارد المالية وقدرات الصناعة ، ولكن في حالة معينة ، من الجدير التوقف عند خيارين: أكسيد الألومنيوم وكربيد السيليكون. تم استخدام الأولى على نطاق واسع في اتحاد الجمهوريات الاشتراكية السوفياتية لإنتاج نفس كرات اكسيد الالمونيوم ، والثانية اشتهرت في الغرب إلى حد كبير بسبب درع شوبهام البريطاني.
إذا تركنا جانباً بعض الاختلافات في الخواص الكيميائية والفيزيائية والميكانيكية ، فإن دورة الإنتاج النهائية لتحويل هذه المواد إلى مكون وقائي متشابهة: مسحوق أكسيد / كربيد ، مع الإضافات بطرق مختلفة ، يتم تلبيده عند درجة حرارة عالية إلى حالة متراصة . عند الإخراج ، اعتمادًا على "قالب الخبز" ، يتم الحصول على كرات أو كتل من مختلف الأشكال والسماكات.
بعد المعالجة الحرارية ، فإن السيراميك ، على الرغم من حصوله على وضع الدروع ، في الواقع ، ليس كذلك بعد. على الرغم من القوة المتزايدة ، إلا أنها تظل رملاً صلبة بشكل أساسي ، والتي لا تتحمل أحمال الصدمات أثناء القصف وعرضة للكسر الهش. لإضعاف تأثير هذه العوامل ، يتم تعزيزه عن طريق وضع ركيزة خاصة مصنوعة من مادة مطيلة في الخلايا. في درع الدبابة ، عادة ما تكون مصنوعة من الفولاذ ذي الصلابة المتوسطة أو العالية ، على الرغم من أنه في "عظام الخد" لأبراج T-64 ، تم سكب كرات اكسيد الالمونيوم ببساطة بالفولاذ المنصهر.
كرات اكسيد الالمونيوم في عظام خدود برج سلسلة T-64A المتأخرة ، وكذلك T-64B وتعديلاته. المصدر: warspot.ru
مبدأ التفاعل بين الكتلة الخزفية والركيزة بسيط للغاية ولا ينطبق فقط على دروع الدبابات ، ولكن أيضًا على وحدات المركبات الخفيفة وحتى السترات الواقية من الرصاص. في لحظة ملامسة سطح السيراميك شديد الصلابة ، يتلقى الجسم المهاجم (المقذوف) ضررًا أوليًا شديدًا ، بينما تبدأ موجة الصدمة بالانتشار فيه ، مما يؤدي إلى تكسيرها إلى شظايا بأحجام مختلفة: من المسحوق إلى القطع الكبيرة . إذا لم يكن للكتلة مثبط على شكل ركيزة ، فهذا كل شيء وينتهي: القذيفة تحطمها إلى قطع صغيرة وتستمر في التحرك.
في وجود الركيزة ، يكون الوضع مختلفًا: لا يوجد مكان يذهب إليه الخزف المنهار من الحجم الصغير للخلية ، لذلك يستمر في ممارسة ضغط عالٍ على المقذوف ، مما يؤدي إلى إتلافه. للحصول على أفضل نتيجة ، يتم ترتيب ركائز السيراميك في عدة صفوف واحدة تلو الأخرى - في هذه الحالة ، يمكن تحقيق زيادة كبيرة في الحماية.
خيار تركيب السيراميك في درع الدبابة. يتم ترتيب الكتل في خلايا مربعة. يتم تنفيذ دور الركيزة بواسطة اللوحة الخلفية. المصدر: كتاب الدفاع عن الدبابات. دار نشر جامعة موسكو التقنية الحكومية بومان
لسوء الحظ ، لا يعمل السيراميك بفعالية كبيرة ضد المقذوفات ذات الزعانف الخارقة للدروع ذات النوى العالية الاستطالة المصنوعة من السبائك الثقيلة القائمة على اليورانيوم أو التنجستن. لكن عملها على الطائرة التراكمية فريد حقًا.
درع سيراميك ضد مقذوفات الحرارة
نظرًا لعدم وجود طرق عالية السرعة للتصوير بالأشعة السينية والبحث الديناميكي الكهربائي ، فقد ساد الاعتقاد لفترة طويلة أن الخزفيات المدرعة تقاوم مدمرات الدبابات التراكمية فقط بسبب صلابتها وقوة ضغطها العالية. بشكل عام ، كان هذا يتماشى مع النظريات السائدة منذ 70 عامًا والتي تقول إنه كلما زادت صلابة المواد ، كان ذلك أفضل للدروع ، ولكن في الواقع ، كانت الأمور مختلفة بعض الشيء. من أجل فهم العملية بشكل أفضل ، تحتاج إلى الخوض قليلاً في براري المفاهيم الأساسية للتأثير التراكمي.
بدون استثناء ، تم تجهيز جميع الذخائر التراكمية المضادة للدبابات بشحنة متفجرة ، يصنع في القوس منها شق مخروطي الشكل بزاوية فتح مختلفة. لها بطانة - غالبًا من النحاس ، ولكن يمكن استخدام مواد أخرى. في لحظة تفجير الشحنة ، تتسبب معظم طاقة الانفجار في انهيار البطانة وتشوهها بشكل بلاستيكي ، وتشكل نفاثًا تراكميًا معدنيًا يزداد طوله باستمرار. تبلغ سرعة عناصر رأسه من 7 إلى 10 كم / ثانية ، لذا فإن الدرع الفولاذي الذي يتلامس معه يتصرف وفقًا لقوانين الديناميكا المائية ، ويفقد كل خصائص قوته. ومن هنا تأتي قدرة الاختراق العالية ، حيث تصل لبعض الصواريخ التراكمية إلى متر ونصف المتر من الكتلة الفولاذية.
لكن الطائرة التراكمية ليس لها قوتها الخاصة. عند اختراق الدرع ، فإنه يفقد طوله تدريجيًا (يعمل) ، ويلطخ نفسه حرفيًا على حواف الفتحة. يؤثر نقص القوة أيضًا على الاستقرار الجانبي للطائرة: يمكن أن تنفجر من أي جسم ، حتى أصغرها ، يعبر محوره. يعتمد عمل أنظمة الحماية الديناميكية المتفجرة وغير المتفجرة على هذه الثغرة الأمنية.
ضد قذائف خارقة للدروع من الحركة الحركية ، تلعب صلابة حاجز الدروع دورًا مهمًا ، ولكن لا يهم عمليًا ضد قذائف الحرارة. أظهرت الاختبارات المقارنة في شكل قصف مختبري لكتل السيراميك والألمنيوم أن النفاثات التراكمية تعمل - تفقد طولها أثناء الاختراق - كما هي تقريبًا ، على الرغم من أن السيراميك أصعب بكثير من هذا المعدن. ومع ذلك ، عند الخروج من العوائق التي تم قصفها ، كانت حالة الطائرة مختلفة. إذا كان ، بعد اختراق درع الفولاذ / الألومنيوم ، قد خرج سليماً نسبيًا ، فبعد إدخال السيراميك ، تمزق إلى عدد كبير من القطع مع اختراق شبه الصفر.
نمط الأشعة السينية لطائرة تراكمية بعد التغلب على حاجز معدني. المصدر: كتاب "أسئلة جزئية عن المقذوفات النهائية". دار نشر جامعة موسكو التقنية الحكومية بومان
نمط الأشعة السينية لطائرة تراكمية بعد التغلب على عقبة بكربيد السيليكون. المصدر: كتاب "أسئلة جزئية عن المقذوفات النهائية". دار نشر جامعة موسكو التقنية الحكومية بومان
كما ذكرنا سابقًا ، يعتبر السيراميك مادة هشة نوعًا ما ، ولكن لها ميزة واحدة ، وهي القدرة على تجميع طاقة الانضغاط المرن لفترة وجيزة. من الناحية العملية ، يبدو مثل هذا.
انهيار نفاثة تراكمية بطبقات من الخزف المدمر. SW هي موجة صدمة ، VR هي موجة خلخلة. المصدر: كتاب "أسئلة جزئية عن المقذوفات النهائية". دار نشر جامعة موسكو التقنية الحكومية بومان
في لحظة تغلغل النفاثة التراكمية أمامها في الكتلة الخزفية المقواة ، تنتشر موجة الصدمة ، مما يؤدي إلى تكسير السيراميك إلى شظايا صغيرة وكبيرة ، مما يؤدي إلى تقلصها. في هذه الأثناء ، يبدأ الضغط خلف مقدمة موجة الصدمة في التراجع ، وتملأ الشظايا المضغوطة مسبقًا قناة الفتحة ، وتقطع النفاثة مثل المقصلة.
وبالتالي ، تفقد الطائرة التراكمية رأسها - الجزء الأكثر سرعة واختراقًا - مما يؤثر سلبًا على تقدمها الإضافي في طبقات الدروع. في الواقع ، يعمل السيراميك في هذه الحالة كعنصر نشط يستخدم طاقته لتحييد الذخيرة التراكمية. بالطريقة نفسها ، ولكن بكفاءة منخفضة ، يعمل البديل الرخيص - إدخالات مصنوعة من الرمل المرتبط بمادة السيليكات في أبراج خزانات T-72 المبكرة ، والتي لا يزال بعضها ، بموجب مؤشر T-72M1 ، في الخدمة مع بعض بلدان.
ما الذي يمكن أن يقدمه الخزف ، بالقيمة الحقيقية ، مقابل المقذوفات التراكمية؟ يمكنك إلقاء نظرة على T-64. تم إنتاج السلسلة الأولى من هذه الخزانات بأبراج ، في "عظام الخد" التي تم تركيب حشوات من الألومنيوم. مع السماكة الإجمالية للدروع "فولاذ + ألمنيوم + صلب" حوالي 600 مم ، أعطت هذه الحماية ما يعادل حوالي 450 مم من المقذوفات التراكمية. بعد ظهور الأبراج مع كرات اكسيد الالمونيوم ، تم تقليل السماكة الكلية للدروع إلى 450 ملم ، وظل ما يعادل "الركام" يساوي 450 ملم. بشكل عام ، من خلال التثبيت الصحيح لمادة حشو السيراميك ، من الممكن تحقيق تفوق مزدوج على مجموعة الفولاذ. بسيط للغاية: طبقة من السيراميك بسمك 100 مم ستوفر الحماية مثل صفيحة فولاذية بسمك 200 مم. من السهل حساب الفوائد من حيث الوزن والحجم.
توجد ذبابة في المرهم أيضًا. يعد السيراميك عالي الجودة متعة باهظة الثمن ، مما سيؤثر بالتأكيد على التكلفة النهائية للخزان. عيب آخر: لا يعمل عند تثبيته بزاوية كبيرة ، لأن موجة الصدمة التي تلامس النفاثة التراكمية (المقذوف أيضًا) ستسبب تدميرًا مبكرًا في جميع أنحاء سماكة الكتلة بأكملها في وقت واحد. يمكن حل هذه المشكلة من خلال ترتيب "متدرج" للكتل ذات الحجم الصغير ، لكن هذا يتطلب أموالاً إضافية. أيضًا ، قد تكون المشكلة غير الواضحة ، ولكنها مهمة ، هي أن السيراميك عرضة للمقذوفات التراكمية الترادفية - إذا اخترقت الشحنة الرئيسية الطبقة الأمامية للدروع واصطدمت بها ، فلن تشكل أي تهديد للشحنة الرئيسية ببساطة. لأنه سيتم تدميرها.
تلخيصا ، يمكننا أن نقول ما يلي. عمل الخزف ، ولا داعي لإنكاره. شيء آخر هو أنه ، باعتباره المكون الرئيسي لدرع الدبابات ، لم يعد مستخدمًا. على مدار الثلاثين إلى الأربعين عامًا الماضية ، تغيرت الاتجاهات كثيرًا. يتم استخدام حماية ديناميكية غير قابلة للانفجار أكثر فاعلية ضد مقذوفات الحرارة. عادة ما نسميها درع شبه نشط ، مدمج في جبهة الهيكل والبرج. ومع ذلك ، لا ينبغي الحسم من الخزف المدرع. كعنصر حماية إضافي ، بما في ذلك الوحدات المثبتة على الدروع ، فهو مناسب تمامًا.
معلومات