makulaturoman (makulaturoman) wrote,
makulaturoman
makulaturoman

Category:

Полуактивная защита бронетехники\объектов. "Эффект бильярда".

Хотелось бы описать мысль о возможных перспективах построения "живучей" противокумулятивной защите транспортных средств (бронетехнике), опираясь на экспериментальные данные.
Нашел, относительно свежий (2007 года) и интересный доклад Проскурякова, Сорокина, Фомина, где соотечественниками была разработана инженерная методика исследования углового воздействия кумулятивной струи на поверхность брони.

"Для того чтобы исключить влияние общего основания на схлопывание облицовки заряда, он устанавливался на подставку из пенопласта. В качестве преграды использовалась пластина из броневой стали средней твердости и толщиной 30 мм. Величина угла между осью заряда и поверхностью преграды не превышала 8 градусов. Скорость на начальном участке КС измерялась с помощью рентгеноимпульсной установки. В ряде экспериментов перед зарядом устанавливался металлический экран, который поглощал часть КС, в результате чего на преграду попадали более низкоскоростные части КС.
Результат взаимодействия КС и преграды в режиме рикошета показан на рис. 4.
"

Полученные в результате натурного эксперимента данные позволяют смоделировать первую простейшую схему защиты от воздействия кумулятивной струи:

Уголковые рикошетирующие бронеэлементы:

Общий вид




Состоит из отдельных листов, получаемых посредством холодной штамповки. Угол наклона граней элементов зависит от: прочности (трещиностойкость), твердости поверхности, толщины бронеэлемента; наиболее вероятного угла встречи с кумулятивной струей.

Шаровые поглощающе-рикошетирующие бронеэлементы:

Общая схема пассивно-полуактивной противокумулятивной защиты (сечение модуля):

screenshot 2015-06-13 001.jpg
На данном рисунке окружностями обозначены корундовые шары, поглощающие энергию кумулятивной струи, а стрелками показано примерное направления их вращения под действием кумулятивной струи. Вращение изначально не происходит, так как скорость струи выше скорости упругой волны в материале.

Прицип действия

Как известно, кумулятивная струя крайне неусточива в поперечном направлении, достаточно небольшой нагрузки для ее дискретизации.
По мере прохождения струи через серию "бронешаров" начинается ее разрушение (дробление, рассеивание, размывание по объему) и порционное отклонение от изначальной траектории. На это расходуется большая часть кинетической энергии, а именно на приведение в колебательное, вращательное движение соседних бронеэлементов, что в принципе напоминает "бильярдный эффект".
В результате этого "ослабленная", полурассеянная струя (снаряд) и образовавшиеся при этом осколки легко задерживаются основной броней. Но, что хочу отметить, если скорость кумулятивной струи будет выше скорости упругой волны (скорость звука) в материале бронеэлементов, то первый участок струи это не каснется.

Чем дальше от центра шара проходит струя, тем больше плечо и момент. Шары вращаются относительно друг друга, касаясь соседих (6 точек), либо расставлены на некоторое расстояние посредством послойной заливки\засыпки наполнителя. Пространство между броневыми элементами может быть заполнено любым материалом-наполнителем, позволяющим снизить общую массу, либо уменьшить трение, либо задержать более мелкие брызги металла, оказав дополнительное сопротивление. Верхний слой данных шаров покрывается твердой смазкой перед установкой в модуль (возможен и иной вариант облегчения моментального скольжения).

Дополнение: По мере вращения шара и возникновения "моментальных рикошетирующих площадок",  при оговоренном ранее угле встречи (4-8 градусов для соотв. материалов) происходит рикошет струи.
Принцип аналогичен данному патенту (приведена грубая иллюстрация, поскольку скорость звука в материале вероятно меньше скорости струи):
1 - вращаемое тело, 2 - легкий наполнитель не препятствующий вращению тела, 3 - отклонение кумулятивной струи. Черной точкой обозначена ось вращения.

Общий вид:



Модернизация

Можно попытаться пойти немногим дальше, опираясь на принцип действия пакетов с отражающими листами.
Структура брони с отражающими листами представляет собой преграду, состоящую из 3-х слоев: плиты, прокладки и тонкой пластины.


Струя, проникая в плиту, создает напряжения, приводящие сначала к местному вспучиванию тыльной поверхности (а), а затем к ее разрушению (б). При этом происходит значительное вспучивание прокладки и тонкого листа. Когда струя пробивает прокладку и тонкую пластину, последняя уже начала движение в сторону от тыльной поверхности плиты (в). Поскольку между направлением движения струи и тонкой пластины имеется некоторый угол, то в какой-то момент времени пластина начинает набегать на струю, разрушая ее. Эффект от использования «отражающих» листов может достигать 40% в сравнении с монолитной броней той же массы.

Данный эффект вполне подходит, как мне кажется, для комбинации с вышеописанными схемами и приемами поглощения энергии струи, но требуется натурный эксперимент подтверждающий данное положение.

Материалы

Основными требованиями к материалу шаров остаются: прочность (отколы), поверхностная твердость, легкость, дешевизна производства (25 руб\кг - корунд) и серийность. Достаточная гладкость поверхности, компенсируемая смазкой.
Твердая смазка (как основа молибденит или иная),  позволяющая осуществлять вращение шара под действием струи при малых плечах и высоком давлении.
Наполнитель межбронеэлементный: карбид кремния или песок (на сегодня в 170 раз дешевле первого материала, но хуже препятствует)
Материал корпуса модуля защиты должен способен удерживать большие мгновенные напряжения на разрыв, а не рассыпаться.

Инициатором подрыва может выступать и цепочная сетка:
Но с прикреплением горизонтальных полосок, закрывающих сквозные промежутки, для колпачков-детонаторов гранат, ракет.

Эффективнее же, на мой взгляд, жесткая схема, где используются режущие полоски с кромкой и достаточным, по отношению к прочности корпуса снаряда, временным сопротивлением на разрыв. Они ломают целостность кумулятивной облицовки снаряда\гранаты, сводя поражающее действие лишь к фугасности. Но и это может быть заменено на прокатный лист.
Главное назначение: сохранение целостности объема модуля после многочисленных фугасных воздействий.

Эффективность

Если механика взаимодействия такова, какой я себе ее сейчас представляю, то можно прикинуть приблизительную эффективность данной защиты от кумулятивной струи по отношению к стандартной броне. Для приведенной выше условной схемы в 500 мм модуле геометрически оценивается от 500 мм до 1500 мм (более) стандартной однородной брони.
Верхний предел условен, в нем не учитывается рассеивание струи, "бильярдный эффект" и др. Ничтожно маловероятный случай расценивается как 250 мм брони.

Ремонтопригодность

Количество выдерживаемых попаданий до первого представляется достаточно большим (более 5 снарядов) и зависит прежде всего от стойкости к фугасному воздействию корпуса модуля, крайне важно следить за состоянием корпуса модуля (трещины, сильные деформации, прогибы, вмятины, сколы), чтобы не произошло его разрушение после попадания.
При необходимости модуль может вручную демонтироваться для извлечения и замене поврежденных бронеэлементов .

PS

Последняя схема требует экспериментальной проверки, в особенности наличия вращения шаров по мере проникновения струи внутрь него.
Это опасение вызвано ниже указанным и упомянутым патентом, где принципиальная схема была заключена во вращение насаженных на вертикальные оси вр. цилиндров, пока она представляется менее работоспособной, вероятно частое заклинивание из-за высокой силы трения покоя, инерции с дальнейшим стандартным гидродинамическим проникновением струи, одноплоскостная эффективность.
Если в случае эксперимента кумулятивная струя проходит много быстрее суммарного вращения бронеэлементов и не происходит оговоренной выше дискретизации, то такую схему можно признать неработоспособной, по отношению к кумулятивным снарядам (свыше 4 км\с).
Отдельного внимания натурного эксперимента заслуживают снаряды с принципом ударного ядра (до 4 км\с).


Материалы по теме:
Бронирование современных отечественных танков — Статьи М.В. Павлова и И.В. Павлова «Отечественные бронированные машины 1945-1965». ТиВ №3 2009
▶ Как работают твердые смазки - YouTube
makulaturoman: КАЗ. Кумулятивный удар в плоскости.
Рикошет кумулятивной струи
Проникание кумулятивной струи в многослойные и металлокерамические материалы
Броневой элемент
Бирюков B.C. "Применение брони в военном деле". Воениздат. 1961 г., с. 21-30. Журнал "Зарубежное военное обозрение". 1989 г., N 1, с. 25-32
Пулезащитная гибкая конструкция
Кумулятивные заряды.pdf
Passive armour system against RPG-7.pdf
Способ защиты бронетехники и сооружений от кумулятивной струи
Patente - Registerauskunft - Патент на близкую схему, но без учета вращения броневых элементов (только рикошетирование, отклонение от заданной траектории)
Andrei-bt - Принципиальные особенности функционирования ЗУДТ невзрывного действия
Кинетика внедрения кумулятивной струи в хрупкие материалы.pdf
Высокоскоростное проникание плоских кумулятивных струй в нелинейные среды.pdf

Tags: Россия, концепт, оборонка, промышленность, раздача патентов, танкостроение
Subscribe
  • Post a new comment

    Error

    default userpic

    Your IP address will be recorded 

    When you submit the form an invisible reCAPTCHA check will be performed.
    You must follow the Privacy Policy and Google Terms of use.
  • 1 comment