Керамическая танковая броня: защита от кумулятивных снарядов

Известно, что до конца 1950-х годов проблема повышения защищенности танков решалась увеличением толщины стального массива брони. Однако вторая половина XX века стала временем взрывного роста мощи противотанковых средств, что заставило ученых искать новые пути увеличения стойкости боевых машин к поражающим факторам.

В результате наработок по данной теме, идеей комбинированного бронирования была представлена, которая сочетает в себе различные металлические и неметаллические элементы для приемлемого уровня защиты при сохранении массы танка в разумных пределах. Один из таких элементов стала керамика, которую впервые в мире серийно применили в СССР на танках Т-64. Позже, свойствами керамики заинтересовались и в других странах, в том числе в Германии, США и Франции. Керамические вставки так или иначе использовались в конструкциях танков, таких как "Абрамс", "Леопард-2" и других.

Работы по изучению керамических материалов в качестве бронирования начались еще в 1950-е годы. Конструкторы боевой техники проявили интерес в использовании керамики в качестве брони, так как она в два раза тверже стали и при этом обладает гораздо меньшей плотностью, что делает ее применение в качестве легкого противоснарядного элемента защиты возможным.

На сегодняшний день, выбор основы для броневой керамики довольно широк и ограничивается финансами и возможностями промышленности, но в конкретном случае стоит остановиться на двух вариантах: оксиде алюминия и карбиде кремния. Первый широко применялся в СССР для производства корундовых шаров, а второй получил известность на Западе во многом благодаря британской броне "Чобхэм".

Несмотря на некоторые различия в химических, физических и механических свойствах, конечный производственный цикл превращения этих материалов в защитный компонент сходен: порошок из оксида/карбида вместе с присадками различными способами спекается при высокой температуре до состояния монолита. На выходе, в зависимости от "формочки для запекания", получаются шары или блоки различной формы и толщины.

После термической обработки керамика, хотя и получает статус броневой, на самом деле еще не является полностью защищенной. Несмотря на повышенные показатели прочности, она остается, по сути, затвердевшим песком, который плохо переносит ударные перегрузки при обстреле и подвержен хрупким разрушениям. Чтобы ослабить влияние данных факторов, керамику армируют, то есть укрепляют, путем помещения в ячейки специальной подложки из вязкоразрушающегося материала. Эта техника обеспечивает более высокую степень защиты и устойчивости керамики к ударам.

В танковой броне, обычно используется сталь средней или высокой твёрдости в качестве подложки. Однако, в «скулах» башен Т-64 корундовые шары просто заливались расплавленной сталью. Это было сделано для упрощения производства и сокращения времени на изготовление. В результате, сталь проникала в керамические шары и создавала твердую связь между двумя материалами, что увеличивало устойчивость брони к ударам.

Таким образом, армирование керамики подложкой из вязкоразрушающегося материала значительно повышает ее устойчивость к ударам, а использование стали средней или высокой твёрдости в качестве подложки позволяет достичь еще большей степени защиты. Несмотря на то, что процесс производства может быть сложным и трудоемким, использование такой технологии стало необходимым для создания более эффективной брони для боевых машин.

Принцип взаимодействия керамического блока и подложки довольно прост и применяется не только в танковой броне, но и в модулях для легкой техники и даже в бронежилетах. В момент контакта с высокотвёрдой поверхностью керамики, атакующее тело (например, снаряд) получает сильные начальные повреждения. При этом, в керамике начинает распространяться ударная волна, которая приводит к её разлому на фрагменты различного размера: от порошка до крупных кусков. Если блок не имеет демпфера в виде подложки, то снаряд разбивает его вдребезги и продолжает движение.

В случае, если подложка присутствует, ситуация развивается иначе. Раскрошенной керамике некуда деваться из небольшого объёма ячейки, поэтому она продолжает оказывать на снаряд высокое давление, нанося ему дополнительные повреждения. Для достижения наилучшего результата, подложки с керамикой располагают в несколько рядов друг за другом. В этом случае можно достичь значительного увеличения степени защиты благодаря общему эффекту от армирующих материалов и уменьшения силы удара на каждом последующем слое.

Таким образом, наличие подложки из вязкоразрушающегося материала, такой как сталь, позволяет существенно повысить степень защиты керамики от атакующих тел. Установка нескольких рядов подложки с керамикой позволяет значительно усилить защиту и повысить устойчивость бронированных конструкций к повреждениям. Этот принцип применяется не только в танковой броне, но и в других видах бронирования, в том числе в бронежилетах и защитных модулях для легкой техники.

Кумулятивный эффект – это способность противотанковых боеприпасов пробивать броню благодаря высокоскоростному металлическому стержню, образованному при взрыве заряда взрывчатки. Этот стержень называется кумулятивной струей. Стандартная конструкция кумулятивного заряда включает в себя конусообразную выемку с облицовкой из меди или другого материала в носовой части заряда. В момент взрыва заряда большая часть энергии схлопывает облицовку и формирует металлическую кумулятивную струю. Скорость ее головных элементов может достигать 7-10 км/с, что обуславливает ее высокую пробивную способность.

Однако кумулятивная струя не имеет собственной прочности, и постепенно теряет свою длину в процессе пробития брони. Кумулятивные ракеты могут пробивать броню толщиной до полутора метров. Кроме того, струя может разорваться от любого, даже самого маленького предмета, который пересекает ее ось. Однако, против кумулятивных боеприпасов, твёрдость брони не играет большой роли. Вместо этого, роль играет прочность броневой преграды.

Броневая керамика способна противостоять кумулятивным боеприпасам благодаря своей высокой твёрдости и показателям прочности на сжатие. Однако, из-за отсутствия высокоскоростной рентгеновской съёмки и электродинамических способов исследования, длительное время считалось, что твёрдость керамики играет решающую роль в защите против кумулятивных боеприпасов.

Таким образом, керамический блок в броне защищает танк от кумулятивных боеприпасов не только благодаря своей твёрдости, но и благодаря своим особенностям взаимодействия с кумулятивной струёй. При попадании кумулятивного боеприпаса в керамический блок, его структура разрушается на множество мелких фрагментов, которые затем разлетаются в разные стороны. Это приводит к тому, что кумулятивная струя теряет свою энергию и не может пробить дальнейшую броневую защиту.

Однако, не стоит забывать, что керамическая броня также имеет свои недостатки. Она может быть повреждена при попадании более крупного снаряда или при сильном ударе, что снижает её эффективность. Кроме того, керамические вставки в броне довольно дорогостоящие, что делает использование такой брони не всегда экономически целесообразным.

Таким образом, керамическая броня стала важным элементом защиты танков и другой военной техники во второй половине XX века. Она позволила увеличить уровень защиты при сохранении массы танка в разумных пределах. Благодаря своим особенностям взаимодействия с кумулятивными боеприпасами, керамическая броня позволяет значительно повысить эффективность защиты танков от таких средств поражения. Однако, использование керамической брони также имеет свои недостатки и требует более тщательного и дорогостоящего производства, что делает её использование не всегда целесообразным.

При атаке кумулятивными боеприпасами на бронированные объекты, особенно на танки, керамические блоки используются в качестве дополнительной защиты. Они способны эффективно снижать энергию кумулятивной струи, что приводит к снижению её пробивной способности. Керамика действует не только за счет своей твёрдости, но и благодаря специфическому принципу взаимодействия с кумулятивными боеприпасами.

При попадании кумулятивной струи в армированный керамический блок, перед струей распространяется ударная волна, ломающая керамику на обломки. Давление за фронтом ударной волны падает, а ранее сжатые обломки заваливают канал пробоины, разрубая струю как гильотина. Таким образом, кумулятивная струя теряет свою пробивную способность, что значительно повышает эффективность керамических блоков.

При правильной установке керамических блоков можно добиться значительного увеличения защитных характеристик танка. Например, в башнях танков Т-64 первых серий установили алюминиевые вставки. При общей толщине брони «сталь+алюминий+сталь» около 600 мм такая защита давала эквивалент примерно 450 мм от кумулятивных снарядов. После появления башен с корундовыми шарами общая толщина брони была снижена до 450 мм, а эквивалент от кумулятивных снарядов так и остался равен 450 мм. При правильном использовании керамических блоков можно добиться двукратного превосходства над стальным массивом в защите от кумулятивных боеприпасов.

Тем не менее, применение керамических блоков имеет и свои недостатки. Высококачественная керамика довольно дорога в производстве, что может значительно увеличить стоимость танка.

Керамическая броня также имеет некоторые ограничения, касающиеся ее применения в реальных условиях. Она может быть уязвима для других видов атак, например, для термических бомб и бронебойных снарядов кинетического действия, которые могут пройти сквозь несколько слоев керамики. Кроме того, керамическая броня имеет высокий уровень ломкости и хрупкости, что может привести к ее разрушению в процессе транспортировки, хранения или монтажа.

Тем не менее, керамическая броня остается важным элементом защиты военной техники. Современные технологии и материалы позволяют создавать более прочные и надежные блоки из керамики, которые могут обеспечить эффективную защиту от кумулятивных боеприпасов и других видов атак. Керамика также используется в производстве бронежилетов и других средств индивидуальной защиты, обеспечивая высокий уровень защиты при сравнительно небольшой массе и объеме.

Керамическая броня является важным элементом в системе бронирования военной техники. Она обеспечивает высокий уровень защиты при сравнительно небольшой массе и объеме, что позволяет создавать более легкие и маневренные боевые машины. Однако, чтобы использовать керамику наиболее эффективно, необходимо учитывать ее ограничения и применять ее в сочетании с другими элементами бронирования и средствами защиты.