Chobham armor — неофициальное название композитной брони, разработанной в 1960-х годах в Military Vehicles and Engineering Establishment , британском танковом исследовательском центре на Chobham Lane в Чертси . С тех пор это название стало общим общим термином для композитной керамической брони для транспортных средств . Другие неофициальные названия, данные Chobham armor, включают Burlington и Dorchester . Special armor — более широкий неофициальный термин, относящийся к любой конструкции брони, включающей сэндвич- реактивные пластины, включая Chobham armor.
В Министерстве обороны (МО) Чобхэм обычно относится конкретно к невзрывной реактивной броне и керамическим композитам , в то время как Дорчестер обычно относится к дополнительным пакетам брони, в основном состоящим из взрывной реактивной брони и разнесенной брони , хотя в разговорной речи их часто объединяют.
Хотя детали конструкции брони Chobham остаются в секрете, ее описывают как состоящую из керамических плиток, заключенных в металлический каркас и соединенных с опорной пластиной и несколькими эластичными слоями. Благодаря чрезвычайной твердости используемой керамики, они обеспечивают превосходную устойчивость к кумулятивным зарядам, таким как кумулятивные противотанковые снаряды, и они разрушают проникающие снаряды кинетической энергии .
Броня была впервые испытана в контексте разработки британского прототипа машины FV4211 и впервые применена на предсерийном американском M1. Только M1 Abrams , Challenger 1 , Challenger 2 и K1 88-Tank [1] были раскрыты как бронированные таким образом. Каркас, удерживающий керамику, обычно изготавливается большими блоками, [ требуется цитата ] придавая этим танкам, и особенно их башням, характерный угловатый вид.
Благодаря чрезвычайной твердости используемой керамики плитки обеспечивают превосходное сопротивление кумулятивной струе и разрушают проникающие снаряды с кинетической энергией (KE-пенетраторы). (Измельченная) керамика также сильно истирает любой проникающий снаряд. Против более легких снарядов твердость плиток вызывает эффект разрыва : более высокая скорость в определенном диапазоне скоростей ( зазор ) не приведет к более глубокому проникновению, а вместо этого уничтожит снаряд. [2]
Поскольку керамика настолько хрупкая , входной канал кумулятивной струи не гладкий, как это было бы при проникновении в металл, а рваный, вызывая экстремальные асимметричные давления, которые нарушают геометрию струи (от которой критически зависят ее пробивные способности), поскольку ее масса относительно мала. Это инициирует порочный круг , поскольку нарушенная струя вызывает еще большие неровности в керамике, пока в конце концов она не будет побеждена. Более новые композиты, хотя и более жесткие, оптимизируют этот эффект, поскольку плитки, изготовленные из них, имеют слоистую внутреннюю структуру, способствующую этому, вызывая «отклонение трещины». [3] Этот механизм, использующий собственную энергию струи против нее, привел к тому, что эффекты Чобхэма стали сравнивать с эффектами реактивной брони . [ требуется ссылка ]
Это не следует путать с эффектом, используемым в невзрывной реактивной броне : это сэндвич инертного, но мягкого эластичного материала, такого как резина, между двумя бронелистами. Воздействие либо кумулятивной струи, либо бронебойного оперенного подкалиберного снаряда (APFSDS) с кинетической энергией (KE) длинностержневого пенетратора после того, как первый слой был перфорирован и во время пробития резинового слоя, приведет к деформации и расширению резины, таким образом, деформируя как заднюю, так и переднюю пластины. Оба метода атаки будут страдать от препятствий на их ожидаемых путях, поэтому испытывают большую толщину брони, чем есть номинально, тем самым снижая пробитие. Также для пробития стержня поперечная сила, испытываемая из-за деформации, может привести к тому, что стержень разрушится, согнется или только изменит свой путь, снова снижая пробитие. [ необходима цитата ]
Все версии брони Chobham включают в себя большой объем пластин неэнергетической реактивной брони (NERA), [ требуется ссылка ] [ сомнительно – обсудить ] с дополнительной жесткой броней перед NERA (предназначенной для защиты элементов NERA и разрушения пенетратора до того, как он столкнется с NERA) и/или за NERA (предназначенной для улавливания осколков длинных стержней или кумулятивных струй после того, как они были сломаны или разрушены передней пластиной и NERA). Это еще один фактор в пользу башни с плоскими бортами или клиновидной формы: количество материала, которое расширяющиеся пластины выталкивают на путь атаки, увеличивается по мере того, как они размещаются ближе к параллельному направлению этой атаки. [4]
На сегодняшний день лишь несколько танков с броней Chobham были уничтожены огнем противника в бою; значимость отдельных случаев потери танков для определения защитных качеств брони Chobham трудно установить, поскольку степень защиты таких танков керамическими модулями не разглашается. [ необходима цитата ]
Во время второй иракской войны в 2003 году танк Challenger 2 застрял в канаве во время боя в Басре против иракских войск. Экипаж оставался в безопасности внутри в течение многих часов, композитная броня Burlington LV2 защищала их от вражеского огня, включая множественные реактивные гранаты . [5]
Керамические плитки имеют проблему способности выдерживать множественные удары , поскольку они не могут выдерживать последовательные удары без быстрой потери значительной части своей защитной ценности. [6] Чтобы минимизировать последствия этого, плитки делаются как можно меньше, но элементы матрицы имеют минимальную практическую толщину около 25 мм (приблизительно один дюйм), и коэффициент покрытия, обеспечиваемый плитками, станет неблагоприятным, устанавливая практический предел в диаметре около десяти сантиметров (приблизительно четыре дюйма). Небольшие шестиугольные или квадратные керамические плитки заключаются в матрицу либо путем изостатического прессования их в нагретую матрицу, [7] либо путем склеивания их эпоксидной смолой. С начала 1990-х годов было известно, что удержание плиток под постоянным сжатием их матрицей значительно повышает их устойчивость к кинетическим пенетраторам, чего трудно достичь при использовании клеев. [8]
Матрица должна быть подкреплена пластиной, как для усиления керамических плиток сзади, так и для предотвращения деформации металлической матрицы кинетическим ударом. Обычно опорная пластина имеет половину массы композитной матрицы. [9] Сборка снова прикреплена к эластичным слоям. Они несколько поглощают удары, но их основная функция - продлить срок службы композитной матрицы, защищая ее от вибраций . Несколько сборок могут быть сложены друг на друга в зависимости от доступного пространства; таким образом броня может быть сделана модульной, заменяемой и более приспособленной к различным тактическим ситуациям. Толщина типичной сборки сегодня составляет около пяти-шести сантиметров. Более ранние сборки, так называемые матрицы глубины проникновения (DOP), были толще. Относительная составляющая поражения интерфейса защитного значения керамики намного больше, чем у стальной брони. Использование ряда более тонких матриц снова увеличивает этот компонент для всего пакета брони, эффект аналогичен использованию чередующихся слоев высокотвердой и более мягкой стали, что типично для лобовых частей современных советских танков.
Керамическая плитка не имеет практически никаких преимуществ от наклонной брони , поскольку она не обладает достаточной прочностью, чтобы значительно отражать тяжелые проникающие снаряды. Действительно, поскольку один скользящий выстрел может расколоть много плиток, размещение матрицы выбирается таким образом, чтобы оптимизировать вероятность перпендикулярного попадания, что является изменением предыдущей желаемой конструктивной особенности для обычной брони. Керамическая броня обычно даже обеспечивает лучшую защиту для заданной поверхностной плотности при размещении перпендикулярно, чем при размещении наклонно, поскольку трещины распространяются вдоль нормали к поверхности пластины. [10] Вместо округлых форм башни танков, использующих броню Chobham, обычно имеют вид плиты.
Опорная пластина отражает энергию удара обратно на керамическую плитку в более широком конусе. Это рассеивает энергию, ограничивая растрескивание керамики , но также означает, что повреждается более обширная область. Откалывание, вызванное отраженной энергией, может быть уменьшено за счет тонкого слоя графита на поверхности керамики, поглощающего энергию, не заставляя ее сильно отскакивать, как это сделала бы металлическая лицевая пластина.
Плитка под давлением страдает от ударов гораздо меньше; в этом случае может быть выгодно иметь металлическую лицевую пластину, которая также подвергает плитку перпендикулярному сжатию. Заключенная в керамическую плитку затем укрепляет металлическую лицевую пластину, что является обратной стороной обычной ситуации.
В керамической броне произошло постепенное технологическое развитие: керамические плитки, сами по себе уязвимые к ударам низкой энергии, сначала были усилены путем приклеивания их к задней пластине; в девяностых годах их сопротивление было увеличено путем сжатия по двум осям; на заключительном этапе была добавлена третья ось сжатия для оптимизации ударопрочности. [11] Для ограничения керамического сердечника используются несколько передовых технологий, дополняющих традиционную механическую обработку и сварку, включая спекание материала суспензии вокруг сердечника; литье расплавленного металла под давлением вокруг сердечника и распыление расплавленного металла на керамическую плитку. [12]
За эти годы были разработаны более новые и прочные композиты, обеспечивающие примерно в пять раз большую защиту, чем исходная чистая керамика, лучшие из которых снова были примерно в пять раз эффективнее стальной пластины равного веса. Они часто представляют собой смесь нескольких керамических материалов или композитов с металлической матрицей , которые объединяют керамические соединения в металлической матрице. Последние разработки включают использование углеродных нанотрубок для еще большего повышения прочности. [ необходима цитата ] Коммерчески производимая или исследуемая керамика для такого типа брони включает карбид бора , [13] карбид кремния , оксид алюминия ( сапфир или «глинозем»), нитрид алюминия , борид титана и синдит , синтетический алмазный композит. Из них карбид бора является самым твердым и легким, [13] но также самым дорогим и хрупким. Композиты из карбида бора сегодня предпочтительны для керамических пластин, защищающих от более мелких снарядов, таких как используемые в бронежилетах и бронированных вертолетах ; Это было первое общее применение керамической брони в начале шестидесятых годов. [14] Карбид кремния лучше подходит для защиты от более крупных снарядов, чем карбид бора, поскольку последний материал претерпевает фазовый коллапс при ударе снаряда, летящего со скоростью более 850 м/с. [13] [15] Керамика может быть создана методом спекания без давления или горячего прессования . Требуется высокая плотность, поэтому остаточная пористость должна быть минимизирована в конечной части.
Изготовление матрицы из титанового сплава обходится очень дорого, но этот металл ценится за свою легкость, прочность и устойчивость к коррозии, которая является постоянной проблемой. [ необходима цитата ]
Опорная пластина может быть изготовлена из стали , но, поскольку ее основная функция заключается в улучшении стабильности и жесткости сборки, алюминий более эффективен по весу в легких бронированных боевых машинах (ББМ) только для защиты от легкого противотанкового оружия . Деформируемая композитная опорная пластина может сочетать функцию металлической опорной пластины и эластичного слоя. [ необходима цитата ]
Конфигурация брони первых западных танков, использующих броню Chobham, была оптимизирована для поражения кумулятивных зарядов , поскольку управляемые ракеты рассматривались как наибольшая угроза. Однако в восьмидесятые годы они начали сталкиваться с улучшенными советскими кинетическими сердечниками 3БМ-32, затем 3БМ-42 , против которых керамический слой был не особенно эффективен: исходная керамика имела сопротивление сердечникам около трети по сравнению с кумулятивными снарядами; для новейших композитов оно составляет около одной десятой. Типичный пример, 3БМ-42 представляет собой сегментированный снаряд, передние сегменты которого принесены в жертву для расширения пластин NERA в передней части массива брони, оставляя отверстие для заднего сегмента, чтобы ударить по керамике с полной эффективностью. По этой причине многие современные конструкции включают дополнительные слои тяжелых металлов , чтобы добавить большую плотность к общему пакету брони. [ необходима цитата ]
Внедрение более эффективных керамических композитных материалов позволяет увеличить ширину этих металлических слоев внутри оболочки брони: учитывая определенный уровень защиты, обеспечиваемый композитной матрицей, она может быть тоньше. Поскольку эти металлические слои плотнее, чем остальная часть композитного массива, увеличение их толщины требует уменьшения толщины брони в некритических областях транспортного средства. [16] Обычно они образуют внутренний слой, размещенный под гораздо более дорогостоящей матрицей, [17] чтобы предотвратить ее обширное повреждение в случае, если металлический слой сильно деформируется, но не поразит пенетратор. Их также можно использовать в качестве опорной пластины для самой матрицы, но это ставит под угрозу модульность и, следовательно, тактическую приспособляемость системы брони: керамические и металлические модули больше не могут быть заменены независимо. Кроме того, из-за своей чрезвычайной твердости они деформируются недостаточно и будут отражать слишком большую часть энергии удара, причем в слишком широком конусе, на керамическую плитку, повреждая ее еще больше. В качестве металлов использовались вольфрамовый сплав для Challenger 2 [18] или, в случае M1A1HA (Heavy Armor) и более поздних вариантов американского танка, сплав обедненного урана . [19] Некоторые компании предлагают модули из карбида титана . [ необходима цитата ]
Эти металлические модули функционируют по принципу перфорированной брони (обычно с использованием перпендикулярных стержней), с множеством пространств расширения, что снижает вес до одной трети, сохраняя при этом защитные качества довольно постоянными. Обедненный урановый сплав M1 был описан как «расположенный в виде матрицы брони» [20] , а один модуль — как «оболочка из нержавеющей стали, окружающая слой (вероятно, толщиной в один или два дюйма) обедненного урана, сплетенный в сетчатое одеяло». [21]
Такие модули также используются танками, не оснащенными броней Chobham. Сочетание композитной матрицы и тяжелых металлических модулей иногда неофициально называют «вторым поколением Chobham». [20]
.jpg/1280px-Mounted_Soldier_System_(MSS).jpg)
Концепция керамической брони восходит к 1918 году, когда майор Невилл Монро Хопкинс обнаружил, что пластина баллистической стали гораздо более устойчива к проникновению, если покрыта тонким (1–2 миллиметра) слоем эмали . [22] [23] Кроме того, немцы экспериментировали с керамической броней во время Первой мировой войны . [24]
С начала 1960-х годов в США проводились обширные исследовательские программы, направленные на изучение перспектив использования композитных керамических материалов в качестве брони транспортных средств. [25] Эти исследования в основном были сосредоточены на использовании алюминиевого металлического матричного композита, армированного нитевидными кристаллами карбида кремния, который должен был производиться в виде больших листов. [26] Армированные легкие металлические листы должны были быть зажаты между стальными слоями. [27] Такая компоновка имела преимущество в том, что имела хорошую способность к множественным попаданиям и могла быть изогнутой, что позволяло основной броне извлекать выгоду из эффекта наклонной брони. Однако этот композит с высоким содержанием металла в первую очередь предназначался для повышения защиты от KE-пенетраторов для заданного веса брони; его эффективность против атаки кумулятивным зарядом была посредственной и должна была быть улучшена с помощью эффекта ламинированной разнесенной брони, как это исследовали немцы в рамках совместного проекта MBT-70. [28]
Альтернативная технология, разработанная в США, была основана на использовании стеклянных модулей, вставляемых в основную броню; [27] хотя эта конструкция обеспечивала лучшую защиту от кумулятивных зарядов, ее способность противостоять множественным попаданиям была слабой. Похожая система с использованием стеклянных вставок в основной стальной броне была исследована в конце пятидесятых годов для советского прототипа Obiekt 430 танка Т-64 ; [29] это было позже разработано в тип « Комбинация К », имеющий керамическое соединение, смешанное со вставками из оксида кремния , что обеспечивало примерно на 50% лучшую защиту как от кумулятивных зарядов, так и от KE-пенетраторов по сравнению со стальной броней того же веса. [30] Позднее он был, в нескольких улучшенных формах, включен в гласис многих последующих конструкций советских основных боевых танков. После начального периода спекуляций на Западе относительно его истинной природы, характеристики этого типа были раскрыты, когда распад Советского Союза в 1991 году и введение рыночной системы заставили российскую промышленность найти новых клиентов, подчеркнув его хорошие качества; [31] сегодня его редко называют броней Chobham. Специальная броня, гораздо более похожая на Chobham, появилась в 1983 году под названием BDD на модернизации T-62M до T-62, впервые была интегрирована в массив брони в 1986 году на T-72B и с тех пор является особенностью каждого советского/российского ОБТ. В своей первоначальной итерации она встроена непосредственно в литую стальную башню T-72 и требовала ее подъема для выполнения ремонта. [32]
В Соединенном Королевстве в начале 1960-х годов было начато еще одно направление разработки керамической брони, призванное улучшить существующую конфигурацию литой башни Chieftain , которая уже обеспечивала превосходную защиту от тяжелых проникающих снарядов; поэтому исследования группы под руководством Гилберта Харви [33] из Исследовательского и опытно-конструкторского центра боевых машин (FVRDE) были в значительной степени ориентированы на оптимизацию керамической композитной системы для отражения атак кумулятивных зарядов. [34] Британская система состояла из сотовой матрицы с керамическими плитками, подкрепленными баллистическим нейлоном, [35] размещенными поверх литой основной брони. [27] В июле 1973 года американская делегация в поисках нового типа брони для прототипа танка XM815, теперь, когда проект MBT-70 провалился, посетила Чобхэм Коммон, чтобы узнать о британской системе, разработка которой тогда стоила около 6 000 000 фунтов стерлингов; Более ранняя информация уже была раскрыта в США в 1965 и 1968 годах. [36] Они были очень впечатлены превосходной защитой от кумулятивного заряда в сочетании с ограничением повреждения от удара проникающего снаряда, присущим принципу использования плиток. Лаборатория баллистических исследований на Абердинском испытательном полигоне , которая позже стала частью Армейской исследовательской лаборатории , инициировала разработку версии в том же году под названием Burlington , адаптированной к конкретной американской ситуации, характеризующейся гораздо более высоким прогнозируемым объемом производства танков и использованием более тонкой катаной стальной основной брони. Возросшая угроза, создаваемая новым поколением советских управляемых ракет, вооруженных кумулятивной боеголовкой, как было продемонстрировано в войне Судного дня в октябре 1973 года, когда даже ракеты старого поколения вызвали значительные потери танков на израильской стороне, сделала Burlington предпочтительным выбором для конфигурации брони прототипа XM1 (переименованного в XM815). [37]
Однако 11 декабря 1974 года между Федеративной Республикой Германия и США был подписан Меморандум о взаимопонимании относительно совместного будущего производства основного боевого танка; это сделало любое применение брони Chobham зависимым от окончательного выбора типа танка. Ранее в 1974 году американцы попросили немцев перепроектировать существующие прототипы Leopard 2 , которые они считали слишком легкобронированными, и предложили принять для этой цели Burlington , о каком типе немцы уже были проинформированы в марте 1970 года; однако немцы в ответ в 1974 году инициировали новую собственную программу разработки брони. [38] Уже разработав систему, которая, по их мнению, обеспечивала удовлетворительную защиту от кумулятивных зарядов, состоящую из многослойной разнесенной брони с пространствами, заполненными керамической полистирольной пеной [39], как установлено на Leopard 1 A3, они сделали четкий акцент на улучшении защиты от KE-пенетраторов, переработав систему в перфорированную металлическую модульную броню. [ необходима цитата ] Рассматривалась версия с добавленным Burlington, включая керамические вставки в различных пространствах, но она была отклонена, поскольку это увеличило бы вес машины значительно более чем на шестьдесят метрических тонн, вес, который тогда считался непомерным обеими армиями. [40] Летом 1974 года армия США столкнулась с выбором между немецкой системой и их собственной Burlington, решение было трудным, поскольку Burlington не давал, по сравнению со стальной броней, никакого преимущества в весе против KE-пенетраторов: [41] общая система брони имела бы эквивалент RHA против них около 350 мм (по сравнению с около 700 мм против кумулятивных зарядов). [42] Не достигнув консенсуса, генерал Крейтон Абрамс сам решил вопрос в пользу Burlington. [43] В конечном итоге каждая армия разработала собственную национальную конструкцию танка, проект общего танка провалился в 1976 году. В феврале 1978 года первые танки, защищенные Burlington, покинули завод, когда первый из одиннадцати пилотных танков M1 был поставлен Chrysler Corporation армии США.
Помимо этих государственных проектов, частные предприятия в США в 1970-х годах также разрабатывали типы керамической брони, например, броню Noroc, производимую подразделением защитных изделий компании Norton , состоящую из листов карбида бора, подкрепленных стеклотканью, связанной смолой. [44]
В Соединенном Королевстве применение брони Chobham было отложено из-за провала нескольких перспективных танковых проектов: сначала совместного немецко-британского основного боевого танка; затем чисто британской программы MBT-80 . Первая директива о подготовке технологии брони Chobham для применения в 1975 году была дана уже в 1969 году. [45] Исследование возможной БМП с защитой от Chobham было определено , что совершенно новая конструкция, использующая только броню Chobham для наиболее уязвимых передних и боковых секторов (то есть без основной стальной брони), может быть на 10% легче при том же уровне защиты от боеприпасов KE, но для ограничения затрат было решено основать первую конструкцию на обычном Chieftain. Прототип FV 4211 или «Алюминиевый Chieftain» был оснащен сварной алюминиевой дополнительной броней, по сути, коробкой на переднем корпусе и передней и боковой башне для размещения керамических модулей, из которых пятидесятимиллиметровая внутренняя стенка из-за своей относительной мягкости могла служить их опорной плитой. Дополнительный вес алюминия был ограничен менее чем двумя тоннами, и было показано, что он не слишком подвержен растрескиванию, как сначала опасались. [46] Было заказано десять испытательных машин, но только одна оригинальная была построена, когда проект был отменен в пользу более продвинутых программ. [47] Однако иранское правительство заказало 1225 машин модернизированного типа Chieftain, Shir-2 (FV 4030/3), с использованием той же технологии добавления брони Chobham к основной литой броне, в результате чего общий вес достиг 62 метрических тонн. Когда этот заказ был отменен в феврале 1979 года из-за Иранской революции , британское правительство, находясь под давлением необходимости модернизировать свой танковый парк для поддержания качественного превосходства по отношению к советским танковым войскам, решило использовать внезапно образовавшиеся избыточные производственные мощности для закупки ряда машин, очень близких по конструкции к Shir-2, названных Challenger 1. 12 апреля 1983 года первый британский танк, защищенный броней Chobham, был доставлен Королевским гусарам . [ требуется цитата ]
Во Франции с 1966 года GIAT Industries проводила эксперименты, направленные на разработку легкой керамической брони для транспортных средств, в результате чего в 1970 году была создана система CERALU, состоящая из алюминиевой подложки из оксида алюминия, привариваемого к транспортному средству, что обеспечивало 50%-ное увеличение эффективности веса против баллистических угроз по сравнению со стальной пластиной. Улучшенная версия позднее была применена в сиденьях вертолетов. [48]
Последняя версия брони Chobham используется на Challenger 2 (называемая броней Dorchester ) и (хотя состав, скорее всего, отличается) на танках серии M1 Abrams, которые, согласно официальным источникам, в настоящее время защищены плитками из карбида кремния . Учитывая публично заявленный уровень защиты для самого раннего M1: эквивалент стали 350 мм против бронебойных оперенных подкалиберных снарядов с кинетической энергией (KE), похоже, что он был оснащен плитками из оксида алюминия . [ оригинальное исследование? ]
Хотя часто утверждается, что это не так, оригинальная производственная модель Leopard 2 не использовала броню Chobham, [49] а комбинированную конфигурацию разнесенной брони и перфорированной брони , более дешевую с точки зрения закупки, обслуживания и замены, чем система керамической брони. Для многих современных танков, таких как итальянский Ariete , пока неизвестно, какой тип используется. В 1980-х годах наблюдалась общая тенденция перехода от керамической брони к перфорированной, [50] но даже многие танки 1970-х годов, такие как Leopard 1A3 и A4, французские прототипы AMX 32 и AMX 40 использовали последнюю систему; у Leclerc есть улучшенная версия. [50]
Challenger 3 , преемник Challenger 2 в британской армии, будет оснащен броней Epsom. [51]
{{cite book}}: CS1 maint: отсутствует местоположение издателя ( ссылка ){{cite web}}: CS1 maint: архивная копия как заголовок ( ссылка ){{cite book}}: CS1 maint: отсутствует местоположение издателя ( ссылка )Джеффри Дж. Сваб (редактор), Дунмин Чжу (главный редактор), Уолтрауд М. Кривен (главный редактор); Достижения в области керамической брони: сборник докладов, представленных на 29-й Международной конференции по передовой керамике и композитам, 23–28 января 2005 г., Коко-Бич, Флорида, Ceramic Engineering and Science Proceedings, том 26, номер 7 ; ISBN 1-57498-237-0