ДИНАМИЧЕСКАЯ ЗАЩИТА КАК ОНА РАБОТАЕТ И КАК ЕЕ ПОРАЗИТЬ

Автор: Вольфганг Шварц

«EXPLOSIVE REACTIVE ARMOUR HOW IT WORKS AND HOW TO DEFEAT IT»

MILITARY TECHNOLOGY, 1991, No8, p.57-64

Всльфганг Швартц

Со времени изобретения в 1970 г . Динамической защиты (ДЗ) она стала самой эффек­тивной в отношении габаритно-массовых характе­ристик броней. Ее успешно используют на брони­рованных машинах для обеспечения защиты от лег­ких кумулятивных противотанковых средств, но возможности ее применения гораздо шире. Имеется большое разнообразие типов брони  ДЗ, зави­сящее от типов машин, на которых она устанавли­вается, и от характеристик противотанковых средств, от которых она должна обеспечить защиту. Модули этой брони разрабатывались для основных боевых танков, САУ и БТР.

При надлежащей конструкции брони ДЗ она может обеспечить защиту не только от малых или средних кумулятивных зарядов, но и от кумулятивных зарядов крупного калибра, а также от снарядов кинетического действия. В данной статье рассматриваются различ­ные аспекты применения брони  ДЗ.

При фактическом или ожидаемом увеличении бронепробивной способности средства поражения возникает все большая необходи­мость в увеличении толщины брони. Однако существуют очевидные ограничения в отношении общей массы и габаритов, боевых машин. Поэтому в конечном счете стало невозможным, дальнейшее увели­чение толщины катаной гомогенной брони. Следовало ис­кать другие способы защиты. Композитная (составная) броня, сос­тоящая из слоев разных материалов, была одним из решении, которое давало повышение стойкости по сравнению с равной по массе сталь­ной броней, однако не полностью обеспечивало защиту от современ­ных противотанковых средств.. Прорыв в решении этой проблемы был совершен, когда доктор Хелд* изобрел взрывную реактивную броню. Его основной патент относится к 1970 г .

* Динамическая защита изобретена Б.Войцеховским с созданием в середине 60-х первых опытных образцов.

Рис. 1.           Этот известный рентгеновский снимок остается все еще лучшим фотодокументом, показывающим рабочий механизм реактивной брони

С тех пор разработаны различные типы взрывной реактивной брони, которые способны уменьшить в значительной степени пора­жающее действие либо одного, либо обоих типов средств поражения (кумулятивных зарядов и снарядов кинетического действия).

Принцип действия борони ДЗ

Обычная, нереактивная, броня способна обеспечить защиту от средств поражения, таких как струя кумулятивного заряда или сердечник снаряда кинетического действия, если имеет доста­точную толщину по направлению действия поражающего средства. В случае гидродинамического процесса пробивания это означает, что толщина катаной гомогенной брони по направлению действия средства поражения должна быть не меньше

  (1), где

L  - эффективная длина сердечника;

δ_Р -  плотность сердечника;

δ_Т - плотность брони.

Следовательно, масса гомогенной брони, приходящаяся на единицу площади по направлению действия средства поражения будет  (2),

то есть при возрастании характеристик сердечника (струи) необ­ходимая для обеспечения защиты масса брони будет возрастать.

Ключом к нарушению этой тенденции является такая броня, которая имела бы не только определенную толщину и приемлемую массу по направлению действия сердечника, но и воздействовала бы на него в боковом направлении так, чтобы его эффективная длина (выражение 1) уменьшалась. Возможность такого воздействия может быть в той или иной мере обеспечена за счет:

наклона брони;

использования многослойной (композитной) брони;

применения реактивной брони.

Конечно, степень этого дополнительного воздействия и повышения за счет этого защиты будет в значительной степени зави­сеть от специфики конструкции брони, сердечника и скорости в точке встречи сердечника с броней.

Общий механизм этого воздействия во всех случаях состоит в том, что материал брони перемещается поперек направления действия сердечника за счет возникновения в процессе их взаимо­действия ударных волн деформации и отраженных волн, а также воздействием специальных элементов реактивной брони.

В броне ДЗ этот процесс протекает особенно эффективно. Основным устройством брони ДЗ является слой взрывчатого вещества, закрытый с наружной и тыльной сторон металлическими пластинами. Концепция заключается в том, что кумулятивная струя (сердечник) после пробития наружной металлической пластины воз­действует на слой ВВ и вызывает его детонацию. Давление, соз­даваемое при детонации, вызывает перемещение наружной и тыльной пластин, закрывающих слой ВВ, которые воздействуют на кумуля­тивную струю.

На рисунке 2 показано, что происходит с кумулятивной    сбруей, когда она взаимодействует с метаемыми плитами брони ДЗ.

Если угол от нормали в точке встречи снаряда с броней составляет 0^о (то есть снаряд действует перпендикулярно элемен­ту брони ДЗ), то кумулятивная струя будет подвергаться лишь воздействию давления и до некоторой степени беспорядоч­ного потока продуктов детонации, а металлические пластины будут оказывать да нее воздействие только как обычная преграда соответствующей толщины.

Рис. 2.           Разрушение кумулятивной струи при взаимодействии с броней ДЗ

Однако, если угол от нормали в точке встречи больше 0^о, то метаемые пластины будут непрерывно подавать по направлению действия струи новый броневой материал.

Следовательно, кумулятивная струя будет пробивать дополни­тельный материал преграды, что вызывает увеличенный расход куму­лятивной струи (ее эрозию).

Метаемые пластины обычно изготавливаются из стали. В качест­ве взрывчатого вещества часто используется С4 или PENTN (пентрит), хотя используются и другие взрывчатые вещества. До сих пор выбор взрывчатого вещества диктовался требованием его детонации при воздействии кумулятивной струи и нечувствительности  к другим воздействиям. Другие требования к ВВ будут рассмотрены ниже.

Разработано множество конструкций брони ДЗ    Они отли­чаются количеством слоев взрывчатого вещества, толщиной пластин, расстоянием, наклоном, длиной и шириной.

Уменьшение бронепробивного действия

кумулятивного заряда броней  ДЗ

Общий механизм воздействия брони ДЗ на кумулятивную струю изложен выше.

Из-за задержки по времени в реакции брони ДЗ на воз­действие кумулятивной струи, некоторая высокоскоростная часть струи пройдет слой взрывчатого вещества до его детонации незначительно расходуясь лишь на пробитие металлических пластин, закрывающих слой ВВ. Эта часть струи всегда будет являться ос­таточной угрозой для основной брони, как бы ни был эффективен элемент брони ДЗ при его срабатывании. На рис. 4 схематично показано, как расходуются различные части струи при взаимодействии с броней ДЗ. Бронепробиваемость разрушенной при подрыве брони ДЗ части кумулятивной струи и ее хвостовой части, представляющих поток рассеивающих частиц, незначительна.

Рис. 4.           1 - вершина струи; 2 - часть струи, поглощенная материалами брони  ДЗ; 3 - часть струи, прошедшая броню  ДЗ без разрушения; 4 - часть струи, разрушенная броней ДЗ при ее подрыве; 5 - хвостовая часть струи

Было осуществлено много испытаний различных типов брони ДЗ обстрелом различными кумулятивными зарядами в широком диапазоне углов встречи от нормали. Хотя остаточная бронепробиваемость изменяется в зависимости от типов кумулятивного заряда и брони, все же выявлена, как показано на рис. 5, обобщенная зависимость относительного (%) снижения бронепробиваемости кумулятивной струи при ее взаимодействии с броней  ДЗ  от угла встречи.

Рис. 5.

Кроме угла встречи, имеется множество других факторов, которые определяют защищающую способность брони ДЗ (и соответственно возможность кумулятивных боевых частей по ее поражению):

последовательность расположения материалов, из которых изготовлена броня;

количество слоев взрывчатого вещества;

габариты брони в плоскости взаимодействия со средством поражения;

арматура и способы крепления модулей;

плотность снаряжения.

На схеме (рис. 6) показано возможное расположение брони  BRA относительно направления воздействия средства поражения.

Рис. 6.           1 - направление воздействия; 2 - дополнительная   (навесная) броня, 3 - основная броня

Снижение бронепробиваемости снаряда

кинетического действия броней ДЗ

Из-за более высокой бронепробиваемости кумулятивных зарядов по сравнению с сердечниками снарядов кинетического дейст­вия, броня ДЗ первоначально разрабатывалась для противо­действия первому из этих двух средств поражения. И навесная броня ДЗ хорошо решает эту задачу. Для разрушения сердечников снарядов кинетического действия подходит этот же тип брони. Необходимо лишь выбрать толщины метаемых металлических пластин так, чтобы достичь высокой  эффективности и против этого средства поражения. ПО существу в этом случае броня ДЗ   должна быть массивнее, чем для защиты от кумулятивного снаряда, чтобы сообщить пробивающему сердечнику достаточный перпендикулярный импульс силы. Он может вызвать два типа повреждения сердечника:

сердечник разламывается на несколько частей, первоначальная траектория которых изменяется;

сердечник деформируется и изменяет первоначальную траекто­рию.

Характер и степень повреждения сердечника зависят от тол­щины брони, отношения скоростей сердечника и метаемых пластин -и угла встречи сердечника с броней.

На рис. 7 показан рентгеновский снимок характерного экспе­римента, в котором использовались длинный сердечник из тяжелого металла и базовый модуль брони ДЗ. Видно, что сердечник разрушен воздействием реактивной брони, а сохранившиеся части не имеют сколько-нибудь значительной остаточной бронепробивной способности. В результате воздействия брони ДЗ на сердечники снарядов кинетического действия их бронепробивная способность снижается на 60...80%.

 Рис. 7.          Разрушение броней ДЗ сердечника снаряда кинетического действия

Защита от комбинированного

воздействия средств поражения

Дополнительная реактивная броня, предназначенная для установки на бронированные машины при их модернизации, должна быть легкой. Но такая броня способна существенно снижать бронепробивную способность струи кумулятивных снарядов лишь с боевы­ми частями средних размеров,  а эффективность такой брони при воздействии сердечников снарядов кинетического действия крайне низкая.

Более тяжелая броня ДЗ, необходимая для обеспечения защиты от снарядов кинетического действия, не может быть навес­ной и должна являться составным элементом основной брони машины. Такая броня ДЗ в отношении габаритно-массовых характеристик является наиболее эффективной для защиты от обоих типов средств поражения.

Требования

При разработке брони ДЗ для бронированных машин учиты­вается ряд требований. По своей природе они являются функцио­нальными или ориентированными на безопасность.

Так как бронированная машина не должна оставаться незащищенной после одиночного попадания снаряда, броня ДЗ должна состоять из отдельных блоков, комплект которых должен покры­вать поверхность всей машины. Если один блок взорвется при попадании снаряда, то машина останется в значительной степени защищенной.

Деление брони на блоки имеет смысл лишь в том случае, если взрыв отдельного блока будет ограничен пределами этого отдельного блока. Индуцированная детонация соседних блоков ("взаимное уничтожение") неприемлема. Из этого следует, что между блоками следует помещать определенные преграды, а выбира­емое взрывчатое вещество не должно быть чувствительным к взры­ву соседнего блока. Возможность взаимного уничтожения блоков можно, также уменьшить за счет их рационального размещения и крепления.

Характер метания металлических пластин при подрыве брони ДЗ показывает, что ее эффективность будет зависеть от места попадания снаряда. Однако требуется обеспечить защиту одинаковую как по поверхности отдельных блоков, так и по поверхности всей машины, закрытой комплектом блоков. Это в определенной мере может быть обеспечено путем рационального размещения бло­ков.

Аспекты безопасности при использовании брони ДЗ по существу являются двоякими. Во-первых, машина, оборудованная броней ДЗ, не должна представлять собой опасность для эксплуатирующих ее военнослужащих, а также для гражданских лиц, которые могут находиться поблизости. Например, в случае транспортной аварии блоки брони не должны срабатывать. Это же относится и к возможному пожару. Во-вторых, в условиях боевых действий, когда блок брони ДЗ  детонирует из-за воздействия средства поражения, не должно оказываться вредного воздействия на экипаж и оборудование машины.

Первое из этих требований может быть выполнено за счет конструкции блоков брони ДЗ и подбора взрывчатого вещест­ва, второе - за счет соответствующего размещения и конструкции крепления блоков.

Резюме и перспектива

Хотя в разработке пассивной брони достигнуты неоспоримые успехи, броня  ДЗ  по своим габаритно-массовым характеристи­кам более эффективна.

Встроенная в основную броню броня ДЗ эффективна для защиты как от сердечников снарядов кинетического действия, так и от струй всех кумулятивных снарядов. Дополнительная (навесная) броня BRA эффективна для защиты только от кумулятивных снарядов малого и среднего калибров.

Продолжающиеся попытки усовершенствовать броню ДЗ направ­лены, главным образом, на обеспечение защиты от кумулятивных снарядов тандемного типа (о чем смотри ниже) и дальнейшего уменьшения возможности повреждения защищаемой машины.

Средства для поражения брони ДЗ

Для поражения брони ДЗ обычно недостаточно увеличить диаметр кумулятивного заряда за счет этого повысить его бронепробивную способность. Для повышения поражающего действия да броню ДЗ требуется более сложная боевая часть, а именно, двухступенчатая (или многоступенчатая) боевая часть (система).  К созданию таких систем для поражения  брони ДЗ существует несколько подходов.  Основным из них является следую­щий. Подрыв предваритёльного кумулятивного заряда вызывает срабатывание модуля брони ДЗ расчищает путь для   кумулятивной струи основного кумулятивного заряда, который срабатывает через определенное время после заряда. Работы над такими тандемными системами боевых частей начались в 1974г., вскоре после изобретения брони ДЗ. В настоящее время несколько систем находятся на стадии полномасш­табной разработки и, по крайней мере, одна система уже поставле­на в войска.

Базовая тандемная система

Базовая компоновка состоит из предварительного заряда, расположенного впереди основного заряда. Предварительный заряд обычно меньше. Так как он детонируется раньше основного заряда, то для предотвращения повреждения основного заряда требуется защитное устройство. На рис. 8 показана такая компоновка.

Рис. 8.            1 - вентиляция; 2 - основной заряд; 3 - защитная перегородка; 4 - предва­рительный заряд; 5 – корпус

Очевидно, что прочность защитной перегородки основного заряда должна повышаться с уменьшением расстояния между двумя зарядами, с увеличением времени между срабатыванием зарядов и с увеличением массы предварительного заряда. Все же необходимо стремиться сделать защитную преграду по возможности более тонкой в центре, чтобы она как можно меньше воздействовала на струю основного заряда. На рис. 8 показано также, что конструкция корпуса тандемной ракеты (снаряда) должна быть специфической в части ее реакции на расширяющиеся продукты детонации предварительного заряда. В частности, вентиляция газов должна быть по возможности такой интенсивной, чтобы свести до минимума продолжительность давления на защитную перегородку. Без специально запроектированных вентиляционных отверстий конструкция тандемной системы, подобная показанной на рис. 8, обычно не работает. Высокая скорость головной части струи определяет ее спо­собность инициировать срабатывание модуля реактивной брони. На рис. 4 схематически показано, какая часть струи предваритель­ного заряда эффективна для инициирования брони BRA.

Предварительный заряд должен минимально воздействовать на защитную перегородку основного заряда, отсюда вытекают требо­вания по его минимизации и форме задней части. С другой стороны, форма защитной перегородки основного заряда должна специально подбираться. Форма, показанная на рис. 8, позволяет продуктам детонации предварительного заряда течь вдоль контура преграды. Наряду с вентиляционными отверстиями, это помогает достичь минимальной передачи нагрузки на защитную перегородку основного заряда. Основной заряд должен обладать высокими характеристиками, которые должны компенсировать вредное воздействие предшествующей детонации предварительного заряда основному заряду придается максимально возможный диаметр и он изготавливается по технологии, обеспечивающей высокую точность изготовления.

На рис. 9 показан график достижимого пробивания катаной гомоген­ной брони (RHA) современным кумулятивным зарядом.

Рис. 9.         1 - пробиваемая катаная гомогенная броня, дециметры; 2 - фокусное расстояние, дециметры

Схема тандемной кумулятивной боевой части, показанная на рис. 8, является базовой и отражает тенденцию усовершенствова­ния кумулятивного противотанкового снаряда. Просматривается дальнейшее развитие этой базовой схемы по двум вариантам.

По первому варианту (рис. 10) объем между предваритель­ным и основным зарядами используется для размещения бортовых электронных устройств и электродвигателя. Это позволяет увели­чить расстояние между зарядами, исключить защитную перегородку основного заряда (или уменьшить ее массу) и в целом уменьшить массу боевой части.

Рис. 11.       1 - устройство для выталкивания предварительного заряда; 2 - предохранитель; 3 - основной заряд; 4 - корпус; 5 - предва­рительный заряд; 6 - приемник; 7 – передатчик

Сравнение концепций тандемной системы

Из рассмотренных вариантов наиболее простым является базовый вариант (рис. 8), но он и менее эффективен. Наимень­шую массу имеет первый вариант (рис. 10), но он уступает вто­рому варианту (рис. 11) по возможности обеспечения наиболее благоприятных условий для бронепробивания. Наиболее высокую бронепробиваемость может обеспечить второй вариант, но он наиболее  сложен по конструкции.

Технология, необходимая для этих вариантов, разработана и демонстрировалась, и что еще более используется в  осуществляемых в разных странах программах FSD.

Резюме

Представленные концепции кумулятивного боеприпаса тандемного типа предлагают ряд подходов. В принципе, все они могут обеспечить поражение различных конструкций брони ДЗ. Выбор концепции в значительной степени должен определяться тем, какая броня ДЗ должна поражаться: состоящая на вооружении или броня будущего. Самое большое внимание следует уделять обеспечению четкого взаимодействия различных устройств боевой части тандемного типа.