УСОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ЗАЩИТЫ БРОНИРОВАННЫХ МАШИН

Возможности и границы повышения боеспособности

Rolf Hilmes “Schützverbesserungen bei gepanzerten Fahrzeugen

Möglichkeiten und Grenzen von Kampfwertsteigerungen

Soldat und Technik”.

Februar, 2002, S. 17-21

Рольф Хильмес*

Дополнительное бронирование находящихся в эксплуатации боевых машин предыдущего поколения относится, начиная с 60-х годов, к важнейшим мероприятиям, касающимся повышения их боевых характеристик в условиях всевозрастающей угрозы. При ближайшем рассмотрении становится очевидно, что затраты на дополнительное оснащение оправдывают себя. Предложенный доклад наших сотрудников и самого автора, дипломированного инженера Рольфа Хильмеса, информирует читателя об основных аспектах технологий дополнительного бронирования.

* Рольф Хильмес, научный директор, специалист в области "наземной техники", доцент федеральной академии военного управления и технологий (Маннхайм)

Угроза и технологии защиты

В этой части статьи рассматривается оружие настильного огня, угрожающее боевым бронированным машинам. Существенную угрозу в этом случае представляют кумулятивные снаряды и снаряды кинетического действия. Механизм проникновения обоих видов снарядов имеет определенные физические различия, поэтому расчет параметров защиты для данных видов боеприпасов следует производить по-разному. На практике бронирование, по возможности, должно оказывать защитное действие двойного назначения. Но при этом нужно пойти на компромисс.

Оптимальная защита от кумулятивных снарядов (рис. 1а) требует больших конструктивных изменений. Пространство между наружной и внутренней броневыми плитами танка необходимо дополнительно заполнить защитными материалами. Лучшее воздействие, чем однородный наполнитель, оказывают элементы, приводящие к отклонению отдельных частиц головной части кумулятивной струи. К тому же защита от кумулятивных снарядов, в большей степени, зависит от наличия пространства в конструкции и от ее веса. Скорость головной части кумулятивной струи при встрече с броней достигает 10000 м/с, причем отдельные частицы реактивной струи относительно чувствительны, например, отклоняются благодаря динамическому эффекту. Если последующая частица  не попадает точно в созданную предыдущей частицей воронку, соответственно, создавая новые отверстия, то происходит уменьшение эффективности действия боевой части кумулятивного снаряда.

Рис. 1а.  Схема конструкции оптимального бронирования для защиты от кумулятивных снарядов; важным является заблаговременный взрыв боевой части и воздействие элементами помех на уменьшение глубины проникновения головной части кумулятивной струи

Рис. 1б.

Схема конструкции оптимального бронирования для защиты от боеприпасов кинетического действия; основное значение придается процессам изменения угла атаки, разрушения и, в итоге, уничтожения боеприпасов.

Оптимальная защита от боеприпасов кинетического действия (рис. 1б) требует утолщения брони для того, чтобы разрушить проникающий сердечник. Предположительно сердечник проникает в глубину гомогенной брони, соответствующей длине самого сердечника. Чтобы пробить при снижающейся скорости внедрения защитный слой, необходимо обеспечить сердечнику достаточную кинетическую энергию. Следующее условие – сердечник встречается с броней без учета угла атаки (угла встречи). При этом на защите от снарядов кинетического действия можно сэкономить на материале (весе). Если еще в самом начальном слое, до основного бронирования, удастся дестабилизировать сердечник (изменить угол атаки), то на следующем этапе благодаря линейному увеличению нагрузки возможно разрушение сердечника на отдельные части. Основное бронирование должно "только" задержать оставшиеся фрагменты.

Теоретически этот механизм можно осуществить сравнительно легко. На практике же "сдерживание" снарядов кинетического действия, с массой примерно 45 N, со скоростью в пять раз больше скорости звука (!), мощностью проникновения 6,8 Вт (для сравнения: мощность атомной электростанции примерно 1,2 ГВт), само собой разумеется, сложнее. Отвод энергии проникающего снаряда кинетического действия предъявляет более высокие требования к защищаемой конструкции, чем к защите от кумулятивных снарядов.

Дополнительное бронирование. Направления разработок

Для защиты от бронебойных снарядов с бронебойной способностью 1,5-2 калибра во время второй мировой войны использовались дополнительные пластины бронированной стали (Т-34 мод. 1941; Sherman М4 А2), устанавливаемые на особо опасные участки машины. Если дополнительную пластину установить на определенном расстоянии от основного бронирования, то возможно повышение защитных характеристик машины (PzKpfWg III Ausf. L). В благоприятном случае при достаточной толщине лобовой брони можно добиться разрушения снаряда. В результате этого сила воздействия частей разрушенного снаряда не будет больше направлена на определенный участок брони (в одну точку).

После изобретения эффекта кумулятивного действия этот принцип сначала использовали для пехотного противотанкового оружия (ручной противотанковый гранатомет "Панцерфауст", "Базука"). Особенно хорошую защиту от кумулятивных снарядов обеспечивал щит, установленный на броне автомобиля специального назначения Sd. Kfz 232 (дозорная машина колесной формулы 8×8) и располагающийся на большом расстоянии от основной брони (рис.2). Но при этом щит защищал только лишь небольшую площадь лобовой брони.

Рис. 2. Щит на броне автомобиля специального назначения (дозорной машины Sd. Kfz 232). Благодаря применению канистр с водой и дополнительных предметов и  материалов между щитом и основной броней можно усовершенствовать защиту от кумулятивных боеприпасов

В 70-х годах у некоторых машин было установлено дополнительное бронирование на корпусе, так называемые "ударные системы". Типичными примерами являются боевой танк "Леопард-1" и самоходное противотанковое орудие "Ягуар". Благодаря эластичной подвеске дополнительного бронирования при попадании в него снаряда мощность удара снижается. В результате удара из строя могут выйти оптические, электрические и прицельные приспособления, которые, в свою очередь, могут стать причиной (без пробития брони) невыполнения задачи.

В 80-90-х годах многие государства начали оснащать свои боевые машины реактивной броней. Речь идет об элементах брони, у которых, как минимум, при встрече со снарядом (здесь: снаряд кумулятивного действия) одна из пластин получает скорость из-за детонации взрывчатых веществ. Основное внимание во время этого динамического процесса уделяется глубине воздействия.

Реактивное бронирование для защиты от боеприпасов кумулятивного действия достаточно эффективно (при этом факторы эффективности по массе составят 30-40, соответственно, однородная гомогенная броня, должна быть в 30-40 раз тяжелее, чтобы обладать одинаковым защитным действием), но с ним связаны многочисленные проблемы. Защитное действие реактивного бронирования очень сильно зависит от угла попадания снаряда. Результат зависит от положения точки попадания на пластинчатом элементе (рис. 3).

Рис. 3.   Изображение фактической зоны перекрытия (защиты) реактивной брони носовой части танка Т-72

при обстреле под углом 20 град.

Дополнительный защитный результат благодаря адаптированным элементам реактивной брони возможен исключительно при встрече с обозначенными штриховкой участками:

1 – головная часть реактивной струи, верхняя точка попадания;

2 – головная часть кумулятивной струи, нижняя точка попадания;

3 – защитный модуль;

4 – основная броня;        

5 – верхняя отлетевшая пластина;

6 – слой взрывчатых веществ

Вся площадь машины не может быть полностью защищена (рис.4).

Рис. 4. Из-за наличия наружного оборудования и подвижных частей (заслонок) при дополнительном оснащении элементами реактивной брони возникают значительные баллистические окна

(пример: М60 А1 корпуса морской пехоты США)

При детонации взрывчатых веществ сама машина тоже получает удар, и вследствие отлета пластин со скоростью до 400 м/с возникает угроза для данной машины (ствол оружия, оптика и т.д.) и боевых машин/пехоты, находящихся поблизости. Выбор величины пластин – компромисс между степенью перекрытия защиты, уменьшением эффекта сглаживания края (кромки) пластины и поддержанием способности многоцелевого использования.

Описанные недостатки устраняются путем многослойного и перекрывающегося расположения элементов реактивного бронирования. Из-за реактивной брони возрастают объем и масса бронированной машины.

В 80–90-х годах многие машины были оснащены пассивной многослойной броней, в состав которой входили броневая сталь, стеклопластик и керамика. Дополнительное бронирование применяется в легких конструкциях (толщина: до 20 мм ), а также в бронированных колесных машинах (например, бронетранспортер "Фукс"). Тяжелые конструкции боевых машин тоже оснащены дополнительной броней, особенно в тех местах, где нужно усилить защиту от кумулятивных снарядов или снарядов кинетического действия. При этом возникает проблема, касающаяся того, что специальные керамические защитные элементы изготавливаются только в плоском виде и используются в качестве пластин (рис. 5).

Рис. 5. Адаптация дополнительных специальных элементов бронирования к корпусам боевых машин приведет к изменению толщины брони и, соответственно, к изменению защитных характеристик

В заключение нужно отметить, что в 80–90-х годах произошло полное изменение взглядов, касающихся разработки корпусов боевых бронированных машин. Если раньше корпус выполнял функции кузова и защиты, то теперь речь идет о разделении этих функций. При изготовлении корпуса машины используется высококачественная мелкозернистая конструкционная сталь, которая легко деформируется и сваривается. Затем на основной корпус будут установлены специальные элементы защиты. Интересно то, что данные разработки впервые были апробированы в 1980 году на боевой машине Valiant фирмы Vickers. Корпус, башня и шасси этой машины были изготовлены из алюминия и защищены специальными пластинами.

Проблемы унификации

Для подготовки серийного выпуска современных систем вооружения, таких как боевая машина пехоты и боевой танк, требуется от шести до девяти лет. К началу серийного производства они представляют собой окончательный образец машины. Дальнейшее повышение боевых характеристик, например, в рамках программы KWS, должно проводиться с учетом совместимости систем.

Дополнительное бронирование

Дополнительное бронирование может вызвать следующие проблемы:

·        При установке защитных модулей в лобовой и боковых частях башни свободными должны оставаться пучки (ход) лучей, углы поля зрения оптических приборов во всей области наводки оружия (в пределах углов снижения / возвышения) (рис. 6).

Рис. 6. Сохранение оптической области наблюдения с учетом максимального угла снижения основного орудия  при оснащении машины дополнительной броней приводит к образованию четких баллистических окон

(изображена  машина  Magach Mk. VIIА, Израиль)

·        Из-за приборов прицеливания  могут возникнуть большие баллистические окна в защитных плитах. Для того, чтобы при полном опускании орудия пространство над фронтальным защитным модулем оставалось свободным, нужно приподнять панорамный перископ (уязвимость). Из-за отверстий для пулемета, пушки и люка ослабляется фронтальная защита. У боевых машин перекрытие силового отделения обычно образовано в виде обечайки, которая начинается ниже грани дополнительной брони во избежание столкновения с частями шасси машины. В большей степени это относится к зонам, расположенным по диагоналям (угловые грани) (рис. 6).

·        Следующая проблема – увеличение массы и связанное с этим возрастание момента неуравновешенности относительно вертикальной оси (оси вращения башни). В меньшей степени это относится к защите маски оружия в секторе вертикального наведения. Изменение момента инерции потребует, по меньшей мере, приведения в соответствие регулировочных характеристик стабилизации орудия. Для повышения мощности орудийной установки необходимо оснастить ее совершенно новым приводом. Так же на срок службы приборов наведения (приводов горизонтального и вертикального наведения) оказывают влияние высокие динамические нагрузки.

·        В результате установки средств защиты от снарядов кинетического действия масса башни может увеличиться примерно на 2,5-3,5 т. Из-за статического увеличения массы могут произойти разрушения или возникнуть трещины в области обечаек вращающей опоры башни, а именно, в случае недопустимого увеличения момента трения (особенно при наклонном положении башни).

·        Дополнительное бронирование приведет к значительному утолщению корпуса машины. Результатом станет ограничение защитного пространства в области смотрового люка водителя (рис. 7). При серийной конфигурации необходимо обратить внимание на свободное пространство, которое должно оставаться над люком водителя для того, чтобы обеспечить аварийный выход при подводном движении. При усовершенствовании бортовой защиты башни технические отверстия (крышки горловины баков) должны оставаться доступными. Современные танки представляют собой оптимизированные конструкции, но, например, осмотр силового отделения может быть осуществлен только при определенном положении башни (например, в 90°). Зазор между нижним краем башни и крышей силового отделения составляет несколько миллиметров. Если есть дополнительное бронирование, то при замене двигателя его нужно предварительно снять (танк "Леопард 1А1"), а лучше, если  танк будет оборудован откидной броней (танк "Леопард 2А5"). В критических ситуациях боевой танк можно перевозить по железной дороге, поэтому дополнительное бронирование должно быть откидным или легко демонтируемым.

Рис. 7.  Из-за свободного пространства, требующегося для водителя и для надстройки под люк в области корпуса машины, происходит образование баллистических окон (например: танк "Леопард-1А6"; прототип 1987 года)

Рис. 8. В данном случае оснащение БМП-3 дополнительным бронированием приведет к  снижению подвижности и вездеходности (проходимости вне дорог)

Шасси

Похожие проблемы могут возникнуть при усовершенствовании защиты шасси. Если суммировать вес башни и корпуса танка, то произойдет увеличение нагрузки на двигатель, коробку передач, тормоза, а также ходовую часть танка. Следовательно, они будут быстро изнашиваться. А это приведет к большим затратам на эксплуатацию. Основная проблема - увеличение нагрузки в лобовой части машины. Из-за этого центр тяжести машины смещается на 10- 20 см вперед, в результате, при движении происходят нежелательные изменения динамических характеристик (проходимость по местности, способность преодолевать рвы).

Оснащение лобовой части в соответствии с геометрией шасси можно рассмотреть на  примере русских боевых танков. Гусеницы представляют собой внешнюю грань шасси и помогают в  преодолении препятствий. Если при усовершенствовании защиты элементы защиты лобовой части корпуса выступают за гусеницу, то во время преодоления рвов шириной 3- 4 метра могут произойти непредвиденные последствия (рис. 8).  Как при установке оптики на башню, так и при установке дополнительного бронирования на лобовую плиту обзор водителю не должен быть ограничен. Угол обстрела не должен сокращаться. И в заключение, нужно обратить внимание на возможность буксировки при эвакуации, а также на легкость маневрирования.

При установке дополнительного бронирования нужно учитывать угрозу, исходящую от оружия массового поражения. Если между корпусом и защитными модулями есть зазоры, в которые может проникнуть отравляющее вещество, то придется проводить обеззараживание.

Выводы

Данная статья доказывает, что дополнительное бронирование современных боевых машин имеет большое значение. Такое оснащение требует внесения конструкционных изменений, которые не всегда желательны, но необходимы для обеспечения нормального функционирования и увеличения срока эксплуатации машин. Приведенные примеры не претендуют на полноту; но при этом отражают все основные аспекты данного вопроса, встречающиеся при разработке проектов и успешно используемые в программах по модернизации.