Моделирование баллистических средств защиты

Моделирование уязвимости танков и других бронированных машин

Бернхард Геренгер,

Гельмут Хорватч,

Гидо Корлатч,

Северин Нуге,

Вольфганг Пекса,

Альфред Фегель

19 марта 1998 года совет содействия научно-исследовательской работе (Австрия) одобрил представленный на обсуждение проект под названием "Моделирование баллистических средств защиты". Этот проект был разработан в течение года при участии Венского университета, министерства вооружения и фирмы Steyr Daimler Puch Spezialfahrzeug Ag & Co. кg.,  занимавшейся финансированием данной работы.

Сухопутные войска каждого государства хотели бы обладать данными, касающимися того, как воздействуют вражеские обстрелы на боевые машины, и какие ответные меры можно предпринять. По этой причине во всем мире проводились испытания обстрелом из оружия различного калибра. Стрельба велась из разных типов оружия и под разным углом. По результатам испытаний можно сделать вывод о том, какое необходимо бронирование для того, чтобы противостоять снарядам. Кроме этого, проверялось не только воздействие снаряда на броню, но и воздействие его осколков. Итоги исследований свидетельствуют о том, что разрушающая энергия снаряда и сопровождающих его осколков, называемых Spallationen, может быть вычислена. Результаты проведенной работы положены в основу усовершенствований, которые предостерегают выход из строя боевых машин, а также повышают безопасность экипажа. При создании машин будут учитываться все изменения, которые в результате приведут к внутренним переменам в танке. Полученные данные есть во всех сухопутных войсках. Для расчета энергии используется формула, предложенная де Марре. Представленная работа основывается на компьютерном моделировании обстрела и пробитий в танке.

Расчеты производятся, исходя из имеющихся размеров танка, калибра оружия, массы и других характеристик снаряда. При этом описывается путь разрыва снаряда, начиная с проникновения и заканчивая внутренними повреждениями.

Из-за большого числа различных видов причиненного ущерба результаты исследований были оформлены в виде статистики. Если снаряд пробивает броню, то при этом теряет много энергии; снаряд может быть отражен броневой плитой. Снаряд вырывает из брони неопределенное число осколков, которые в свою очередь благодаря остаточной энергии разлетаются во все направления. Невозможно определить точно, каким внутренним компонентам снаряд и осколки нанесут ущерб. На основе статистики можно получить данные об объеме разрушений компонентов. Ситуации обстрела были смоделированы в компьютере. Полученные результаты были представлены как четыре вероятных случая состояния после обстрела:

·         поражение подвижности,

·         поражение огневой мощи,

·         поражение личного состава,

·         полное поражение.

Задачей этих исследований было повышение шансов экипажа на выживание и обеспечение безопасности внутренних компонентов танка.

Моделирование уязвимости

Для того чтобы изобразить уязвимость боевой машины, прибора или установки, мы используем данные об этой машине, оружии, а также данные о повреждениях и состоянии личного состава. Следовательно, моделирование необходимо подразделить на следующие подпункты:

Образец боевой машины

В настоящее время при создании различных машин пользуются специальными файлами. Решение об их использовании было принято совсем недавно. Процесс предварительного и последующего программного обеспечения MSC/Mentat фирмы Finite Elemente-Progrannes MSC/Marc включает в себя интерфейсы. С помощью них файлы могут быть прочитаны и представлены в виде треугольных схем. Эти треугольные схемы будут использованы при дальнейшем описании танка.

Образец выстрела

Снаряд, поразивший танк, изменяет траекторию, попадая в броню, а осколки при этом могут поразить внутреннее оборудование танка (рис. 1). Отклонение снаряда и направление полета осколков будут установлены для данной модели согласно случайно выбранным данным. Изображение уязвимости машины будет представлено виртуальным образом с помощью квадратов 10х10 см. В центр каждого квадрата направлен вектор выстрела, траектория снаряда проходит через боевую машину. Отклонение снаряда и осколков вычисляется по методике Monte-Carlo. Для того чтобы рассчитать оставшуюся энергию после проникновения снаряда, мы используем формулу Марре. Эта формула предназначена для оценки прочности металла снаряда во время выстрела. Она может быть преобразована таким образом, что энергия сдерживания будет зависеть от толщины плиты. Остаточную энергию можно рассчитать как разницу энергии сталкивающихся снарядов минус энергия сдерживания.

Остаточная энергия делится  между снарядом и осколками. На основе данных о снаряде было предпринято соответствующее разделение энергии. Согласно линейному закону у снаряда с низкой остаточной энергией остается небольшая ее часть, и, наоборот, у снаряда с большой остаточной энергией большая ее часть.

Оставшаяся часть энергии осколков увеличивается благодаря их количеству, причем каждый из этих осколков по-своему значим. Количество частичек от снаряда будет равномерно разделено между максимальным и минимальным значением.

Разрушение танка

Энергию, которая разрушает внутренние части машины, можно сравнить с остаточной энергией. Если остаточная энергия превышает разрушительную, то компоненты называются разрушенными.

Компоненты, например, мотор, состоящие из большого числа различных деталей, получают повреждения наиболее сильного характера. Общая площадь всех компонентов подразделяется на участки различных степеней повреждения. Определяется число поврежденных участков, а затем уже на основе этих данных оценивается общее повреждение всех частей.

Оценка

Результаты, дающие информацию о том, будет или нет разрушен какой-либо из элементов танка, могут быть получены с помощью статистики. Анализ возможных повреждений был проведен. Среди повреждений различной степени тяжести можно назвать: поражение подвижности, огневой мощи, личного состава и полное поражение.

Рис. 2. Изображение колесного танка в разрезе для того, чтобы показать его внутренние компоненты

Рис. 3. Изображение колесного танка во время обстрела и воздействие этого обстрела на экипаж

Пример

Для того чтобы получить данные для статистики, необходимо произвести минимальное число выстрелов на одну из обстреливаемых частей (из расчета 10х10 см). Если произведено минимальное число выстрелов, то на сам образец это никак не повлияет. Есть данные о том, что 75-100 выстрелов на участок достаточно для того, чтобы поразить танк. Иногда, чтобы нанести внутренние повреждения достаточно 20-50 выстрелов, но бывает, что требуется 150 и более. Показатели взяты из интерполяционных алгоритмов программы Mehtat.

Эффект осколков также был рассмотрен. По нашим расчетам остаточная энергия распределяется одинаково между осколочными частями снарядов. Это означает, что все осколки обладают одной и той же энергией. Наша программа может представить только высокоэнергетическую часть спектра разлетающихся осколков. При разделении энергии между осколками необходимо обратить внимание на недостаточность данных. В нашем случае это нужно было сделать между 10 и 40 частичками.

Для того чтобы привести пример в нашем проекте мы выбрали с помощью компьютерных кодов простую модель колесного танка. Машина подвергается обстрелу пулеметчиками, а эмпирические параметры приводятся в соответствие с используемыми снарядами / комбинациями целей. Внутренние детали показаны на рис. 2.

Было решено во время имитации уязвимости наносить удары спереди под углом в 40º по левой стороне платформы. Результаты представлены на рис. 3. Объем нанесенного ущерба показан с помощью цветового спектра: зеленым цветом до 0,1 и красным до 0,9. Изображена также гибель экипажа в результате попадания снаряда. При сравнении с рис. 2. можно понять, что командир и водитель танка получили наибольший удар. Стрелок, расположенный в углу башни, наиболее защищен. Водитель тоже хорошо защищен благодаря участку передней панели и колесам. Двигатель находится на другой стороне и, следовательно, почти не защищен. Колеса, принимающие на себя часть удара, вместе с платформой танка в случае опасности поражения экипажа смогут послужить дополнительными средствами защиты. Выход  из строя правого отдела связан с повреждениями от осколков. Это происходит из-за того, что площадь рассеивания осколков больше по сравнению с воздействием самого снаряда.

Итог

Благодаря проекту "Моделирование баллистических средств защиты" можно оценить уязвимость танков, бронированных машин и, в принципе, каждого прибора и объекта. Данная программа помогает найти самое уязвимое место у танка и предпринять соответствующие меры предосторожности. Благодаря формуле де Марре можно вычислить необходимые данные, например, бронирована ли внутренняя облицовка танка или армирована стеклопластиком. Дополнительная защита внутреннего оборудования и экипажа может быть также обеспечена.

В будущих проектах можно будет использовать формулу де Марре, либо заменить ее более современной. Детальные данные о воздействии снарядов на броню будут совершенствоваться и расширяться. Что приведет к уточнению имеющихся знаний по уязвимости внутренних частей боевых машин, а, следовательно, улучшит результаты. Было бы желательным для пользователей усовершенствование защитных свойств боевых машин с учетом характеристик оружия.

Авторы данной статьи являются членами Венского университета (Северин Нуге, Гельмут Хорватч), сотрудниками министерства вооружения и обороны страны (Вольфганг Пекса), а также представителями промышленности (Бернхард Геренгер, Альфред Фегель, Гидо Корлатч).