что такое композитная броня

В век, когда партизан, вооруженный ручным гранатометом, может уничтожить выстрелом все, начиная от основного боевого танка и до грузовика с пехотой, слова Вильяма Шекспира «И оружейники теперь в почете» как нельзя более актуальны. Технологии бронирования развиваются для защиты всех боевых единиц, от танка до пешего солдата.

В результате, в то время, как многие из нынешних разработок в сфере бронирования нацелены на защиту танков и БТР, существует также растущий интерес к схемам бронирования для более легких машин, так же как и к улучшенным типам бронежилетов для личного состава.

Перфорированная стальная броня представляет собой пластины с группой отверстий, просверленных перпендикулярно лицевой поверхности и имеют диаметр менее половины диаметра предполагаемого снаряда противника. Отверстия уменьшают массу брони, при этом, что касается способности выдерживать кинетические угрозы, то снижение характеристик брони в этом случае минимально.

Поиски лучшего типа брони продолжаются. Улучшенные стали позволяют повысить защищенность при сохранении исходной массы или для более легких листов сохранить существующие уровни защиты.

Немецкая компания IBD Deisenroth Engineering работала совместно со своими поставщиками стали над разработкой новой высокопрочной азотистой стали. В сравнительных испытаниях с существующей сталью Armox500Z High Hard Armour, она показала, что защита от стрелковых боеприпасов калибра 7,62x54R может быть достигнута за счет применения листов, имеющих толщину около 70% от толщины, необходимой при использовании прежнего материала.

В 2009 году британская Лаборатория оборонной науки и технологии DSTL в сотрудничестве с компанией Coras анонсировала броневую сталь. названную Super Bainite. Изготавливается она с помощью процесса, известного как изотермическая закалка, она не требует дорогих присадок для предотвращения трещинообразования в процессе производства. Новый материал создается за счет нагревания стали до 1000° C, последующего охлаждения до 250°C, затем выдерживания при этой температуре 8 часов перед окончательным охлаждением до комнатной температуры.

Композитная броня, состоящая из слоев различных материалов, например металлов, пластиков, керамики или воздушной прослойки, доказала большую эффективность по сравнению со стальной броней. Керамические материалы хрупки и при использовании в чистом виде обеспечивают только ограниченную защиту, но в сочетании с другими материалами они образуют композиционную конструкцию, которая зарекомендовала себя в качестве эффективной защиты машин или отдельных солдат.

Первым композитным материалом, получившим широкое распространение, стал материал под названием «Комбинация K». Как сообщалось, он представлял собой стеклопластик между внутренним и внешним листами стали; он применялся на советских танках T-64, поступивших на вооружение в середине 60-х годов.

Броня Chobham британской разработки была установлена первоначально на британском экспериментальном танке FV 4211. Пока она засекречена, но, по неофициальным данным, она состоит из нескольких эластичных слоев и керамических плиток, заключенных в металлическую матрицу и приклеенных к опорной плите. Она была использована на танках Challenger I и II и на M1 Abrams.

Вместо того чтобы оборудовать машины все более толстой и тяжелой стальной или алюминиевой броней, армии начали принимать на вооружение различные формы навесной дополнительной защиты.

Одним из хорошо известных примеров навесной пассивной брони на основе композиционных материалов является модульная рсширяемая броневая система Mexas (Modular Expandable Armour System). Разработанная немецкой IBD Deisenroth Engineering, она изготавливалась компанией Chempro. Сотни броневых комплектов были изготовлены для гусеничных и колесных бронированных боевых машин, а также колесных грузовиков. Система устанавливалась на танк Leopard 2, БТР M113 и колесные машины, например Renault 6 x 6 VAB и немецкую машину Fuchs.

Ученые из вышеупомянутой лаборатории DSTL разработали дополнительную керамическую систему защиты, которая могла бы навешиваться на машины. После того как эта броня была разработана для серийного производства британской компанией NP Aerospace и получила обозначение Camac EFP, она была использована в Афганистане.

В системе применяются небольшие шестиугольные сегменты из керамики, размер, геометрия и размещение которых в массиве были исследованы лабораторией DSTL. Отдельные сегменты скрепляются литым полимером и укладываются в композиционный материал с высокими баллистическими характеристиками.

Применение навесных панелей активно-реактивной брони (динамическая защита) для защиты машин хорошо известно, но детонация таких панелей может повредить машине и представляет угрозу для пехоты, находящейся поблизости. Как говорит ее название, самоограничивающая активно-реактивная броня Slera (self-limiting explosive reactive armour) ограничивает распространение воздействия взрыва, но расплачивается за это несколько сниженными характеристиками. В ней применяются материалы, которые можно классифицировать как пассивные; они не столь эффективны по сравнению с полностью детонируемыми взрывчатыми веществами. Тем не менее, Slera может обеспечить защиту от множественных попаданий.

Невзрывная активно-реактивная броня NERA (Non-Explosive Reactive Armour) развивает эту концепцию далее и, будучи пассивной, предлагает такую же защиту, как и Slera, плюс хорошие характеристики защиты от многократного поражения против кумулятивных боеголовок. Non-Energetic Reactive Armour (неэнергетическая активно-реактивная броня) имеет дополнительно улучшенные характеристики для борьбы с кумулятивными боеголовками.

Новейшей разработкой в сфере броневой технологии для боевых машин является активная броня на базе электрической технологии. Одной из таких разработок является SEA (Spaced Electromagnetic Armour – разнесенная электромагнитная броня). Схематично она представляет собой две металлические пластины, подсоединенные к противоположным клеммам конденсаторной накопительной системы. Если определена атакующая кумулятивная боеголовка, к пластинам подается напряжение и создается сильное электромагнитное поле в пространстве между ними. При ударе снаряда и его детонации создается плазменный «пробойник», который деформируется и искривляется электромагнитным полем, за счет чего снижается его эффективность.

В мае 2011 года американские ВМС получили патент на систему бронирования, представляющую собой чувствительный к скорости деформации эластомерный слой, заключенный между двумя твердыми токопроводящими пластинами. Последние подсоединяются к противоположным клеммам источника энергии с целью формирования разомкнутой электрической цепи.

При ударе снаряда в броню цепь между пластинами замыкается либо корпусом снаряда, либо токопроводящей плазменной оболочкой, образующейся в полимерном слое за счет трения проникающего снаряда. Эластомерный слой вызывает «уменьшение скорости снаряда и/или изменение его направления и/или его разрушение», говорится в патенте. Все это увеличивает время, в течение которого, по меньшей мере, часть снаряда располагается между первой и второй пластиной, и тем самым замыкается электрическая цепь. Результирующая электризация еще больше снижает действенность снаряда.

Группа из Научно-исследовательского бронетанкового центра американской армии (TARDEC) планирует развить эту концепцию далее; исходя из данных от датчиков можно будет определить тип боеприпаса, ударившего в секцию или даже направление, с которого велся огонь противника.

Установленные в перспективном типе динамической брони, встроенные сенсоры могли бы позволить контролируемому микропроцессором механизму детонации определять оптимальный момент инициирования брони.

Если часть планок или прутков разнесенной брони отсутствует в результате боевых или случайных повреждений, то для потенциальных атак открывается основная броня. В 2011 году британские подразделения, расквартированные в Афганистане, решали с эту проблему с помощью Tarian Quickshield. Она представляет собой гибкую сетку, которую можно развернуть и установить на место поврежденного экрана во время ремонта в полевых условиях.

Идея того, что сеть может защитить машину от огня РПГ-7 не является новой. Во время вьетнамской войны американские войска применяли сетевой экран для защиты танков и БТР. Документ американской армии от 1976 года разъясняет принцип действия: «Носовой взрыватель снаряда [РПГ-7] может пройти сквозь проволоку [сетку] без разрушения проволочных нитей, но он изогнет металлическую оживальную часть на боеголовке по отношению к внутреннему конусу. Этот конус передаст сигнал детонации от носового взрывателя к основному детонатору и замкнется, когда оживальная часть коснется конуса». Это будет происходить примерно в 50% всех случаев удара гранат в сетку, говорится в документе.

Защитная сетка предназначена для борьбы с угрозами малой интенсивности, например реактивными гранатами. Она была разработана лабораторией голландской компании TNO Defence, Security and Safety. Система Constrictor изготовлена из высокопрочных синтетических волокон и предназначена для защиты за счет повреждения носовых взрывателей гранат и предотвращения активации кумулятивного заряда, аналогично тому, как это работало на системах времен вьетнамской войны.

Это является специфической проблемой для командиров, наблюдающих за тактической ситуацией из открытого люка башенки или стрелков, стреляющих из 12,7-мм пулеметов, установленных в башенках для вооружения. В обоих случаях руки солдат подвергаются воздействию взрыва.

В мае 2011 года американская армия запатентовала защитный экран, который может устанавливаться вокруг башенки стрелка или командира. Он состоит из нескольких наклоненных наружу панелей с окном из пуленепробиваемого стекла.

Эти панели будут изготавливаться из катаной гомогенной стали, закаленной стали, алюминия, титана или слоистого композиционного материала, тогда как окошки могут изготавливаться из многослойного отожженного стекла, поликарбоната, полиуретана, поливинилбутираля и/или керамики. Каждое окно будет установлено впереди одного из имеющихся перископов наблюдения так, чтобы последний мог использоваться при закрытых люках, тогда как наклон наружу (обычно около 25 градусов) обеспечивает дополнительную защиту от ближних угроз.

Она была разработана для защиты стрелков сидящих в турельных и купольных установках

Пластина, защищающая предплечье, закрывает руки до суставов пальцев, но может быть короче, заканчиваясь на запястье, что позволяет иметь большую свободу движений для руки, но одновременно оставляет всю кисть незащищенной.

В 2004 году американская армия раскрыла информацию о том, что она изучала применение заполненных жидкостью панелей в качестве нового вида брони. Они могут заполняться загустевающей после сдвига жидкостью (STF) состоящей из твердых взвешенных частиц. Полиэтиленгликоль рассматривался в качестве потенциальной жидкости, тогда как наночастицы двуокиси кремния рассматривались в качестве твердого компонента.

С целью получения практической формы бронежилета жидкость STF будет заливаться во все слои бронежилета из Кевлара. Эти слои будут содержать текучий состав, но при этом выполнять функцию обычной брони. Пропитанную ткань можно драпировать и сшивать как обычный кевларовый материал. Получающиеся панели легкие и гибкие, они сохраняют подвижность солдата.

«Во время обычных действий STF весьма деформируема и течет подобно жидкости», сказал доктор Эрик Ветцель, инженер-механик из управления по вооружениям и оборонным материалам. «Впрочем, как только пуля или осколок ударяет в жилет, он становится твердым материалом и это предотвращает проникновение инородного предмета в тело солдата». Материал мог бы также защищать солдат или полицейских от ножевых ранений.

Вероятно, его первым применением могли бы стать руки и ноги солдата, не защищенные бронежилетом. Еще одно применение – это бомбовые покрывала, используемые для накидывания на подозрительные пакеты или неразорвавшиеся боеприпасы. Еще одним новым применением могут стать «ботинки прыгуна», которые автоматически делаются жесткими для поддержки голеностопного сустава во время потенциально опасных ударных нагрузок.

В 2006 году компания Armor Holdings объявила о том, что она была выбрана в качестве эксклюзивного лицензиата на STF, и в следующем году она была приобретена компанией BAE Systems и переименована в BAE Systems Mobility & Protection Systems.

Может ли ERA (динамическая защита) использоваться для солдатских бронежилетов? Идея кажется натянутой, но в 2002 году Юго-западный исследовательский институт из Техаса запатентовал то, что описывается как «реагирующая броневая система, эффективная против бронебойных снарядов и достаточно легкая для ношения человеком».

Эта интригующая концепция, но возможно никто не пожелает похлопать по спине солдата, который носит такую броню, для того, чтобы похвалить его за проделанную работу.

Источник

Композит вместо алюминия. Экспериментальная бронемашина ACAVP

Боевая бронированная машина должна обеспечивать требуемый уровень защиты, но при этом быть максимально легкой. В прошлом эту проблему стали решать за счет алюминиевой брони, а затем появились более смелые идеи. В британском экспериментальном проекте ACAVP бронекорпус с достаточным уровнем защиты изготовили из композиционного материала на основе стеклоткани и эпоксидной смолы.

Смелое предложение

Основные преимущества алюминиевой брони перед стальной связаны с ее меньшей плотностью. За счет этого алюминиевая деталь при той же массе может быть толще и обеспечивать защиту, как минимум, не хуже стальной. Кроме того, более толстая алюминиевая деталь жестче, что упрощает конструирование бронекорпуса. Все эти особенности разных материалов были неоднократно продемонстрированы в разных проектах.

В начале девяностых годов недавно созданное агентство оборонных разработок при Минобороны Великобритании Defence Research Agency (позже переименовано в Defence Evaluation and Research Agency) выступило с предложением об изучении перспектив брони на основе композиционных материалов. В теории, композиты разных типов легче алюминия, но способны давать тот же уровень баллистической защиты.

В 1991 г. DRA запустила проект ACAVP (Advanced Composite Armoured Vehicle Platform – «Перспективная платформа с композитной броней»). К исследованиям привлекли несколько научных организаций, а в производстве опытной техники должны были участвовать предприятия GKN, Westland Aerospace, Vickers Defenses Systems и Short Brothers.

В дальнейшем состав участников программы менялся. Так, в середине девяностых из нее вышла компания «Шорт», не имевшая необходимых производственных мощностей. Вместо нее к работам присоединилась Vosper Thorneycroft. В 2001 г. DRA / DERA расформировали, и основным участником программы стала компания QinetiQ.

Теория брони

На первом этапе проекта, в 1991-93 гг., задачей был поиск оптимального композита, способного заменить алюминиевую броню. Планировалось изучить существующие и перспективные материалы и найти наиболее удачные в техническом отношении – и выгодные в плане экономики. При определении требуемых характеристик композитной брони отталкивались от защиты серийной алюминиевой БМП Warrior.

В общей архитектурой новой брони определились достаточно быстро. Ее предлагалось выполнить на матрице из эпоксидной смолы с наполнением из листового материала. При этом требовалось опробовать разные смолы и материалы и сравнить их. На этом этапе важным фактором стала стоимость. Так, стандартные сорта стеклоткани с ограниченными характеристиками прочности обходились всего в 3 фунта за килограмм. Более прочное арамидное волокно (кевлар) обходилось в 20 фунтов за 1 кг. Имелся широкий выбор эпоксидных смол, стоимость которых колебалась в широких пределах.

Окончательный состав брони для опытной машины ACAVP определили в 1993 г. Ее предлагалось выклеивать из стеклоткани от компании Hexcel Composites с использованием смолы типа Araldite LY556 от компании Ciba. Также требовались формы и другая оснастка для производства – за них отвечала компания Short Brothers.

Детали должны были изготовляться по технологии вакуумного формования. В специальный термостойкий мешок закладывались листы стеклоткани, и эта сборка помещалась в форму. При помощи внутри мешка создавался вакуум, после чего внутрь подавалась смола. После пропитки листов смолой будущая композитная деталь помещалась в печь для спекания.

В ходе исследований изготавливались блоки композитной брони разного состава и отличающихся габаритов. Финальным изделием этого этапа стала кормовая дверь для БМП Warrior. В 1993 г. это изделие прошло испытания. Композитная дверь при той же стойкости к пулям была на 25% легче. Это показало возможность производства целого композитного корпуса с желаемыми характеристиками.

Опытный образец

В 1993 г. началась разработка опытной машины ACAVP с композитным корпусом. Этот проект разрабатывался компанией «Виккерс» на основе БМП «Уорриор». Впервые в истории фирмы проект полностью создавался в цифровом виде. При проектировании активно использовались готовые узлы и агрегаты; силовую установку, ходовую часть и некоторые другие узлы заимствовали с минимальными изменениями. Проектирование завершилось только в октябре 1996 г., и после этого началась подготовка к строительству.

Композитный корпус для ACAVP внешне был похож на броню Warrior, однако отличался более простыми обводами, облегчавшими изготовление и извлечение деталей из форм. Корпус разделили на две части. Нижняя «ванна» имела длину ок. 6,5 м и весила 3 т. В композите были заделаны втулки и другие элементы для крепления силовой установки, ходовой части и т.д. Верхний короб корпуса имел массу 5,5 т. Он получил наклонную лобовую часть и длинную крышу с погоном башни и люками. Толщина композитной брони на наиболее ответственных участках достигала 60 мм

Уровень защиты такого корпуса соответствовал броне серийной БМП. Также предусматривалась возможность установки навесных блоков бронирования – стального, алюминиевого или композитного. Это позволяло усилить защиту, используя высвободившийся запас грузоподъемности.

В корме корпуса поставили силовой агрегат от БМП на основе дизеля Perkins V-8 Condor мощностью 550 л.с. Композит выдерживал температуры до 130°C, что позволяло не беспокоиться о разрушении моторного отсека. Использовалась шестикатковая ходовая часть с торсионной подвеской и задним ведущим колесом.

На опытной ACAVP поставили башню от Warrior. Экипаж сократили до двух человек – водителя и командира. Они располагались в корпусе и боевом отделении и попадали на свои места через собственные люки. Десантное отделение отсутствовало.

В зависимости от оснащения и других факторов, полная масса ACAVP находилась в пределах 18-25 т. Ходовые качества остались на уровне существующей БМП. При том же уровне защиты, композитный корпус был на 25% легче алюминиевого, и экономия массы достигала 1,5-2 т. При использовании других компонентов брони разницу масс можно было довести до 30%. Впрочем, новый корпус не отличался дешевизной, и высокая цена могла нивелировать прочие преимущества.

Композит на полигоне

Подготовка к строительству опытной бронемашины ACAVP началась в конце 1996 г. На этом этапе выяснилось, что «Шорт Бразерс» не в состоянии изготовить два крупногабаритных элемента корпуса из-за отсутствия печей необходимых размеров. Заказ на производство брони передали фирме Vosper Thorneycroft.

К концу 1997 г. опытный образец достроили и вывели на испытания. Проверки подтвердили высокую прочность и жесткость корпуса, позволяющую бронемашине перемещаться по пересеченной местности без риска деформаций, повреждений и т.д. Полноценную машину не испытывали обстрелом, но такую проверку прошли отдельные композитные панели, изготовленные по той же технологии.

Испытания прототипа ACAVP завершились в 2000-2001 гг. с положительными результатами. На практике подтвердились все расчеты разработчиков, и в распоряжении конструкторов появился набор перспективных технологий, пригодных для применения в новых проектах. Будущее этих наработок зависело только от планов и пожеланий военного ведомства.

Интерес армии к новой разработке был ограниченным. Военные высоко оценили перспективную разработку и ее преимущества. Однако у них не возникло желания давать ход новым технологиям и использовать их в реальном проекте. Через несколько лет началась разработка перспективного семейства бронетехники Ajax, но в этой программе вновь решили использовать алюминиевую и стальную броню. Вернутся ли когда-либо к идее композитной брони – неизвестно.

Судьба прототипа

После завершения испытаний единственную опытную бронемашину ACAVP передали танковому музею в Бовингтоне. Ее разместили в одном из выставочных залов, рядом с другими интересными разработками британской промышленности. Прототип до сих пор пребывает в хорошем состоянии, и его регулярно выводят на танкодром для участия в местных «танковых фестивалях».

С 2001 г. тематика композитной брони ограниченно прорабатывается компанией QinetiQ. Ее специалисты регулярно приезжают в Бовингтон и проводят обследование машины ACAVP. Такие исследования позволяют понять, как ведет себя композитный корпус по мере старения. Собранные данные используются в новых исследованиях и могут найти применение в перспективных проектах. Конечно, если британская армия проявит интерес к новым материалам.

Источник

• ← чем вылечить горло антибиотик
• что такое репаративный характер →