Как работает кумулятивная броня?

Еще в начале прошлого века бронемашины атаковали в лоб. Основной силой были бронебойные снаряды, конструкторы делали ставку на них. Техническое противостояние сводилось к повышению толщины обшивки танков и изменению угла ее наклона, а также к увеличению калибра пушек. Мы можем наблюдать это в истории Второй Мировой война, она стала первым глобальным конфликтом с участием бронированных машин и дала импульс к их развитию.

Разработчики того времени мыслили так: мы сделаем препятствие для снаряда толще, и тогда ему будет тяжелее преодолеть препятствие, а если еще и сделаем его расположение наклонным, то повысим вероятность отскока. Много не изменилось и с изобретением бронебойных средств атаки, которые выпускали боеприпасы с неразрывающейся серединой.

Прогрессом стало внедрение кумулятивных зарядов в начале войны. Немецкая сторона начала применять их в 1941, в 1942 такие боеприпасы с выемкой в области заряде появились и у советской армии. Вместе с этим появилась новая конструктивная сложность. Усиливать защиту за счет утолщения теперь было невозможно, так как танки могли стать слишком тяжелыми, чтобы выполнять возложенные на них задачи. И эта проблема запустила новый виток эволюции.

Как это работает?

ЭДЗ или элементы динамической защиты конструктивно похожи на сэндвичи, в которых между двумя металлическими элементами заложено взрывчатое веществ. Их складывают в резервуары с крышками, у крышек двойное назначение: защита от окружающей среды и использование в виде метаемого элемента.

Отличительная особенность кумулятивного боеприпаса – вогнутость в форме конуса, отделанная тонким металлическим слоем. Она направленная широкой стороной вперед. Детонирует же с той стороны, которая ближе к вершине конуса. Сначала детонационный процесс  затрагивает воронку по направлению к оси боеприпаса. Давление внутри повышается до полумиллиона атмосфер, пластическая подкладка поддается его воздействию и переходит в состояние квазижидкости. Это не просто плавление, а переход в жидкое состояние холодного вещества. Затем из конуса выдавливается кумулятивная струя, по толщине не превышающая оболочку. Эта струя доходит до скорости, достаточной для детонации, то есть до 10 километров в секунду или больше.

Интересная особенность: скорость струи будет выше, чем скорость расхождения звука в толще боеприпаса. Звук в нем распространяется в среднем на 4-х километрах в секунду. Ввиду этого взаимодействие между броней и струей подчиняется принципам гидродинамики. Это означает, что они ведут себя, как тела в жидком состоянии: струя не прожигает броню, как ошибочно считают многие. Она проходит внутрь, это можно сравнить с потоком воды под давлением, который размывает толщу песка.

Как защищаться?

С появлением таких снарядов понадобился способ защиты от них. Первая кумулятивная броня была представлена экранами, это была защита из комплекса двух преград. При создании учитывалось, что кумулятивная струя не может сформироваться за секунду, чтобы боеприпас принес максимальную эффективность, он должен разорваться на определенной дистанции от бронированной техники, которую должен уничтожить. Это называется фокусным расстоянием. Отсюда следует, что экран из металла, который находится перед броней, спровоцирует разрыв раньше, эффективность будет ниже.

Этот механизм испытали еще во времена Второй Мировой. Танкисты закрепляли на своих танках тонкие металлические листы и покрывали их сеткой. В те годы была распространена байка о том, что сетку брали из панцирных кроватей, но это было не так. Для этого изготавливали специальные сетки. Это было не очень эффективно, так как стойкость повышалась лишь на 9-18%. Однако, стало понятно, что механизм работает.

Иностранные версии

В других странах активно внедряли подобного рода защиту, используя разные материалы и конструктивные решения. Первое поколение динамической защиты (ДЗ) разработали в Пакистане, Китае и Иране. Они нуждались в доработках, так как были неприменимы для легкобронированных машин, выполняли задачу, но приносили им слишком высокий ущерб.

Второе поколение предполагало использование боеприпасов ВВ специального типа, наполненных неметаллическими элементами, от этого ущерб для техники стал ниже. Такие комплексы уже можно было использовать на средствах с легкой броней. ДЗ стало основой обороны гибридного типа, такие разработки внедрили Израиль и Германия.

Действие третьего поколения ДЗ опирается на энергетические качества материалов, использовали поликарбонат, полиуретан или силикон и другие. Негативное побочное действие стало еще ниже. В израильских танках использовали экраны из специального стекла, ширина которого составляла 10 см. Окислы металлов катализируют, а силикон выполняет роль энергетического проводника. Данная динамическая броня сейчас считается перспективной, так как ее можно использовать совместно с другими защитными технологиями. Внедрили в США и Швейцарии.

Есть и четвертый тип, вовсе без энергетических материалов. Они спроектированы так, чтобы использовать энергию самого снаряда. По такому принципу работают ячеистая, отражающая и откольная броня. У откольной интересная конструкция: обратная сторона обладает особым рельефом, который способствуют формированию осколков при попадании струи. Поток осколков должен разрушить ее. В нашей стране четвертое поколение не считается перспективным, хотя в других странах его по прежнему не упускают из вида.

Наиболее перспективной в большинстве стран считается гибридная броня, в которую включено несколько типов защиты. США использует такую для БМП и танков, Израиль – для грузовиков и М2. Ввиду этого, создавая бронетанки нового поколения, это модели Т-64, Т-72 и Т-80, конструкторы сделали выбор в пользу многослойной защиты. Это слои из стали, между которыми заключены керамика, разные фракции стеклопластика или другой материал малой плотности. Такая конструкция защищает на 30% лучше, если сопоставлять с монолитными.

Но этот способ работает только для корпуса, применить его на башнях в этих случаях не вышло. Дело в том, что башня здесь литая, начинить ее керамикой затруднительно. В качестве альтернативы было предложено использовать ультрафарфор, его можно вплавить внутрь. У данного материала способность погасить струю примерно дважды выше относительно стали. Однако, выбран был все же иной вариант, между основными слоями металла поместили пакеты из прочной стали. Их задача заключается в приеме на себя удара струи, реакция осуществляется уже не по принципам гидромеханики, его эффективность зависит от твердости металла.

Полуактивный тип

Остановить кумулятивную струю сложно, но она легкодоступна при поперечном поражении. Даже несильного бокового воздействия достаточно, чтобы разрушить ее. В дальнейшем технологии развивались с учетом данной особенности. Образование лобовой и бортовой брони основывалось на полости с наполнителями. Это реализовано в моделях, которые вышли позже – Т-72Б, Т-80У и Т-80УД. Механизмы срабатывают по-разному, но все они нацелены именно на боковую уязвимость. Данный тип назвали полуактивным, так как используемая энергия исходит непосредственно от объекта поражения.

Это реализовано так: в ячеистой броне ячейки наполняются полиуретаном или другой квази-жидкой субстанцией. При попадании ударная волна будет отражена от стенок, она схлопнет каверну и разрушит струю воздействием сбоку. Благодаря такому внедрению устойчивость стала как минимум на 30% выше.

Существует и другое решение – отражающие листы. Они состоят из трех слоев: тонкая пластина, основная плита и прокладка между ними. Когда струя попадает в плиту, реакция приводит к разрушению задней поверхности. Деформируются и передняя сторона с прокладкой, от этого пластина начинает движение по направлению от плиты. Так как движение пластины и струи направлено под разными углами, они пересекутся, и струя будет разрушена. Если сравнивать с монолитными сооружениями, эффект от данной технологии будет на 40% выше.

Россия и мир

Стоит понять, что наша страна использует концепцию динамической защиты, сильно отличающуюся от той, на которую делают ставки в западных странах. Для нашей армии ДЗ является обязательным элементом для каждого из танков. Требования к классу защиты постоянно повышаются. При этом для легкобронированных машин технология не применяется. На западе вы видим иную картину: там ДЗ активно устанавливают на легкобронированные единицы, а на танки – очень избирательно.

Существует ограничение по защите – 400 мм. Этого достаточно, чтобы противостоять распространенным кумулятивным боеприпасам. В противном случае танки станут неповоротливыми из-за очень высокого веса.

Значимым усовершенствованием для нас стал переход на новый тип башен – на сварной основе, от этого защитные качества повысились. В Т-72Б увеличился еще и внутренний объем по сравнению с литой основой, но повысилась масса техники. При наполнении межслойного пространства стеклопластиком или керамикой удалось добиться такой защиты, какую предоставила бы сталь толщиной в 500 мм.

Эффективность кумулятивной брони постоянно повышается, и этот процесс будет непрерывным, покуда актуальна бронированная техника. Таким образом страны создают военное преимущество и держатся на уровне, не отставая от других.