Частные вопросы конечной баллистики

Частные вопросы конечной баллистики

Под редакцией доктора технических наук, профессора, академика РАРАН В.А. Григоряна





Москва Издательство МГТУ им. Н.Э. Баумана 2006

УДК 623.438.3
ББК 68.513
    4-24

           Частные вопросы конечной баллистики / В.А. Григорян, 4-24 А.Н. Белобородько, Н.С. Дорохов и др.; Под ред. В.А. Григоряна. — М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2006. — 592 с.: ил.
       ISBN 5-7038-2798-1

           Монография посвящена комплексу вопросов, связанных с баллистической защитой объектов бронетехники от воздействия ударно-кинетических боеприпасов. Кратко проанализированы конструктивные схемы существующих и прогнозируемых до 2010 г. основных средств поражения танков — бронебойных подкалиберных снарядов и кумулятивных боеприпасов. Приведены сведения о применяемых в броневой защите материалах, их физикомеханических свойствах, типах брони, методиках ее испытаний и оценки стойкости, включая статистические методы. Значительное внимание уделено изучению процессов взаимодействия противотанковых средств поражения с монолитной, комбинированной броней и динамической защитой. Представлены физические и математические, включая численные, модели взаимодействия, количественные зависимости и расчетные методики. Изложены правила расчета и проектирования брони танков, в том числе с использованием элементов САПР.
           Монография может быть полезна научным работникам, инженерам и военным специалистам, занимающимся разработкой защиты военной техники, а также студентам и аспирантам технических вузов и университетов.

                                                            УДК 623.438.3
                                                            ББК 68.513

Авторы:
       В.А. Григорян, А.Н. Белобородько, Н.С. Дорохов, И.Ф. Кобылкин, А. В. Коновалов, В.М. Маринин, И В. Соколов

Рецензенты:
       Е.Н. Чистяков — начальник ОНТИ ОАО «НИИ стали»;
       В.С. Соловьев — доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой «Высокоточные летательные аппараты» МГТУ им. Н.Э. Баумана

           Авторский коллектив выражает свою благодарность Волковой Татьяне Васильевне и Кочешковой Ирине Борисовне за существенный вклад в подготовку рукописи к изданию.

ISBN 5-7038-2798-1                        © ОАО «НИИ стали», 2006
                                           © Оформление. Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2006

ПРЕДИСЛОВИЕ


Уважаемый читатель!
   Проблема «снаряд — броня» достаточно стара. Но, пожалуй, никогда темпы соревнования между бронепробивной способностью средств поражения и уровнем бронезащиты не были так высоки, как в последние полвека. Появление и бурное развитие кумулятивных и бронебойных подкалиберных снарядов дали толчок качественному изменению защиты: произошел переход от монолитной стальной брони к комбинированным броневым структурам, которые включают в себя помимо стальных броневых слоев ряд других материалов и устройств, обеспечивающих защиту бронетехники в рамках приемлемой массы бронирования.
   Значительный вклад в понимание механизмов взаимодействия бронебойных снарядов с монолитной броней и выявление связей между физико-механическими свойствами брони и ее стойкостью внесли в свое время исследователи ЦНИИ-48. Подлинно научным подходом к проблеме отличаются классические труды сотрудников Ленинградского физико-технического института им. А.Ф. Иоффе, на многие годы ставшие базовыми для советской школы исследователей и разработчиков броневой защиты. Не будет преувеличением сказать, что по глубине и методичности эти исследования намного опередили общемировые. Можно было бы упомянуть ряд других коллективов и отдельных ученых, также внесших выдающийся вклад в разработку указанной проблемы, однако, думаю, что это станет ясно из содержания книги.
   Монография обобщает накопленный за вторую половину прошлого столетия опыт исследований и разработки броневой защиты. Она написана коллективом авторов, являющихся в основном сотрудниками Научно-исследовательского института стали. На протяжении многих лет они занимаются созданием различных типов бронезащиты для отечественной бронетехники. Изложенный в книге материал в значительной степени основан на собственных конструкторских разработках, теоретических и экспериментальных исследованиях.

Предисловие

   Основная цель книги — ознакомить читателя с принципами построения современной броневой защиты. Материал излагается от простого — к сложному.
   Гл. 1 посвящена описанию бронебойных подкалиберных снарядов и кумулятивных боеприпасов, представляющих в настоящее время наибольшую угрозу для бронирования сухопутной военной техники. Даны общие сведения о принципах и особенностях функционирования поражающих элементов (бронебойного сердечника, кумулятивной струи) в процессе проникания.
   В гл. 2 приведены экспериментальные и теоретические методы определения стойкости брони к воздействию указанных поражающих средств.
   Гл. 3 целиком посвящена монолитной стальной броне: ее составам, физико-механическим свойствам и законам сопротивления прониканию поражающих элементов различного типа — кумулятивной струи, срабатывающихся и несрабатывающихся кинетических инденторов. Рассмотрены модели их взаимодействия со стальными преградами конечной толщины с учетом углов встречи и атаки. Достаточно подробное исследование вопросов взаимодействия поражающих элементов различного принципа действия по монолитной броне позволяет перейти к исследованию защитных свойств более сложных броневых структур. В порядке возрастания сложности в гл. 4-6 последовательно рассмотрены двух- и многопреградные структуры защиты, многослойная (комбинированная) броня и, наконец, структуры, содержащие устройства динамической защиты. В гл. 5, посвященной многослойным структурам, особо рассмотрены вопросы, связанные с использованием броневой керамики как материала, обладающего аномально высокой противокумулятивной и противоснарядной стойкостью.
   В гл. 7 представлены методические подходы к расчету и синтезу броневых структур, отвечающих заданным требованиям по противоснарядной и противокумулятивной защите.
   Следует особо отметить, что при изложении материалов работ, рассмотренных в данной монографии, использовалась авторская символика, чем объясняется ее различие при обозначении одних и тех же параметров в разных главах.
   По понятным причинам в книге отсутствуют конкретные рекомендации по проектированию защиты современной бронетанковой техники и не дано описание последних разработок в этой области. Вместе с тем, если материалы монографии помогут конструктору при проекта-

Предисловие

5

ровании бронезащиты или дадут дополнительный импульс для дальнейших исследований, касающихся процессов высокоскоростного соударения, авторы будут считать свою цель достигнутой.
   Монография предназначена для научных работников, инженеров и военных специалистов, занимающихся разработкой и проектированием систем бронезащиты от действия мощных ударно-кинетических боеприпасов, а также может использоваться в процессе обучения аспирантами и студентами старших курсов университетов и технических вузов.




                                     Доктор технических наук, профессор, академик РАРАН В.А. Григорян

Глава 1. ОСНОВНЫЕ ПРОТИВОТАНКОВЫЕ БОЕПРИПАСЫ. ПРИНЦИПЫ И ОСОБЕННОСТИ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ

1.1. Бронебойные подкалиберные снаряды

   Наиболее распространенными средствами поражения брони танков к концу Второй мировой войны были бронебойные снаряды (БС) танковых и противотанковых пушек калибра 85...88 мм. Эти снаряды на дальности 2 км пробивали броню толщиной 150... 155 мм под углом 0° и толщиной 50...55 мм под углом 60°.
   Начальные скорости снарядов этих пушек достигали 1000 м/с. Стремление при той же энергетике орудия увеличить бронепробивную способность средств поражения привело к разработке бронебойных подкалиберных снарядов (БПС). Однако БПС периода Второй мировой войны имели преимущество перед калиберными снарядами только на небольших дальностях стрельбы из-за значительного падения скорости вследствие низких баллистических качеств БПС.
   В 1950-х годах с появлением танков, которые можно отнести к первому послевоенному поколению, началось бурное развитие средств их поражения. Этапы развития средств поражения и новых типов брони танков за рубежом отражены в многочисленных обзорах, в частности, известного обозревателя Р.М. Огоркевича [1.1 -1.8].
   Одним из главных направлений работ того времени можно считать дальнейшее увеличение бронепробивного действия снарядов за счет кинетической энергии. Это достигалось увеличением калибра пушек по сравнению с калибрами пушек конца Второй мировой войны, повышением начальной скорости снарядов путем увеличения длины ствола, массы порохового заряда и создания БПС с отделяющимся после вылета из ствола поддоном. Для сердечников БПС стали применять твердые сплавы на основе карбида вольфрама и тяжелые сплавы на основе вольфрама и обедненного урана.
   В конце 1950-х годов широкое распространение в странах НАТО получили английские 105-мм нарезные пушки L7 и их американская

L1. Бронебойные подкалиберные снаряды

7

модификация М68. В боекомплект этих пушек входили бронебойные подкалиберные, кумулятивные и бронебойно-фугасные снаряды. Бронебойные подкалиберные снаряды типа APDS (Armour Piercing Discarding Sabot — бронебойный с отделяющимся поддоном) были двух видов: снаряд с индексом L28A1, имеющий сердечник из карбида вольфрама, обладал относительно высокой бронепробивной способностью при небольших углах встречи; снаряд с индексом L52A1 имел сердечник из пластичного вольфрамового сплава и из-за деформирования уступал сердечнику снаряда L28A1 при действии по броне на малых углах, но превосходил его при действии по броне на больших углах встречи.
   Если сравнивать БПС L28A1 и L52A1 с БС конца Второй мировой войны, то можно отметить, что эти БПС имеют более высокие начальные скорости (примерно 1500 м/с вместо 1000 м/с), меньшее падение скорости на дистанции и более высокую бронепробивную способность: пробиваемая толщина стальной брони средней твердости при обстреле БПС с дальности 2 км под углами 0...30⁰ составляет 250. ..300 мм, а под углами 60. ..70° — 110. ..120 мм, т. е. под малыми углами в 2,2-3,0 раза, а под большими углами— в 2,1 -2,4 раза больше, чем при обстреле БС
   В начале 1960-х годов стало ясно, что дальнейшее улучшение стабилизируемых вращением снарядов типа APDS не имеет перспектив, так как у снарядов этого типа относительная длина (отношение длины сердечника 1С к его диаметру d) уже была доведена до верхнего предела (при отношении lz/d, равном приблизительно 5-7, вращение, сообщаемое снаряду в нарезном стволе, не обеспечивает требуемой устойчивости его в полете).
   Было установлено, что для реализации более высокого значения отношения IJd необходимо перейти от стабилизации снаряда вращением к обеспечению его устойчивости в полете за счет оперения. Для этого необходимо было либо свести до минимума или устранить вовсе вращение, сообщаемое снаряду в нарезном стволе, либо перейти к гладкому стволу.
   Англия и США в своих новых разработках пошли по первому пути, применяя для устранения вращения снарядов при стрельбе из нарезных пушек проворачивающиеся ведущие пояски, назначение которых — обтюрировать пороховые газы и в то же время избежать передачи значительной скорости вращения снаряду. В ФРГ начались разработки гладкоствольной пушки и снарядов к ней.

Глава 1. Основные противотанковые боеприпасы. Принципы и особенности функционирования

   В середине 1970-х годов снаряды типа APDS стали вытесняться стреловидными, большого удлинения, с отделяющимся поддоном, стабилизируемыми оперением снарядами типа APFSDS (Armour Piercing Fin Stabilized Discarding Sabot). В странах НАТО за короткий период были разработаны снаряды этого типа, различающиеся по калибру, конструкции и применяемым материалам. Основные характеристики зарубежных снарядов типа APFSDS, принятых к серийному производству или находящихся на стадии опытных разработок начиная с 1970-х годов, приведены в табл. 1.1.
   О некоторых конструктивных особенностях снарядов различных типов можно судить по рис. 1.1-1.3 (материалы представлены на основе изучения зарубежной информации [1.9-1.47 и др.], а также аналитических исследований).
   Если в период Второй мировой войны и непосредственно после нее диаметр сердечника составлял 50...70 % от калибра ствола, то у снарядов APFSDS он лежит в пределах 32...38 %. Применяемые для изготовления сердечников материалы имеют высокие значения плотности и прочности. Плотность вольфрамовых сплавов 16,8... 17,6 г/см³, сплавов на основе обедненного урана (далее — урана) — примерно 18,6 г/см³. Сердечники из урана имеют некоторые преимущества по бронепробиваемости перед снарядами из вольфрамовых сплавов (до 10 % при действии по гомогенной броне).
   Новые снаряды имеют и лучшие баллистические характеристики: большую начальную скорость и меньшее падение скорости по дальности (например, 92 м/с и 120... 130 м/с на 2 км у снарядов Ml 11 и DM23 соответственно вместо 210 м/с у снаряда L28).
   В результате перечисленных выше мер сердечники снарядов типа APFSDS сосредоточивают ббльшую кинетическую энергию на меньшей площади контакта с броней, чем равные им по массе сердечники снарядов типа APDS, и поэтому пробивают более толстую броню (в 1,4-1,7 раза, т. е. 150... 190 мм вместо 110... 120 мм при угле встречи 60°).
   Принципиально новой особенностью БПС типа APFSDS является увеличение толщины пробиваемой брони в направлении действия снаряда с увеличением углов встречи с броней вплоть до углов рикошета (до 78° и более).
   Так, если снаряды типа DM13 к 120-мм немецкой пушке «Рейнме-талл» при углах встречи с броней 0...30⁰ пробивают с 2 км 320...350 мм стальной брони, то при угле встречи 60° их бронепробивная способность достигает 400...440 мм по горизонтали, что на 20% больше, чем при малых углах встречи.

Таблица 1.1

Характеристики зарубежных БПС типа APFSDS

                        Год при-   Общая              Скорость     Броне-     Характеристики    
                          нятия    масса   Начальная  на даль-    пробитие    активной части    
Индекс снаряда (страна) на воору- снаряда, скорость  ности 2 км на дальности Масса, Длина, мм /
                          жение      кг     Го, м/с  Р2км, м/с    2 км, мм     кг   Диаметр, мм
                                                                 (а = 60°)                     
                                     Калибр 105 мм                                              
NP105 А2 (Австрия)’        ---      ---      1460    1350           200       ---    473 / 22  
L64A4 (Великобрита-       1978      6,12     1490    1370       170           3,3    476 / 28  
ния)*                                                                                          
HG/62 (Великобрита-       1988      6,12     1490       1365        200       ---     --- /25  
ния)*                                                                                          
DM... (Германия)*         1979      6,27     1450       1358    160-170       3,79    271/33   
Mill (Израиль)*            ---      6,27     1455       1363    170           3,8    327 / 33  
М774 (США)**              1979      5,8      1508    1380-1390  180           3,4   345,8 / 26 
М833 (США)’*              1983      6,19     1485       1365        250       3,7   427,2 / 24 
OFL105 F1 (Франция)*      1981      5,80     1525    1400       180           3,6     --- /26  
OFL105 Е2 (Франция)*      1988      6,20     1525    1400       260-270       ---       ---    
                                     Калибр 120 мм                                              
CHARM 1                   1994      ---       ---       ---     270-280       ---       ---    
(Вел икобритания)                                                                              
CHARM3                    1999      ---       ---       ---         370       ---       ---    
(Великобритания)**                                                                             
DM 13 (Германия)*         1979      7,22     1650    1530           220       ---     --- /38  
DM23 (Германия)*          1985      7,20     1650       1540        240       4,3     380/32   

1.1. Бронебойные подкалиберные снаряды

Окончание табл. 1.1

                        Год при-                        Скорость     Броне-     Характеристики    
                        нятия на    Общая    Начальная  на даль-    пробитие    активной части    
Индекс снаряда (страна) вооруже-  масса сна- скорость  ности 2 км на дальности Масса, Длина, мм /
                           ние     ряда, кг   V6, м/с  Г? км, М/С   2 км, мм     кг   Диаметр, мм
                                                                   (а = 60°)                     
DM33FI (Германия)*        1988       7,40      1650       1500      270-280     ---   532/28     
DM43 (Германия)*          1995       7,2       1700       ---       320-350     ---   508/21     
DM53 (Германия)*          2000       ---        ---       ---       300-320     ---       ---    
М827 (США)’*              1979       7,22      1650       ---         260       ---     --- /38  
М829 (США)**              1985       7,40      1665       1560      270-280      4    460/27     
M829AI (США)**            1989     8,6-9,1     1707       ---         350       ---    --- /24,2 
М829А2 (США)”             1992       7,3       1680       ----        370       ---    --- /24,2 
М829АЗ (США)”             2003       ---        ---       ---         400       ---       ---    
|OFL120 G1 (Франция)*      ---       6,2       1650       1525      270-290     3,6     --- /26  
PROCIPAC                Находит-                                                                 
(Франция, Германия)**   ся в раз-    ---       1780       ---       345-360     ---   ---        
                        работке                                                                  
                                      Калибр 140 мм                                               
ХМ946 (США)*’             1997       11,1      1800       ---       450-500     ---   870 / 24   

' Материал сердечника — вольфрамовый сплав.
*’ Материал сердечника — обедненный уран.

О Глава 1. Основные противотанковые боеприпасы. Принципы и особенности функционирования