IV Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2012

Согласно проведенным исследованиям рубеж XX-XXI вв. является переломным в развитии танков. Среди проблем, возникающих при отработке современной концепции танка, сущест­венное значение имеет проблема обеспечения его защищенности. Это обу­словлено созданием новых высокоэффективных средств вооруженной борь­бы, совершенствованием и расширением арсенала противотанковых средств (ПТС), ставших массовым оружием, и, наконец, этот период характеризовался относительно большими потерями танков в ходе отдельных локальных войн и вооруженных конфликтов. Однако в сухопутных формированиях сил общего назначения, как в России, так и за рубежом, бронетанковое вооружение, и в первую очередь танки, по-прежнему составляет основу боевого потенциала.

Главным достоинством современных танков, созданных в соответствии с существующей концепцией, которая на сегодняшний день остается неизмен­ной, является возможность достижения в ближайшем будущем оптимального сочетания огневой мощи, защищенности и подвижности, что дает дополни­тельный резерв для повышения боевой и военно-экономической эффектив­ности модернизируемых танков. При этом следует иметь в виду, что в любом случае повышение защищенности танков является наиболее важной, слож­ной и трудноразрешимой проблемой.

Современные танки представляют собой сложные технические системы как по боевым и эксплуатационно-техническим свойствам, так и по сочетанию конструктивных, схемных и технологических решений по машине в целом и по ее различным составным частям.

Относительно танков, имеющих сегодня наиболее высокий уровень защи­ты, следует отметить, что дальнейшее усовершенствование систем комплекс­ной защиты осложняется очень жесткими массогабаритными ограничениями. По-видимому, не существует какого-либо одного пути или способа, позво­ляющего получить желаемые результаты. В мировой практике для повыше­ния защиты танков используют различные направления. Из-за сложности проблемы защиты танка для ее решения необходим комплексный подход. Суть конкретного подхода состоит в глубокой проработке каждой системы защиты, возможностей при ее использовании и оценке ее эффективности, а суть комплексного подхода - в рациональном сочетании взаимодополняющих друг друга различных систем защиты в целях получения путем применения комплексных решений максимальной эффективности при допустимых массе габаритах танка.

При определении уровня прямой защиты от  ПТС, которые долж­ны обеспечивать боевые проекции бронирования, за основу принимают предельные, зачастую прогнозируемые ПТС вероятного противника [1,2]. Однако при современных ограничениях по массе, которые могут быть выделены на защиту основного боевого танка (ОБТ), достижение эффективной стойкости бронирования во всех возможных боевых условиях представляет собой весьма сложную проблему, а в ряде слу­чаев трудноразрешимую.

В реальных боевых условиях ОБТ может оказаться в самых различных ситуациях, но наиболее ответственной и тяжелой тактической ситуацией является наступление. Поэтому в первую очередь ОБТ необходимо защищать от поражения в условиях наступления [1]. При этом также следует принимать меры для сохранения его боеспособности в других ситуациях, например в глубине обороны до вступления в контакт с противником. Для этого комплекс прямой защиты должен включать в себя средства, обеспечивающие защищенность танка от нескольких поражающих факторов одновременно [1,2].

Основными средствами поражения, по которым задаются тактико-техничес­кие требования (ТТТ) на защиту лобовых и бортовых проекций бронирования танка, являются артиллерийские снаряды и ПТУР [2].

Основными техническими средствами прямой защиты танка от различных поражающих воздействий ПТС противника являются броневые узлы корпуса  башни, представляющие собой монолитные или комбинированные много­тонные, экранированные, конструктивные и другие преграды. В ряде случа­ев они выполнены с применением динамической и активной защиты, а также различных устройств защитного комплекса.

Использование динамической защиты, основанной на взрывном воздейст­вии со стороны специальных элементов броневой конструкции на внедряю­щуюся кумулятивную струю, дает существенный эффект. Применение встро­енной динамической защиты, в отличие от навесной, приводит не только к снижению пробивной способности кумулятивной струи (на 300...400 мм), но и к уменьшению действия подкалиберных снарядов (на 150...200 мм). По сравнению с использованием кумулятивных боеприпасов тандемного типа динамическая защита на танках оформляется так же, как и тандемная (двух­слойная).

Динамическая защи­та - это защитное устройство, принцип действия которого состоит в том, что направленный взрыв заряда взрывчатого вещества (ВВ) воздействует на попавший в танк снаряд в целях резкого снижения его пробивной способ­ности [1,2]. Заряды ВВ, образующие элементы динамической защиты (ЭДЗ), мож­но размещать в специальных броневых контейнерах на наружной поверхно­сти танка (навесная динамическая защита) или внутри броневых узлов (встроенная динамическая защита). Навесная ДЗ предназначена для снижения эффективности только кумулятивных снарядов, встроенная же ДЗ является более универсальной, действующей против всех типов противотанковых сна­рядов. Динамическую защиту иногда называют реактивной броней. В соот­ветствии с функциональным назначением навесная ДЗ получила название противокумулятивной ДЗ, а встроенная - универсальной ДЗ.

При прохождении струи через ЭДЗ металличе­ские пластины, первоначально примыкавшие к слою ВВ, в результате его детонации начинают двигаться. При этом они пересекают траекторию куму­лятивной струи, вследствие чего происходит последовательное пробитие струей вновь подставляемых участков движущихся пластин. В ходе этого процесса струя подвергается динамическому воздействию продуктов взрыва; кроме того, на нее оказывает влияние боковой импульс от соударения с пластинами. При этом первоначально прямолинейная кумулятивная струя приобретает зигзагообразную форму, происходит ее неравномерное растя­жение и разрыв на отдельные части. На более поздних стадиях процесса де­формирование струи проявляется в большей степени; со временем оно при­водит к полному распаду части струи, подвергшейся воздействию ЭДЗ. Деформирование и разрушение кумулятивной струи вызывают существен­ное снижение ее бронепробиваемости (на 50...80 %) [1,2].

Для эффективного воздействия ЭДЗ на кумулятивную струю необходимо выполнение ряда требований, обеспечивающих оптимальные условия взаи­модействия ЭДЗ со струей. Заряд ВВ должен инициироваться и устойчиво детонировать при прохождении через него кумулятивной струи, но не взры­ваться при попадании в него пуль, малокалиберных снарядов и осколков осколочно-фугасных снарядов (ОФС). Выполнение этих условий главным образом достигается подбором со­става ВВ и толщины его слоя, а также дополнительным экранированием ЭДЗ.

Одновременно с обеспечением требуемого воздействия на кумулятивную струю нужно, чтобы масса ВВ, входящего в ЭДЗ, не оказывала разрушающе­го воздействия на защищаемый объект (танк, БМП и др.). В соответствии с этим необходимо, чтобы размеры ЭДЗ были пропорциональны размерам за­щищаемой поверхности броневой детали.

Для установки ЭДЗ на броне танка применяют контейнеры противокуму­лятивной динамической защиты (рис.2). Комплекс динамической защиты представляет собой совокупность контейнеров и узлов их крепления к основ­ной броне, установленных на башне, а также на лобовых и бортовых частях корпуса танка.

Создание такого варианта обусловлено необходимостью полного перекрытия динамической защитой брони, включая зоны размером 35...40 мм между контейнерами. Это позволяет обеспечить прохождение кумулятивной струи боеприпаса через два или три ЭДЗ в зависимости от зоны ее работы (рисунок 4).

В схеме расположения контейнеров на танке учитывают характери­стики танка. Контейнеры устанавливают перед защищаемым участком брони так, чтобы угол между вероятной траекторией кумулятивного средства пора­жения и нормалью к лицевой поверхности контейнера составлял 55°...85° [1,2].

Динамическая (пассивная) бронезащита танка невзрывного действия.

Одним из наиболее эффективных способов защиты танка от противотанковых снарядов является динамическая защита, основанная на принципе пассивной защиты с применением деформируемых  амортизаторов [5,6]. Основными положительными характеристиками такой защиты являются: способность мгновенного восприятия больших динамических нагрузок, способность демпфировать энергию удара атакующего средства за короткое время (мкс), простота конструкции и др. 

Авторским коллективом Омского танкового инженерного института разработан ряд конструктивных решений, расширяющих функциональные возможности броневой защиты и способствующих повышению ее надежности [5,6].

В первом техническом решении повышение защищенности танка обеспечивается  за счет применения бронезащитных плит, установленных на корпусе и башне на деформируемых амортизаторах с возможностью перемещения бронезащитных плит относительно корпуса и башни танка, при этом деформируемый амортизатор представляет собой тонколистовой профиль, который выполнен из прямолинейного или овального профиля,  а также синусоидального сечения многошагового исполнения.

Данное устройство показано на рисунке 5: а - вид сбоку на бронезащиту танка; б -  вид сверху на броневую защиту, в - вид спереди на броневую защиту танка; г -  первый вариант бронезащиты с деформируемым амортизатором, выполненным из прямолинейных элементов, образующих прямоугольное сечение многошагового исполнения; д - крепление броневых плит к корпусу и башне танка - вид сверху; е - первый вариант исполнения конструкции динамической бронезащиты, в которой деформируемый амортизатор представляет собой тонколистовой профиль, выполненный из прямолинейных элементов, образующих трапециевидное сечение многошагового исполнения; ж -  второй вариант динамической бронезащиты, в которой деформируемый амортизатор представляет собой тонколистовой профиль, выполненный из криволинейных элементов, образующих овальное или синусоидальное сечение многошагового исполнения.

В первом варианте выполнения устройства деформируемый амортизатор выполнен из прямолинейных элементов, образующих прямоугольные 11, трапециевидные 12 или треугольные сечения с равномерным шагом исполнения. Во втором варианте устройства деформируемый амортизатор выполнен в виде криволинейных овальных сечений 13 с равномерным шагом исполнения. Бронезащитные плиты 4, 5, 6 и другие закреплены с возможностью перемещения при деформировании амортизатора большой ударной  нагрузкой. Перемещение бронеплиты относительно башни или корпуса может быть различным: поступательным; угловым; плоским, т.е. поступательным с поворотом в зависимости от места удара атакующего средства в бронеплиту. Для обеспечения перемещений бронеплиты в конструкции предусмотрены вертикальные и горизонтальные зазоры между отверстиями в плитах и бобышками .

При прочих равных условиях выполнения деформируемые амортизаторы прямоугольного сечения имеет более жесткую характеристику деформирования, чем амортизаторы трапециевидного сечения или с криволинейным сечением профиля. Кроме того, выбор типа деформируемого амортизатора зависит от способа его изготовления  из тонкостенного листа.

Рассмотрим возможные варианты работы динамической бронезащиты при ударе атакующего средства в различные точки поверхности бронезащитной плиты. При ударе атакующего средства в среднюю часть (центр площади) бронеплиты возникает нагрузка, перпендикулярная плоскости бронеплиты, которая деформирует несущие элементы амортизатора, выполняя функцию гашения кинетической энергии, при этом бронезащитная плита получает возможность перемещаться поступательно относительно неподвижного основания корпуса или башни. Деформация амортизатора происходит при огромных силах, создаваемых атакующим средством.

Кинетическая энергия  (Дж) атакующего средства определяется по формуле [3,4]:

Энергию пластической деформации амортизатора можно определить по формуле [3,4]:

Приравнивая величины  и  можно получить приближенное значение коэффициента жесткости амортизатора  Н/м.

Такое значение коэффициента жесткости обеспечивает предлагаемая конструкция деформируемого амортизатора. Процесс удара атакующего средства о бронеплиту содержит две основные фазы. В первой фазе удара бронезащитная плита приобретает скорость за счет уменьшения скорости атакующего средства.

В первой фазе удара скорость атакующего средства уменьшатся практически в два раза, а бронеплита приобретает конечную скорость. Вторая часть удара заключается в движении атакующего средства и бронеплиты с одинаковой скоростью, в результате этого совершается деформация амортизатора и происходит демпфирование кинетической энергии  атакующего средства.

Теперь рассмотрим удар атакующего средства в край бронеплиты посредине одной стороны пластины. При ударе атакующего средства в пластину в указанном месте происходит поворот бронеплиты и ее поступательное перемещение, т.е. бронеплита повернется относительно линии параллельной противоположной стороне. Если пренебречь при этом поступательным перемещением бронеплиты 4, а учесть только ее поворот, то объем деформации амортизатора будет иметь вид призмы, а величина деформации в точке удара практически удвоится.

Рассмотренные случаи нецентрального удара атакующего средства являются более напряженными по сравнению с центральным ударом непосредственно в щель между соседними бронеплитами. При ударе атакующего средства в щель между двумя бронеплитами происходит процесс  поворота двух бронеплит, поэтому объем деформации несущих элементов амортизатора равен сумме объемов деформации амортизатора под обеими броневыми плитами. В этом расчетном случае демпфирование энергии атакующего средства происходит при меньшей деформации амортизатора.

Рассмотренные случаи взаимодействия атакующего средства с бронеплитой показывают, что  во всех случаях динамического взаимодействия предложенное устройство является работоспособным и позволяет значительно повысить эффективность бронезащиты корпуса и башни танка.

Повышение защищенности бронированной техники, выбор оптимальных параметров, рациональное сочетание характеристик отдельных ее элементов, разработка более совершенной схемы защиты представляет ответственный этап при создании и модернизации бронированной техники и является актуальной научно-практической задачей.

Динамическая защита является одним из важнейших защитных элементов бронированной техники, определяющих защищенность и надёжность танков  на поле боя.  Описанные в работе конструкции динамической защиты взрывного действия, а также разработанная авторским коллективом Омского танкового инженерного института пассивная конструкция невзрывного действия позволят повысить защищенность танков от современных подкалиберных и кумулятивных снарядов.

Список литературы

1. Буров, С.С. Конструкция и расчет танков/ С.С. Буров.-М: Изд-во академии бронетанковых войск, 1973.-602 с.
2. Исаков, П.П. Теория и конструкция танка / П.П. Исаков -М.: Машиностроение, 1985. - 267с
3. Березкин, Е.Н. Курс теоретической механики / Е.Н. Березкин - М.: Изд-во Московского университета, 1974. - 646 с.
4. Бутенин, Н. В. Курс теоретической механики. В 2т.Т1 / Н. В. Бутенин, Я. Л. Лунц, Д. Р. Меркин - СПб.: Лань, 2002. - 736 с.
5. Пат.2405643 Российская федерация, МПК В21С37/00 F41H5/013. Способ динамической бронезащиты корпуса и башни танка и устройство для его осуществления (варианты) [Текст] / Эдигаров В.Р., Тарасов В.Н., Пивторак С.П. [и др.]: заявитель и патентообладатель ГОУ ВПО Сибирская государственная автомобильно-дорожная академия (СибАДИ).- № 2009108623/02; заявл. 10.03.2009; опубл. 10.12.2010, Бюл.№ - 5 с.: ил.
6. Заявка на изобретение «Динамическая бронезащита танка (варианты)» № 2011145405 от 08.11.2011.

Код для цитирования: Скопировать