Разнесенная броня: конструкция, история и применение.

Введение

Броня с пластинами, расположенными на расстоянии друг от друга.

Броня, состоящая из двух или более пластин, разделенных определенным расстоянием, относится к категории брони с разделением (или многослойной брони). Такая броня может быть наклонной или ненаклонной. Наклонная броня снижает пробивную способность пуль и бронебойных снарядов, поскольку после пробития первой пластины снаряды, как правило, кувыркаются, отклоняются, деформируются или разрушаются. Ненаклонная броня обычно предназначена для защиты от кумулятивных снарядов, которые детонируют до достижения основной брони. Броня с разделением используется на военной технике, такой как танки и боевые бульдозеры. В менее распространенных случаях она применяется в некоторых космических аппаратах, использующих щиты Уиппла.

Против кинетических проникновений

Первая многослойная броня начала применяться на железных и стальных военных кораблях с середины XIX века. Между тонкой внешней броней менее важных элементов и толстой основной броней (защищающей башни, боевые погреба, котлы и турбины) располагались складские помещения, угольные или нефтяные ямы и т.п. (класс "Лорд Нельсон"). Некоторые корабли (например, "Тирпиц", "Такао", "Кинг Джордж") имели более толстый внешний и более тонкий внутренний слой брони для снижения повреждений от бронебойных снарядов. Начиная с 1900 года, некоторые крейсера и линкоры строились с современной многослойной броней, где внешний тонкий слой предназначался лишь для повреждения снарядов (например, класс "Littorio"). Торпедные переборки также выполняют функцию особой разновидности многослойной брони на военно-морских судах. Многослойная броня на танках начала использоваться с Первой мировой войны, когда она была установлена на французских танках Schneider CA1 и Saint Chamond. Поздние модификации Panzer III имели лобовую многослойную броню: 20-мм лицевую плиту из упрочненной стали перед 50-мм основной броней. Попадающие снаряды физически повреждались 20-мм плитой, что позволяло основной броне выдерживать более сильные удары. Из-за нехватки материалов немецкая промышленность в конечном итоге перешла на гомогенную броневую сталь (RHA), которая менее эффективна, и из-за более медленного производственного процесса эта техника не получила широкого распространения на немецких танках. При проектировании интегрированной многослойной брони важно, чтобы каждый слой был достаточно толстым для нанесения адекватных повреждений снаряду или кумулятивной струе. Таким образом, толщина каждого слоя должна составлять примерно половину диаметра ожидаемого снаряда. Многие немецкие танки времен Второй мировой войны использовали бортовые экраны (Schürzen) для повышения устойчивости более тонкой боковой брони к противотанковым ружьям. Вопреки распространенному мнению, немецкие Schürzen разрабатывались для защиты от кинетических (бронебойных, бронебойно-зажигательных, бронебойно-фугасных) снарядов. Эффективность обычных бронебойных снарядов значительно снижалась, если они пробивали тонкую плиту или плотную проволочную сетку, поскольку снаряды теряли устойчивость в траектории, а их наконечник также мог быть поврежден. Этот метод был очень эффективен против современных легких противотанковых средств, таких как советское 14,5-мм противотанковое ружье ПТРД-41, 45-мм противотанковая пушка М1937, британская 57-мм пушка Ordnance QF 6 pounder и американская 37-мм пушка. Некоторые бронированные машины использовали сети из деревянных бревен на некотором расстоянии от корпуса в качестве импровизированной многослойной брони для защиты от магнитных мин, кумулятивных гранат и осколочных гранат, а иногда и от самоубийственных атак (например, японских мин-прыгунов). Этот метод применялся, в частности, на американских танках M4 Sherman и советских танках Т-34.

The first spaced armour was used on iron and steel warships from the mid 19th century. Between the thin outer armour of various less important parts and the thick main armour (protecting turrets, ammunition depots, boilers and turbines) were constructed storage spaces, coal or oil bunkers, and so on (Lord Nelson class). Some ships (e. g. Tirpitz, Takao, King George) had thicker outer and thinner inner layers to lower the damage caused by the penetrating round. From 1900 some cruisers and battleships were built with modern spaced armour, where the outer thin layer was intended only to damage the projectiles (e. g. Littorio class). Torpedo bulkheads also serve as a special form of spaced armour for naval vessels. Tank spaced armour has been fielded since the First World War, when it was fitted to the French Schneider CA1 and Saint Chamond tanks. The late variants of Panzer III had frontal spaced armour: a 20 mm thick face hardened steel layer in front of the 50 mm thick main armour. Impacted projectiles were physically damaged by the 20mm plate, so the main armour could withstand much greater hits. Due to lack of materials, German industry eventually switched to Rolled Homogeneous Armour (RHA), which is less effective and due to the slower production process, the technique was not widespread on German tanks. It is important in designing of integral spaced armour that each layer should be thick enough to cause adequate damage to the projectile or jet. So the thickness of every layer should reach roughly the half of the diameter of projectile expected to impact. Many World War II era German tanks used armoured skirts (Schürzen) to make their thinner side armour more resistant to anti tank rifles. Contrary to popular belief the German Schürzen were designed against kinetic (AP, APBC, APCBC) projectiles. The effectiveness of conventional AP projectiles was significantly reduced if they broke through a thin plate or dense wire net, because the projectiles become unstable in their trajectory and their tip would also be damaged. This method was very effective against contemporary light anti tank weapons, like the Soviet 14.5 mm PTRD 41 anti tank rifle and 45 mm M1937 anti tank gun, the British 57mm Ordnance QF 6 pounder, and the US 37mm gun. Some armoured vehicles used nets of wooden logs at a certain distance from the hull as makeshift spaced armour to protect the vehicle from magnetic mines, thrown shaped charges and grenades, and occasionally suicidal methods (e. g. the Japanese lunge mine). This method occurred on US M4 Sherman and Soviet T 34 medium tanks among others.

Против высокоэкстремирующих противотанковых снарядов

Большинство бронированных экранов времён холодной войны были разработаны для защиты от кинетических боеприпасов среднего и малого калибра (например, 30-мм автоматических пушек и 76-мм кумулятивных снарядов HESH), особенно бортовых экранов. Большинство из них изготавливались из листов RHA (Centurion) или толстой армированной резины (T-72) и действовали аналогично экранам времён Второй мировой войны. Эта лёгкая броня также приводит к преждевременной детонации кумулятивных боеголовок. Кумулятивные противотанковые боеприпасы (HEAT) используют сфокусированную гиперскоростную струю меди или стали для пробития брони. Для эффективности боеголовкам HEAT необходимо детонировать на определённом расстоянии от основной брони цели, чтобы обеспечить максимальную глубину пробития. Следовательно, преждевременная детонация значительно снижает пробиваемость HEAT-снарядов. Для этого требуется расстояние в 1,2 метра даже для раннего 100-мм снаряда, поэтому обычные экраны эффективны против HEAT только при очень малом угле встречи. Для повышения эффективности экранов против оружия HEAT некоторые танки середины холодной войны (ранние Т-64) оснащались экранами жалюзийного типа. Они состояли из нескольких коротких экранов по бокам машины, которые раскрывались на открытой местности под углом от 30 до 45°, увеличивая пространство между броней и основной плитой. Они были эффективны (с точки зрения соотношения массы к эффективности), но легко отрывались от машины и поэтому не получили широкого распространения. Специальным видом реактивной брони является броня решётчатого типа. Она использует энергию ударяющего снаряда (РПГ, ПТУР) для его уничтожения. Стальные решётки, расположенные на определённом расстоянии, имеют 50–60% шанс разрушить боеголовку РПГ-7, предотвращая формирование кумулятивной струи. Она также обеспечивает некоторую защиту от гранат. В ответ на всё более эффективные кумулятивные, фугасные и бронебойные подкалиберные боеприпасы (HEAT, HESH и APFSDS) в 1960-х годах была вновь введена многослойная броня на немецком Leopard 1 и позднее на Merkava. Промежутки между плитами увеличивают расстояние, которое снаряду необходимо преодолеть, чтобы достичь внутренней части машины. Иногда внутренние поверхности этих полостей наклонены, создавая углы к предполагаемой траектории кумулятивной струи или кинетического снаряда, чтобы дополнительно рассеять их энергию. Многослойная броня RHA была высокоэффективна против ранних стальных и вольфрамовых бронебойных подкалиберных снарядов (APFSDS), поскольку стержень значительно повреждался при прохождении через первый слой и, следовательно, оказывался неэффективным против внутренней брони. Таким образом, для защиты от конкретного снаряда было достаточно значительно меньшей общей толщины и веса стали. Например, заданный вес брони можно распределить в два слоя по 15 см (6 дюймов) вместо одного слоя 30 см (12 дюймов), что обеспечивает гораздо лучшую защиту от HESH и APDS снарядов, но их воздействие на кумулятивные заряды было ограничено. Поэтому военные исследователи с начала 1960-х годов пытались повысить эффективность многослойной брони, изменяя используемые материалы и увеличивая количество слоёв.

Most of the Cold War spaced armour was designed against medium to low caliber kinetic munitions, (e. g. 30mm autocannon and 76mm HESH rounds), especially vehicle side skirts. Most of them were made of RHA plates (Centurion), or thick reinforced rubbers (T 72), and worked in the same way as did WW2 era ones. This light armour also detonates explosive warheads prematurely. High explosive anti tank type warheads (HEAT) use a focused hypervelocity jet of copper or steel to penetrate armour. To be effective, HEAT warheads must detonate at a specific distance from the target's primary armour to ensure maximum penetration. Thus early detonation greatly reduces the penetration of HEAT ammunition. This requires a distance of 1.2 meters even for an early 100mm projectile, thus conventional skirts are effective against HEAT only at very low angle of incidence. To increase effectiveness of skirts against HEAT weapons some mid cold war tanks (early T 64s) had gill style armour. It contained a few short skirts on the side of the vehicle which are opened in open terrain at an angle of between 30–45°, increasing the space between the armour and the plate. It was effective (mass to efficiency ratio), but easily detached from the vehicle so it did not spread widely. A special version of reactive spaced armour is slat armour. It uses the power of the impacting projectile (RPG, ATGM) to destroy them. Steel slats placed at a specified distance have a 50–60% chance of breaking an RPG 7's warhead so no cumulative beam can be formed. It also provides some protection against grenades. In response to increasingly effective HEAT, HESH and APFSDS warheads, integral spaced armour was reintroduced in the 1960s on the German Leopard 1 and later the Merkava. Spaces between plates increase the distance a projectile must travel to reach the interior of a vehicle. Sometimes the interior surfaces of these cavities are sloped, presenting angles to the anticipated path of the shaped charge's jet or kinetic penetrator to further dissipate their power. The two (or more) layered spaced RHA armour were highly effective against early steel and tungsten APFSDS munitions, because the rod was severely damaged by penetrating the first layer and was thus ineffective on the inner armour. Therefore, a much thinner total steel thickness and weight was enough against a specific projectile. For example, a given weight of armour can be distributed in two layers 15 cm (6 in) thick instead of a single 30 cm (12 in) layer, giving much better protection against HESH and APDS munitions, but their effect on shaped charges was limited. So military researchers tried to increase the efficiency of spaced armour by changing the used materials and increasing the number of layers, from the early sixties.

Композитные брони с расстоянием между ними

Многослойная разделенная броня, использующая также специальные материалы, является переходом к композитной броне, при этом большинство последних также частично являются разделенной броней. В случае Leopard 1A3 и более поздних модификаций, внешний слой разделенной брони изготавливался из закаленной стали, а пространство заполнялось эластомером, благодаря чему эффективность разрушающего воздействия внешнего слоя против бронебойных подкалиберных снарядов была выдающейся, а защита от ранних кумулятивных боеприпасов также возросла. Дополнительная броня БДД на танках серий T-55 и T-62 основана на том же принципе, но имела несколько слоев внутри эластомера, что примерно вдвое увеличило лобовую защиту этих танков от бронебойных подкалиберных и кумулятивных снарядов, и сделало зоны установки невосприимчивыми к осколочно-фугасным снарядам. В Т-64 и ранних Т-72 (до Т-72М1) и Т-80 (до середины Т-80А) в качестве заполнения лобовой верхней брони использовался стеклопластик (специальный военный высокопрочный стеклопластик, армированный стекловолокном). Этот пластик эффективно снижал концентрацию струи кумулятивного заряда и дестабилизировал кинетические проникатели. С 1980-х годов закаленные стальные листы стали широко использоваться в качестве внешней части разделенной брони не только на танках, но и на БМП и БТР. С этой дополнительной броней даже тонкая броня БТР достаточна для защиты от кинетических пуль калибра 12,7 мм (модификации Stryker и БТР-80) и 14,5 мм (Bradley, БМП-3), а также обеспечивает некоторую защиту от самодельных взрывных устройств. Увеличение количества слоев в разделенной броне повышает физическое повреждение и дестабилизацию струи и кинетических проникателей, поэтому в более современных бронеконструкциях часто используются последовательные слои, чередующиеся между более мягкими (воздух, алюминий или пластик) и более твердыми (RHA, SHS) слоями. Наличие нескольких слоев также увеличивает вероятность рикошета при воздействии кинетических снарядов. Таким образом, в более поздних моделях Т-72Б и Т-90 использовалась семислойная разделенная броня (с закаленными стальными листами) для достижения значительно более высокой защиты при минимальном увеличении веса. Более продвинутые танки поздней холодной войны оснащались многослойными боковыми экранами (Leopard 2), в которых пассивные (или реактивные) эффекты значительно снижали эффективность кумулятивных боеприпасов. В то же время эти элементы уже тяжелые и имеют значительную толщину, что увеличивает габариты и вес машины и затрудняет обслуживание. Российские и некоторые западные танки оснащаются блоками динамической защиты для повышения эффективности разделенной брони (особенно в случае боковых экранов, например, TUSK и Т-90), а также основной лобовой брони. Почти все современные западные, японские и большинство советских танков использовали ту или иную форму разделенной брони на лобовой и бортовой проекциях. Боковые панели надстроек обычно содержат топливо, аккумуляторы и другие менее важные элементы или боеприпасы вторичного вооружения, поскольку они также снижают эффективность бронебойных снарядов. В наиболее важных областях (лобовая броня и борта башни) полость разделенной брони содержит композитные панели. С 1980-х годов большинство западных танков имеют композитные бронеблоки на передней части боковых экранов, изготовленные из закаленной стали или брони NERA (не взрывная реактивная броня, известная как "броня Берлингтона"). Большинство современных ОБТ (например, Т-72Б, Leopard 2, M1, Type 10, K2, Т-90, Type96) имеют броню NERA в своей разделенной броне, которая дополняет внутреннюю керамическую броню и линеры для защиты от осколков в некоторых случаях. В отличие от этого, советские танки изначально оснащались керамическими (корунд или силикат) вставками (Т-64А, Т-72А, Т-72М1, Т-80), а в модернизированных версиях их машин позже стали использоваться вставки типа NERA (Т-72Б, Т-80А, Т-72БУ). Более подробная информация о композитной броне представлена в отдельном разделе. В настоящее время композитная разделенная броня с внешним слоем из закаленной стали (часто заполненная вставками NERA или керамики) становится все более распространенной на самых передовых легких танках (ZTQ 15) и БМП (Namer, Puma).

Multilayer spaced armour, which also use special materials, are a transition to composite armour, most of the latter are also partially spaced armour. In the case of the Leopard 1A3 and later variants, the outer layer of spaced armour was hardened steel and the space was filled by elastomer, thus the effectiveness of the shattering effect of the outer layer against APFSDS was outstanding, and the protection against early HEAT warheads was increased, too. The BDD add on armour of T 55 and T 62 series based on the same effect, but it had multiple layers within elastomer, therefore it roughly doubled the frontal protection of these tanks against APDS and HEAT weapons, and made the areas of add on immune to HESH rounds. In T 64 and early T 72 (up to T 72M1) and T 80 (to mid T 80A) used stekloplastik (a special military grade dense glass fiber reinforced pressured plastic) as filling in the frontal upper glacis spaced armour. This plastic was effective in lowering the concentration of the jet of shaped charges and in destabilizing kinetic penetrators. Hardened steel plates have become commonplace for the outer part of spaced armour from the 1980s, not only on tanks but also on APCs and IFVs. With this add on armour, even the APC's thin armour is sufficient against kinetic bullets of 12.7 mm (Stryker and BTR 80 upgrades) and 14.5 mm (Bradley, BMP 3) and also provides some protection against IEDs. The increase in the number of layers in spaced armour increases the physical damage and destabilization of jets and kinetic penetrators, so it is common in more modern armour to use successive layers alternating between softer (air, aluminium or plastic) and harder (RHA, SHS) layers. With multiple layers the likelihood of a bounce in case of kinetic projectiles is also increased. Thus, later T 72B and T 90 armour used seven layered spaced armour (with hardened steel plates) to achieve much stronger protection at a cost of minimal weight increases. The more advanced late Cold War tanks were given multi layer skirts (Leopard 2), in which passive (or reactive) effects significantly reduced the effectiveness of HEAT ammunition. At the same time, these elements are already heavy and have considerable thickness, which increases the size and weight of the vehicle and make maintenance difficult. Russian and some Western tanks carry explosive reactive armour blocks to increase the effectiveness of spaced armour (particularly in the case of side skirts, e. g. TUSK and T 90), and main frontal armour. Almost all modern Western and Japanese and most Soviet tanks used some kind of spaced armour on the fronts and sides. Side panels of superstructures usually contain fuel, batteries and other less vital elements or munition of secondary weapons, because they also reduce the effectiveness of penetrating projectiles. In the most important areas (frontal armour and sides of turret) the cavity of spaced armour contains composite panels. From the 1980s, most Western tanks have composite armour blocks on the frontal part of the skirts, made of hardened steel or NERA armour (non explosive reactive armour, known as "Burlinghton armour"). Most modern MBTs (e. g. T 72B, Leopard 2, M1, Type 10, K2, T 90, Type96) have NERA armour in their spaced armour which supplement the inner ceramic armour and spall liners in some cases. In contrast, Soviet tanks were initially made with ceramic (corundum or silicate) inserts (T 64A, T 72A, T 72M1, T 80) and NERA style inserts spread in the upgraded versions of their vehicles later (T 72B, T 80A, T 72BU). More detail in composite armour. Currently, composite spaced armour with hardened steel outer layer (often filled with NERA or ceramic inserts) are becoming more common on most advanced light battle tanks (ZTQ 15) and IFVs (Namer, Puma).

Материалы

По мере того как дизайн становился всё более специализированным, использовалось всё большее количество материалов. Наиболее важные из них:

Эластомеры

Некоторые современные основные боевые танки (MBT) и боевые машины пехоты (БМП) оснащаются резиновыми или стальными (в некоторых случаях закалёнными) боковыми экранами для защиты относительно уязвимой подвески, нижней боковой брони и нижнего лобового листа, часто комбинируя оба типа. Некоторые эластомерные наполнители (например, плавучие секции и экраны M551, слой радиационной защиты Т-72Б) работают как броня с разделением, где эластичный слой эффективно снижает концентрацию кумулятивной струи боевых частей кумулятивных боеприпасов. Leopard 1A3 и 1A4, а также дополнительная броня Т-55 и Т-62 используют плотный полистирол в качестве наполнителя для повышения эффективности брони с разделением. Ранние танки второго поколения российского производства используют плотное стекловолокно, армированное пластиком под давлением, в качестве наполнителя в лобовой верхней части брони с разделением, что ещё эффективнее, чем чистый эластомер. В броне NERA также используются эластомеры, прессованные между двумя или тремя листами стали или алюминия; она действует как динамическая защита (ERA) с меньшей эффективностью, но не разрушается при эксплуатации, поэтому может выдерживать несколько попаданий в одно и то же место. Большинство современных MBT используют слой NERA в своей броне с разделением или в качестве внешнего слоя.

Железо

В то время как обычная броня вынуждена искать компромисс между твердостью и пластичностью, многослойная броня может быть изготовлена из плит с различными материальными свойствами для повышения эффективности против бронебойных кинетических снарядов. Большинство многослойных бронь, использовавшихся в период Холодной войны и в современных конструкциях, состоят из внутреннего слоя из гомогенной броневой стали и тонкой (10–30 мм) лицевой пластины из высокотвердой или полутвердой стали. Тонкий, но очень твердый внешний слой действует как деформирующая и разрушающая пластина, что позволяет сделать основной слой брони значительно тоньше при сохранении того же уровня защиты. В наиболее продвинутых конструкциях используется тройная или высокозакаленная сталь. В некоторых случаях к высокотвердой броневой стали добавляют алюминий в качестве более мягкого промежуточного слоя для дестабилизации снарядов и кумулятивных струй за счет изменения плотности. Танк Leopard 2 использует наклонный первый этап брони (сбивающий), специально закаленный второй этап (разрушающий) и более мягкий, высокопластичный третий этап (поглощающий). Сбивающий этап предназначен для полного отклонения или изменения направления входящих бронебойных кинетических снарядов. В случае пробития снаряд разрушается и фрагментируется при ударе о разрушающий этап. При условии нормальной работы первых двух этапов, поглощающий этап улавливает отколы и фрагменты.

Другие

Некоторые бронированные боевые машины используют полости разнесенной брони в качестве топливных баков или отсеков для хранения, а на военных кораблях их применяли как угольные или нефтяные бункеры, а также помещения для некритически важных компонентов (например, прачечные, склады для продовольствия). Материалы, заполняющие эти полости, могут дополнительно замедлить проникающий снаряд, повышая уровень защиты. В современных бронированных боевых машинах с разнесенной броней используются специальные наполнители, формирующие композиционную броню.

Космический корабль

Щит Уиппл использует принцип многослойной брони для защиты космических аппаратов от столкновений со сверхскоростными микрометеоритами. Удар о первую стенку расплавляет или разбивает на части входящую частицу, что приводит к рассеиванию фрагментов по большей площади при столкновении со следующими стенками.