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红色铁骑的铠甲——浅析苏联坦克复合装甲的演变和技术特点
               

写在前面

坦克复合装甲的相关基础知识

       本文主要讨论的是苏联、俄罗斯以及乌克兰主战坦克的复合装甲,不求有多深入多专业,只做定性分析而不做定量计算(也没有条件算)。在此之前简单了解一些关于装甲防护方面的基础概念还是有必要的。

几个概念:

1.     装甲物理厚度:       T——装甲板法向厚度

2.     水平等效厚度LOS:  L=T/cosα(α:装甲板法线与水平面夹角)

3.     面密度:                  ρ(s)=ρt*Lρt=M/V:装甲平均密度)

4.     等质量钢厚度       Lt=ρ(s) /ρRHAt*L /ρRHAρRHA=7.85g/cm2 均质装甲钢密度)

5.     防护系数              a)质量系数N=T标准(b/Lt(后文若不单独说明,均表示质量系数)

                                         b)厚度系数(空间系数)Nh=T b/L

其中Tb为实测值:用打击复合装甲靶的标准弹种打击标准均质钢靶的穿深值。一般情况下若击穿复合装甲,需要计入后效值:Tb=T穿-Twb(后效靶穿深)。如下图。

6.装甲抗弹能力/抗弹性能近似估计(仅适用于多层板组合形式,当对象为异型装甲时可视情况将异型模块/组件等效为板

抗弹能力(mm):           Rt=NiLtiNi:第i层装甲材料的防护质量系数;Lti:第i层装甲材料的等质量钢厚度)

这种混合计算方式常用于预测装甲抗弹能力,方法简单有效,适用于多数装甲结构,而且结果较为可靠。但是却没有反映出结构配置、材料间相互作用对抗弹性能的影响,终归不能作为标准凭据使用。

同样的,《装甲防护技术》一书中给出了部分常见装甲材料的密度、屈服强度以及抗穿、破甲弹质量系数。由于该系数需要实验测定,而且随着打击弹的口径等参数不同而不同,在复合装甲体系内更是会随着装甲结构、材料配比组成的差异而发生改变,因此只能作为参考数据,用于预测和近似估计。

常见装甲材料的抗穿系数表

常见装甲材料的抗破系数表

苏联坦克复合装甲的发展与演变

早期探索

推动现代坦克装甲技术发展的必然是反装甲弹药技术,苏联复合装甲的出现究其原因还是为了在减轻重量的同时能够防住主流(西方105mm口径)破甲弹(5、60年代苏联部长会议下发的有关坦克防护的文件基本都涉及到“防破甲弹”)。从事装甲防护设计的人们在50年代末60年代初研究了诸多针对破甲射流的防护措施并且实验性地安装在了各种类型的坦克装甲车上,包括屏蔽装甲、异型装甲,甚至还有主动防护系统。但最终让坦克装甲在破甲弹的淫威下再次抬头的还是复合装甲。

复合装甲的起步阶段,实验的方向主要是在两层装甲钢板之间填充密度更低的金属或非金属材料,以及寻找能够替代装甲钢的低密度金属材料。

首先说说金属材料。

1959年ГКОТ(国防科技委员会)的研究所就弄了两个采用“钢-铝合金-钢”双金属复合夹层的“432工程”炮塔进行打靶试验,根据实验结果逐渐发展出АБК-11型铸造铝合金夹层(国内有关装甲的教材说过‘目前尚未发现铸造铝合金装甲的实际应用’,而T-64系列最开始就用的铸铝,这种铝合金夹层的成型方法简单粗暴,直接将熔化的铝合金灌注到预先铸造成型的装甲钢炮塔正脸的空腔内,因此无法直接对铝合金进行热处理,只能任其在钢腔内自然冷却,因此多数情况下铸造铝合金的强度相对较低。关于T-64用的铸造铝夹层的合金,一种可能的推测是一种锌硅铝明,因为这类合金具有自行扩散强化的特性,不需要进行热处理就能获得很高的机械性能。从这点看很适合直接铸入钢槽中,无法进行热处理的这一特点。),这种装甲在减重和抗破方面优点突出,但是面对穿甲弹时却显得有些乏力,铝合金夹层在受到弹丸剧烈冲击时会从预制腔体中挤出,而且万一被打穿背板,铝合金的存在还会带来更严重的毁伤效果。后来这种铝合金夹层被更相对安全可靠的陶瓷球夹层所取代。

破甲射流侵彻使用АБК-11铸铝夹层的432工程车首装甲和炮塔装甲效果示意图

1957年至1962年间苏联尝试使用钛合金取代均质钢,研制出ОТЧ-1钛合金装甲。仍然是以432工程实验中型坦克为平台,安装“钛合金-玻璃纤维-钛合金”首上装甲的样车需要能够保持重量不增加的情况下扛住115mm脱穿和破甲威力550mm的破甲弹(对中硬度装甲钢)。但是由于钛合金装甲板的生产成本高,加之厚板加工工艺复杂,而且当时的领导班子认为国外反坦克武器发展日新月异,等这钛合金复合装甲弄出来早就没优势了,于是在各种因素的共同作用下钛合金装甲的应用研究在当时算是失败了。不过即便如此,这个阶段有关钛合金装甲板的生产、焊接等技术被作为技术储备,当哪一天经济条件允许就能够投入生产(可惜这一天对苏联来说永远等不到了)。关于钛合金装甲真正系统全面的研究在70年代才开始。

关于非金属填料的研究。

ВНИИ-100、НИИ-24、ЛФТИ(列宁格勒А.Ф.约费物理技术研究院)加上МФТИ(莫斯科物理研究院)以及西伯利亚流体力学研究所在1958年就已经开始了坦克复合装甲的研究,致力于使用钢+非金属材料作为装甲并保证与等重装甲钢拥有相同的抗弹性能,当然最好能够超过装甲钢。实验证明金属-非金属复合装甲对破甲射流的防护系数确实比金属-金属复合的更高一些,通过不同材料之间的配比叠加可以得到最好的抗弹性能。

在测试了诸如混凝土、石英砂、普通陶瓷、细瓷、高频瓷、石棉板以及各种玻璃钢之后,认为高频陶瓷和АГ-4С玻璃钢的性能足够胜任,最终作为坦克复合装甲的主要填料。其中高频陶瓷主要以陶瓷柱、陶瓷球的形式镶嵌在铸造装甲中(多为炮塔,有些铸造车体的坦克也有陶瓷装甲方案);玻璃钢则多作为坦克车首装甲板的夹层使用。

279工程很可能成为世界上第一种使用陶瓷复合装甲的重型坦克,可惜重坦死得早

走向成熟:

总的来说毛子的装甲科技树直观看图的话还是比较明朗的,但是加上时间和各种相互之间的因果关系之后就变得错综复杂了,毕竟苏联时期的三种主战坦克属于竞争关系,各阶段性能差别不大,但是具体情况却各不相同,所以这里把T-系列复合装甲按大类区别分成两条主线——炮塔(A线)首上(B线),相应的图示已经按照时间顺序在附图处给出。

以下我们就以T-系列坦克为代表介绍一下毛子主要复合装甲的进化过程。

苏联复合装甲最经典的形式无疑是从T-64开始代代流传的68°夹心首上了(图B-1/2)。1960年,432工程最早的版本首上装甲仅仅只是80mmRHA@68°,只是堪堪维持在430工程的防护水平,还不足以满足需求(当时为了减重,尽可能减小钢装甲的厚度,最后确定为80mm@68°,这个配置的防护水平也不至于比430工程的120mm@60°要差,当角度确定后再也没改动,复合装甲什么的都是直接在这个基础上叠加,这也是为什么毛子车首上确定为68度的主要原因),应用复合装甲势在必行。随后的复合装甲应用研究多以432工程的首上结构为基础,一开始还是单层夹层,夹层厚度达140mm,到最后确定使用的АГ-4С玻璃钢则是两层52-53mm厚的板材叠加,组成复合装甲结构的钢装甲面板厚度80mm,背板厚度20mm,用的是42СM中硬度轧制装甲钢(布氏硬度BH269~304,屈服强度885~1080Mpa,T-64后的所有苏联坦克首上轧制钢板均采用此种钢材。)。这个结构一直到T-64A、B以及T-72Урал/M坦克都还在使用。

得益于复合装甲的应用,整个60年代西方世界所有在役的105mm炮弹都不能够撼动T-64和T-64A的正面。1979年之前的T-64系列全部都使用80+105+20的首上装甲组合,标定抗穿约140mm@60°/305mm@0°(APDS脱壳穿甲弹),抗破约450mm。虽然在1966年和1973年有过增强背板的方案,即80+105+30的厚度配比,在背板一侧的夹层内插入10mm装甲钢板,但是这个项目却没有实行。

1966~1969年,T-64(66年批产,67年正式服役)的量产批次基本上都是钢-铝合金-钢复合的炮塔,铸造铝合金牌号АБК-11,铸钢牌号MBL-1(苏联坦克从T-54时期就开始广泛应用的中硬度铸造装甲钢,布氏硬度HB241~302,屈服强度755~900Mpa,后来的坦克炮塔也一直沿用这种铸钢)。炮塔正面装甲±40°范围内抗破450mm,抗穿350mm@30°/400mm@0°。其中432工程1968年型的炮塔正面20°截面厚度为624-575mm(下缘624mm:130+244+250;中间575mm:67+323+185)。炮塔后部平均厚度65mm。铝合金夹层炮塔在1961年与另一种陶瓷柱阵列炮塔一起提交审核,因为陶瓷柱方案的结构强度不理想而最终采用铝合金夹层方案(如图A-1/2),1964年开始的434工程(后来的T-64A,68年批准量产,73年正式服役,因为技术不算成熟,需要时间修正)最早的几辆样车直接用432工程改装,因此装甲结构没有变动。

随后批产的T-64A坦克炮塔采用ВНИИ-100提出的多层高硬度钢复合装甲(如图A-4),这种装甲的正面厚度为400-420mm,生产时需要把预制的高硬度轧制装甲钢板焊接到铸造炮塔预留的空腔内。虽然高硬钢的抗穿性能十分优秀,甚至超过了陶瓷球方案,但是抗破质量系数不算高(不过比纯铸钢要好)。此外这种装甲的焊接结构并不十分牢靠,因为炮塔预制的空腔较深,内部的两层钢板实际上并没有与铸钢基体焊在一起,全靠背板顶着。当被炮弹击中时很可能会造成背板焊缝开裂。

1969年乌拉尔运输机械制造厂(УВЗ)的172工程的炮塔也采用了多层钢复合装甲(图A-6),随后这种装甲就没有继续发展下去,1972年开始研制的172-2M样车采用陶瓷填料,正面30°抗穿能力约435mm,抗破约520mm(主要功劳还是炮塔正面的屏蔽层)。1973年服役的T-72 Урал以及后来出口的T-72M,为了简化生产、降低成本,同时保证必要的防护能力,就直接采用了纯钢的铸造炮塔,正面30°截面的水平平均厚度410mm,各项防护系数标定值为1.0(考虑到铸造装甲钢,若标准靶板采用的钢材强度更高,那么铸钢装甲的防护系数实际上还要更低一些)。

1973年开始,新生产的T-64A坦克也不再使用多层钢夹层的炮塔,转而使用陶瓷球阵列复合装甲(图A-7/8)。这时候的陶瓷装甲设计比起1961年的要成熟不少,T-64A的陶瓷球采用超高频瓷(一种三元氧化铝陶瓷,俄语中的超高频陶瓷)制造,直径约70mm,陶瓷球在炮塔中排成两层,两侧炮塔正面装甲内的陶瓷球数量共190个,左侧98个,右侧92个(避开同轴机枪位置)。炮塔主装甲的厚度比起铝合金夹层的型号更薄,防护能力却与多层钢装甲相当,防护系数提高不少,在正面10-25°截面的水平厚度只有450-460mm,其中30°截面等质量钢厚度410mm112+138+138@30°,抗穿400,抗破450。此外陶瓷球装甲的可靠性、耐久性以及抗多次打击能力都比之前的装甲结构提高不少,因此陶瓷球装甲被作为成熟技术一直这么使用下去。但是另外两家的新坦克却没有继续采用相对复杂的陶瓷装甲,而是选择了简化结构的路线。

1979年服役的T-72A防护能力对比T-72和T-64A有显著提高。72A对首上装甲的各层厚度配比做了调整(图B-12),从80+105+20改为60+105+50,增加了背面强度,增大了物理厚度。炮塔装甲方面,183厂本想引入T-64A的陶瓷球装甲生产技术,但是发现需要的成本太高(包括引入设备、技术等)违背了降低生产成本的原则,加上考虑到出口外销,更需要控制生产成本。于是T-72A的炮塔采用了廉价的铸造钢内嵌石英砂的结构(图A-10),增大了复合装甲的物理厚度(约为200+133+200,本质上是铸钢的厚度更大了),它的炮塔看起来更为“丰满”,这种结构可能是432设计思想上的延续。首先铸铝和玻璃在毛子的教材里是类比的抗破材料,且玻璃在抗穿/破的等效上好过铸铝;石英砂组件可以直接嵌铸在炮塔内,避免了原来铸铝组件顶部裸露带来的挤脱缺陷(铸铝夹层是先把炮塔的钢槽铸造成型再注入铝,而石英砂夹层则是直接把石英填料在模具内固定好了再加入钢水把炮塔铸造成型)。T-72A炮塔的标定抗穿能力为正向30°截面——410mm,抗破——500mm。

同样的,1969年起由列宁格勒厂СКБ-2设计的T-80系列也有着类似的改进,1969年原型车219сп1的装甲结构实质上与多层钢64A相差不大,1972年的219сп2则第一次使用纯铸造钢炮塔。到了1976年定型生产的T-80首上装甲和同时间段服役的T-72A一样都改变了厚度配比,只不过T-80的装甲是60+50+50+45,物理厚度仍然保持205mm不变,仅增加背板强度。1976年至1978年的T-80都采用纯铸钢炮塔。1978年后开始生产的T-80Б则换装了和T-72A差不多的石英砂夹层铸钢炮塔。值得一提的是1974年有关工业部门开始考虑提高坦克基础装甲钢的强度,T-80系列坦克首先应用了电渣重熔高强度轧制钢装甲,不过只有车体侧面和首下装甲板采用了高硬钢,首上装甲板并没有应用。1977年定型了БТК-1Ш和БТК-1两种高强度钢(前者的Ш代表电渣重熔),这些钢材由乌克兰的亚速钢厂生产,用其制造的装甲板屈服强度可达1300Mpa,此外БТК-1最大的优点就是淬透性很高,轧钢最厚能做到160mm。随后这种装甲钢也用在了T-64Б和T-64БВ上,并且在后来成为T-80БВ和T-80У复合装甲夹层的重要组成部分。

T-72和T-80系列的复合装甲开始自成一脉的同时,1976年哈尔科夫设计局也着手设计了新的“T-64”——476工程,它的首上结构和T-80一样是60+100+45(图B-6),炮塔装甲却是全新的设计。但是只要乌斯季诺夫还是国防部长,就不会允许这种“T-64大改”服役。出于这种政治影响,1976年哈尔科夫设计局不得不利用476工程的设计和技术在219сп2底盘的基础上发展478工程,实质上就是T-80的底盘加上476工程的脑袋和6TD引擎。1976年478工程的炮塔(A型炮塔)防护方案是聚氨酯填充金属框架单元,加上内置主动防护拦截弹发射器,前者就是“蜂窝装甲”的雏形,理论模型最先由西伯利亚流体力学研究所提出。这种装甲的被动防护性能有较大提高,炮塔正面35°截面厚度为548mm(98+260+190),抗破达到520mm,能够抵御БМ22在任何距离上的打击。这款炮塔后来被作为1978年启动的219A早期方案沿用。但是80年代哈尔科夫和列宁格勒在219A项目上的合作嫌隙增大,矛盾凸显。列宁格勒方面在1983年改用全新设计的炮塔(B型炮塔,图A-11),取代了哈尔科夫早期的设计。重新设计的“蜂窝装甲”主要部分由两层铸造成型的“蜂窝钢板”+1层БТК-1Ш高硬度装甲钢组成(见附图,铸造钢板正面预制深凹槽,背面预制浅凹槽,填充聚氨酯),布置在铸造炮塔的预制槽中,装甲板间缝隙和“蜂窝”填充聚氨酯。后来定型的T-80У/УД的炮塔夹层结构还有修改,主要是在两层“蜂窝装甲”之间增加1层高硬钢,复合层各层厚度:100mm蜂窝+20mm БТК-1+60mm蜂窝+80mm БТК-1(图A-13),而作为“容器”的铸造钢装甲各截面厚度不一,其中T-80УД的正面30°截面厚度约557mm。除了“蜂窝装甲”,1991年还存在80У/УД的陶瓷装甲方案(图A-12),每侧的组件内用钢约束8块矩形陶瓷板,陶瓷板厚度约45mm。根据现有的资料可判断该方案并没有大规模应用(炮塔陶瓷装甲组件自1992年5月19日起,根据868法案不再保密;相比之下,蜂窝装甲的图纸原件密级还没去掉)。

1982年黎巴嫩战争中以色列的M48A5坦克装备了“夹克衫”ERA以及M111尾翼稳定脱壳穿甲弹,防护和火力之强极大的震撼了毛子,尤其是采用整体钨合金弹芯的105mm M111在性能上基本超过了苏联的125mmБМ22,能够有效击穿当时包括T-64、T-72、T-80在内的大部分苏联坦克的首上装甲,一下子让得苏联坦克的装甲优势不复存在,于是为了应对迫在眉睫的“破防威胁”,1983年经过代号“反射性”(ОКР“Отражаемость”)的升级项目后,T-64А/Б和T-80、T-80Б的首上都加焊了30mm厚的附加钢板(图B-3/4/8),T-72A则加焊了16mm的钢板(图B-13)。

而在1983年开始新生产的T-64БВ和T-80БВ(64БВ和64Б+ERA是两个型号,不能简单对等,80Б和80БВ的区别同理)则不需要在首上加焊钢板,因为其应用的新结构已经考虑了对抗新式动能穿杆。其中T-64БВ首上复合装甲的物理厚度相对以往的版本基本不变(205mm)(图B-5),但是内部夹层的层数和厚度比例有所调整(60装甲钢+35玻纤+30装甲钢+35玻纤+45装甲钢),不难看出装甲钢的相对质量增加了许多,抗穿甲弹能力自然比原来的30+80+105+20更好,但是抗破甲弹能力稍次,不过这个问题在大规模列装“接触”(包括K1/2/3/4,盒子编号不同,装药均为4С20)爆炸反应装甲后得以解决。T-80БВ的新首上结构原理类似,只是厚度配比不同,而且这种结构随后也为T-80У/УД所沿用。苏联解体后乌克兰新生产的T-84堡垒坦克的首上装甲夹层厚度有变。(478Б工程:215mm:50钢+35玻纤+30钢+15间隙+35玻纤+50钢(图B-10); T-84M:225mm:50钢+30玻纤+50钢+15间隙+30玻纤+50钢(图B-11))PS:尽管换了新车体,但是80БВ、64БВ的炮塔仍然与80Б和64Б的相同,车体正面比炮塔正面还硬的车也就这俩了。

1983~1984年,乌拉尔方面开始升级T-72A系列(T-72A改进项目,184工程),其中主要内容之一就是提高坦克的装甲防护能力,除了安装K1爆反外,基础装甲的升级更为重要。期间新生产的T-72A车体开始采用多层间隙装甲,最开始的版本是去掉了原来72A首上装甲里的两块玻璃钢,用三层厚度为15mm装甲钢取而代之,这三层钢板等距排列,钢板与钢板之间的间隙也是15mm(图B-15)。后来以T-72Б命名生产的车体首上装甲结构又改了,厚度组成为:60钢/10/10钢/10/10钢/10/20钢/10/20钢/10/50钢(图B-16)。

1984年,采用新炮塔的T-72开始生产,到了10月27号苏联部长会议才下发文件正式确定了T-72Б的编号。乌拉尔方面在1983年就已经开始测试采用“反射板”(NERA)组件的新一代复合装甲炮塔(图A-14),即后来为我们熟知的T-72Б的“超级多利帕顿”炮塔。炮塔每侧的特殊装甲组件由19~21块板状反应装甲单元排列组成,每块反应装甲单元由21mm的钢装甲、6mm的橡胶板加上3mm的薄铝板构成,实际上这种装甲的工作原理与西方世界遍地开花的“乔巴姆”装甲如出一辙,地球上两条路线鲜明的装甲科技树大有合并之势。总的来说反射板复合装甲的防护系数比“蜂窝”装甲要更好,但是需要占据的空间也更大,因此184工程的炮塔比起T-80У/УД的还要厚一点,但是防护性能却没有拉开很大的差距。

1987年,“接触-5嵌入式动态防护组件”(ВДЗ,即嵌入式爆反,K5的内嵌装药为4С22)定型,1988年完成装车。在此之前,1985年就开始生产的T-80У(219A,1988年采用嵌入式爆反后的工程号-219АС,即我们现在看到的T-80У)和T-80УД,以及T-72Б只安装“接触”系列外挂式爆反,直到1988年才替换成K5。乌克兰的T-64大改(T-64БМ 447AM1和T-64БМ2  447AM2)直到1999年才装上K5。如果说K1只是苏联坦克对付破甲弹的一种“附加”手段,那么对于安装K5嵌入式爆反的坦克来说这玩意可是装甲防护的重要一环,不可或缺,因此一般在评估防护能力时需要把ВДЗ也考虑在内。加装了K5的T-80У号称正面能够抵御穿深620mm的穿杆和破深1100mm的破甲弹头。

1999年10月20日在643A靶场进行的T-90与T-80У防护对比测试的报告中也体现出K5对于俄罗斯主力坦克的防护有多麽重要(想必在看了以上的内容之后不难发现毛子三代坦克基础复合装甲的构成中钢所占比例很高,毫无疑问装甲钢是对抗穿甲弹的最好材料,兼顾体积的同时保证面密度足够高,但是也正是因为这样,有时纵使有诸如蜂窝和反射板这样的被动防护结构也没有足够的空间去干扰超高速的射流,不能完全抵御侵彻,因此爆反的重要性就不言而喻。而这种“爆反主防破、基甲主抗穿”的思路却与多数西方坦克的防护设计理念背道而驰),没有安装K5的靶车基本全部被穿深大于650mm的破甲战斗部贯穿,但同时这次试验也暴露出了K5对于防护串联战斗部破甲弹头还是力不从心(串联战斗部的RPG-29大概率击穿)。

从1985年开始,УВЗ启动了T-72Б改进项目(T-72БМ/БУ),1985年到1993年先后经历了185工程、186工程、187工程和188工程四个项目三个阶段。其中86年的186工程实验性地安装了钢铁研究院设计的焊接炮塔,到了187工程6辆样车的后四辆都采用了焊接炮塔,其中3号车的七边形炮塔方案为后来俄罗斯的T-90A所采用。187工程4、5、6号样车的炮塔相比3号车的更宽大,同期乌克兰的 478ДУ工程也采用了类似的焊接炮塔,都是来自莫斯科钢铁研究院的设计。和铸造炮塔相比,焊接炮塔钢材质量更高、抗弹性能更好,此外还增加了炮塔内部容积,当然相对的,重量也有所增加。除了焊接炮塔的应用,187工程5、6号车的车体经过重新设计,摒弃了沿用30余年的68°大倾角首上,改成小倾角大厚度的口袋式复合装甲(这种装甲在70年代在哈尔科夫的480工程上就已经有过论证,内部结构缺少更详细资料,一个可能的方案是在小倾角装甲内布置反射板,类似于早期M1的装甲),不过最后187工程并没有被采用。与187并行的188工程,升级方案相对保守,炮塔等基础结构都与原来的72Б相同,1989年生产的样车更换了新的车体,其首上装甲结构组成为:60钢+5橡胶+3高硬钢+19间隙+3高硬钢+5橡胶+60钢+10防中子层+50钢。同年新生产的T-72Б也采用了这种结构的首上装甲(图B-17)。

冷战结束后俄罗斯和乌克兰都为自己的三代车出口产品设计了焊接炮塔。俄罗斯的T-90С采用中硬度轧制装甲钢作为焊接炮塔的基础装甲框架,抗穿甲弹能力比铸造炮塔的T-90要高出10%-15%。根据钢铁研究院的宣传图册,乌拉尔生产的焊接炮塔内部安装的夹层还是和T-72Б类似的反射板组件,具体结构可能会是反射板组件在前,1~2层装甲钢在后。乌克兰 478БЭ和478ДУ的炮塔复合装甲采用三层高硬度装甲钢焊接构成模块框架,再将这个模块焊接在炮塔主体框架的前脸上,由于三层钢结构留出的预制填料槽的法向尺寸相对较小,故仍然继续使用原T-80УД的“蜂窝”装甲夹层。这种焊接炮塔的抗穿性能(不带爆反,后同)比T-80УД的铸造炮塔要高出15%,抗破性能——13%。

再往后,俄乌两国的三代坦克想要增加防护性能基本都依靠加装主动防护或披挂爆反(如“屏障”、“利刃”;“竞技场”和“化石”等等),防护模式从被动转向主动,而基础复合装甲的形式也基本没有再改的了,新的设计都直接应用在了新一代坦克上。

Thread-A:炮塔装甲

A-1 1961年432工程,提交审核的铸造铝合金夹层方案

A-2 1961年432工程,镶嵌陶瓷柱的炮塔方案

A-31962年,167M工程的铝合金夹层炮塔

A-4432工程1964年型,投入使用的铸造铝合金夹层复合装甲

A-5434工程,1968年型,多层合金钢夹层方案。

A-61969年,172工程,使用多层高硬度钢夹层炮塔。

A-7T-64A 1974年炮塔 投入使用的陶瓷球装甲。

A-8T-64A / Б B

A-9 T-80Б/БB炮塔的石英砂夹层

A-10T-72A/M1

A-11219A工程,早期蜂窝填料装甲样式

A-12T-80У/УД 陶瓷组件方案。

A-13T-80У/УД 蜂窝填料装甲,量产方案。

A-14T-72Б 反射板装甲(NERA)夹层

A-15T-90С/A 与 478БЭ工程

A-16T-84堡垒

A-17T-90A炮塔

Thread-B:车首装

B-1432工程早期首上复合装甲方案

B-2T-64/T-64А/Б,T-72Урал/M,219сп1/2的首上装甲

B-13T-72A ОКР "Отражаемость"

B-14网络上毛子整理的T-72首上装甲进化史

B-15T-72A 1983

B-16T-72Б since 1985

B-17T-72Б since 1989

附表

苏联坦克设计一直以极高的紧凑性著称,体积和重量都比同期西方坦克要小得多,三大指标却毫不逊色、甚至某些方面呈压倒之势,这在很大程度上得益于总体设计的成功,而总体设计之中最为重要的一环就是装甲布局的选择和装甲结构设计。

早期车体复合装甲均为简单的“三明治”结构,直接通过材料的匹配实现较好的抗弹性能;炮塔则是根据伟大的卫国战争的经验总结出的最优装甲分布精心设计的,巧妙地在铸造装甲中增添了复合结构,从铸铝到陶瓷装甲、再到铸钢-石英砂夹层,最后发展到蜂窝填料和反射板组件,经历了由简到繁再化繁为简、最后再变得复杂的曲折过程,这些设计都兼顾了对抗动能弹和化学能弹药的需求。从表格中我们可以看到80年代之前的苏联主战坦克复合装甲的等质量钢装甲厚都超过了300mm,基本能够对抗穿深300mm左右的动能弹,对破甲弹的防护性能更是显著提高到了450mm以上,尤其是首上抗破系数基本都在1.3以上,但是厚度系数都比较惨。

70年代末到80年代初经过一系列小幅度改进后,我们经过比较不难看出苏联复合装甲的实质走向——抗穿系数逐渐递增,抗破系数逐渐走低,空间防护系数基本都递增。抗穿甲弹的相关防护系数涨幅比抗破甲弹的要大得多。这表明穿甲弹的威胁在那个年代日益增长,尤其是重合金一体穿杆的应用,把极限穿透速度减少了三位数。加强抗穿性能,一直以来装甲钢是最廉价也最有效的材料,在保证强度的同时增加面密度,何乐而不为。于是装甲钢所占的比例逐渐增加,相应的为了尽量不影响坦克总体性能,装甲的体积都压缩在一定的范围内。甚至T-72和T-80都装上了纯钢炮塔,但是这种装甲厚达400+mm的纯钢炮塔却没有给坦克带来很大的增重,这得归功于低轮廓外形设计了。多数坦克经过改进的首上复合装甲厚度基本上保持在205-220mm之间,炮塔平均厚度基本不超过600mm。由于用于“等效减重”的抗破增益部分的比例不断降低,对破甲弹的防护效率不增反降。

爆炸反应装甲的应用瞬间逆转了抗破系数走低的趋势,而且85年前后新设计的坦克炮塔都加入了新结构以求更有效的干扰射流和穿杆,主要应用的是蜂窝装甲和反射板。前者通过在蜂窝钢板两面预制的凹槽内填充聚氨酯构成“反应单元”,当射流冲进装甲时会在聚氨酯中产生应力波,而大部分应力波在聚氨酯与铸钢两种声阻抗差异很大的交界面发生反射,通过正面深凹槽的汇聚作用反过来挤断侵彻的射流;穿入钢板的射流在其中又产生新的应力波,新的波在传播到背面时透射到背面的聚氨酯中,此时通过背面凹槽的聚焦作用再次对射流施加干扰,多层的蜂窝组合效果更好。此外蜂窝钢板本身也是理想的抗穿材料,中间加上的高硬钢效果更佳。

蜂窝装甲的理论模型,现实中把这两种模式整合在了一起

4层“蜂窝单元”对射流的干扰效果

反射板也是利用射流能量干扰射流本身的高效率防护结构。国内教材称之为反应装甲,毛子叫它反射板,欧美普遍称呼为NERA(非含能反应装甲),其工作原理就是依靠射流冲击板状单元反应产生的机械形变和应力波推动背面韧性较高的橡胶-金属材料剧烈运动,从而对射流施加横向的作用力,造成射流折断,降低了穿深。反射板的作用效果依托于倾角大小,角度越大效果越显著。这种装甲结构需要在每个单元之间留出一定的空间供背面材料运动以切割射流,因而需要占据较大的空间,若板间间隙不足,面对穿杆时很难造成有效的干扰。好在毛子反射板组件的主要材料就是钢板,强度有保证,通常情况下起到了大倾角间隙装甲的效果,因此抗穿甲弹能力对比蜂窝装甲也不遑多让。

反射板装甲的工作原理以及作用效果

值得一提的是,比起毛子,NERA在西方坦克上应用更广泛,主要原因就是英国对乔巴姆复合装甲的推广(看档案内的描述,大英巴不得每个北约国家都用上),根据现今公开的档案,乔巴姆本质上是采用了NERA结构的复合装甲,基本思路是前半段NERA负责干扰射流并使其减速,后半段的装甲钢或者其他用于消耗对抗的材料如陶瓷负责挡住前端射流以及后续被削弱的射流(射流速度降低到一定程度,背面强度不可忽略,这也正是为什么装甲钢或者其他高强度材料一般至于反应组件后的原因,此外目前除了T-64以外的坦克都没有证据能够证明主装甲实际应用过陶瓷材料,只不过现在陶瓷确实很热门,应该是以后发展的趋势之一)。西方坦克的装甲设计多以空间换防护,应用NERA确实能得到相当优异的抗破甲性能,也不需要安装爆炸反应装甲,这种思路几乎和苏联坦克装甲设计思想相悖,因为它占用的空间太大了,对总体减重、减少正面投影等等都是不利因素。85年的豹2A4的炮塔前装甲LOS高达860mm,但是面密度仅3500kg/m3,只相当于450mm厚的钢装甲板,考虑到内部的空间较大对穿杆的干扰会相对比较显著,抗穿能力可能大于450mm,抗破应大于800mm。再看看稍早一些的,80年代初美国的M1主战坦克也采用了类乔巴姆的复合装甲,其炮塔的物理厚度约为660mm~700mm,水平厚度约760~850mm,根据官泄资料可知其炮塔正面标定的抗穿能力为400mm,抗破——750mm;车体防护性能根据教材估算为抗穿400mm,抗破——625mm。这比起同期苏联坦克并没有多优秀(加上1985年后的苏联主要坦克均装备了接触反应装甲,因此乔巴姆优异的抗破甲弹系数总体而言并没有在那时候体现出任何优势),在这里就不必再说那些单凭LOS值就能判断防护性能的各路神论了~

根据现在看到的资料,M1以及其他西方坦克装甲车辆的后续装甲升级也应当有着相似性,主要在富余的装甲夹层空间内增添抗穿增益的材料,以及改进抗破增益部分的结构,增加防护系数。

左:M1应用的NERA复合装甲;右:“乔巴姆”装甲的前身,“博灵顿”。

关于M1炮塔装甲防护性能,来自CIA的一份对比苏联坦克防护的报告

没有无往不利的矛,也没有坚不可摧的盾。甲弹斗争永远都在僵持着,冷战时期铁幕两侧的装甲力量基本维持着平衡态。但是就坦克防护性能来说还是需要结合实际情况加以分析,单纯的数据比拼都没有实际意义。以上给爱好坦克装甲车辆的同志们简单总结了苏联主战坦克复合装甲的来世今生,望能有所裨益。

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