1888年英國(guó)人首次推出了全鋼裝甲板,在接下來(lái)的半個(gè)多世紀(jì)的時(shí)間內(nèi),全鋼裝甲板就成為了裝甲防護(hù)領(lǐng)域的標(biāo)配,坦克誕生以后裝甲鋼因?yàn)榭箯椥阅芨撸に囆院?、成本較低,容易成型和裝配的特點(diǎn)就成為了坦克的基礎(chǔ)裝甲,為了提高裝甲鋼的硬度,傳統(tǒng)的裝甲鋼主要通過(guò)提高含碳量的手段來(lái)實(shí)現(xiàn)(五六十年代以前的裝甲鋼含碳量高達(dá)6%)。然而彈甲之爭(zhēng)永遠(yuǎn)都是螺旋上升的,隨著反坦克彈藥的不斷發(fā)展,裝甲鋼僅僅擁有極高的硬度還不行,還必須兼具一定的韌性,裝甲鋼必須在穿甲彈的高速?zèng)_擊下在強(qiáng)度和韌性之間做出平衡,然而對(duì)于傳統(tǒng)裝甲鋼來(lái)說(shuō),隨著碳含量的增加,裝甲鋼的韌性是極速下降的,于是就有了一種滲碳技術(shù),通過(guò)滲碳工藝裝甲鋼的表面硬度極高,底層裝甲的硬度低但是韌性強(qiáng),這就是滲碳裝甲,也就是所謂的表面硬化裝甲(當(dāng)然通過(guò)添加一些稀有金屬也能提高裝甲鋼的韌性,比如鉬)。
▲裝甲的好壞和強(qiáng)度和韌性有著直接的關(guān)系,強(qiáng)度太低不能抵御高速?zèng)_擊的穿甲彈,韌性太低則裝甲有可能會(huì)出現(xiàn)崩落斷裂的現(xiàn)象,而且還不能有效的防御二次效應(yīng),上圖就是德國(guó)二戰(zhàn)末期的裝甲在蘇軍炮火的試驗(yàn)下出現(xiàn)的斷裂現(xiàn)象
二戰(zhàn)結(jié)束以后,隨著材料科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展,有機(jī)聚合物和陶瓷這類(lèi)的新型材料技術(shù)不斷地進(jìn)步,并不斷地應(yīng)用到各行各業(yè),于是復(fù)合裝甲作為一種全新的防護(hù)裝甲便開(kāi)始走上了歷史的舞臺(tái)。除此之外破甲彈在二戰(zhàn)結(jié)束以后迎來(lái)了高速發(fā)展,這種利用空心裝藥技術(shù)的全新彈藥對(duì)均質(zhì)鋼裝甲的打擊堪稱(chēng)毀滅性,如果一味的堆砌裝甲厚度,那意味著防護(hù)、火力、機(jī)動(dòng)三合一的坦克將徹底的失去平衡。蘇聯(lián)人率先創(chuàng)造性的在t-64A上面使用了復(fù)合裝甲,除此之外以“喬巴姆”為首的西方復(fù)合裝甲也迎來(lái)了高速發(fā)展時(shí)期,如今世界上幾乎所有的主戰(zhàn)坦克都使用了復(fù)合裝甲,有些坦克的復(fù)合裝甲更是發(fā)展到了第三代,那么復(fù)合裝甲到底有何過(guò)人之處?
▲西方的喬巴姆復(fù)合裝甲,這應(yīng)該是一種金屬非金屬厚復(fù)合裝甲
什么是復(fù)合裝甲
復(fù)合裝甲,從字面意思上理解就是由多種不同材料復(fù)合而成的裝甲。其主要由普通結(jié)構(gòu)和特殊材料結(jié)構(gòu)組成,普通結(jié)構(gòu)主要依靠材料的強(qiáng)度來(lái)提高抗彈能力,比如均質(zhì)裝甲鋼板,合金板,玻璃鋼板等;特殊結(jié)構(gòu)主要依靠材料的特殊特性來(lái)提高抗彈能力,比如耐高溫的陶瓷板,炭纖維/石英復(fù)合板,能有效防御碎甲彈的空氣間隙等(其實(shí)間隙裝甲也是復(fù)合裝甲的一種,只不過(guò)它的特殊填充材料就是生活中最常見(jiàn)的空氣),根據(jù)特殊結(jié)構(gòu)材料的不同,復(fù)合裝甲有很多種,主要由金屬?gòu)?fù)合裝甲、金屬非金屬?gòu)?fù)合裝甲,非金屬?gòu)?fù)合裝甲。
▲美帝M1主戰(zhàn)坦克披掛的陶瓷復(fù)合裝甲塊,這種外掛的復(fù)合裝甲能夠有效的防御穿甲彈和破甲彈的打擊
復(fù)合裝甲相較于傳統(tǒng)的鋼裝甲抗彈能力得到了大幅增強(qiáng),因?yàn)閺?fù)合裝甲能夠在彈藥擊中的一瞬間產(chǎn)生多種防護(hù)效應(yīng),比如隨著多層薄裝甲板的應(yīng)用,應(yīng)力波可以在間隙間來(lái)回多次反射,就能有效的抵御碎甲彈,再比如不同形狀的陶瓷塊能夠有效的防御破甲彈;還比如多層排桿結(jié)構(gòu)(就是里面有很多橫置排列的桿狀單元)的復(fù)合裝甲能產(chǎn)生不對(duì)稱(chēng)的方向力,會(huì)加劇長(zhǎng)桿穿甲彈的上下偏轉(zhuǎn)甚至使其發(fā)生斷裂,降低其穿甲威力。而且在防御穿甲彈、破甲彈、碎甲彈等不同彈藥時(shí)復(fù)合裝甲所產(chǎn)生的防護(hù)效應(yīng)是各不相同的,相較于防護(hù)效應(yīng)單一的鋼裝甲,復(fù)合裝甲更加全面而且強(qiáng)悍。此外復(fù)合裝甲在等抗彈能力的情況下,不論是重量還是厚度都要遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于鋼裝甲,此外多種材料組成的復(fù)合裝甲設(shè)計(jì)性更強(qiáng),可以根據(jù)不同的防護(hù)需求或防護(hù)位置設(shè)計(jì)出不同性能、厚度的復(fù)合裝甲,應(yīng)用范圍相比于鋼裝甲大幅提升,最后復(fù)合裝甲還能設(shè)計(jì)成各種不同的模塊,根據(jù)防護(hù)位置的不同來(lái)搭配不同性能的模塊化單元,利于更換和維護(hù)。
金屬?gòu)?fù)合裝甲
▲432工程上使用的鑄鋁合金夾層復(fù)合裝甲(也就是鋼鋁金屬?gòu)?fù)合裝甲),鋁合金直接鑄入鋼槽之中,這種復(fù)合裝甲在減重的同時(shí)還能提高抗破甲彈的能力,但是面對(duì)穿甲彈時(shí)有一些不足,后來(lái)蘇聯(lián)人以432工程為平臺(tái)弄出了一個(gè)鈦合金-玻璃纖維-鈦合金復(fù)合裝甲,只不過(guò)因?yàn)槌杀竞凸に囆暂^高而被放棄
這種復(fù)合裝甲的材料全都是金屬,只不過(guò)由不同強(qiáng)度或硬度的金屬裝甲板組成,金屬可以是鋼,可以是鋁,還可以是像鋼鋁、鋼鈦這樣的復(fù)合金屬,鋁的特點(diǎn)就是重量輕,鈦重量輕且強(qiáng)度較高,但是這兩種金屬都不易焊接,所以普遍應(yīng)用在步戰(zhàn)車(chē)、空降戰(zhàn)車(chē)這類(lèi)對(duì)防護(hù)性能要求較小的裝甲戰(zhàn)車(chē)上面。這里以鋼復(fù)合裝甲為例,最基礎(chǔ)的鋼制復(fù)合裝甲就是一塊強(qiáng)度和硬度都極高的面板和一塊韌性極強(qiáng)的背板組成(這種雙層的金屬?gòu)?fù)合裝甲已經(jīng)不怎么使用了),高硬度面板能夠有效的抵御穿甲彈的沖擊甚至使其破碎,高韌性的背板能夠吸收穿甲彈的能量,防止裝甲開(kāi)裂崩落,抵御破片的二次效應(yīng),不過(guò)金屬?gòu)?fù)合裝甲要求不同裝甲層之間的結(jié)合要十分的牢固,而且不同層的最佳厚度也需要著重考慮。最后這種鋼復(fù)合裝甲只能有效的防御穿甲彈,對(duì)于破甲彈防御并不是很高。
金屬非金屬?gòu)?fù)合裝甲
▲上圖就是金屬非金屬厚復(fù)合裝甲和金屬非金屬薄復(fù)合裝甲的結(jié)構(gòu)示意圖,金屬非金屬厚復(fù)合裝甲通常會(huì)采用模塊單元的結(jié)構(gòu),有點(diǎn)像巧克力
金屬非金屬?gòu)?fù)合裝甲是目前應(yīng)用最廣的一種復(fù)合裝甲,普遍裝備在各國(guó)的主戰(zhàn)坦克上面。金屬非金屬?gòu)?fù)合裝甲也可以分為兩種,一種就是金屬非金屬厚復(fù)合裝甲,主要由殼體(殼體包括面板,背板,側(cè)板,連接裝置,就類(lèi)似于一個(gè)金屬盒子)和夾層材料組成,內(nèi)部結(jié)構(gòu)更加的復(fù)雜。另一種就是金屬非金屬薄復(fù)合裝甲,這種復(fù)合裝甲就沒(méi)有殼體了,就是簡(jiǎn)單的金屬-非金屬板疊合起來(lái)或者是金屬板夾非金屬板的結(jié)構(gòu),金屬材料一般都是普通的均值鋼裝甲,這里就著重的說(shuō)一下非金屬夾層材料,首先就是以不同強(qiáng)度、形狀(一般為塊狀,晶體狀和纖維狀)的非金屬(比如陶瓷、碳、氧化鋁等)為增強(qiáng)體,以金屬為基體的夾層材料,這種夾層材料耐疲勞、強(qiáng)度高、耐腐蝕、耐高溫,而且質(zhì)量較小,被長(zhǎng)桿穿甲彈擊中時(shí)因?yàn)楦鞑糠钟捕鹊牟煌瑫?huì)導(dǎo)致受力不同,容易發(fā)生偏轉(zhuǎn)。但是這種材料的制作難度較高成本也大,很難做到大規(guī)模普及。
▲上世紀(jì)蘇聯(lián)279坦克采用的金屬非金屬?gòu)?fù)合裝甲,蘇聯(lián)研究發(fā)現(xiàn)金屬非金屬?gòu)?fù)合裝甲的防護(hù)能力要強(qiáng)于普通的金屬?gòu)?fù)合裝甲,后來(lái)在測(cè)試了陶瓷、石英砂、石棉板、普通混凝土后,最終選擇了將陶瓷柱或陶瓷球鑲嵌在裝甲內(nèi)部,可惜279死的早。后來(lái)的陶瓷復(fù)合裝甲夾層材料不是單純的陶瓷,而是以陶瓷為基體,金屬材料,碳材料,陶瓷材料作為增強(qiáng)體的復(fù)合夾層,有個(gè)特例就是伊拉克猴版T-72的夾層材料就是普通的沙子,好好地石英碳材料直接被縮水成了沙子
接下來(lái)就是玻璃鋼夾層和陶瓷夾層了,玻璃鋼的強(qiáng)度能夠和鋼相媲美,但是相較于鋼更加的耐高溫,抗彎曲和拉伸,具備很強(qiáng)的沖擊韌性,這種夾層材料能夠有效的抵御金屬射流,當(dāng)破甲彈的金屬射流穿入時(shí),會(huì)發(fā)生彎曲,斷裂,破碎,而且玻璃鋼的孔壁會(huì)回縮包裹住金屬射流,這樣一來(lái)大量的金屬射流就會(huì)被消耗在孔壁,很難加深,最后金屬射流的能量被逐漸的消耗直至消失,此外在抗穿甲彈方面玻璃鋼同樣要優(yōu)于鋼裝甲,因此比較常見(jiàn)。還有一種比較常見(jiàn)的就是以陶瓷材料作為基體,以金屬、陶瓷,炭纖維、有機(jī)材料(比如石英碳化硅、氮化硅、橡膠等)作為增強(qiáng)體的夾層材料,其中金屬增強(qiáng)體強(qiáng)度高;陶瓷和炭纖維強(qiáng)度高,穩(wěn)定性好,耐高溫;有機(jī)材料橡膠沖擊韌性高。而且除了整塊復(fù)合裝甲可以?xún)A斜放置外,其內(nèi)部的夾層也是可以?xún)A斜放置的,這樣一來(lái)防護(hù)能力就會(huì)大幅提升。
▲烏克蘭T-84堡壘主戰(zhàn)坦克的金屬非金屬?gòu)?fù)合裝甲為鋼-玻璃纖維-鋼-間隙-玻璃纖維-鋼多層組合的復(fù)合裝甲(圖片來(lái)源:新浪微博)
非金屬?gòu)?fù)合裝甲
最后就是非金屬?gòu)?fù)合裝甲了,顧名思義這種復(fù)合裝甲主要由非金屬材料組成,這種復(fù)合裝甲的抗彈能力較差,一般僅能防御小口徑彈藥和炮彈破片等,所以坦克一般不會(huì)采用,還是以金屬非金屬?gòu)?fù)合裝甲為主,這種復(fù)合材料一般為雙層結(jié)構(gòu),根據(jù)不同的需求可以選擇不同材料作為面板(比如高硬度的陶瓷板)和背板(比如玻璃鋼),由于其能在控制重量的情況下增強(qiáng)防護(hù)能力,可以應(yīng)用在武裝直升機(jī),對(duì)地攻擊機(jī)等上面。
▲因?yàn)樗榧讖椞厥獾淖饔脵C(jī)制,多層間隙復(fù)合裝甲幾乎就讓碎甲彈失去了作用機(jī)制,只不過(guò)碎甲彈的裝藥是高塑性的炸藥,也能當(dāng)做高爆彈來(lái)使用,是一種多用途彈藥,這也是碎甲彈沒(méi)有被淘汰的重要原因,下圖就是勒克萊爾主戰(zhàn)坦克空心裝甲中攜帶的雜物,這種設(shè)計(jì)能夠在彈丸接觸到主裝甲前將投射物先行引爆
多層的復(fù)合裝甲還能有效的防御碎甲彈,碎甲彈引發(fā)的應(yīng)力波在第一次裝甲上能造成較大的層裂效應(yīng),但是在兩層裝甲之間會(huì)來(lái)回的反射分散,進(jìn)入到第二層裝甲時(shí)已經(jīng)沒(méi)有多大的效果了,現(xiàn)代復(fù)合裝甲也會(huì)大量的應(yīng)用間隙裝甲,間隙裝甲還能起到一個(gè)泄壓的作用,能有效的降低爆炸產(chǎn)生的爆轟波對(duì)戰(zhàn)車(chē)的沖擊,在應(yīng)對(duì)多發(fā)穿甲彈時(shí)防護(hù)效果極佳,此外中間的間隙也可以作為儲(chǔ)物箱,實(shí)在不行還可以在間隙之間添加附加裝甲來(lái)提高戰(zhàn)車(chē)的防護(hù)能力。(作者署名:武備營(yíng))