zt M1主战坦克复合装甲探密

M1主战坦克复合装甲探密

2004年第11期  来源:《坦克与装甲车辆》

「编者按」 尽管美国M1坦克的装甲材料、装甲结构和装甲厚度等仍然是“机密中的机密”，但本文是根据多年来有关方面的报道，进行分析、推测和综合而成，有较高的情报价值，供广大读者朋友参考。 对M1系列坦克复合装甲的推测 　　M1坦克的复合装甲　Ml坦克定型之前，称为XM1主战坦克。1973年2月，军方提出的战技指标是：“正面左右各30度的弧形区内，装甲可以抵御射击距离800米的115毫米尾翼稳定脱壳穿甲弹(APFSDS)的攻击，或者127毫米破甲弹(HEAT)的攻击。” 　　当时，115毫米尾翼稳定脱壳穿甲弹在1000米射击距离上，垂直命中时可以击穿237毫米厚的均质钢装甲(RHA)。而在20世纪70年代，125毫米的破甲弹可以摧毁是它口径4倍厚的均质钢装甲，即破甲厚度达500毫米。根据这一要求，军方决定XM1坦克的车体正面和炮塔正面采用复合装甲。 　　1989年2月号的美国《国际武装力量》杂志报道，“东西方最先进的主战坦克正面装甲的防御能力，对动能弹和化学能弹分别为350毫米和750毫米厚的均质钢装甲。如果这一情报可信的话，那么，M1坦克正面的复合装甲的防御能力完全可以达到这一水平”。由此可以推断出，M1坦克炮塔正面装甲的结构为内外两层钢装甲，中间加一层厚厚的、无约束的陶瓷装甲。 　　根据“对化学能弹的防护能力要远高于对动能弹的防护能力”这一点可以判断，其复合装甲的类型为无约束型复合装甲。无约束型陶瓷复合装甲，对超高速金属射流有相当高的防御能力，而对速度相对低(与金属射流相比)的尾翼稳定脱壳穿甲弹则没有那么大的防护能力。 　　夹持陶瓷装甲的钢板为双硬度装甲钢，外硬内韧。高硬度的外层装甲，可以极大地消耗弹丸的动能，甚至使弹丸破碎；而韧性好的内层装甲，则可以进一步吸收残余的动能，本身不致破裂。据称，内层的陶瓷装甲材料为氧化铝陶瓷(Al2O3)，这种陶瓷材料的价格比较便宜，抗破甲弹的性能相当好。这种复合装甲对动能弹的防护能力为350毫米，质量系数Em为1.18(质量系数Em是对于一定的装甲，具有同等防护能力的相关装甲相当于均质钢装甲的重量比值)；对化学能弹的防护能力为750毫米，质量系数为2.54。Ml坦克复合装甲的平均密度为5488千克/米3，而均质钢装甲的密度则为7850千克/米3，前者仅相当于后者的三分之二。   　　无约束型陶瓷复合装甲对动能弹的防护效果，除了冲击阻抗梯度外，没有其他效应。而间隔复合装甲，由于空气密度的变化，有附加的防护效果。 　　关于无约束陶瓷复合装甲的质量系数，这里引用1995年6月份《国际防务评论》中奥格凯维茨论文中的一段话：“根据破甲的流体力学理论，在超高速射流的冲击下，装甲材料变为流变体，这时起主要作用的是雨果纽弹性极限(高速冲击下的强度)。由于陶瓷材料的雨果纽强度是钢的十多倍，它可以更有效地抵御破甲弹的射流，也就不难理解了。特别是陶瓷装甲夹在两层钢板之间更为有效。20世纪70年代西德的试验表明，陶瓷装甲的质量系数为2.3。”由此看来，Ml坦克复合装甲对破甲弹的质量系数为2.54还是可信的。 　　M1A1坦克的复合装甲　M1A1坦克的主要改进处是换装了120毫米滑膛炮，在装甲防护上也有改进。表现在：炮塔正面的复合装甲采用抗弹性能更好的陶瓷材料，陶瓷装甲厚度增加了25毫米。 根据推测，其炮塔正面复合装甲对动能弹的防护水平相当于400毫米厚的均质装甲，对破甲弹的防护水平相当于1000毫米均质钢装甲。陶瓷装甲的材料由氧化铝改为棚化钛(TiB2)，抗弹性能更好。可以计算出复合装甲的平均密度为5801千克/米3，对动能弹的质量系数为1.18不变，而对破甲弹的质量系数提高到2.95。 　　M1A1HA和M1A2的复合装甲　为了提高M1A 1坦克的防护性能，1988年进一步制成了装贫铀装甲的M1A1坦克，称为M1A1HA坦克。1991年的海湾战争中，许多M1A1坦克在现地加装贫铀装甲，改装成M1A1HA坦克。根据推测，其炮塔正面复合装甲的抗弹能力，对动能弹为600毫米均质钢装甲，对破甲弹为1300毫米均质钢装甲。 　　M1A2与M1A1HA相比，主要改进处是采用了车际信息系统、车长用独立热像仪和车辆电子学系统等，而在装甲防护上没有什么变化。从M1A1到M1A2，坦克的战斗全重由57.15吨增加到63.085吨，增加了5935千克，增加的部分包括了贫铀装甲的重量4500千克。贫铀装甲的结构为网状贫铀，根据计算，其厚度约为105毫米，这样，各种装甲材料的厚度分别为：钢125毫米；硼化钛95毫米；贫铀105毫米。复合装甲的平均密度为10317千克/米3。毫无疑问，贫铀的极高密度(18500千克/米3)是增强其抗弹能力的基础，但也使其质量系数降低，对动能弹为Em=1.0，对破甲弹为Em=2.16。 穿甲试验分析与评价 　　以高强度材料约束陶瓷装甲制成的复合装甲，不仅对破甲弹有较高的防护能力，对穿甲弹也有相当的防护能力。一位美国学者于2000年发表的一篇论文中披露了他所作的穿甲试验的一些结果可以证实这一点。 　　试验条件　试验标靶是高强度金属约束陶瓷复合装甲，由外层金属板、中间板和内层板，加上陶瓷装甲构成；射弹为脱壳穿甲弹，L/D=20，弹芯材料为钨合金；初速为1500~1700米/秒。 　　标靶结构　标靶的外层、内层和中间层采用的均是4340钢。这种钢为含镍、铬、钼的高性能合金钢，硬度为洛氏硬度51~54。 　　标靶的外层尺寸为直径150毫米，厚度25.4毫米。 　　中间板为环形结构，外径150毫米，内径72毫米，厚度为25.5毫米，环内装入约束环及陶瓷装甲。约束环的材料为17-4PH不锈钢。中间层和外层之间放入圆形的2.4毫米厚的石墨。   陶瓷装甲由美国Cercom公司制造，有两种材料，分别为氧化铝和棚化钛。   　　内层尺寸为直径150毫米，厚度25毫米。 　　三层装甲板以12枚螺栓固定。为了测量穿甲过程中的应力，在两层结合面上用树脂粘合剂贴上了应变片。为了比较，也有不贴应变片的情况。 　　试验方法　对上述标靶以直径4.93×98.6毫米的钨合金弹芯，在速度1500~1700米/秒的条件下进行射击。钨合金中钨的含量为93%。 　　试验结果　穿甲试验共进行了8次，试验条件各不相同，其中4次贯穿，4次未贯穿。由此可以得出以下结论：从陶瓷材料的种类来看，硼化钛的防护性能要优于氧化铝；外层钢板的硬度高，抗弹性能高些；石墨层厚度越薄的一方，防护性能越好些；内层钢板的厚度越厚，防护性能越好；两层界面上无应变片者，防护性能更好；两层界面上加以焊接时，防护性能提高。 　　对试验结果的分析　由上述试验结果可以作出如下分析： 　　●高强度陶瓷装甲，可以有效地防止内层装甲板被击穿，特别是硼化钛陶瓷装甲。对射击后界面被完全击穿的标靶回收后发现，对硼化钛陶瓷装甲来说，几乎未发现损坏。而氧化铝陶瓷装甲则有浅的凹坑和放射形龟裂。对各层装甲板加以焊接，可以有效地提高抗弹性。 　　●射弹对叠层陶瓷装甲射击时的弹道特性，和表层装甲板的硬度有极大关系。为防止界面不被击穿，外层装甲板的硬度应为洛氏硬度53以上。 　　●由于界面的树脂粘合剂的剪切强度低，它可以生成稀疏的冲击波，使陶瓷装甲的损坏增大，抗弹性降低。 　　●由不被击穿到完全被击穿的过渡领域，其速度阈值可以由试验加以确定。 　　●由于陶瓷装甲对射弹冲击波的干涉作用，可对射弹的能量有相当大的削弱作用，但其能量仍然相当可观，故内层装甲板要有足够高的强度。 　　●试验结果表明，发现有影响整个标靶抗弹性的“局部效应”和“整体效应”。局部效应和标靶的材料特性，即外层装甲的硬度、陶瓷装甲的抗剪强度有关；整体效应和标靶的结构特性有关。 　　可以看出，穿破甲过程，是一个十分复杂的过程，影响因素多，作用时间极短，研究的难度很大。但即使如此，仍然可以得出许多有规律性的结论。 　　日本的坦克专家认为，在20世纪70年代末期，约束型陶瓷复合装甲，在德国的“豹”2主战坦克上已经实现，日本的90式主战坦克上也达到实用化。这两种主战坦克，由于采用了约束型陶瓷复合装甲，战斗全重较轻，为50吨级，对动能弹的防护能力可达到600~700毫米均质钢装甲。而美国的约束型陶瓷复合装甲，似乎还未达到实用化，致使M1A2主战坦克的战斗全重达到了63吨的高水平。不过，美国在这方面的研究已很深入，相信在美国下一代的主战坦克上，将采用约束型陶瓷复合装甲。（原载《坦克装甲车辆》2004年的11期）