Cerámica en blindaje de tanques: protección contra proyectiles HEAT
Como es sabido, hasta fines de la década de 1950, el problema de incrementar la seguridad tanques se resolvió de una manera bastante trivial: aumentando el grosor de la armadura de acero. Sin embargo, la segunda mitad del siglo XX estuvo marcada por un crecimiento explosivo en el poder de las armas antitanque: se empezaron a utilizar nuevos proyectiles de subcalibre con una plataforma desmontable, y el desarrollo de munición acumulativa generalmente fue a pasos agigantados. Esto obligó a los científicos a buscar otras formas de aumentar la resistencia de los vehículos de combate a los factores dañinos.
Los desarrollos sobre este tema finalmente llevaron a la idea de la armadura combinada, que combina varios elementos metálicos y no metálicos para un nivel aceptable de protección manteniendo la masa del tanque dentro de límites razonables. Uno de estos elementos fue la cerámica, que por primera vez en el mundo se produjo en masa en la URSS en tanques T-64. Posteriormente, otros países se interesaron por sus propiedades, entre ellos Alemania, Estados Unidos y Francia. Hay información de que se utilizaron inserciones de cerámica de una forma u otra en la construcción de los tanques Abrams, Leopard-2, etc.
Diseño estructural de cerámica blindada
El trabajo sobre el estudio de los materiales cerámicos como armadura comenzó en la década de 1950. El interés de los diseñadores de equipamiento militar por este tipo de armaduras era bastante comprensible. Al ser más del doble de dura que el acero, la cerámica tiene una densidad mucho menor, lo que permite utilizarla como un elemento antibalístico ligero de protección de máquinas.
Características físico-mecánicas de los materiales cerámicos. Fuente: libro "Cuestiones parciales de balística final". Editorial de MSTU im. Bauman
Hasta la fecha, la elección de la base para la cerámica armada es bastante amplia y generalmente está limitada por las finanzas y la industria, pero en un caso particular, vale la pena detenerse en dos opciones: óxido de aluminio y carburo de silicio. El primero fue muy utilizado en la URSS para la producción de esas mismas bolas de corindón, y el segundo ganó fama en Occidente en gran parte debido a la armadura británica Chobham.
Dejando de lado algunas diferencias en las propiedades químicas, físicas y mecánicas, el ciclo de producción final para convertir estos materiales en un componente protector es similar: el polvo de óxido/carburo, junto con aditivos de diversas formas, se sinteriza a alta temperatura hasta el estado de un monolito. . A la salida, según el “molde de cocción”, se obtienen bolas o bloques de diversas formas y espesores.
Después del tratamiento térmico, la cerámica, aunque ha recibido el estatus de armadura, de hecho, todavía no lo es. A pesar de la mayor resistencia, sigue siendo esencialmente arena endurecida, que no resiste las cargas de choque durante el bombardeo y es propensa a la fractura por fragilidad. Para debilitar la influencia de estos factores, se refuerza colocando un sustrato especial hecho de un material dúctil en las celdas. En la armadura de los tanques, generalmente está hecho de acero de dureza media o alta, aunque en los "pómulos" de las torres T-64, las bolas de corindón simplemente se vertieron con acero fundido.
Bolas de corindón en los pómulos de la torreta de la última serie T-64A, así como del T-64B y sus modificaciones. Fuente: warspot.ru
El principio de interacción entre el bloque de cerámica y el sustrato es bastante simple y se aplica no solo a la armadura de tanques, sino también a módulos para vehículos ligeros e incluso chalecos antibalas. En el momento del contacto con una superficie cerámica de alta dureza, el cuerpo atacante (proyectil) recibe un severo daño inicial, mientras que una onda de choque comienza a propagarse en él, lo que lleva a su fragmentación en fragmentos de diversos tamaños: desde polvo hasta piezas de gran tamaño. Si el bloque no tiene un amortiguador en forma de sustrato, aquí es donde termina todo: el proyectil lo rompe en pedazos y continúa moviéndose.
En presencia de un sustrato, la situación es diferente: la cerámica desmenuzada no tiene a dónde ir debido al pequeño volumen de la celda, por lo que continúa ejerciendo una gran presión sobre el proyectil, dañándolo. Para obtener el mejor resultado, los sustratos cerámicos se colocan en varias filas, uno tras otro; en este caso, se puede lograr un aumento significativo en la protección.
Opción de instalar cerámica en blindaje de tanque. Los bloques están dispuestos en celdas cuadradas. El papel del sustrato lo realiza la placa posterior. Fuente: Libro Tank Defense. Editorial de la Universidad Técnica Estatal Bauman de Moscú
Desafortunadamente, la cerámica no funciona de manera muy efectiva contra proyectiles de subcalibre perforantes con aletas con núcleos de alta elongación hechos de aleaciones pesadas basadas en uranio o tungsteno. Pero su acción sobre el chorro acumulativo es realmente única.
Armadura de cerámica contra proyectiles HEAT
Debido a la falta de imágenes de rayos X de alta velocidad y métodos de investigación electrodinámicos, durante mucho tiempo se creyó que las cerámicas blindadas resistían a los destructores de tanques acumulativos solo debido a su dureza y alta resistencia a la compresión. En general, esto estaba en línea con las teorías prevalecientes hace 70 años de que cuanto más duro es el material, mejor para la armadura, pero en realidad todo es algo diferente. Para comprender mejor el proceso, debe profundizar un poco en los conceptos básicos del efecto acumulativo.
Sin excepción, todas las municiones acumulativas antitanque están equipadas con una carga explosiva, en cuya proa se hace una muesca en forma de cono de diferentes ángulos de apertura. Tiene un revestimiento, generalmente de cobre, pero se pueden usar otros materiales. En el momento de la detonación de la carga, la mayor parte de la energía de la explosión colapsa el revestimiento y, deformándolo plásticamente, forma un chorro metálico acumulativo que aumenta constantemente de longitud. La velocidad de sus elementos de cabeza es de 7-10 km/s, por lo que la armadura de acero en contacto con ella se comporta según las leyes de la hidrodinámica, perdiendo todas sus características de resistencia. De ahí la alta capacidad de penetración, alcanzando algunos misiles acumulativos de hasta un metro y medio de masa de acero.
Pero el chorro acumulativo tampoco tiene su propia fuerza. Penetrando en la armadura, pierde gradualmente su propia longitud (resuelve), literalmente untándose en los bordes del agujero. La falta de fuerza también afecta la estabilidad lateral del chorro: puede estallar desde cualquier objeto, incluso el más pequeño, que cruce su eje. La acción de los sistemas de protección dinámica explosiva y no explosiva se basa en esta vulnerabilidad.
Contra proyectiles perforantes de acción cinética, la dureza de la barrera de blindaje juega un papel importante, pero contra proyectiles HEAT prácticamente no importa. Las pruebas comparativas en forma de bombardeo de laboratorio de bloques de cerámica y aluminio mostraron que los chorros acumulativos funcionan (pierden longitud durante la penetración) casi iguales, aunque la cerámica es mucho más dura que este metal. Sin embargo, a la salida de los obstáculos bombardeados, el estado del avión era diferente. Si, después de atravesar la armadura de acero/aluminio, salió relativamente intacta, luego de las inserciones de cerámica, se rompió en una gran cantidad de piezas con una penetración casi nula.
Patrón de rayos X de un chorro acumulativo después de superar una barrera metálica. Fuente: libro "Cuestiones parciales de balística final". Editorial de la Universidad Técnica Estatal Bauman de Moscú
Patrón de rayos X de un chorro acumulativo después de superar un obstáculo con carburo de silicio. Fuente: libro "Cuestiones parciales de balística final". Editorial de la Universidad Técnica Estatal Bauman de Moscú
Como se mencionó anteriormente, la cerámica es un material bastante frágil, pero tiene una característica, que es la capacidad de acumular brevemente la energía de la compresión elástica. En la práctica, se ve así.
Colapso de un chorro acumulativo con capas de cerámica destruida. SW es una onda de choque, VR es una onda de rarefacción. Fuente: libro "Cuestiones parciales de balística final". Editorial de la Universidad Técnica Estatal Bauman de Moscú
En el momento de la penetración del chorro acumulativo, una onda de choque se propaga frente a él en el bloque cerámico reforzado, que, al romper la cerámica en fragmentos pequeños y grandes, hace que se encojan. Mientras tanto, la presión detrás del frente de la onda de choque comienza a disminuir y los fragmentos previamente comprimidos llenan el canal del agujero, cortando el chorro como una guillotina.
Por lo tanto, el chorro acumulativo pierde la cabeza, la parte más rápida y penetrante, lo que afecta negativamente su avance adicional en las capas de armadura. De hecho, la cerámica en este caso actúa como un componente activo que utiliza su propia energía para neutralizar la munición acumulada. De la misma manera, pero con una eficiencia reducida, funciona una alternativa económica: insertos hechos de arena unida con material de silicato en las torretas de los primeros tanques T-72, algunos de los cuales, bajo el índice T-72M1, todavía están en servicio con algunos los paises.
¿Qué, en términos reales, puede dar la cerámica contra los proyectiles acumulativos? Puedes mirar el T-64. La primera serie de estos tanques se produjo con torretas, en cuyos "pómulos" se instalaron inserciones de aluminio. Con un espesor total de armadura de acero + aluminio + acero de unos 600 mm, dicha protección dio el equivalente a unos 450 mm de proyectiles acumulados. Después de la aparición de torres con bolas de corindón, el espesor total de la armadura se redujo a 450 mm, y el equivalente del "cúmulo" se mantuvo igual a 450 mm. Hablando en general, con la correcta instalación del relleno cerámico, es posible lograr una doble superioridad sobre el macizo de acero. Muy simple: una capa de cerámica de 100 mm de espesor brindará protección como una lámina de acero de 200 mm de espesor. El beneficio en términos de ahorro de peso y tamaño es fácil de calcular.
Una mosca en el ungüento también está presente. La cerámica de alta calidad es un placer bastante costoso, lo que definitivamente afectará el costo final del tanque. Otra desventaja: no funciona cuando se instala en un gran ángulo, ya que la onda de choque en contacto con el chorro acumulativo (proyectil también) provocará una destrucción prematura en todo el espesor del bloque a la vez. Este problema se puede resolver mediante una disposición "escalonada" de bloques de tamaño reducido, pero esto requiere fondos adicionales. Además, un problema no obvio pero significativo puede ser que las cerámicas son vulnerables a los proyectiles acumulativos en tándem: si la carga principal atraviesa la capa frontal de la armadura y la golpea, ya no representará ninguna amenaza para la carga principal simplemente porque será destruido.
Resumiendo, podemos decir lo siguiente. La cerámica funciona, y no hay razón para negarlo. Otra cosa es que, como componente principal de la armadura del tanque, ya no se usa. Durante los últimos 30-40 años, las tendencias han cambiado demasiado. Se utiliza una protección dinámica no explosiva mucho más efectiva contra los proyectiles HEAT. Por lo general, lo llamamos armadura semiactiva, que está integrada en la parte delantera del casco y la torreta. Sin embargo, la cerámica blindada no debe descartarse. Como elemento adicional de protección, incluso en módulos montados en armaduras, es bastante relevante.
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