Sobre la resiliencia de la ciudadela de Mikasa. Biseles indestructibles del armadillo japonés
Muchas gracias a todos los que participaron en la discusión de mi material anterior, dedicado a la durabilidad de la protección del Mikasa contra el proyectil perforador de blindaje doméstico de 12 dm. Expreso un agradecimiento especial por las sugerencias y críticas constructivas al respetado Alexey Rytik y al comentarista que escribe bajo el sobrenombre de Yura27.
Los comentarios me hicieron reconsiderar los enfoques para modelar la penetración de los blindados japoneses por parte de proyectiles rusos. Les presento los resultados del cambio de metodología usando el ejemplo de la destrucción de la ciudadela del acorazado Mikasa.
Ciudadela - zona de salas de máquinas y calderas
En esta zona, la ciudadela estaba protegida por un cinturón blindado de 222 mm, minas de carbón y un bisel formado por tres láminas de acero con un espesor total de 76,2 mm. Anteriormente, consideré la durabilidad de la protección de la central eléctrica de Mikasa, partiendo del supuesto de que el proyectil debe atravesar la placa Krupp de 222 mm, manteniendo una velocidad de 300 m/s, que será necesaria para superar el carbón en el pozo de carbón y romper el bisel. Al mismo tiempo, supuse para el cálculo que el bisel se encuentra en el mismo ángulo que el de Asahi, es decir, 30 grados.
De hecho, el bisel no se encuentra a 30, sino a 35 grados con respecto al horizonte.
En consecuencia, un proyectil que vuele paralelo a la plataforma, al impactar en el bisel, tendrá una desviación de lo normal no de 60, sino de 55 grados.
Además, utilicé por error la fórmula estándar de De Marre para los cálculos, que en este caso es incorrecta, ya que está destinada a cálculos sobre armaduras cementadas de más de 75 mm de espesor. Para una armadura homogénea, se debe utilizar una fórmula ligeramente diferente.
El bisel de Mikasa constaba de tres láminas de acero, cada una de una pulgada de espesor. Calculé su durabilidad como la durabilidad de una barrera "en capas", en la que el proyectil penetra secuencialmente cada una de las láminas especificadas, y resultó ser correcto. Sin embargo, un error en la fórmula aplicada y un ángulo de bisel incorrecto provocaron un gran error en los cálculos.
Anteriormente determiné que era suficiente con romper el bisel del buque insignia de Estados Unidos. flota la velocidad de un proyectil de 12 dm y 331,7 kg está dentro de los 168 m/s, mientras que no supera los 116 m/s.
Al mismo tiempo, para determinar la pérdida de mano de obra de un proyectil para superar el contenido de los pozos de carbón, se puede utilizar la fórmula de Berezan.
Desafortunadamente, al igual que la fórmula de De Marre, es empírica y la precisión de su cálculo depende directamente del coeficiente Kp seleccionado correctamente, que caracteriza la "resistencia al proyectil" de un tipo particular de obstáculo. Al mismo tiempo, no fue posible encontrar los valores de este coeficiente para el carbón.
El caso es que la fórmula de Berezan se utiliza para determinar los parámetros del terreno. artillería, por lo que sus anexos incluyen diversos tipos de suelos, arena, piedra caliza, ladrillos y otros materiales, que en su mayor parte son encontrados por proyectiles de artillería de campaña. El carbón no se encuentra entre ellos, por razones obvias.
Sin embargo, el Kp del carbón se puede determinar, aunque de forma muy provisional, en un nivel de 0,04, es decir, es un poco más resistente que la arena compactada y la mitad de duradero que el ladrillo. Esto, por supuesto, es una estimación muy aproximada, que puede ser incorrecta; sin embargo, se debe esperar que tal aproximación sea aún más precisa que los "300 m/s detrás de la placa de blindaje" que acepté anteriormente.
Eso sí, además del “coeficiente de resistencia” del carbón, conviene saber la distancia que recorrerá el proyectil en el terraplén de carbón. Teniendo en cuenta el hecho de que el cinturón de armadura principal del Mikasa solo se elevaba ligeramente sobre el agua, se deben considerar los impactos en la parte superior de las placas de armadura de 222 mm; aquí la distancia al bisel era de aproximadamente 2,5 a 3 m.
Al mismo tiempo, después de atravesar el bisel, el proyectil no cayó en el siguiente pozo de carbón, sino en el corredor por donde se transportaba munición para cañones de artillería de 6 mm y 75 mm. Los fragmentos de un proyectil ruso que explotó aquí, habiendo perforado las paredes relativamente delgadas del corredor, bien podrían haber inutilizado máquinas o calderas de vapor, dañado tuberías de vapor y chimeneas. Si tienen éxito, los proyectiles que se mueven a lo largo del corredor podrían detonar, lo que aumentaría el impacto en la sala de máquinas o de calderas frente a la cual se produjo el impacto.
En general, el cálculo (“K” de armadura Krupp – 2, acero – 275) da las siguientes cifras. La velocidad requerida para que un proyectil doméstico de 1 dm y 000 kg supere:
1) placa de blindaje del cinturón de blindaje principal de 222 mm con una desviación de la norma de 0 grados - 504 m/s;
2) 2,5 (3) m de carbón – 175 (210) m/s;
3) un bisel de tres placas de acero, cada una de 25,4 mm de espesor, con una desviación de lo normal de 55 grados - 116 m/s.
Para superar los tres obstáculos "al límite", el proyectil deberá tener una velocidad de 545-558 m/s en el momento del impacto sobre un blindaje de 222 mm. Por lo tanto, en condiciones ideales, el proyectil podría llegar a la central eléctrica de Mikasa con aproximadamente 23 o 24 cables.
Si un proyectil impactara una placa de blindaje de 222 mm con una desviación de 25 grados de lo normal, le sucedería lo siguiente. Al atravesar el cinturón blindado, el proyectil se normalizaría, girando aproximadamente 19 grados, como se desprende del diagrama presentado por el profesor L. G. Goncharov en su libro “Curso de táctica naval. Artillería y blindados." Estimado lector, debe prestar atención a la curva más a la izquierda: a lo largo del eje Y muestra la desviación de la normalidad con la que el proyectil golpea la armadura, y a lo largo del eje X muestra los grados de rotación del proyectil en la placa.
En la discusión de mi material anterior, se expresó la opinión de que este diagrama no es aplicable para proyectiles de la era de la guerra ruso-japonesa, ya que fue compilado para proyectiles equipados con una punta perforadora, que no estaba disponible en el Proyectiles perforantes de 12 pulgadas de la Armada rusa durante la Guerra Ruso-Japonesa.
Sin embargo, me inclino a considerar esta opinión errónea. L. G. Goncharov en su trabajo da un ejemplo de cómo resolver el problema de superar la armadura espaciada por un proyectil, que tiene en cuenta la normalización del proyectil al pasar tanto el primer obstáculo, que es ayudado por una punta perforadora, como el segundo, al que llega el proyectil sin punta alguna.
En consecuencia, el cálculo se basó en el hecho de que la normalización de un proyectil de 12 mm al penetrar una losa de 222 mm será de aproximadamente 18,5 a 19 grados, y un proyectil que ingrese a la losa con una desviación de la normalidad de Saldrán 25 grados con una desviación de 6,5 a 6 grados. Sin embargo, esto alargará ligeramente su recorrido en el pozo de carbón (entre 1,3 y 1,6 cm) y cambiará ligeramente la desviación de la normal al llegar al bisel (55,22 grados en lugar de 55 grados).
Todo lo anterior conducirá al hecho de que para superar la protección de las salas de máquinas y calderas del Mikasa, un proyectil de 12 pulgadas necesitará una velocidad de 595 a 606 m/s, lo que corresponde aproximadamente a una distancia de 18 a 19 cables. .
Ciudadela: áreas fuera de la central eléctrica
La sección de 222 mm de espesor del cinturón de blindaje principal del Mikasa era más larga que la longitud de las salas de calderas y de máquinas, y continuaba hacia adelante y hacia atrás de ellas. En estas zonas no había protección adicional en forma de fosas de carbón, pero el bisel estaba reforzado con una placa de armadura adicional de una pulgada y media de espesor, es decir, 38,1 mm.
Así, en esta zona el bisel estaba formado por tres láminas de acero y una lámina de armadura con un espesor total de 4,5 dm o 114,3 mm.
Después de realizar un cálculo utilizando un método similar al utilizado anteriormente, encontramos que dicha protección podría ser perforada por un proyectil perforador de blindaje doméstico de 12 pulgadas a distancias de 21 a 27 cables con una desviación de lo normal de 25 y 0 grados. respectivamente. En consecuencia, se puede afirmar que la aparición de una placa de blindaje de una pulgada y media en la pendiente no compensó la ausencia de minas de carbón.
Entonces las cosas fueron aún peores para el Mikasa, ya que solo había 222 mm de blindaje delante y detrás de la sección de 173 mm. Esta protección podría atravesarse a una distancia de 31 a 37 cables con una desviación de la normalidad de 25 y 0 grados. respectivamente.
Los cálculos realizados muestran que la ciudadela de Mikasa fuera de las salas de calderas y de máquinas estaba mucho más débilmente defendida que la parte central. Las razones por las que los constructores navales británicos dejaron tales "ventanas" en la defensa, e incluso frente a los cargadores de municiones para armas de calibre principal, me resultan absolutamente desconocidas, pero esta práctica persistió incluso en los cruceros de batalla de la Primera Guerra Mundial.
Intenté adivinar y supuse que los británicos estaban construyendo su defensa contra los proyectiles que volaban perpendicularmente al plano central del barco. En este caso, los proyectiles impactarán en las placas de blindaje en el centro del casco casi sin desviación de lo normal, pero las placas de blindaje ubicadas más cerca de la proa/popa estarán ubicadas en un ángulo determinado por los contornos del casco.
Sin embargo, un intento de medir estos ángulos en las Mikas y los cálculos realizados con ellas muestran que incluso con este método no se garantiza la misma resistencia de diferentes secciones de la ciudadela.
Pero todavía hay matices.
Matiz número 1: la distancia que recorre un proyectil perforador de armaduras antes de explotar
Como se mencionó anteriormente, para impactar la ciudadela en el área de las salas de máquinas y calderas, es necesario que un proyectil de 12 pulgadas atraviese la placa del cinturón blindado, atraviese el pozo de carbón y la pendiente. Superado todo esto, el proyectil solo tendrá que superar algunas estructuras muy ligeras (al parecer, acero estructural de 8-12,7 mm de espesor, que ignoré en el cálculo, por su evidente insignificancia), tras lo cual se encontrará en el corredor. para transportar municiones a una artillería de calibre medio.
Si el proyectil pasa el bisel sin cambiar de dirección, entonces su trayectoria seguramente estará en el corredor de transporte de municiones. Pero si el bisel aún logra normalizar el proyectil (según el diagrama, cambiará de dirección solo un 13%), entonces, en este caso, el paso del proyectil al pozo de carbón es casi imposible.
En consecuencia, los fragmentos del proyectil sólo tendrán que superar el delgado mamparo y luego golpear el contenido de la sala de máquinas o de calderas, de lo que serán bastante capaces.
En consecuencia, la rotura de un proyectil ruso inmediatamente después de superar la pendiente dentro de la central le da buenas posibilidades de lograr su objetivo (en este caso, dañar las máquinas o calderas de Mikasa). Pero no se puede decir lo mismo de los proyectiles que penetran la ciudadela fuera de las salas de calderas y de máquinas. Si un proyectil de este tipo explota inmediatamente detrás del bisel, los fragmentos deberán perforar varios mamparos y luego la tubería de suministro. Los proyectiles rusos altamente explosivos eran bastante capaces de hacer esto, pero los proyectiles perforantes son cuestionables.
Debido a lo anterior, en mi opinión, el escenario para alcanzar con éxito un objetivo de proyectiles que impacten en la ciudadela fuera de la planta de energía debe cambiarse: es necesario que el proyectil explote al menos 6 metros detrás de la placa de blindaje. En consecuencia, el proyectil, después de superar el bisel, debe tener suficiente energía para atravesar un par de mamparos, posiblemente atravesar algunos mecanismos y al mismo tiempo mantener una velocidad suficiente para recorrer los 6 metros antes mencionados antes de que explote la mecha.
Sin embargo, los cálculos realizados en este escenario muestran que el aumento requerido en la velocidad del proyectil en la placa de armadura no es más de 10 a 15 m/s, lo que reduce la distancia a la fuerza en 1,5 a 2,5 cables.
En consecuencia, incluso teniendo en cuenta las consideraciones anteriores, la permeabilidad de la ciudadela de Mikasa a proyectiles perforantes de 12 dm con una desviación de lo normal de 25 y 0 grados será:
Para una sección de 222 mm + carbonera + bisel 76,2 mm – 18-23 cables (sin cambios).
Para una sección de 222 mm + bisel 114,3 mm – 19-25 cables.
Para una sección de 173 mm + bisel 114,3 mm – 29-35 cables.
Matiz nº 2 – rebote
Aquí es necesario volver al diagrama de L. G. Goncharov, que ya he citado anteriormente. Sin embargo, ahora debes prestar atención no al "garabato" de la izquierda, sino al del extremo derecho. Su esencia es muy simple: a lo largo del eje Y tenemos la desviación de la normalidad del proyectil cuando golpea el blindaje, y a lo largo del eje X tenemos el espesor máximo del blindaje (en calibres) que un proyectil con tal desviación generalmente puede penetrar.
Como funciona?
Veamos esto con un ejemplo.
Supongamos que nuestro proyectil impacta la placa blindada de 173 mm de la ciudadela de Mikasa desde una distancia de 20 cables, mientras que el ángulo de desviación de la normal es igual al ángulo de incidencia del proyectil (alrededor de 2,46 grados). Miramos la curva más a la izquierda del diagrama y vemos que la placa normaliza completamente dichos ángulos. En consecuencia, un proyectil que atravesó una losa de 173 mm saldrá de ella con una desviación de la normal 0. Esto significa que llegará al bisel, moviéndose paralelo a la superficie del agua, por lo tanto, la desviación de la normal al golpear el bisel será de 55 grados.
Ahora miramos la curva del extremo derecho y vemos que con tal desviación de lo normal, el proyectil es capaz de penetrar un blindaje con un espesor de aproximadamente 0,363 de su calibre.
Dado que estamos considerando un proyectil de 12 pulgadas, su calibre será de 304,8 mm y el espesor del blindaje atravesado será de 111 mm. ¡Pero el bisel del acorazado japonés era de 114,3 mm!
Al mismo tiempo, L. G. Goncharov señala que:
Por lo tanto, resulta que los cálculos anteriores de la vulnerabilidad de la ciudadela en áreas protegidas por biseles con un espesor de 114,3 mm no tienen sentido, ya que los proyectiles que los golpeen no deberían perforar dicho bisel, sino rebotar en él.
Por supuesto, se puede plantear una objeción de peso a esta tesis.
El hecho es que el bisel japonés tenía un espesor total de 114,3 mm, pero no era monolítico, sino que constaba de 4 capas: tres de acero y una armadura. Obviamente, si en lugar de este pastel se usara una placa de armadura monolítica, entonces su espesor con igual durabilidad sería significativamente menor que 114,3 mm de bisel y 111 mm de armadura, que un proyectil de 12 pulgadas aún podría penetrar si se desvía de los 55 normales. grados Es decir, si no contamos por el espesor real, sino por el espesor dado de la armadura, entonces el proyectil ruso penetra completamente el bisel indicado, y las disposiciones de L. G. Goncharov sobre rebotes no le son aplicables.
Pero hay un contraargumento a esta objeción. El hecho es que el diagrama de L. G. Goncharov se utiliza para todo tipo de armaduras, tanto cementadas como homogéneas. Es bastante obvio que la armadura homogénea será muy inferior a la armadura cementada en términos de durabilidad con una desviación relativamente pequeña de lo normal. Sin embargo, el profesor L. G. Goncharov ignora este factor: sus curvas se utilizan para todo tipo de armaduras.
Esto sugiere que si el ángulo de contacto del proyectil con la placa está cerca del límite en el que es posible penetrarla, entonces la resistencia de la armadura no afecta el espesor de la armadura, sino solo la velocidad del proyectil. necesaria para superarlo. Esta tesis no es fácil de entender, así que la explicaré con un ejemplo.
En el diagrama vemos que con una desviación de lo normal de aproximadamente 26 grados, el proyectil es capaz de penetrar una armadura de igual espesor a su calibre.
Es decir, un proyectil de 12 mm es capaz de penetrar (máximo) una placa de blindaje de 304,8 mm. Obviamente, sólo lo atravesará si golpea a cierta velocidad. Para el blindaje Krupp, con “K” = 2, esta velocidad será igual a 275 m/s. Pero incluso si aumentamos la velocidad del proyectil a 699,5, 750 o 800 m/s, esto no permitiría que el proyectil perforara un blindaje de más de 900 mm de espesor; este es el espesor máximo que se puede penetrar con un ángulo de desviación de 304,8 grados desde lo normal para 26 dm de proyectil, y un aumento adicional en la velocidad del proyectil no aumenta el espesor de la armadura penetrada en un ángulo determinado.
Entonces, si tomamos el blindaje homogéneo habitual en lugar del blindaje cementado Krupp, con "K" = 1, entonces la placa de blindaje de 100 mm con la misma desviación de la trayectoria del proyectil de lo normal es de 304,8 grados. será penetrado ya a una velocidad de proyectil de 26 m/s. Pero si aumentamos esta velocidad a 338 m/s, a la que se penetra el Krupp cementado en estas condiciones, o incluso más, todavía no podremos penetrar armaduras homogéneas de espesor superior a 699,5 mm.
Ésta es la esencia del diagrama de L. G. Goncharov: muestra que existe una relación entre los ángulos de desviación de la normal y el espesor de la armadura que se está perforando, y esto no se ve afectado por la velocidad del proyectil sobre la armadura (y por lo tanto, por lo tanto). la durabilidad de la armadura). El propio L.G. Goncharov habla de esto.
Debido a lo anterior, el bisel de 114,3 mm del Mikasa no se puede perforar a casi ninguna distancia de combate razonable para la Guerra Ruso-Japonesa. Porque un proyectil de 12 pulgadas, sin importar la velocidad que tenga al entrar en contacto con el bisel, no debe penetrar, sino rebotar en él.
Por supuesto, cuando piezas de acero que pesan 331,7 kg empiezan a volar por el aire, todo es posible. Como he demostrado repetidamente antes, las fórmulas de penetración de armaduras son de naturaleza estrictamente probabilística. Existe una situación muy real en la que el bisel de 114,3 mm del acorazado japonés seguirá siendo perforado, aunque, según las fórmulas y los gráficos, esto parece imposible. Pero la probabilidad de tal resultado debe evaluarse como mínima, es decir, con varios impactos en el bisel, tal vez un proyectil no rebote, sino que lo atraviese.
Como siempre, estoy dispuesto a discutir los puntos que he planteado anteriormente y estaré encantado de escuchar críticas constructivas de lectores interesados en el tema.
Y... me permitiré un poco de intriga.
Independientemente de si mi tesis sobre los biseles de 114,3 mm es correcta o no, mientras trabajaba en este artículo llegué a conclusiones muy sorprendentes sobre los sistemas de reservas de los acorazados de escuadrón de la guerra ruso-japonesa, que son extremadamente diferentes de los generales. opiniones aceptadas. Lo cual compartiré en el próximo artículo en el que estoy trabajando actualmente.
Continuará ...
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