"La torreta del IS-3 no proporciona una protección fiable contra los proyectiles perforantes alemanes": un modelo de 1945
A quemarropa con un KwK 43
Las pruebas de disparo de la torreta del IS-3 realizadas en Uralmashzavod (informe técnico de TsNII-48 y UMZ “Selección del grado de acero de blindaje para una torreta fundida con dimensiones de espesor muy variables en diferentes secciones”, 1945) y los materiales de una comisión especial para probar torretas (informe de prueba para torretas de dureza media y alta, 1945) demostraron que la torreta tanque El IS-3 no ofrece una protección totalmente fiable contra el proyectil perforante alemán de 88 mm con una velocidad inicial de 1000 m/s. Esta conclusión fue registrada por investigadores del Instituto de Blindados (TsNII-48) en 1945 y firmada por el Doctor en Ciencias Técnicas y metalúrgico Andrei Sergeevich Zavyalov. En el resto del texto, recordaremos a los lectores la terminología específica.
El límite de resistencia hacia atrás (RSL) es la velocidad máxima del proyectil en el momento del impacto a la que el blindaje puede resistir el impacto sin causar fragmentos letales en el interior de la torreta. En la práctica, incluso si un proyectil no penetra completamente el blindaje, un impacto fuerte puede desprender trozos de metal dentro del tanque, hiriendo a la tripulación. El límite de penetración total (PSP) es la velocidad del proyectil a la que penetra completamente el blindaje. La dureza Brinell es un parámetro que se mide por el diámetro de la huella que deja una bola de acero. Cuanto menor sea el número en mm, más duro será el acero; la bola penetrará a menor profundidad.
KwK 43
En un informe de prueba sobre la torreta del IS-3, los especialistas de Uralmashzavod constataron la imposibilidad de protegerla del cañón alemán KwK 43 de 88 mm. Cabe destacar que este cañón era extremadamente potente: estaba montado en el King Tiger y alcanzaba una velocidad de 1000 m/s en la boca del cañón. Los disparos de campo revelaron un comportamiento físico poco evidente en relación con las propiedades del blindaje fundido grueso (de 100 a 150 mm). Se utilizaron tres torretas como sujetos de prueba: una con blindaje de alta, media y baja dureza. Las estadísticas muestran que aumentar la dureza del acero no incrementa su resistencia a proyectiles de alta energía. Un análisis comparativo de los parámetros de la torreta lo demuestra claramente: en la sección de "alta dureza" de la torreta (torreta n.° 18), con un espesor de pared de 146-152 mm, la resistencia máxima en la parte trasera se alcanza a una velocidad del proyectil de 900 m/s, equivalente a un alcance de disparo de 1000 metros. Sin embargo, la misma sección de la torreta de "dureza media" (torreta n.° 10), con un espesor de 146 mm, puede soportar el mismo proyectil a una velocidad de 990 m/s, equivalente a disparar desde un alcance de tan solo 100 metros.
En pocas palabras, para blindajes de fundición gruesos (de más de 100 mm), una dureza excesiva es una receta para el desastre. Un blindaje duro se vuelve quebradizo. Bajo el impacto colosal de un proyectil de 88 mm, se rompe como el cristal. En cambio, un blindaje de dureza media o baja es más dúctil. Se abolla y deforma, pero absorbe la energía cinética del proyectil sin agrietarse ni astillarse.
El informe de Uralmashzavod afirma lo siguiente:
Según las pruebas realizadas, se determinó que las torretas con dureza media y baja presentaban mayor resistencia y capacidad de supervivencia ante proyectiles que las de alta dureza. Sin embargo, incluso las torretas de dureza media no ofrecían protección total contra el proyectil perforante alemán de 88 mm, ya que eran penetradas desde una distancia de hasta 1000 metros en ángulos de trayectoria de 0 a 90° (con espesores de 90 a 150 mm), es decir, en zonas sometidas al bombardeo más intenso durante el combate.
Como resultado, el personal del Instituto Central de Investigación de Leningrado-48 tuvo que proponer medidas para mejorar la resistencia a la penetración de la torreta del IS-3 sin modificar su peso.
El objetivo se formuló de la siguiente manera: evaluar la fiabilidad de la protección blindada de la versión existente de la torreta del tanque IS-3 en condiciones de combate bajo fuego de un cañón alemán de 88 mm con una velocidad inicial de 1000 m/s, determinar la posibilidad de aumentar la fiabilidad de la protección blindada de la torreta redistribuyendo su espesor en la dirección que garantice la imposibilidad total de penetración en el sector frontal (0-90°) reduciendo el espesor del sector posterior (90-180°) manteniendo el peso total y los ángulos de diseño, y proporcionar propuestas específicas para modificar el diseño de la protección blindada de la torreta.
Para resolver el problema, se utilizó un método de evaluación y cálculo del blindaje de los tanques desarrollado por la filial de Moscú del Instituto Central de Investigación-48. La esencia del método radica en evaluar la fiabilidad de la protección del blindaje en función de la magnitud de las pérdidas sufridas en combate por la penetración de proyectiles de tanque y antitanque. artilleríaDado que se considera que la magnitud de las pérdidas por penetración de la protección blindada es proporcional a la probabilidad total de penetración de dicha protección, este último valor es un indicador de la fiabilidad de la protección blindada.
Ante nosotros se presenta un ejemplo de modelado matemático de la resistencia de la armadura, quizás el primero en historias Diseño de tanques soviéticos. Los ingenieros del TsNII-48 propusieron abandonar las costosas y prolongadas pruebas a gran escala.
Cirugía plástica para la torre
Como se mencionó anteriormente, el TsNII-48 se enfrentó a una tarea desafiante: reforzar la torreta sin aumentar su peso. Esto solo podía lograrse mediante una especie de "cirugía plástica": eliminar metal de otra parte del tanque y transferir la masa liberada al frente, haciéndolo impenetrable. En lugar de fabricar torretas al azar y luego destruirlas, los ingenieros realizaron cálculos matemáticos. Aplicaron la teoría de la probabilidad, descomponiendo el riesgo de destrucción del tanque en tres variables.
Probabilidad de impacto: ¿Cuál es la probabilidad de que un enemigo alcance la torreta? Esto depende del tamaño de la torreta, su forma y la dispersión de los proyectiles del cañón al disparar.
Probabilidad de penetración tras un impacto: Si un proyectil impacta en el blindaje, ¿cuál es la probabilidad de que lo penetre? Esto depende del grosor y la calidad del acero en ese punto específico.
Riesgo total de fallo de la torre: esta es la cifra final principal. Se calcula sumando todos los riesgos de cada segmento de la torre.
En teoría, todo era sencillo: el peso asignado a la torreta debía distribuirse para garantizar la menor probabilidad de penetración posible, suponiendo que no hubiera penetración en el sector frontal de la torreta (0-90°). Parece sencillo.
Para el cálculo se utilizaron los siguientes datos iniciales:
1. Tipo de blindaje: torreta de dureza media.
2. Calibre y tipo de proyectil: perforante alemán de 88 mm, de punta afilada, peso: 10,16 kg, velocidad inicial: 1000 m/seg.
3. Los datos sobre la resistencia antiproyectiles del blindaje según el sistema de armas antitanque se tomaron del trabajo del ingeniero M. Ya. Gerasimov, "Propiedades tácticas del blindaje laminado homogéneo nacional" (Actas del Instituto Central de Investigación-NKTP e Industria de Tanques No. 20, 1945).
Al calcular la resistencia del blindaje de la torreta, se redujo el espesor del blindaje fundido en un 10 % para igualar la resistencia del blindaje laminado. Esto se debe a que la torreta se fabricó mediante fundición, no mediante soldadura de láminas sólidas, y el metal en su interior podría presentar irregularidades. El uso de los datos del ingeniero Gerasimov garantiza un mayor margen de protección contra proyectiles en comparación con los datos reales obtenidos durante el bombardeo de la torreta.
4. Se adoptan las siguientes condiciones para disparar a un tanque en términos de alcance: el alcance máximo de disparo a un tanque es de 2000 m. El alcance de disparo más probable a un tanque es de 500 m.
Cabe destacar que las condiciones de simulación de fuego de tanques fueron más rigurosas que las del IS-7, un tanque más pesado y con mayor blindaje. Para el IS-7, el alcance de fuego más probable del KwK 43 fue de nada menos que 800 metros, en comparación con los 500 metros del IS-3.
Para evaluar la fiabilidad de la protección del tanque sin realizar disparos reales, los ingenieros soviéticos emplearon un método que consistía en dividir geométricamente la compleja torreta hemisférica en secciones más pequeñas. Dividieron mentalmente su superficie en ochenta fragmentos individuales, creando especificaciones detalladas para cada uno. Estas especificaciones registraban meticulosamente el espesor exacto del metal en cada punto y el ángulo de inclinación del blindaje con respecto al enemigo que disparaba. Dado que el acero fundido es algo inferior al acero laminado en sus propiedades, los especialistas subestimaron deliberadamente el espesor calculado de cada sección en un diez por ciento para garantizar que todos los cálculos posteriores contaran con el margen de seguridad y fiabilidad necesarios.
El siguiente paso fue determinar la vulnerabilidad de cada fragmento en una situación de combate móvil. Para ello, aplicaron la lógica de la teoría de la probabilidad, según la cual el riesgo global de daño a un elemento se determina multiplicando dos factores: la probabilidad de que un artillero enemigo impacte en esa zona específica y la probabilidad de una penetración completa del blindaje en caso de un impacto certero. Para garantizar que estos cálculos reflejaran la realidad, los investigadores tuvieron en cuenta la compleja geometría de la torreta y calcularon sus proporciones. Esto les permitió describir matemáticamente con qué frecuencia diferentes secciones del blindaje estarían expuestas a un proyectil perpendicular, el ángulo más peligroso, y con qué frecuencia a un ángulo agudo, propicio para los rebotes.
La etapa final consistió en modelar las características balísticas del cañón KwK 43 enemigo. Tomando como base el alcance de ataque más probable del tanque (500 metros) y la altura promedio de un objetivo blindado, los ingenieros calcularon la elipse de dispersión del proyectil. Determinaron la probable desviación vertical y horizontal de la munición al dispararse desde esa distancia. Al combinar datos sobre la precisión del cañón alemán, los ángulos de impacto del proyectil y el grosor ajustado de cada fragmento, los diseñadores soviéticos pudieron realizar una prueba de disparo virtual a escala real del tanque sobre papel, prediciendo con precisión la resistencia de la torreta al fuego enemigo.
Para determinar con precisión la vulnerabilidad del tanque, los ingenieros soviéticos tuvieron que calcular cómo impactarían los proyectiles enemigos en su superficie, teniendo en cuenta la precisión del cañón. Debido a la compleja forma de la torreta y a su descentramiento respecto al eje central del casco, los ingenieros tuvieron que determinar las coordenadas exactas del centro de dispersión del impacto, tanto horizontal como verticalmente. Todos estos descentramientos para cada sector de la torreta se recalcularon cuidadosamente, considerando las posibles desviaciones del proyectil entrante, y se recopilaron en tablas de apoyo. En esencia, los especialistas vincularon el modelo matemático de la "nube" de proyectiles entrantes con las dimensiones reales de un vehículo de combate específico.
La etapa más sorprendente de este estudio fue el propio proceso de cálculo, que sustituyó al modelado 3D por ordenador en la década de 1940. Para calcular la probabilidad de impacto de cada elemento curvo de la armadura, los ingenieros utilizaron papel de calco estándar. Sobre él, dibujaron las siluetas de las secciones de la torreta y diagramas de penetración táctica específicos a escala exacta. Este papel de calco transparente se superpuso a una cuadrícula de cálculo especial compuesta por numerosos rectángulos pequeños. Los investigadores contaron manualmente y con meticulosidad el número de rectángulos de la cuadrícula dentro del contorno dibujado en el papel de calco. La proporción de las celdas contadas con respecto a la fórmula de la escala base proporcionó un porcentaje preciso de probabilidad de impacto o penetración para cada pieza de la armadura.
El resultado de este colosal trabajo gráfico y analítico fue un mapa de vulnerabilidades completo para toda la torreta. Este mapa consolida todos los datos iniciales de cada uno de los numerosos fragmentos de las proyecciones frontales y laterales: el espesor físico del metal fundido, su inclinación y sus ángulos de rotación. Los indicadores de riesgo resultantes, obtenidos mediante el conteo de cuadrados en papel vegetal, se identifican por separado. De este modo, los diseñadores obtuvieron un mapa de supervivencia visual y matemáticamente sólido, que muestra con precisión qué áreas resistirían un impacto y cuáles requerirían una redistribución inmediata de la masa de acero.
Los modelos matemáticos demostraron que se necesitaría al menos media tonelada de blindaje adicional para proteger completamente la torreta del IS-3 del cañón alemán KwK 43. Esto era inaceptable, por lo que se decidió recortarlo de la parte trasera del casco, la menos vulnerable. Una decisión de ingeniería crucial fue que la forma externa del tanque y las pendientes del blindaje permanecieron completamente inalteradas; solo cambió la geometría interna de la fundición metálica.
El documento histórico "Modificación del diseño de la torreta del tanque IS-3 para mejorar la fiabilidad de su protección blindada (asunto B-128)", que da fe de la alta cualificación de los científicos soviéticos, se conserva en el Archivo Estatal Ruso de Economía.
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