درع الخزان الخزفي: حماية ضد مقذوفات الحرارة

من المعروف أنه حتى نهاية الخمسينيات من القرن الماضي ، تم حل مشكلة زيادة حماية الدبابات عن طريق زيادة سمك مجموعة الدروع الفولاذية. ومع ذلك ، كان النصف الثاني من القرن العشرين فترة نمو هائل في قوة الأسلحة المضادة للدبابات ، مما أجبر العلماء على البحث عن طرق جديدة لزيادة مقاومة المركبات القتالية للعوامل الضارة.

نتيجة للتطورات في هذا الموضوع ، تم تقديم فكرة الدروع المدمجة ، والتي تجمع بين العديد من العناصر المعدنية وغير المعدنية لمستوى مقبول من الحماية مع الحفاظ على كتلة الدبابة ضمن حدود معقولة. كان أحد هذه العناصر هو الخزف ، الذي تم إنتاجه بكميات كبيرة لأول مرة في العالم في اتحاد الجمهوريات الاشتراكية السوفياتية على دبابات T-64. في وقت لاحق ، أصبحت دول أخرى مهتمة بخصائص السيراميك ، بما في ذلك ألمانيا والولايات المتحدة وفرنسا. تم استخدام إدخالات السيراميك بطريقة أو بأخرى في بناء الخزانات ، مثل Abrams و Leopard-2 وغيرها.

بدأ العمل في دراسة المواد الخزفية كدروع في الخمسينيات من القرن الماضي. أبدى مصممو المعدات العسكرية اهتمامًا باستخدام السيراميك كدرع ، لأنه ضعف صلابة الفولاذ وفي نفس الوقت كثافة أقل بكثير ، مما يجعل استخدامه كعنصر حماية خفيف الوزن مضاد للصواريخ الباليستية ممكنًا.

حتى الآن ، يعد اختيار القاعدة للسيراميك المدرع واسعًا جدًا ومحدودًا بالمالية والصناعة ، ولكن في حالة معينة ، من الجدير التوقف عند خيارين: أكسيد الألومنيوم وكربيد السيليكون. تم استخدام الأولى على نطاق واسع في الاتحاد السوفياتي لإنتاج كرات اكسيد الالمونيوم ، والثانية اشتهرت في الغرب إلى حد كبير بسبب درع شوبهام البريطاني.

على الرغم من بعض الاختلافات في الخواص الكيميائية والفيزيائية والميكانيكية ، فإن دورة الإنتاج النهائية لتحويل هذه المواد إلى مكون وقائي متشابهة: مسحوق أكسيد / كربيد ، جنبًا إلى جنب مع المواد المضافة بطرق مختلفة ، يتم تلبيده عند درجة حرارة عالية إلى حالة متراصة. عند الإخراج ، اعتمادًا على "قوالب الخبز" ، يتم الحصول على كرات أو كتل من مختلف الأشكال والسماكات.

بعد المعالجة الحرارية ، فإن السيراميك ، على الرغم من حصوله على حالة الدروع ، في الواقع ، لم يتم حمايته بالكامل بعد. على الرغم من مؤشرات القوة المتزايدة ، إلا أنها تظل في الواقع رملاً صلباً لا يتحمل الصدمات الزائدة أثناء القصف وعرضة للكسر الهش. من أجل إضعاف تأثير هذه العوامل ، يتم تعزيز السيراميك ، أي تقويته ، عن طريق وضع ركيزة خاصة مصنوعة من مادة مطيلة في الخلايا. توفر هذه التقنية درجة أعلى من الحماية ومقاومة تأثير السيراميك.

في درع الدبابة ، عادةً ما يتم استخدام الفولاذ ذي الصلابة المتوسطة أو العالية كدعم. ومع ذلك ، في "عظام الوجنتين" في أبراج T-64 ، تم سكب كرات اكسيد الالمونيوم ببساطة بالفولاذ المصهور. تم ذلك لتبسيط الإنتاج وتقليل وقت الإنتاج. ونتيجة لذلك ، اخترق الفولاذ الكرات الخزفية وخلق رابطة قوية بين المادتين ، مما زاد من مقاومة الصدمات للدروع.

وبالتالي ، فإن تقوية السيراميك بركيزة مصنوعة من مادة مطيلة تزيد بشكل كبير من مقاومتها للتأثيرات ، واستخدام الفولاذ ذي الصلابة المتوسطة أو العالية كركيزة يجعل من الممكن تحقيق درجة أكبر من الحماية. على الرغم من أن عملية التصنيع قد تكون معقدة وتستغرق وقتًا طويلاً ، فقد أصبح استخدام هذه التكنولوجيا ضروريًا لإنشاء دروع أكثر فعالية للمركبات القتالية.

مبدأ التفاعل بين الكتلة الخزفية والركيزة بسيط للغاية ولا يستخدم فقط في دروع الدبابات ، ولكن أيضًا في وحدات المركبات الخفيفة وحتى في السترات الواقية من الرصاص. في لحظة التلامس مع سطح خزفي شديد الصلابة ، يتلقى الجسم المهاجم (على سبيل المثال ، قذيفة) ضررًا أوليًا شديدًا. في الوقت نفسه ، تبدأ موجة الصدمة بالانتشار في السيراميك ، مما يؤدي إلى تكسيرها إلى شظايا بأحجام مختلفة: من المسحوق إلى القطع الكبيرة. إذا لم يكن للكتلة مثبط على شكل ركيزة ، فإن القذيفة تقسمها إلى قطع صغيرة وتستمر في التحرك.

إذا كانت الركيزة موجودة ، فإن الوضع يتطور بشكل مختلف. ليس للسيراميك المطحون أي مكان يذهب إليه من الحجم الصغير للخلية ، لذلك يستمر في ممارسة ضغط عالٍ على المقذوف ، مما يتسبب في أضرار إضافية لها. لتحقيق أفضل نتيجة ، يتم ترتيب الركائز المصنوعة من السيراميك في عدة صفوف واحدة تلو الأخرى. في هذه الحالة ، يمكن تحقيق زيادة كبيرة في درجة الحماية بسبب التأثير الكلي لمواد التسليح وتقليل قوة التأثير على كل طبقة لاحقة.

وبالتالي ، فإن وجود ركيزة مصنوعة من مادة مطيلة ، مثل الفولاذ ، يمكن أن يزيد بشكل كبير من درجة حماية السيراميك من مهاجمة الأجسام. يمكن أن يؤدي تركيب عدة صفوف من الركيزة بالسيراميك إلى تعزيز الحماية بشكل كبير وزيادة مقاومة الهياكل المدرعة للتلف. يتم تطبيق هذا المبدأ ليس فقط في دروع الدبابات ، ولكن أيضًا في أنواع أخرى من الدروع ، بما في ذلك السترات الواقية من الرصاص والوحدات الواقية للمركبات الخفيفة.

التأثير التراكمي هو قدرة الذخيرة المضادة للدبابات على اختراق الدروع بسبب قضيب معدني عالي السرعة يتكون من انفجار عبوة ناسفة. يسمى هذا القضيب بالطائرة التراكمية. يشتمل التصميم القياسي لشحنة مشكلة على شق مخروطي الشكل مبطن بالنحاس أو مادة أخرى في مقدمة الشحنة. في لحظة انفجار الشحنة ، تتسبب معظم الطاقة في انهيار البطانة وتشكل نفاثة معدنية تراكمية. يمكن أن تصل سرعة عناصر رأسها إلى 7-10 كم / ثانية ، مما يحدد قدرتها العالية على الاختراق.

ومع ذلك ، فإن الطائرة التراكمية ليس لها قوتها الخاصة ، وتفقد طولها تدريجيًا في عملية اختراق الدروع. يمكن لصواريخ HEAT اختراق دروع يصل سمكها إلى متر ونصف. بالإضافة إلى ذلك ، يمكن للطائرة أن تنفجر من أي جسم ، حتى أصغر جسم يعبر محوره. ومع ذلك ، ضد الذخيرة الحرارية ، لا تلعب صلابة الدرع دورًا كبيرًا. بدلاً من ذلك ، تلعب قوة حاجز الدروع دورًا.

الخزفيات المدرعة قادرة على تحمل الذخيرة التراكمية بسبب صلابتها العالية وقوتها الانضغاطية. ومع ذلك ، نظرًا لعدم وجود صور عالية السرعة بالأشعة السينية وطرق البحث الديناميكي الكهربائي ، كان يعتقد لفترة طويلة أن صلابة السيراميك تلعب دورًا حاسمًا في الحماية من الذخائر المتراكمة.

وبالتالي ، فإن الكتلة الخزفية في الدرع تحمي الخزان من الذخيرة التراكمية ، ليس فقط بسبب صلابته ، ولكن أيضًا بسبب تفاعله مع النفاثة التراكمية. عندما تصطدم الذخيرة التراكمية بكتلة خزفية ، يتم تدمير هيكلها إلى العديد من الشظايا الصغيرة ، والتي تنتشر بعد ذلك في اتجاهات مختلفة. هذا يؤدي إلى حقيقة أن الطائرة التراكمية تفقد طاقتها ولا يمكنها اختراق المزيد من الحماية للدروع.

ومع ذلك ، لا تنس أن الدروع الخزفية لها أيضًا عيوبها. يمكن أن يتضرر عند اصطدامه بقذيفة أكبر أو تأثير قوي ، مما يقلل من فعاليته. بالإضافة إلى ذلك ، تعتبر الإضافات الخزفية في الدروع باهظة الثمن ، مما يجعل استخدام مثل هذا الدرع غير ممكن دائمًا من الناحية الاقتصادية.

وهكذا ، أصبحت الدروع الخزفية عنصرًا مهمًا في حماية الدبابات والمعدات العسكرية الأخرى في النصف الثاني من القرن العشرين. جعل من الممكن زيادة مستوى الحماية مع الحفاظ على كتلة الخزان ضمن حدود معقولة. نظرًا لتفاعلها مع الذخائر التراكمية ، يمكن للدروع الخزفية أن تزيد بشكل كبير من فعالية حماية الدبابات ضد هذه الأسلحة. ومع ذلك ، فإن استخدام الدروع الخزفية له أيضًا عيوبه ويتطلب إنتاجًا أكثر حرصًا وباهظ التكلفة ، مما يجعل استخدامه غير مناسب دائمًا.

عند مهاجمة الأجسام المدرعة ، خاصة الدبابات ذات الذخيرة التراكمية ، يتم استخدام كتل السيراميك كحماية إضافية. إنهم قادرون على تقليل طاقة الطائرة التراكمية بشكل فعال ، مما يؤدي إلى انخفاض في قدرتها على الاختراق. لا يعمل السيراميك بسبب صلابته فحسب ، بل أيضًا بسبب المبدأ المحدد للتفاعل مع الذخيرة التراكمية.

عندما تصطدم طائرة نفاثة تراكمية بكتلة خزفية مقواة ، تنتشر موجة صدمة أمام الطائرة ، فتكسر السيراميك إلى شظايا. ينخفض ​​الضغط خلف مقدمة موجة الصدمة ، وتملأ الشظايا المضغوطة مسبقًا قناة الفتحة ، وتقطع النفاثة مثل المقصلة. وبالتالي ، تفقد الطائرة التراكمية قدرتها على الاختراق ، مما يزيد بشكل كبير من كفاءة كتل السيراميك.

من خلال التثبيت الصحيح للكتل الخزفية ، يمكن تحقيق زيادة كبيرة في خصائص الحماية للخزان. على سبيل المثال ، تم تركيب إدراجات من الألومنيوم في أبراج دبابات T-64 من السلسلة الأولى. مع سماكة إجمالية للدروع "فولاذ + ألمنيوم + صلب" حوالي 600 مم ، أعطت هذه الحماية ما يعادل حوالي 450 مم من المقذوفات التراكمية. بعد ظهور الأبراج مع كرات اكسيد الالمونيوم ، تم تقليل السماكة الكلية للدروع إلى 450 ملم ، وظل ما يعادله من قذائف الحرارة 450 ملم. مع الاستخدام الصحيح للكتل الخزفية ، من الممكن تحقيق تفوق مزدوج على مجموعة الفولاذ في الحماية ضد الذخيرة التراكمية.

ومع ذلك ، فإن استخدام كتل السيراميك له عيوبه. يعتبر تصنيع السيراميك عالي الجودة مكلفًا للغاية ، مما قد يؤدي إلى زيادة تكلفة الخزان بشكل كبير.

درع السيراميك له أيضًا بعض القيود فيما يتعلق باستخدامه في ظروف الحياة الحقيقية. يمكن أن تكون عرضة لأنواع أخرى من الهجمات ، مثل القنابل الحرارية والقذائف الحركية الخارقة للدروع التي يمكنها اختراق طبقات متعددة من السيراميك. بالإضافة إلى ذلك ، تتمتع الدروع الخزفية بمستوى عالٍ من الهشاشة والهشاشة ، مما قد يؤدي إلى تدميرها أثناء النقل أو التخزين أو التركيب.

ومع ذلك ، تظل الدروع الخزفية عنصرًا مهمًا في حماية المعدات العسكرية. تتيح التقنيات والمواد الحديثة إمكانية إنشاء كتل خزفية أقوى وأكثر موثوقية يمكنها توفير حماية فعالة ضد الذخائر المتراكمة وأنواع الهجمات الأخرى. يستخدم السيراميك أيضًا في إنتاج السترات الواقية من الرصاص وغيرها من معدات الحماية الشخصية ، مما يوفر مستوى عالٍ من الحماية مع كتلة وحجم صغير نسبيًا.

درع السيراميك عنصر مهم في نظام درع المعدات العسكرية. إنه يوفر مستوى عاليًا من الحماية مع كتلة وحجم صغير نسبيًا ، مما يسمح لك بإنشاء مركبات قتالية أخف وزنًا وأكثر قدرة على المناورة. ومع ذلك ، من أجل استخدام السيراميك بشكل أكثر فاعلية ، من الضروري مراعاة حدوده واستخدامه مع عناصر أخرى للدروع والحماية.