复合装甲——“钢铁三明治”

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  神秘的“乔巴姆”装甲
  
  1976年6月22日,英国著名的《泰晤士报》公布了一条文字不多但很有分量的新闻:英国研制成功“乔巴姆”装甲!
  乔巴姆本是英国南方一个很不起眼的小镇,因为在那里发明了一种复合装甲以“乔巴姆”来命名,致使乔巴姆小镇也跟着红火起来。那么,“乔巴姆”装甲为什么能引起这么大的轰动呢?
  原来,自从1936年破甲弹问世以来,坦克装甲算是遇到了“克星”。一枚破甲弹刘均质铜装甲的破甲能力,大约是它弹头直径的5~7倍。也就是说,一枚100毫米的破甲弹,可以穿透500~700毫米厚的钢装甲;而一枚125~130毫米口径的破甲弹或导弹可穿透900~1000毫米的钢装甲。如果坦克设计师把坦克四周的装甲都搞成一米厚,这坦克的战斗全重将达到150吨以上,坦克将成为真正的“铁乌龟”了,根本没法打仗。怎么办?坦克设计师们只好加强重点部位的装甲厚度。“装甲落后于弹药”,成为70年代以前甲—弹之争的土旋律。
  然而,“乔巴姆”装甲的发明,却打破了这一现状,据英国军方人士称,“乔巴姆”装甲对付破甲弹的能力,是原来轧制均质钢装甲的3倍。也就是说,破甲深度只有原来的三分之一。装上“乔巴姆”装甲的主战坦克,破甲弹已经很难击穿它。这也是近年来坦克的主流弹种变为尾翼稳定脱壳穿甲弹的道理。
  那么,“乔巴姆”装甲为什么有那么大的本事呢?原来,“乔巴姆”装甲是一种有多层结构的复合装甲,外层和内层是又硬又韧的优质合金钢装甲,中间一层是厚厚的、块状陶瓷装甲,起主要的抗弹作用。然而,它的各层装甲到底有多厚?各层装甲的成分如何?装甲结构和加工工艺上有些什么诀窍?对此,英国军方近30年来一直守口如瓶,成为“机密牛的机密”。人们对“乔巴姆”装甲的了解,还仅限于20多年前的苏联一本军事杂志上刊登的“乔巴姆”装甲示意图。复合装甲的机密性,可见一斑。
  


  
  1+1+1>>3
  
  “乔巴姆”装甲为什么能使抗弹能力成倍增加呢?这还要从复合装甲的抗弹机理谈起。我们给出了l+1+l>>3的不等式,意思是说,一层钢装甲加上一层陶瓷装甲再加上一层钢装甲的抗弹能力,远远大于三层等重量钢装甲的抗弹能力。
  复合装甲的奥秘,既在于陶瓷装甲特殊的抗弹性,也在于陶瓷装甲千口钢装甲的巧妙组合。复合装甲的高抗弹性,有两方面的原因。一方面,用作装甲夹层的陶瓷材料,如氧化铝、氧化锆等,不仅硬度高、耐高温、抗热冲击性好,更重要的是它在高温:中击下的强度(科学上叫雨果纽强度)要比钢铁高出10多倍,可以有效抵御破甲弹金属射流的冲击。对于雨果纽强度,一般的读者朋友可能不太熟悉,这里再略费些笔墨,雨果纽强度,是材料在高速冲击下的强度。在高速;中击下,固体材料变成流变态体,性大大增加,就像高压水龙头冲烂泥巴一样。陶瓷材料的结晶结构相当复杂,其雨果纽强度值非常高,达到60~150千帕,而钢的雨果纽强度仅为5~30千帕,两者相差10多倍。这是陶瓷材料耐破甲弹射流冲击的最根本的道理。另一方面,陶瓷材料易于产生裂纹,但裂纹的传播速度只有每秒几百米,远远低于破甲弹金属射流每秒7000米以上的极高速度,裂纹的产生不会影响其强度。相反,由于内外两层钢板的约束,以及中间粘结剂的固化作用,使:中击形成的陶瓷粉末没有“逃出的通道”,和金属射流“对着干”,起到抵消金属射流的作用。两方面综合作用的结果,使陶瓷材料成为对付破甲弹和导弹的高手。也可以看出,陶瓷装甲只有在钢装甲的“夹持”下才能发挥作用。复合装甲的巧妙组合,使这种“钢铁三明治”成为对付破甲弹的高手。不过,复合装甲对付动能弹的能力则不尽理想,这一点也成为贫铀装甲产生的契机。
  
  间隙装甲——空气当装甲
  
  间隙装甲,也称为间隔式装甲,即两层钢装甲之间有一定的距离,隔一层空气制成的装甲。那么,难道说空气也能当装甲吗?一点不错。间隙装甲,也叫间隔装甲,是复合装甲的一种。原来,当破甲弹命中前装甲后,形成强大的金属射流,空气层能使射流拉伸变细,冲到后面的装甲板时就没劲了。在动能弹命中的情况下,倾斜的装甲布置和不同抗弹介质的变化,使弹芯发生倾斜、偏转,威力也就大打折扣。当然,这是理论上讲的道理。间隙装甲的效能比起陶瓷复合装甲来还是要略逊一筹。再说,坦克的紧凑性,也不允许采用大间隔的间隙装甲。德国的“豹”2坦克和美国的M2“布雷德利”步兵战车上就采用了旬隙装甲。
  
  贫铀装甲的奥秘
  
  贫铀装甲,或称铀装甲,是一种以铀合金为主体的复合装甲。因为铀是放射性物质,只有在厚厚的铜装甲的屏蔽下,才能极大地衰减其放射性,不致对坦克乘员造成伤害。
  1988年夏季,美国陆军发布了一条爆炸性的新闻:美国在装甲技术上取得了一项重大的、突破性的成果,1988年以后生产的MIAI主战坦克将不再采用“乔巴姆”装甲,而改用一种以贫铀合金为主体的复合装甲。采用贫铀装甲的M1Al坦克被称为M1AIHA主战坦克,1988年末开始装备美军驻联邦德国的第7军。1991年的海湾战争中,M1AIHA坦克是lB0小时地面战的主力,由于它的出色表现而名声大噪。2003年的伊拉克战争中,MIAIHA坦克继续充当主力,表现不俗。那么,贫钠装甲到底是怎么一回事?
  原来,贫铀装甲也好,贫铀穿甲弹也好,用的都是制造原子弹的铀的“下脚料”。天然铀是由多种铀的同位素成。用来制造原子弹的是铀235,仅占0.7%:其余99.3%为铀238“及极微量的铀234。制造原子弹的核装料,要求铀”的丰度在90%以上,用分离法将铀235富集后,剩下的就是“贫化铀”,简称贫铀,作为尾料排除储存。不难看出,所谓的贫化铀,“贫”的仅仅是铀235,若按铀238来算,简直可以叫做“富化钠”了。利用贫铀来制造贫铀弹和贫铀装甲,可以说是独辟蹊径,很有创造性。它充分利用金属铀及铀合金密度大、硬度高、韧性好的特点,用它来制造坦克的“矛”——穿甲弹,也用来制造坦克的“盾”——装甲,可算是物尽其用。
  美国从1983年开始研制贫铀装甲,到1988年研制成功,前后用了整整五年,研制经费高达10亿美元。想当年,它和“星球大战”计划、“隐形”轰炸机计划一样风光,被列为美国国家优先发展计划之列。美国陆军的发言人宣称,这种铀装甲“不仅能抵御现有苏式坦克炮弹的攻击,甚至能抵御正在研制中的苏联新式坦克炮弹的攻击”。从两次伊拉克战争的实践来看,这种说法也不完全是吹牛。 那么,铀装甲的奥秘到底在哪里呢?
  第一、铀装甲的成分。金属铀的密度极大,为19.05克/厘米3,是钢(7.9克/厘米3)的2.5倍,这也是铀作为装甲材料的“本锥”。不过,纯金属铀是一种软金属,不适于直接制造装甲,但是,在铀中加入某些合金元素,就会使它的机械性能大大提高。例如,在铀中加入o.75%的钛制成铀—钛合金,其强度极限高达150千克/毫米2,比优质合金装甲铜-40铬铜还要高出50%,比纯铀提高了1~2倍。估计贫铀装甲的主体是铀—钛合金或碳化铀一类材料。
  第二、铀装甲的工艺。即使知道了铀装甲的成分,如果不知道它的加工工艺,也是白搭。根据铀装甲具有极高的硬度和强度的特点,国外有的专家推测,这种铀装甲不是用烧结方法制成的,而是用拉制方法制成的单晶体,这种单晶体几乎没有晶格缺陷,强度和硬度相当高。人们都知道,金刚石是自然界中的一种单晶体,其硬度是天然物质之冠,而和金刚石同为碳元素的石墨,软得只能做铅笔。
  


  第三、铀装甲的结构。关于这方面的信息,国外的报告稍多些,但也有一些推测的成分。国外的专家认为,M1AlHA坦克的贫铀装甲为网状结构。网状结构的铀合金在复合装甲中起骨架作用,它既可以防止使坦克增重过多,又可以在网格之间加入防止铀合金氧化的材料,取得更好的材料匹配性能。因为铀极易氧化,铀块在350℃就可以着火氧化,而铀粉甚至在250℃就能自燃 铀的这一特性,作为“连钻带烧”的穿甲弹是个优点,对于装甲材料就是个必须克服的缺点。网状结构中加入一些防氧化的材料,就是一个合理的选择。此外,蜂窝状结构中还可以加入吸能材料,靠“软硬兼施”的手段来吸收穿甲弹的动能。所以说,贫铀装甲既能对付穿甲弹,也能刘付破甲弹,是复合装甲中的后起之秀。不过,除了美国之外,至今还没有第二个国家用上了贫铀装甲。这也许是考虑了铀的放射性问题。
  


  也许你会问,这铀不是放射性物质吗?拿来作铀装甲,那还得了!其实,铀的自然放射性很微弱。美国军方发言人宣称,一辆坦克上的贫铀装甲仅有2.2吨重,即使坦克乘员连续在这样的坦克里呆上三天,所受到的辐射剂量,还不如一次x光透视所受到的照射剂量大。倒是贫铀穿甲弹的破片的危害性更大些。1991年海湾战争中,有一些美国大兵得了奇怪的“海湾综合症”,有人认为可能跟美英联军大量使用贫铀弹有关。
  
  各国坦克复合装甲管窥
  
  尽管各国对装甲技术“守口如瓶”,但是,我们还是可以从各种公开报道中,觅得各国主战坦克装甲的蛛丝马迹。
  “豹”2坦克的装甲“豹”2坦克的车体和炮塔均采用间隔式复合装甲、由多层高强度、高韧性台金钢及其它金属材料焊接而成。是否采用非金属材料的陶瓷装甲,不详。改进型的“豹”2A5/A6以及瑞典引进的StlWl22坦克上,在炮塔和车体正面均加装附加装甲;在Strvl22上,甚至在炮塔顶部也加装了附加装甲。这使“豹”改进型的防护水平接近了“挑战者”和MIAIIIA坦克的水平。
  刚系列坦克的装甲车体和炮塔为合金铜装甲全焊接结构,装甲的中间层为氧化铝陶瓷装甲,类似于“乔巴姆”装甲;M1AI上的陶瓷材料改为碱化钛,抗弹性能更好。M1A1HA坦克为带网状贫铀的复合装甲,其正面防护水平为: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。
  “勒克莱尔”坦克的装甲 主要部位采用模块式复合装甲,可升级换代。这种复合装甲包括高硬度合金钢装甲(外层)、高韧性合金钢装甲(内层)和中间的多层“凯夫拉”陶瓷层。车体前部侧面有6个咐加装甲箱,比单层的侧裙板有更强的防护力。法国军方人士宣称:德国和美国的主战坦克耍达到“勒克莱尔”坦克的防护水平,至少要增加5~6吨的装甲重量。“孩子是自家的好”,看来法国人对“勒克莱尔”的防护性也充满了信心。
  “挑战者”坦克的装甲 英国人首先在“酋长”900和“挑战者”1坦克上采用了“乔巴姆”装甲,开创了复合装甲的先河。“挑战者”1坦克的炮塔正面及侧面、车体正面60°弧度内,都采用了“乔巴姆”装甲,其余部位为普通合金铜装甲“挑战者”2坦克的炮塔更进一步采用了二代“乔巴姆”装甲,防破甲弹子口动能弹的能力更强。
  1991年海湾战争刚结束时,美英坦克兵曾互相参观友军的坦克。英国皇家坦克兵在参观了MIAI坦克后认为:与其用MIAl坦克,不如用“挑战者”坦克更让人放心,而美国大兵在参观了“挑战者”坦克后则说:若是MIAI坦克具有“挑战者”坦克的防护性能,那就“盖了帽”啦!两方面的评价很有意思,但都认为“挑战者”坦克的防护性能的确超群。
  90式坦克的装甲日本90式坦克的炮塔和车体正面采用复合装甲,其余部位为间隙式复合装甲。其复合装甲的内外层为冷压含钛高强度合金钢,中间层为含有芳纶纤维的蜂窝状陶瓷夹层,内侧还罩有轻金属板。这是日本独立研制的复合装甲。早在半个世纪前,日本人就研制出被称为“G装甲”的复合装甲,一度想用到74式主战坦克上。这说明日本在复合装甲的研制上是有技术储备的。
  “梅卡瓦”坦克的装甲“梅卡瓦”坦克被誉为“最重视生存力的坦克”。它那“另类”的动力—传动装置前置的总体布置,极大地增强了坦克乘员的生存能力。其车体和炮塔均为双层结构,属于间隙式复合装甲一类。双层装甲之间,放置了工具备品箱和燃油箱一类,构成了特殊的防护层。也就是说,它比一般的间隙装甲的中间“间隙”要大得多。尤其是车体首上装甲,有三层钢装甲,再加上一层特种装甲,防护力更强。炮塔正面也是三层钢装甲。底甲板也是双层间隙装甲,并:中压成浅v型结构,提高了防地雷能力“梅卡瓦”坦克号称是“把75%的车重都用于防护上的坦克”,而一般的主战坦克用于防护的重量约占50%。
  T-80坦克的装甲其车体及炮塔正面为多层复合装甲。车体首上装甲的前两层为钢装甲板,间层以增强玻璃纤维为主体,内层为钢装甲,最里层为含铅泡沫意料层,除了有防崩薄作用外,还有防γ割线辐射的作用。车体首上装甲的倾角为22°,这使得200毫米厚的复合装甲相当于533毫米的水平厚度。车体首下甲板也是复合装甲结构。炮塔为钢装甲和非金属材料,组成的复合装甲,总厚度约为540~580毫米。T-80U及其它改进型上,在炮塔及车体外面常常挂装反应式装甲。
  从上面的介绍可以看出以下几点。第一,当代最先进的主战坦克的主装甲都采用复合装甲,但具体采用什么材料和结构,却是“八仙过海,各显神通”。第二,各改进型上无一例外地都在防护性上作了文章,说明提高坦克防护性的重要性。第三,西方主战坦克多数未采用反应式装甲,而T系列主战坦克多数用上了反应式装甲,这说明西方先进主战坦克对其主装甲的防护性仍充满信心,并留有进一步提高的余地。
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