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中美俄坦克装甲设计的横向对比

1/23 12月8日,在央视新闻频道播出的一则节目中,曾经的“装甲兵王”贾元友提到,中国国产的99A主战坦克的装甲防护,在防穿甲和防破甲方面都超过了1000毫米。此言一出,军迷中赞叹着有之、质疑者更有之。对于坦克装甲的评价分化如此严重,究其原因主要是这一领域专业性过强。有专业背景的人在公众中受关注度较低,反过来公众信服的“大V”可能并没有太强的专业背景。那么包括99A在内的世界第三代主战坦克的装甲防护究竟如何?本期《出鞘》我们就来简单谈谈关于现代坦克装甲的那些事。

2/23 在引入装甲防护的概念之前,我们还需要从一段“题外话”说起,即:坦克从不是仅仅为了对付坦克而生的,对付坦克甚至不是其首要任务。事实上,坦克最主要的任务是作为一种进攻武器,撕裂对手的步兵防线,并带领己方兵力突入敌方防线纵深。也正因如此,坦克配属最多的弹药是榴弹或多功能破甲弹;坦克要面对的最主要的威胁,是包括反坦克导弹在内的形式各异的步兵反坦克武器。当然,坦克对抗坦克同样是其主要任务之一,所以我们考虑坦克的防护才要从防动能弹、防化学能弹两个方向入手。

3/23 自苏联的T-64坦克问世以来,复合装甲已经取代了之前的钢装甲成为了坦克防护的主要手段。所谓复合装甲,本意是指使用超过一种材料“复合”而成的装甲。其他诸如铝合金装甲、钛合金装甲、聚乙烯装甲等单一非钢材料装甲则不在此范畴内。既然是多重材料“复合”而成的装甲,那么在说“复合装甲”这个课题的时候,就不可避免的要从组成复合装甲的材料开始入手。

4/23 首先是从坦克问世以来就是坦克装甲最主要材料的钢。毫不夸张的说,直到今天,钢依然是坦克装甲材料中最重要、也是必不可少的一种。相对于其他材料来说,钢的优势主要是“中庸”:其拥有相对较高的硬度、适中的密度和极为低廉的成本。在保证装甲具有不错防护力的同时,“钢坦克”的重量、尺寸和成本都在可接受的范围之内。

5/23 可以说,如果不是由于化学能弹药的飞速发展,“钢坦克”依旧会是坦克界的主流。但如果考虑到化学能弹药的应用,钢就暴露出了其最大的问题:作为金属,钢不仅有融点,还有软化点(大家应该都知道钢加热后是非常软的)。那么化学能弹药的高温射流侵彻钢装甲的过程,将会是先将弹着点的钢加热使其软化后,侵彻已经软化蠕变的钢。这会使得侵彻变得非常简单。

6/23 与钢的特性比较相似的还有如铝合金、钛合金、贫铀合金等其他金属材料。一般来讲,这些材料的抗弹原理十分相似,其区别仅在于材料的密度、硬度和软化点上。比如,铝合金的密度远远小于钢、硬度则比之略大。在作为防护材料时,等面密度的铝合金略强于钢,而等厚度的铝合金则远远不如钢。

7/23 其次则是各种不含能的非金属材料,比如:阻燃橡胶、玻璃钢、聚乙烯(俗称塑料)、陶瓷等。这些材料的特性不一而足。如阻燃橡胶、玻璃钢等在防化学能弹药时拥有极佳的表现。比如,某种玻璃钢密度为1.95,在等面密度时其防破甲弹能力是钢的3倍。这意味着这种玻璃钢达到与钢相同的防破甲弹能力,重量仅为后者的三分之一,厚度仅比后者高三分之一。那么采用这种材料替代钢,就可以在不牺牲防护的情况下,大幅降低坦克的重量,提升其机动能力。

8/23 不过这些材料的防穿甲弹能力十分有限,其相对于钢的质量系数优势极小,通常仅为1.X,这意味着达到与后者相同的防穿甲能力,其装甲尺寸会比后者高出2-3倍。与之相比,聚乙烯的特化方向则表现的更加“各向异性”,某些聚乙烯材料的防破甲弹能力还要超出玻璃钢,另一些则强化了对穿甲弹的防御,在面对破甲弹的时候非常脆弱。

9/23 与上面这些材料相比,陶瓷可能是军迷们最津津乐道的材料。作为装甲使用的陶瓷材料主要有高硬度、低密度的特点。不过陶瓷的防弹机理十分复杂,至今仍没有完全明确。目前可以确定的陶瓷防弹机理主要有三点:首先是利用其超高硬度使弹头破碎,这可以消耗弹丸能量,并通过弹头的破碎将弹丸高度集中的能量予以分散,相当于加大了着靶面积——想象一根针和一根大铁棍子哪个穿透一张纸需要的能量更小。

10/23 第二点则与脆性材料的力学特性有关:我们看到一整块石碑受外力作用开裂后的碎块常常会成45度锐角。陶瓷也是一样,受材料特性的影响,陶瓷在受强大的点作用力时,其后方会成90度圆锥形开裂。陶瓷块的碎裂与弹头的碎裂一样,会消耗弹丸的能量。此外,碎裂的陶瓷块会成90度圆锥形将来自弹丸的作用力传递到身后大面积的金属材料背板上。这同样分散了弹丸的作用力,使得金属背板有足够的面积可以参与到通过形变吸收弹丸能量的过程中来。

11/23 最后一点则与前两点密切相关:破碎的弹头和破碎的陶瓷块会在侵彻过程中剧烈摩擦。而摩擦就一定会生热——这实际上相当于把弹丸的动能转化为了碎块的热能;此外弹头破碎后,弹丸的有效穿甲体质量减少,其动能也会随之减小。从结果上来说,上面三点都在用不同的方式消耗弹丸的动能。而弹丸的动能被严重消耗后,穿甲能力自然也会大幅降低。

12/23 在面对破甲弹时,由于其侵彻过程并非典型的“力学作用”,陶瓷装甲的防弹原理也会稍有不同。上文中我们说过,金属材料之所以不善于应付破甲弹,是因为其在熔点之外还有一个软化点。但是陶瓷并不存在这样的问题,陶瓷材料只有熔点,而这熔点又是绝对达不到的。这意味着破甲弹的金属射流在侵彻陶瓷时,只能“大力出奇迹”。同时,金属射流打在陶瓷表面时还会产生法向偏转,偏转的部分射流又会反过来作用于侵彻射流上,对后者产生一定的抵消,即“我打我自己”。

13/23 最后一类材料是含能材料。这之中主要包含炸药和膨胀材料。虽然含能材料五花八门,但其总体特性可以简单概括为:自身并不存在防穿甲/破甲能力,但由于自身含能,如果使用方法得当,可以大幅提升装甲的防弹能力。典型的应用方法包括:利用含能材料驱动金属板偏转、切割弹丸和金属射流(化石爆反);制作成简易的聚能装药,用射流切割弹丸、射流(利刃爆反)。

14/23 通过上述材料的排列组合,现代主战坦克的复合装甲可以大致归纳为以下几类:爆炸反应装甲(ERA)、金属板夹含能材料的非爆炸式反应装甲(NERA,比如乔巴姆)、陶瓷复合装甲和非反应式的“三明治”装甲。相比较而言,以英、美、德为代表的西方国家主流第三代坦克无不采用了薄钢面板+NERA+厚钢背板的组合。

15/23 与之相对的,苏联虽然也发明了类似的组合并应用于T-72B坦克的炮塔,但总体来说,苏俄系坦克的复合装甲类型仍五花八门,比如在同一个时期中,T-72B坦克的炮塔使用了“反射板”装甲(也就是NERA)、T80U坦克的炮塔则采用了纯钢挖洞填充聚氨酯的“蜂窝”装甲;而两者的车体底盘又都采用了由钢板、橡胶等材料排列组合而成的三明治装甲。唯一相同的是,苏俄系坦克基本都披挂了反应装甲。

16/23 两个集团选择防护结构的差异,可能来自于众多方面。以北约坦克为例,其“泛乔巴姆装甲”大致可以分为两个不同的部分:对穿甲弹的防护主要来自于前后两层钢板和中间NERA夹层中的金属材料。NERA夹层中含能材料膨胀驱动金属板位移使弹丸受力、偏转的效果则略低一些。而这种装甲对破甲弹的防护则主要来自于后者,金属材料的“硬抗”作用则相对较小。

17/23 相对而言,“泛乔巴姆”装甲在防护性能上十分优异,对穿甲弹和破甲弹都有相当不错的防护效果。但这种装甲的缺陷也同样非常明显:由于NERA夹层需要较大的空间用于膨胀,所以这些“泛乔巴姆”装甲无一例外的非常消耗空间。举例来说,德国坦克经典款,豹2A4炮塔正面复合装甲物理厚度超过800毫米,但是其炮塔正面装甲的面密度却小于物理厚度不足500毫米的T-80B型坦克的炮塔装甲。对穿甲弹的防护能力也较后者更差。

18/23 这意味着,北约这些坦克想要达到一定的防护水平,只能把装甲越堆越厚(物理意义上)。这会导致整车尺寸和重量的激增。尺寸和重量的激增又进一步影响了坦克的通过性能和推重比,想要保证坦克的机动性不会因此下降,必须有更加强大的发动机和传动系统予以支持。所以我们看到,北约坦克中机动性优异的豹2、M1均采用了1500马力发动机,而少了300马力的挑战者2,机动性仅能用“噩梦”来形容。作为对比,俄罗斯的T-72B3坦克虽然仅仅有1000马力,但是已经算得上“健步如飞”了。

19/23 与北约不同,苏俄坦克装甲的发展,一言以蔽之,可以概括为:主力是钢,随便填一些材料增强防破。这样做的好处是,在成本较为低廉的前提下,坦克的对穿甲弹的防御可圈可点,坦克装甲尺寸和重量均控制在了可接受的范围内。当然,这也意味着坦克对破甲弹的防御会十分薄弱。为了补强坦克对破甲弹的防御,苏俄坦克开始全员披挂ERA。而随着新型ERA的不断发展,ERA对防御穿甲弹的贡献也越来越大,这使得苏联坦克在穿甲弹面前也越来越“硬”。当然,我们也不能忽视ERA的局限性——炸了一次之后就再也没用了。

20/23 由于保密措施十分严格,此前人们对中国坦克装甲的发展基本“只能靠猜”。现在虽然还需要“猜”,但是相关信息已经越来越多了。比如此前网友对中国坦克外挂的“小盒子”有过多种猜测,最玄幻的说法是“采用了某种新技术,比爆反NB多了”。至于是什么“新技术”,却又不肯明说。而根据笔者亲手敲过VT系列主战坦克、VN系列步兵战车的外挂装甲之后,大致推测,中国坦克装甲车外挂的装甲,应该有这么三种:

21/23 VT-4坦克上挂的小薄盒子,应该是较为传统的抛板式爆反;VT-2B和VT-5上面的稍微厚一些的小盒子,顶部是空的,而底部是实心,应该是类似于乌克兰“利刃”的聚能装药爆反;而VN-17步战车上的厚盒子,前后两端均为实心,而中间空心,很有可能是将多块NERA模块封装成了一个单元,这可以在提升步战车对抗化学能弹能力的同时,利用NERA模块的金属板增强其对小口径动能弹的防御能力(膨胀材料会被消耗,但金属板一直都在)。在这三种之中,VT-2B、VT-5型坦克外挂的爆反,很可能与99A型外挂的爆反系出同源。

22/23 关于坦克爆反内的复合装甲层,此前有“科班出身”的专家推测称其很可能采用了陶瓷复合装甲与内置爆反相结合的新型装甲模块。这里我们假设99A坦克确实采用了这样的复合装甲模块,仅就这种模块的细分构成加以猜测:首先爆反是典型的“一次性消耗品”,那么为了保证整块装甲能够抗反复打击,这种装甲模块很有可能由大量可单独拆卸的小模块组成。同时考虑到适应战场应急抢修,每个单独小模块的重量很可能不大于40公斤,以方便车组自行更换。总结来看,如果新型复合装甲模块与外侧爆反的组合确实能够达到“1000+防穿”的水平,那么99A坦克的防护水准,无疑处于世界最顶尖位置。那么本期《出鞘》就到这里,我们下期再见。

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