Алюминиевая броня — броня на основе деформируемых алюминиевых сплавов различных видов легирования. По валовому объёму производства алюминиевой брони основной областью её применения является танкостроение, а именно производство легкобронированной техники сухопутных войск. Помимо танкостроения, алюминиевая броня находит применение в судостроении, авиации, для защиты транспортно-пусковых контейнеров ракетных комплексов и в других системах оружия.
Применение в танкостроении
Начиная с 1960-х годов броня из алюминиевых сплавов в виде катаных плит широко применяется в конструкциях легких боевых бронированных машин сухопутных войск — БМД, БРМ, БМП, легких танков и САУ, а также на ряде специальных машин, созданных на их базе, обладающих способностью десантироваться и, в ряде случаев, преодолевать глубокие водоемы без подготовки. Широкое применение алюминиевой брони основывалось на целом ряде её преимуществ, из которых основными являлись: обеспечение экономии массы бронекорпуса из алюминиевых сплавов в сравнении с равностойким из стали; эффективная защита от проникающей радиации, более быстрое освобождение от наведенной радиации, вызванной гамма излучением и потоками нейтронов; меньшая, в сравнении со стальной броней, заброневая осколочность.
За прошедшие десятилетия существенно изменились характер и способы ведения боевых действий. Текущая геополитическая ситуация, связанная с борьбой за ресурсы, диктует необходимость быстрого развертывания мобильных сил. Приоритетным становится требование защищенности машины (экипажа) от современных средств поражения, низкий уровень которой не компенсируется никакими подвижностью и маневренностью. Претерпел существенные изменения и диапазон типовых средств поражения техники сухопутных войск. Важное место стали занимать противоминная стойкость и сопротивление ударноволновому (фугасному) воздействию.
Локальные конфликты последнего десятилетия (Ирак и Афганистан) убедительно подтвердили востребованность алюминиевой брони, как материала, способного эффективно противостоять фугасному воздействию, характеризующегося высокой живучестью при действии осколочных полей высокой плотности и пуль автоматического пехотного оружия, относительно дешевой технологии её производства и переработки в изделия при наличии достаточно широкой промышленной базы изготовления брони, и её относительно низкой стоимости, в сравнении, например, с титановой и композитной броней.
При обстреле крупнокалиберными бронебойными снарядами танковых и противотанковых пушек плиты из алюминиевых сплавов ведут себя хрупко, в силу чего, а также из-за большой требуемой толщины брони (строительной высоты), достигающей 200 мм и более, не могут использоваться самостоятельно в составе сварных бронекорпусов и бронебашен основных танков.
Требования к алюминиевой броне боевых машин Помимо заданного уровня броневых свойств, одним из основных требований к алюминиевой броне боевых машин является её свариваемость с использованием относительно простой технологии, пригодной для массового производства бронекорпусов. Не менее важным является требование повышенного сопротивления коррозионному растрескиванию под напряжением, актуальное для сварных соединений плит из цинкосодержащих алюминиевых сплавов.
Используемые толщины брони Алюминиевая броня боевых машин легкой категории в толщинах до 30—45 мм предназначена для защиты от осколков 100—122-мм, 152—155-мм осколочно-фугасных снарядов полевой артиллерии и 7,62—12,7-мм бронебойных пуль автоматического пехотного оружия. При необходимости защиты экипажа бронированной машины кругом от 7,62-мм бронебойных пуль Б-32 (патрона 7,62×54 мм) или AP M2 (патрона .30-06 Springfield) при стрельбе с дистанций 75—150 м, толщины алюминиевых бронедеталей бортов и кормы на практике составляют 38—43 мм. Для защиты от 12,7-мм бронебойных пуль толщины указанных элементов бронирования должны быть увеличены до значений не ниже 65—75 мм.
В странах НАТО требования по защите машин легкой категории определяются стандартом STANAG 4569 (Edition 2).
В зарубежном танкостроении алюминиевая броня в толщинах 50—70 мм и выше используется для дифференцированной защиты от 14,5-мм бронебойных пуль и малокалиберных, калибром от 20 до 30 мм, бронебойных снарядов (цельнокорпусных и подкалиберных типа APDS-T) как самостоятельно (БТР М113, легкие танки M551 Шеридан и «Скорпион», БМП AMX-10P, БРМ «Симитер»), так и в комбинации со стальными экранами в виде разнесенного бронирования. В частности сварные бронекорпуса семейства машин на базе легкого танка «Скорпион» выполнены из катаных плит брони E74S (с 1980-х годов 7017 по международной системе обозначения сплавов) толщиной от 20 до 60 ммИнтересно, что при выборе соотношения защищенности и огневой мощи ББМ на базе «Скорпиона» предпочтение британских специалистов было отдано последней. В частности, выбором 30-мм пушки «Рарден» с бронебойным подкалиберным снарядом типа APDS-T, способным на дальностях до 1500 м обеспечить пробитие лобовой брони любой легкобронированной машины периода 1970—1980-х годов (БТР, БМП), а также пробитие бортовой брони основного танка. При этом собственно броневая защита машин этого семейства, с боевой массой 7—9 т, в передних секторах обстрела рассчитана на защиту от 14,5-мм бронебойной пули пулемета КПВТ на дальности 200 м. Armada International, 1983, № 6 (Nov/Dec), p. 95.
При замене стальной брони бронекорпуса на алюминиевую за счет более высокой жесткости алюминиевых плит и отказа от ряда деталей жесткого набора достигается уменьшение массы бронекорпуса порядка 25—30 % (при сохранении противопульной стойкости), даже если экономии на самой броне нет. Жесткость бронеплиты в общем случае пропорциональна кубу толщины, и с учётом различия модулей упругости стали и алюминия алюминиевая бронеплита будет в девять раз жестче стальной бронеплиты равной массы. Показательным является пример с БТР М113 (США). Несмотря на то, что использованная броня из алюминий-магниевого сплава 5083 по стойкости к 7,62-мм бронебойным пулям немного уступала стальной броне, собранный бронекорпус М113, равностойкий стальному варианту Т117, оказался на 750 кг легчеS. Tunbridge. M113. — Carrollton, Texas: Squadron/Signal Publications, 1978. — P. 4. — 50 p. — (Armor in Action № 2017). — ISBN 0-89747-050-8. Ещё больший выигрыш может быть получен при использовании брони с более высокой противопульной стойкостью, которая, в свою очередь, положительно реагирует на увеличение прочности и твердости сплава.
Кроме того, применение в конструкциях бронекорпусов криволинейных бронедеталей, полученных прессованием и штамповкой, позволяет за счет уменьшения количества сварных соединений дополнительно снизить трудоемкость изготовления машины.
Противопульная и противоснарядная стойкость алюминиевой брони
Противопульная и противоснарядная стойкость брони из легких сплавов, как и других видов катаной гомогенной брони, определяется совокупностью её прочностных, пластических и вязкостных свойств, а не только абсолютным уровнем твердости. Как было определено в предвоенные и военные годы А. С. Завьяловым, П. О. Пашковым и сотрудниками (ЦНИИ-48), значение пластических и вязкостных свойств брони возрастает при увеличении толщины брони, калибра поражающего средства, его ударной скорости, а также при переходе к поражающему элементу (осколку) с тупой формой головной частиВ общем виде противопульная стойкость алюминиевой брони определяется твердостью и ударной вязкостью материала, тогда как взрывостойкость брони связана с ударной вязкостью материала, определенной на образцах по толщине плиты..
При повышении твердости алюминиевой брони (по Бринеллю) от 80 до 140 единиц НВ её противопульная стойкость, определенная по предельной скорости пробития, при обстреле как по нормали, так и под углами растет. Вместе с тем, по данным ведущего производителя алюминиевой брони 7039 в США фирмы Kaiser Aluminum, гомогенные плиты из алюминиевых сплавов системы Al-Zn-Mg с прочностью выше 50 кгс/мм² (HB ≥ 150 единиц) при обстреле 12,7-мм и 20-мм осколочными имитаторами (тупоголовые бойки с высотой, равной диаметру цилиндра) разрушаются с образованием столь значительных откольных повреждений, что для брони практически непригодныПатент США № 3649227..
С увеличением калибра поражающего средства необходимо увеличение пластичности и вязкости сплава и, соответственно, снижения уровня его легирования. Так, для защиты от бронебойных снарядов калибров 20—30 мм показатель пластичности (относительного удлинения), обеспечивающий максимальный уровень бронестойкости, должен составлять не менее 8—12 %, чему соответствует твердость по Бринеллю 130—140 единиц НВ (1300—1400 МПа)Каширин В. Ф. Свариваемый алюминиевый сплав для брони, патент РФ № 2536120..
Специалистами давно замечено, что эффективность алюминиевой брони в сравнении со сталью возрастает при увеличении калибра бронебойной пули. Так при обстреле 7,62-мм бронебойной пулей по нормали со скоростью 840—850 м/с равностойкая со сталью броня из термоупрочняемого сплава 7039-Т64 имеет меньшую на 6 % массу. Для 12,7-мм бронебойной пули это преимущество составляет уже порядка 13 %, а для 14,5-мм пули — 19 %. Английская броня из сплава 7017 компании Alcan Co. (улучшенный вариант сплава 7039 с повышенными прочностью и сопротивлением коррозии) при обстреле 14,5-мм бронебойной пулей обеспечивает выигрыш по массе 20 % в сравнении с равностойкой стальной броней.
В диапазоне углов 30—45° при обстреле 7,62- и 12,7-мм бронебойными пулями более эффективной оказывается стальная броняReker F. J. Anwendung von Aluminium bei gepanzerten Militärfahrzeugen // Aluminium, LIII, pp. 421—426, July 1977. В этих условиях на стальной броне имеют место поперечные разрушения стальных сердечников бронебойных пуль от изгибающих напряжений. Указанный эффект, однако, выражен значительно слабее или отсутствует при обстреле брони из алюминиевых сплавов. Несмотря на возможность разрушения бронебойного сердечника от поперечных изломов, его оживальная часть не срабатывается ни при каких условиях взаимодействия с алюминиевой броней. При углах обстрела свыше 45—50°, в частности при углах рикошета, алюминиевая броня снова превосходит сталь.
С учётом сказанного, применение противопульной алюминиевой брони в конструкциях башен легких машин целесообразно при расположении их боковых стенок под углами (от вертикали) 50—55°. При такой конструкции достигается максимальная экономия массы башни. Примером может служить башня разведывательной машины «Фокс», стенки которой выполнены из согнутых по форме и сваренных цельнопрессованных профилей V-образного сеченияAlumunium Courier, 1969, № 88, pp. 2—6.Ferret-Fox-AFV-Weapons-Profile Ogorkiewicz RM, 1972.. Лобовая броня машины «Фокс» с передних направлений обстрела выдерживает поражения 14,5-мм бронебойной пулей при стрельбе с дистанции 200 мЕжов Н. И. Борьба с бронированными целями. — М.: Воениздат, 1977. — С. 14..
В конструкциях, где углы наклона стенок составляют 30—45°, целесообразно применение стальной брони. На практике находят применение гибридные конструкции с алюминиевым бронекорпусом и стальной башней, в частности легкий танк «Шеридан», БМП «Уорриор» (Великобритания) и другие машины.
При обстреле 14,5-мм бронебойной пулей алюминиевая броня 7039 превосходит гомогенную стальную броню средней твёрдости RHA во всем диапазоне углов обстрела. Максимальный выигрыш, достигающий 26 %, наблюдается при углах рикошета, что, как и при действии боеприпасов других калибров, связано с относительно меньшим сопротивлением материала преграды из легкого сплава в касательном направлении.