美國M1系列坦克複合裝甲

美國M1系列坦克複合裝甲在正面部分裝有先進的喬巴姆裝甲。自1988年6月開始，新生產的M1A1在車體前部加裝貧鈾裝甲。經過特殊處理的這種新型裝甲，強度是原先的5倍。在海灣戰爭中，參戰的M1A1坦克多數換裝了貧鈾裝甲，實戰證明效果非常成功。

基本介紹

• 中文名：美國M1系列坦克複合裝甲
• 國家：美國
• 類別：坦克複合裝甲
• 型號：M1系列

研發要求

M1坦克的複合裝甲在Ml坦克定型之前，稱為XM1主戰坦克。1973年2月，軍方提出的戰技指標是：“正面左右各30度的弧形區內，裝甲可以抵禦射擊距離800米的115毫米尾翼穩定脫殼穿甲彈(APFSDS)的攻擊，或者127毫米破甲彈(HEAT)的攻擊。”

115毫米尾翼穩定脫殼穿甲彈在1000米射擊距離上，垂直命中時可以擊穿237毫米厚的均質鋼裝甲(RHA)。而在20世紀70年代，125毫米的破甲彈可以摧毀是它口徑4倍厚的均質鋼裝甲，即破甲厚度達500毫米。根據這一要求，軍方決定XM1坦克的車體正面和炮塔正面採用複合裝甲。

1989年2月號的美國《國際武裝力量》雜誌報導，“東西方最先進的主戰坦克正面裝甲的防禦能力，對動能彈和化學能彈分別為350毫米和750毫米厚的均質鋼裝甲。如果這一情報可信的話，那么，M1坦克正面的複合裝甲的防禦能力完全可以達到這一水平”。由此可以推斷出，M1坦克炮塔正面裝甲的結構為內外兩層鋼裝甲，中間加一層厚厚的、無約束的陶瓷裝甲。
根據“對化學能彈的防護能力要遠高於對動能彈的防護能力”這一點可以判斷，其複合裝甲的類型為無約束型複合裝甲。無約束型陶瓷複合裝甲，對超高速金屬射流有相當高的防禦能力，而對速度相對低(與金屬射流相比)的尾翼穩定脫殼穿甲彈則沒有那么大的防護能力。

夾持陶瓷裝甲的鋼板為雙硬度裝甲鋼，外硬內韌。高硬度的外層裝甲，可以極大地消耗彈丸的動能，甚至使彈丸破碎；而韌性好的內層裝甲，則可以進一步吸收殘餘的動能，本身不致破裂。據稱，內層的陶瓷裝甲材料為氧化鋁陶瓷(Al2O3)，這種陶瓷材料的價格比較便宜，抗破甲彈的性能相當好。這種複合裝甲對動能彈的防護能力為350毫米，質量係數Em為1.18(質量係數Em是對於一定的裝甲，具有同等防護能力的相關裝甲相當於均質鋼裝甲的重量比值)；對化學能彈的防護能力為750毫米，質量係數為2.54。Ml坦克複合裝甲的平均密度為5488千克/米3，而均質鋼裝甲的密度則為7850千克/米3，前者僅相當於後者的三分之二。
無約束型陶瓷複合裝甲對動能彈的防護效果，除了衝擊阻抗梯度外，沒有其他效應。而間隔複合裝甲，由於空氣密度的變化，有附加的防護效果。
關於無約束陶瓷複合裝甲的質量係數，這裡引用1995年6月份《國際防務評論》中奧格凱維茨論文中的一段話：“根據破甲的流體力學理論，在超高速射流的衝擊下，裝甲材料變為流變體，這時起主要作用的是雨果紐彈性極限(高速衝擊下的強度)。由於陶瓷材料的雨果紐強度是鋼的十多倍，它可以更有效地抵禦破甲彈的射流，也就不難理解了。特別是陶瓷裝甲夾在兩層鋼板之間更為有效。20世紀70年代西德的試驗表明，陶瓷裝甲的質量係數為2.3。”由此看來，Ml坦克複合裝甲對破甲彈的質量係數為2.54還是可信的。

改進內容

M1A1坦克的複合裝甲　M1A1坦克的主要改進處是換裝了120毫米滑膛炮，在裝甲防護上也有改進。表現在：炮塔正面的複合裝甲採用抗彈性能更好的陶瓷材料，陶瓷裝甲厚度增加了25毫米。
根據推測，其炮塔正面複合裝甲對動能彈的防護水平相當於400毫米厚的均質裝甲，對破甲彈的防護水平相當於1000毫米均質鋼裝甲。陶瓷裝甲的材料由氧化鋁改為棚化鈦(TiB2)，抗彈性能更好。可以計算出複合裝甲的平均密度為5801千克/米3，對動能彈的質量係數為1.18不變，而對破甲彈的質量係數提高到2.95。
M1A1HA和M1A2的複合裝甲　為了提高M1A 1坦克的防護性能，1988年進一步製成了裝貧鈾裝甲的M1A1坦克，稱為M1A1HA坦克。1991年的海灣戰爭中，許多M1A1坦克在現地加裝貧鈾裝甲，改裝成M1A1HA坦克。根據推測，其炮塔正面複合裝甲的抗彈能力，對動能彈為600毫米均質鋼裝甲，對破甲彈為1300毫米均質鋼裝甲。

M1A2與M1A1HA相比，主要改進處是採用了車際信息系統、車長用獨立熱像儀和車輛電子學系統等，而在裝甲防護上沒有什麼變化。從M1A1到M1A2，坦克的戰鬥全重由57.15噸增加到63.085噸，增加了5935千克，增加的部分包括了貧鈾裝甲的重量4500千克。貧鈾裝甲的結構為網狀貧鈾，根據計算，其厚度約為105毫米，這樣，各種裝甲材料的厚度分別為：鋼125毫米；硼化鈦95毫米；貧鈾105毫米。複合裝甲的平均密度為10317千克/米3。毫無疑問，貧鈾的極高密度(18500千克/米3)是增強其抗彈能力的基礎，但也使其質量係數降低，對動能彈為Em=1.0，對破甲彈為Em=2.16。

穿甲試驗

以高強度材料約束陶瓷裝甲製成的複合裝甲，不僅對破甲彈有較高的防護能力，對穿甲彈也有相當的防護能力。一位美國學者於2000年發表的一篇論文中披露了他所作的穿甲試驗的一些結果可以證實這一點。

試驗條件

試驗標靶是高強度金屬約束陶瓷複合裝甲，由外層金屬板、中間板和內層板，加上陶瓷裝甲構成；射彈為脫殼穿甲彈，L/D=20，彈芯材料為鎢合金；初速為1500~1700米/秒。

標靶結構

標靶的外層、內層和中間層採用的均是4340鋼。這種鋼為含鎳、鉻、鉬的高性能合金鋼，硬度為洛氏硬度51~54。
標靶的外層尺寸為直徑150毫米，厚度25.4毫米。

中間板為環形結構，外徑150毫米，內徑72毫米，厚度為25.5毫米，環內裝入約束環及陶瓷裝甲。約束環的材料為17-4PH不鏽鋼。中間層和外層之間放入圓形的2.4毫米厚的石墨。
陶瓷裝甲由美國Cercom公司製造，有兩種材料，分別為氧化鋁和棚化鈦。
內層尺寸為直徑150毫米，厚度25毫米。

三層裝甲板以12枚螺栓固定。為了測量穿甲過程中的應力，在兩層結合面上用樹脂粘合劑貼上了應變片。為了比較，也有不貼應變片的情況。

試驗方法

對上述標靶以直徑4.93×98.6毫米的鎢合金彈芯，在速度1500~1700米/秒的條件下進行射擊。鎢合金中鎢的含量為93%。

試驗結果

穿甲試驗共進行了8次，試驗條件各不相同，其中4次貫穿，4次未貫穿。由此可以得出以下結論：從陶瓷材料的種類來看，硼化鈦的防護性能要優於氧化鋁；外層鋼板的硬度高，抗彈性能高些；石墨層厚度越薄的一方，防護性能越好些；內層鋼板的厚度越厚，防護性能越好；兩層界面上無應變片者，防護性能更好；兩層界面上加以焊接時，防護性能提高。

結果分析

高強度陶瓷裝甲，可以有效地防止內層裝甲板被擊穿，特別是硼化鈦陶瓷裝甲。對射擊後界面被完全擊穿的標靶回收後發現，對硼化鈦陶瓷裝甲來說，幾乎未發現損壞。而氧化鋁陶瓷裝甲則有淺的凹坑和放射形龜裂。對各層裝甲板加以焊接，可以有效地提高抗彈性。

射彈對疊層陶瓷裝甲射擊時的彈道特性，和表層裝甲板的硬度有極大關係。為防止界面不被擊穿，外層裝甲板的硬度應為洛氏硬度53以上。

由於界面的樹脂粘合劑的剪下強度低，它可以生成稀疏的衝擊波，使陶瓷裝甲的損壞增大，抗彈性降低。

由不被擊穿到完全被擊穿的過渡領域，其速度閾值可以由試驗加以確定。

由於陶瓷裝甲對射彈衝擊波的干涉作用，可對射彈的能量有相當大的削弱作用，但其能量仍然相當可觀，故內層裝甲板要有足夠高的強度。

試驗結果表明，發現有影響整個標靶抗彈性的“局部效應”和“整體效應”。局部效應和標靶的材料特性，即外層裝甲的硬度、陶瓷裝甲的抗剪強度有關；整體效應和標靶的結構特性有關。

可以看出，穿破甲過程，是一個十分複雜的過程，影響因素多，作用時間極短，研究的難度很大。但即使如此，仍然可以得出許多有規律性的結論。

日本的坦克專家認為，在20世紀70年代末期，約束型陶瓷複合裝甲，在德國的“豹”2主戰坦克上已經實現，日本的90式主戰坦克上也達到實用化。這兩種主戰坦克，由於採用了約束型陶瓷複合裝甲，戰鬥全重較輕，為50噸級，對動能彈的防護能力可達到600—700毫米均質鋼裝甲。而美國的約束型陶瓷複合裝甲，似乎還未達到實用化，致使M1A2主戰坦克的戰鬥全重達到了63噸的高水平。不過，美國在這方面的研究已很深入，相信在美國下一代的主戰坦克上，將採用約束型陶瓷複合裝甲。