——浅谈装甲防护技术
文/曹贺全、周士猛
2018年11月4日,在CCTV-1综合频道播放的《加油!向未来》节目中,一辆猛士装甲车霸气出场,引起了现场观众的拍手惊呼。猛士外挂的装甲看上去像是家里院子的栅栏,实际却是由带特种结构的金属和柔性绳索组成的一个网状防护机构,我们称为“柔性格栅装甲”。
柔性格栅装甲,是专门为了对付RPG火箭弹而设计的,我们把它叫做“结构甲“,利用它的结构效应来破坏火箭弹的弹体结构。柔性格栅装甲防护不是硬碰硬的防护,而是用巧劲,其每平米只有20公斤左右(普通的金属格栅每平米100到200公斤),防护概率却极高,真所谓‘四两拨千斤’。这一款目前代表着世界先进水平的柔性格栅装甲已装备了多种战车,如我国在南苏丹的维和部队的战车。
实战兵器搬上央视舞台并不多见,它是国防科技走近大众的一种方式,也是我国国防科技水平的一种展现,可以自信地讲,我国装甲防护水平已达到了世界先进水平,有的甚至已达到领先水平。
何为装甲防护?
装甲车辆,是矛和盾的统一体,以陆战之王的坦克为代表,它具备四大性能:火力、防护、机动性和电子信息。四大性能是衡量一个国家坦克水平的标准,直接关系到坦克的战斗力,而其中防护性能,即传统意义的装甲防护,直接决定了坦克的战场生存力,是战场上作战人员的生命防线。因此,2012年国际装甲会议将防护性能确定为四大性能之首。
装甲防护技术则是典型的交叉学科领域,它涉及材料科学、工程力学、爆炸力学、弹药工程等多种学科和理论,需要开阔的思路、缜密的逻辑思维以及系统的科学思想和创新思维。装甲防护研究首先必须要有扎实的理论基础,不能只顾眼前利益而重型号、轻基础,在研究“盾”的同时必须研究“矛”的穿、破甲机理,从而更深入地研究“盾”的结构和防护机理。其次装甲防护研究要重视创新思维,创新=发明+应用,要根据市场需求去确定研究方向,并把研究成果应用于实践,从而获得经济效益和军事意义。
当今时代,军事实力是一个国家独立自主的重要象征,而装甲防护直接关系到装甲车辆的战场生存力,从某种程度上来说也是一个国家军事实力的标志,世界各国都不断地投入大量资金和人力开发研制。
我国装甲防护的发展与现状
我国装甲防护历经了均质装甲-复合装甲-反应装甲-主动装甲等几个阶段的飞跃,使我国的坦克装甲防护能力达到国际先进水平,同时推动了国际装甲防护及反装甲弹药技术的发展。
1.复合装甲
复合装甲是由两层以上不同性能的防护材料组成的非均质坦克装甲,一般来说,是由一种或者几种物理性能不同的材料,按照一定的层次比例复合而成,依靠各个层次之间物理性能的差异来干扰来袭弹丸(射流)的穿透,消耗其能量,并最终达到阻止弹丸(射流)穿透的目的。
起初国内外的复合装甲,基本都是金属和非金属材料的,即中间用陶瓷、玻璃钢等,两侧用装甲钢板。但此类装甲工艺复杂、成本高,于是我们尝试研究金属管状间隙复合装甲。通过“管壁效应”现象,我们设计了一种钢管夹层结构,中间不再是非金属材料,而是直径两三厘米的钢管,壁厚两三毫米。金属射流穿过圆形钢管时,射流及金属飞溅物碰到钢管内壁后会反弹,而且是向心反弹,从而连续不断地干扰后续射流,使它断裂、失稳,最终降低射流的侵彻能力。这种作用过程我们称其为”管壁效应“现象。
这种钢管夹层结构,可以代替当时国内外复合装甲普遍采用的玻璃钢、陶瓷等非金属材料,不仅成本低,且工艺性好,抗弹能力达到国外先进复合装甲水平。
2.反应装甲
1982年,以色列入侵黎巴嫩,反应装甲首次出现并名声大振。反应装甲就是在坦克装甲上安装的含有炸药的金属盒体,当反坦克武器攻击坦克时,接触到金属盒体,炸药就会向外爆炸,从而降低反坦克武器的破坏效果,即“以爆抗爆”“以矛攻矛”。
很快,我国便研制出反应装甲专用炸药,突破了结构单元等集成技术,研制出了我国第一代反应装甲,填补了我国反应装甲的空白。但第一代反应装甲只能防御聚能装药破甲弹,不能防御动能穿甲弹。于是我国正式立项,开始研制既能防御破甲弹,又能防御大口径穿甲弹的“双防反应装甲”。通过研究炸药感度和穿甲弹比动能的关系,我们研制出了既保证引爆性能、抗弹性能又具安全性能的反应装甲专用改型炸药,建立了使弹丸偏转及断裂的工程计算模型,研究了总体结构、各部件材料、加工工艺等。首次实现了对大口径穿甲弹的防御,使其具备了“双防”功能,这是我国反应装甲领域第一个具有自主知识产权的项目。
此后我们又打破传统反应装甲结构模式,突破反击系统及系统集成等关键技术,设计定型了某型装甲,不仅大幅提高了反应装甲的“双防能力”,还使其具备了抵御世界上最先进的反坦克串联战斗部导弹的能力。2009年10月1日,装备了该装甲的新型坦克在国庆六十周年的阅兵式上亮相,它能使穿深一米以上均质装甲钢的美国陶氏导弹完全失效,使我国坦克装甲防护能力达到国际先进水平。
后来我国又相继研制了“聚能式反应装甲”,显著提高了在“小倾角”条件下反应装甲对大口径穿甲弹和破甲弹的防护能力;设计了新型装药结构,解决了防护垂直入射小口径破甲射流的难题,以抵御“攻顶”弹药技术带来的巨大威胁;研制了专门对付反坦克火箭弹的某型装甲,以适应反恐和城市作战的需求……
3.主动装甲
随着时代的发展,对武器装备的要求也不断提高。进入21世纪,为了更有效地抗击穿甲弹和破甲弹,研究新型主动装甲已成为装甲防护的主要手段。
“主动装甲”是一种“以矛代盾”的对抗手段,准确地说是“主动防护系统”或“主动防护装置”,因为它已经没有了“甲”,靠的是探测、识别和拦截、干扰,将来袭弹丸半路消灭掉或引向他处。系统中的雷达传感器可以探测到逼近的威胁,当来袭弹药距被防护装甲车几米到十几米时,发射器可发射出榴弹等干扰弹丸到来袭弹药面前,瞬时爆炸形成防御“盾牌”,产生大量预制破片将来袭弹药摧毁在被防护体之外。
然而,已有的主动装甲只能防御低速的破甲弹和反坦克导弹,对速度大于每秒一千米的穿甲弹丸却无法抵御。对抗时间太短,是坦克主动防护系统研制的最大难点。在来袭弹丸中,尾翼稳定脱壳穿甲弹的飞行速度达1600米/秒以上,想拦截它十分困难。如何防御穿甲弹成为装甲防护面临的主要瓶颈,我们现在要做的就是向这一世界难题发起冲击。
于是一个全新的项目开始启动,其目的就在于突破对高速穿甲弹的防护这一技术瓶颈,目前该项目已取得重要进展。
4.综合防护
随着电子信息技术和反装甲弹药技术的发展以及战场环境的变化,今天的“防护性能”应该有一个“大防护”的概念,即综合防护,也可称为系统防护,它被认为是未来装甲车辆提高战场生存力的有效途径。我们的装甲防护研究团队也已经发展成多专业、多学科、多领域的综合防护技术研究团队,研究内容从单一的装甲防护扩展到主被动结合的综合防护研究。
综合防护技术,包括六个重要环节:第一,不被遭遇。利用现代电子信息技术,先敌发现,先发制人。第二,不被发现。采用各种伪装措施、隐身技术,减少车辆特征信号,降低被发现、被探测的概率。第三,不被捕获。采用多谱段烟雾发生装置、光学干扰发射机、激光干扰发射机、雷达干扰发射机等干扰敌方的观瞄系统,达到不被捕获的目的。第四,不被命中。采用红外诱骗及主动干扰防护系统,探测敌方的来袭弹药,躲避敌方攻击。第五,不被击穿。利用传统的被动装甲,如均质装甲、复合装甲、反应装甲等组成的组合装甲,力求不被击穿。第六,不被击毁。采取有效措施减少被击穿后对乘员和设备仪器的伤害,尽量保持车辆被击穿后仍具有一定战斗力,不致被击毁。
实现装甲车辆的综合防护,提高车辆战场生存力,装甲防护材料是重中之重,是综合防护技术发展的基础。因而,研发新型高强、高韧轻质材料及新型复合材料,以提高综合防护性能与车辆轻量化水平,是目前装甲防护研究的重中之重。
科研从不止步,国防科研更是如此,为适应作战需求,我国装甲防护技术不断革新、不断升级,使我国装甲防护能力达到国际先进水平,而我国国防科研人员还将继续奋斗,在国防科研一线继续探索和实践,使我国装甲防护水平在未来战争中立于不败之地。
作者简介: 曹贺全,男,1945年9月出生于河北省丰润县,1969年大学本科毕业于西南交通大学起重运输机械专业,中国兵器家首席科学家,长期从事装甲防护技术研究。他主持了多种装甲研究工作,开拓了我国反应装甲研究领域,实现了我国装甲防护技术的系列化发展,由单一的被动防护发展到主被动结合的综合防护技术,使我国装甲防护技术达到国际领先水平。先后获国家发明二等奖一项(第一发明人)、国家发明三等奖两项(均为第一发明人)、省部级成果多项,获何梁何利基金科学与技术进步奖等,并以第一发明人获得国家发明专利二十余项。著有《爆炸式反应装甲》《装甲防护技术》《装甲防护技术研究》等专著及国内外论文多篇。1992年获国务院特殊津贴,另获全国优秀科技工作者、科学中国人(2011)年度人物、2012年度国防科技工业十大“科技创新之星”、山东省先进工作者、浙江省特级专家等荣誉称号。