Как в башне Т-64 появились ультрафарфоровые шары


Т-64А. Источник: wikipedia.org

ВНИИ-100 рулит
Понимание, что традиционная гомогенная броня уже не может обеспечить защиту танка от современных противотанковых средств, пришло инженерам ещё в начале 50-х. Точнее, 100 % стальная броня теоретически может защитить от кумулятивной струи, но толщина будет запредельной. Например, для защиты от 85-мм кумулятивного невращающегося снаряда со стальной воронкой в пределах курсовых углов дополнительно требовалось 3,7 тонны брони. Расчёты справедливы для экспериментального «объекта 430», считающегося одним из предшественников Т-64. Серийный на конец 50-х годов Т-55 требовал для защиты от аналогичных боеприпасов уже более 7 тонн дополнительной брони. Никто повторять ошибки немецкого танкопрома начала 40-х годов не собирался, и конструкторы ВНИИ-100 принялись искать альтернативное решение.

Небольшая справка. ВНИИ-100 или Всероссийский научно-исследовательский институт транспортного машиностроения (ВНИИтрансмаш) – это секретное научно-производственное предприятие, профилизирующееся на танкостроении. Можно с уверенностью говорить, что именно ленинградский ВНИИ-100 задавал магистральные направления развития отечественным танкам. Харьковское, нижнетагильское и омское КБ были в этом случае в статусе подчинённых. Интересно, что нередко институту поручали совершенно несвойственные профилю задачи – например, разработку конструкции первого в мире планетохода «Луноход – 1». Инженер-конструктор ВНИИтрансмаша Александр Кемурджиан в начале 60-х годов занимался, прямо скажем, не самой перспективной темой танков на воздушной подушке. Порученная ему разработка лунохода не только прославила инженера на весь мир, но и на долгие годы определила развитие конструкции планетоходов.

Но вернёмся к танкостроению, основному профилю деятельности ВНИИ-100. В начале 60-х годов прошлого столетия все силы отечественного «транспортного машиностроения» (так наивно шифровали всё, связанное с танкопромом) были брошены на разработку революционного танка Т-64 или «объекта 432». В одном из многочисленных заключений по научно-исследовательским работам института, рассекреченным не так давно, присутствуют уникальные хроники рождения советской комбинированной брони. Один из таких относится к теме НВ12-208-63 и посвящён

«разработке рекомендации по расчёту, проектированию и изготовлению облегчённых экранных систем защиты серийных танков и объекта 432 и использованию доработанных систем комбинированной защиты с ультрафарфоровым наполнителем для объекта 432.»
Срок окончания работ по теме – четвёртый квартал 1963 года. Отчёт хорошо иллюстрирует пути повышения снарядной стойкости литой башни перспективного танка. Если не брать в расчёт экраны, которыми закрыли боковые проекции танка, то вариантов было немного – либо утолщать броню за счёт лёгких сплавов, либо внедрять нетрадиционные наполнители. Перспективным выглядел алюминий, позволяющий нарастить толщину брони на 33 % без прироста массы. Ещё лучше смотрелся титан в составе сэндвича «сталь + титан + сталь», что позволяло экономить до 40 % массы при неизменной толщине бронепреграды. К слову, алюминий не использовали при бронировании корпуса Т-64, для этой цели применяли стеклопластиковые листы толщиной 105 мм, зажатые с двух сторон катаной броней.
Применять стеклопластиковый наполнитель в литой башне, по понятным причинам, было невозможно – он просто сгорел бы при заливке жидкого сплава. Поэтому броня башен первых серийных танков представляла собой слоёный пирог из брони, алюминия и снова брони. Алюминиевый сплав по технологии заливали уже в готовую стальную рубашку башни.


Первоначальная опытная работа в ВНИИ-100 строилась вокруг обстрела 115-мм кумулятивными снарядами из пушки «Молот» по комбинированной броне. В отчёте сухим казённым стилем описано следующее:

«Многочисленным отстрелом комбинированной брони алюминием 115 мм кумулятивным снарядом установлено, что при угле встречи 35 градусов и выше преграда, состоящая из 50 мм литой брони, 320 мм алюминиевого сплава А-00 и 180-мм литой брони средней твердости, не пробивается. Выигрыш по весу такой комбинированной брони по сравнению со стальной броней средней твердости составляет – 35 %, а защищающая толщина всего лишь на 6-7 % превышает защищающую толщину равностойкой стальной брони в 520 мм.»
К слову, 115-мм танковая пушка была на тот момент самым мощным орудием в своём классе в мире.

Ультрафарфор в массы
На 1963 год отечественная промышленность уже умела отливать башни с комбинированной броней. К примеру, для первых «объектов 432» техпроекты планировали алюминиевый заполнитель ещё в 1961 году. Отливкой занимался Мариупольский металлургический завод, там же экспериментальные башни обстреливали из 85-мм и 100-мм орудий. Именно поэтому первые Т-64 оборудовали башнями с алюминиевой прослойкой. Недостатком такой конструкции было небольшое выпучивание слоя алюминия в верхней части при ударе бронебойного снаряда в среднюю и верхнюю части башни. Ничего удивительного в этом не было – алюминий гораздо пластичнее литой брони, и удар снаряда выдавливает наполнитель через любые щели, словно зубную пасту из тюбика. Инженеры ВНИИ-100 рекомендовали предусмотреть в конструкции стальную перемычку между козырьком и основой башни, а также применять более прочный алюминиевый сплав.

С ультрафарфором, точнее с корундом, в броне башни существовали проблемы. Как отмечает Всеволод Васильевич Иерусалимский, заместитель директора по научной работе московского филиала ВНИИ-100, внедрение корундовых шаров в толщу литой брони башни сопровождалось большими дефектами. Прежде всего, чтобы разместить шары в отливке, необходимо было по стенкам формы монтировать спиральные пружины, удерживающие шары в нужном положении. Иерусалимский пишет:

«Такой метод нельзя считать надежным, так как в процессе заливки и затвердевания жидкого металла неизбежны оплавления и деформация пружин из проволоки диаметром 5 мм из стали марки СТ-3, которые могут приводить к перемещению шаров в полости формы.»
Негативно сказывалось на живучести башни наличие металлической арматуры в толще брони, которая снижала монолитность конструктива. В 1963 году отливка брони с ультрафарфоровыми шарами представляла собой нетривиальную задачу. Непонятно было, как вообще заливать жидкий металл в готовую рубашку. Например, если лить металл в башню, установленную вверх крышей, то неизбежно будет много литейных пороков (усадочных раковин, рыхлоты и т. д.) как раз из-за наличия большого количества шаров и крепящей арматуры. Вероятным решением этой проблемы могла стать сифонная заливка стали, то есть когда жидкий металл поднимается снизу вверх по форме, но это резко увеличивало стоимость и трудозатраты на изготовление башен. Наиболее оптимальными по расчётам казались корундовые шары диаметром 88 мм c учетом слоя стекла толщиной 5 мм и 10 мм огнеупорного шамота. Был ещё вариант с 40-мм шарами, но жидкая сталь не могла полностью заполнить промежутки между такими небольшими объектами.


Корундовый шар. Источник: btvt.narod.ru
Зачем вообще следовало городить непростую технологию с ультрафарфоровыми шарами? Всё дело в уникальных свойствах корунда или, по другому, оксида алюминия. Этот материал, как любая другая керамика, сочетает малую плотность с чрезвычайно высокой прочностью. Только вот при достижении критических нагрузок корунд деформируется практически без перехода в пластическое состояние, то есть элементарно крошится. Когда корундовые шары в форме заливают жидкой броней, охлаждающаяся оболочка обжимает элементы с усилием в несколько тонн на квадратный сантиметр. В отчёте по этому поводу комментируют:

«Заключение хрупкого материала в вязкую прочную оболочку способствует увеличению сопротивления как неметаллических, так и высокотвердых сталей, вследствие того, что оболочка воспринимает на себя часть нагрузки при внедрении кумулятивной струи или снаряда.»
Последовательность событий при попадании кумулятивного боеприпаса в броню с корундовыми шарами следующая — ударная волна разрушает ультрафарфор, затем следует снижение давления и раскрошившиеся обломки преграждают путь струе металла. Окончательно остановить размывание брони кумулятивным боеприпасом получается далеко не всегда, но самая опасная головная часть струи разрушается об ультрафарфор. Но к началу 60-х годов это были не более чем теоретически расчеты.
Всеволод Иерусалимский, очевидно, был одним из противников фарфора в броне, и парировал:

«В методике данного расчета не учтены два важных элемента – наличие на поверхности шара малопрочного пористого покрытия из молотого шамота и жидкого стекла толщиной 4-5 мм и несплошность металлической оболочки – скелета, в результате чего действительные усилия обжатия могут быть в несколько десятков раз меньше, чем те, которые описаны в теоретических расчетах.»
Кроме этого, в башню с алюминиевым наполнителем заливается 840 кг цветного металла, а ультрафарфоровых шариков засыпается на сто килограмм меньше. Корунд тяжелее алюминия – 3,0 г/куб. см против 2,65 г/куб. см. Таким образом, при толщине башни с алюминием 600-560 мм по ходу струи и башни с ультрафарфором 550-570 мм последняя на 400 кг тяжелее.

Тем не менее, к концу 1963 года были проведены натурные испытания башни с ультрафарфоровыми наполнителями сферической формы. Обстрел показал, что живучесть от 100-мм и 115-мм снарядов примерно соответствует такой же башне, но изготовленной из монолитной брони. И самое важное, ультрафарфор обеспечивал большую живучесть в сравнении с алюминиевым наполнителем. Впрочем, ждать появления ультрафарфора в танковой броне пришлось более десяти лет – первые Т-64А со корундовыми наполнителями литой брони башен появились только в 1973 году. Источник