装甲

坦克和装甲车辆的防护设计

装甲(英语:Armor )是坦克和装甲车辆的防护设计。 装甲钢为坦克装甲车辆的主干防护结构材料,广泛用于制造坦克装甲车辆车体和 炮塔 以及披挂装甲。

20世纪中期的装甲防护材料大多采用均质金属材料,主要是钢和少量的非热处理型合金。随着金属材料的研究与发展,新型高性能钢、铝合金、 钛合金 、镁合金以及金属基复合材料在装甲车上获得越来越多的应用。 20世纪60年代,陶瓷材料成为主要装甲防护材料之一。随着防护技术的发展,装甲防护材料由均质装甲发展到复合装甲,综合抗弹性能取得了较大进步。 20世纪80年代, 加利福尼亚州 马克思韦尔试验室开始研究电磁装甲。 1991年,法国圣·路易研究院研制成一种新型电磁 反应装甲 ,可用于防 破甲弹 、 穿甲弹 及其它弹种,其主要构件包括可导电的面板,背板和 电容器 。 随着装甲钢优化成分设计、 冶炼 工艺和热处理工艺的不断发展,高性能装甲钢不断涌现,而且新型装甲钢及其结构也在不断发展。

装甲的主要材料有钢装甲材料、铝合金装甲材料、 钛合金 装甲材料等, 主要类型有均质装甲、间隙装甲、屏蔽装甲、复合装甲等。 在军用装甲上应用较为广泛的防护材料,主要有金属材料、陶瓷材料、 复合材料 等,功能结构设计上有蜂窝结构、金属封装结构等特殊结构。 随着现代社会科学技术水平迅猛发展,以及 战斗部 高效毁伤能力的不断提高,新型材料技术也不断融入到装甲防护技术的发展应用中,不断提高装甲车辆的战场生存能力成为各国研究的热点。

发展历史

20世纪50年代,美国和 英国 都研制出了合金钢装甲。 20世纪70年代以前,各主要军事强国的第一、二代坦克的主装甲标准配置还是简单的 合金钢 ,最多加一层内衬。之后,因反坦克 导弹 不断发展,各军事强国开始着重研发新式装甲,来对付越来越厉害的 破甲弹 和 穿甲弹 。

20世纪80年代, 加利福尼亚州 马克思韦尔试验室开始研究电磁装甲,其概念来自于电和磁能量转换,利用 电磁感应 和定时装置等手段,及时探测出来袭弹丸的速度、方向和距离并输入微机处理系统,当弹丸飞至坦克装甲前方一定距离时,装甲会主动释放电能并立即转变成磁能形成一道磁屏障将弹丸摧毁。

1991年,法国圣·路易研究院研制成一种新型电磁 反应装甲 ,可用于防 破甲弹 、 穿甲弹 及其它弹种,这种新型电磁反应装甲的主要构件包括可导电的面板,背板和 电容器 。面板和背板在相对于炮弹飞行方向上放置,在两板之间有一定的间隔,电容器与两块导电板联在一起,当动能弹的 穿甲弹 芯或 破甲弹 的金属射流侵入面板和背板时,则会被电磁装甲产生的电磁力折断或粉碎,使弹芯或射流的大部分能量被吸收。

装甲类型

装甲的种类很多,主要分为均质装甲、间隙装甲、屏蔽装甲、复合装甲、反应装甲、 贫油 装甲、模块装甲等,其发展方向为智能装甲、电磁装甲、灵巧装甲、滑块装甲、主动反应装甲等。

装甲材料

钢装甲材料

钢装甲材料有均质装甲钢、高硬度装甲钢、双硬度装甲钢等。从 第二次世界大战 开始,均质装甲钢是被广泛采用的装甲材料,它是通过轧制相应化学成分的钢锭使其成形,并将钢板加热至820~860℃淬火硬化,再经过400~650℃回火处理制成,使其具有均匀微结构并达到合适的韧度和刚性。

铝合金装甲材料

铝合金装甲的使用范围涵盖 装甲输送车 、 步兵战车 、轻型坦克和 中型坦克 。在同等防护水平下,与钢装甲相比,铝合金装甲可减重20%左右,采用铝合金装甲可以使整车重量大大降低。

钛合金装甲材料

钛合金是性能优异的装甲防护材料,韧度比铝合金好,其密度是装甲钢的60%,但强度与装甲钢相当,钛合金装甲的防护性能比同等重量的均质钢装甲优越30%~40%,由于其成本高于同等防护性能钢装甲约10~20倍,因此钛合金在坦克装甲车上没有得到广泛应用。钛合金主要用于舱盖部件、附加顶装甲、 炮塔 座圈、车长舱盖、 发动机 顶盖等。 部分钛合金装甲材料(如表层多孔Ti6Al4V/TiC梯度材料)的强化机制包括细晶强化、位错强化和弥散强化;表层多孔钛层在压缩过程中可持续坍塌变形,具有显著的吸能特性;其防护效果的提升通过高吸能表层多孔钛的削弱冲击作用、高硬度迎弹面的抗穿透作用及高强高韧背弹面的抗冲击作用协同实现。

陶瓷装甲材料

陶瓷材料硬度和抗压强度高,能防护高速 穿甲弹 的侵蚀,其密度小,约为均质装甲钢的25%~50%,有利于减轻装甲质量。陶瓷材料耐热性好,有利于抵御高温射流的侵蚀。陶瓷材料也存在塑性差、断裂强度低、成型尺寸小等缺点,因此不能作为均质装甲单独使用,通常与金属材料、树脂基复合材料等构成复合装甲。

树脂基复合装甲材料

树脂基复合装甲材料由叠层基质粘合加强纤维组成,由基质提供连续 相位 将荷载传递给更坚硬的纤维,采用的纤维有E玻璃纤维、S玻璃纤维和芳纶纤维等。树脂基复合装甲材料主要利用纤维的拉长塑性变形和断裂来吸收侵彻弹丸能量,从而实现抗弹功能,其具有良好的防腐、绝热、隔音和隐身性能。

参考资料

  1. 国外装甲钢及其标准发展现状 兵器装备工程学报 2024-11-14
  2. 军用装甲防护技术发展及应用 包装工程杂志 2024-11-14
  3. 表层多孔Ti6Al4V/TiC梯度材料的构筑、组织和性能 ams.org.cn 2026-08-07