Броня

Современные средства поражения давно уже не используют тупое механическое пробитие брони.
Кумулятивные снаряды "прожигают" - т.е. огромным давлением испаряют = переводят вещество брони в жидкое или газообразное состояние, при котором не работают никакие прочностные характеристики.
Так почему же до сих пор броню для танков и др. техники делают из железа?

Если главное с чем надо бороться - это с плавлением и испарением вещества.

Хотя вроде бы с этим явлением борются , повышая у брони температуру плавления - используя вольфрам или еще какие материалы...
но так ли уж важна температура плавления?

Может важнее удельная теплота плавления или испарения?

Давайте посмотрим, какие материалы рекордсмены в этой области:
Удельная теплота плавления (кДж/кг):
Сталь: 84
Вольфрам: 192
Железо: 277
Никель: 303
Лед: 333
Алюминий: 393

Сталь - хуже всего "сопротивляется" плавлению, а лучше всего алюминий!
Температура плавления правда тоже важна - чтоб расплавить что-то надо сначала это что-то нагреть до температуры плавления, но все же если в процессе плавления или испарения происходит сильное поглощение энергии, то этот процесс может быстро заглохнуть.

Но есть еще один рекордсмен "тугоплавкости", его не помещают в таблицы по удельным температурам плавления, потому-что при обычных условиях он сразу испаряется.

Это углерод!

Посмотрим теперь таблицу удельной теплоты испарения(кДж/кг):
Вольфрам: 4482
Железо: 6300
Никель: 6480
Вода: 2256
Алюминий: 10900
Углерод: 50000

Чтоб испарить углерод надо затратить тепла в пять раз больше, чем при испарении алюминия и почти в восемь раз больше, чем при испарении никеля!

Вот из чего надо делать броню танков - алюминий, но лучше всего углепластик.
Причем прочностные характеристики углепластика даже лучше чем у стали, а кумулятивная струя возможно что его вообще не пробьёт, если сделать его толщиной 500 мм - столько же сколько весит стальной лист толщиной в 100мм.

Например, посчитаем, сколько надо затратить энергии на испарение (с температурой плавления/испарения у углерода тоже все в порядке) , сантиметрового канала в полуметровой углеродной броне:
0.5*0.01*0.01*1450*50000000 = 3625000 Дж
Такая энергия выделяется при взрыве где-то 866 г тротила, почти килограмм.
И это только то что будет потрачено на разрушение (испарение) кристаллической решетки углерода в идеальном случае без прочих потерь.

Так тандемный боеприпас - это головная боль динамической защиты.

Не понимаю, что мешает динамической защите сработать дважды.
Я уже написал в теме про "КАЗ для самолетов" - если сделать снаряды с возможностью направленной детонации, то можно пытаться ими сбить ракеты.
То же можно применить для динамической защиты танков - у существующей тот недостаток, что её взрывная волна настроена на определенный угол и расстояние до цели.
Почему бы не "упаковать" динамическую защиту танков в пулеметные снаряды крупного калибра.
При обнаружении опасности - противотанковой ракеты или снаряда - динамическая защита не ждет, пока эта ракета или снаряд подлетят на расстояние где можно подорвать пластину направленного взрыва, а выстреливает им навстречу снаряд направленного взрыва.
Этот снаряд может попытаться сбить ракету на более дальнем расстоянии от танка - получается та же динамическая защита, но у которой гараздо больше попыток сбить ракету и можно сбивать много целей - зависит от скорострельности пулемета.

Чтоб сделать "снаряд направленного взрыва" надо заряд снаряда всего облепить микродетонаторами и тогда правильно подрывая эти детонаторы можно направить взрывную волну в любом направлении.

Андрей_К

Почему бы не "упаковать" динамическую защиту танков в пулеметные снаряды крупного калибра.
При обнаружении опасности - противотанковой ракеты или снаряда - динамическая защита не ждет, пока эта ракета или снаряд подлетят на расстояние где можно подорвать пластину направленного взрыва, а выстреливает им навстречу снаряд направленного взрыва.

Это уже очень похоже на идею КАЗ для истребителя. Только там предполагается прямое попадание пулей в подлетающий снаряд. Надежды на такое попадание вполне обоснованы, так как на последних 50-100 метрах траектории подлета ракета уже летит практически по прямой.
Техническую сложность представляет только беспрецендентное увеличение скорости реакции привода турели и точное определение параметров траектории ракеты (снаряда). Для танка, в отличие от истребителя, перехват в пяти метрах от брони уже будет решением проблемы.

Когда открывал тему "КАЗ для истребителя" то уже понимал, что для наземной бронированной техники такая КАЗ будет более эффективна. Но для танка это может быть уж больно дорого. Плюс перспектива свести на нет преимущества стеллс истребителей в дальнем воздушном бою показалась более заманчивой.

теоретик

Когда открывал тему "КАЗ для истребителя" то уже понимал, что для наземной бронированной техники такая КАЗ будет более эффективна. Но для танка это может быть уж больно дорого. Плюс перспектива свести на нет преимущества стеллс истребителей в дальнем воздушном бою показалась более заманчивой.

Одно другому не мешает.
Одни и те же наработки могут применяться в разных областях - что удешевляет общий результат.
У истребителя есть почти бесполезная пушка - он мог бы ей в дальнем бою отстреливать ракеты, а в ближнем бою стрелять по самолету противника.
При этом, увеличивается вероятность попадания - ведь направленный взрыв он и для самолета опасен.
А дороговизна - это только для мелкосерийного производства - при массовом выпуске все превращается в копейки.

К стати о применении этой же технологии для танка.
Танк может подобными снарядами подавить огневую точку противника.
Т.е. он начинает в автоматическом режиме обстреливать вражеский объект - танк или дот и все что вылетает с этого объекта будет уничтожаться на встречных курсах направленными взрывами пулеметных снарядов.
Если встретились два одинаковых танка с этими технологиями "дальней динамической защиты", то все решит - у кого скорострельней пулемет или запас боеприпасов.

Что касается тугоплавкости и теплоты испарения брони, то для куммулятивного снаряда эти параметры не играют особой роли. Здесь есть некоторая терминологическая путаница:

Кумулятивные снаряды "прожигают" - т.е. огромным давлением испаряют = переводят вещество брони в жидкое или газообразное состояние, при котором не работают никакие прочностные характеристики.

На самом деле, если вы по всем правилам механики упругого твердого тела, сравните предельные прочностные характеристики указанных вами материалов (предел прочности) и давление на кончике куммулятивной струи, то поймете, что струя просто раздвигает в стороны броню, наплевав на её агрегатное состояние. Плавление брони - это уже побочный эффект.

Давление струи можно оценить по её скоросному напору P=ro*V*V/2 где ro это плотность, V это скорость струи. ro=10000 приблизительно, V=3000-6000 тоже примерно. Итого давление P=10^11 десять в одиннадцатой, или 100 гигапаскалей. Такого прдела прочности ни у одного материала нет.

На самом деле, если вы по всем правилам механики упругого твердого тела, сравните предельные прочностные характеристики указанных вами материалов (предел прочности) и давление на кончике куммулятивной струи, то поймете, что струя просто раздвигает в стороны броню наплевав на её агрегатное состояние. Плавление брони - это уже побочный эффект.

Не спорю, но согласитесь - удельная теплота плавления/испарения должна состоять в прямой зависимости от прочности химических связей.
Углерод (судя по алмазу) - это вещество с самыми прочными химическими связями, что подтверждает и его удельная теплота плавления/испарения.
При плавлении и испарении молекулы точно так же "раздвигаются" или отрываются от основной массы.
Так что все это явления одного порядка.
И ,кроме того, при направленном взрыве происходит и плавление и испарение вещества - ведь давления и температуры там огромны.
Поэтому, если у брони будет высокая теплота плавления/испарения то энергия взрыва будет тратиться на это действие.

Например, в одной из популярных передач ("Лаборатория взрывных идей") за основу теории поглощения больших энергий был взят следующий тезис: если на пути взрыва (или другого мощного воздействия) установить препятствие ,на слом структуры которого требуется затратить много энергии, то вся энергия будет поглощена в процессе слома этой структуры.

Этот тезис успешно был продемонстрирован в разных самодельных и профессиональных устройствах.
Например, там испытывалось покрытие для мусорных баков, которое успешно противостояло самодельным взрывным устройствам.
Это покрытие включало в себя порошок с веществом с высокой удельной теплотой испарения.
В эксперименте вся энергия взрыва была потрачена на испарение этого самого вещества - в результате взрыв в мусорном баке превращался в безобидный пшик.
(правда салон самолета им защитить не удалось - тут эффект тем больше чем сильнее взрыв)

Такого прдела прочности ни у одного материала нет.

В том то и доло что прочность тут не нужна.
Слой воды глубиной метр успешно останавливает пулю, выпущенную из СВД.
А какая у воды прочность?

Слой воды глубиной метр успешно останавливает пулю, выпущенную из СВД.
А какая у воды прочность?

В том то и доло что прочность тут не нужна.

Это может быть, но тогда и упирать стоит не на материал и его свойства, а на принцип и структуру защиты. Например, пулю с формой, оптимизированной под подводное перемещение, метром воды не остановишь. Куммулятивная струя имеет оптимальную форму, для раздвигания брони. ДЗ нарушает форму струи, отклоняя её передний край. Над чем-то подобным и стоит думать. Материалы с выдающимися свойствами тут могут помочь, но ими одними дело не решается, нужен ещё и принцип защиты.

Вот видео как раз для размышления:
https://www.youtube.com/watch?v=WqwQQEtp1s4

Принцип защиты определяется наиболее эффективными средствами поражения.
Можно их разделить на два вида:
1) Кинетической энергией (просто болванка разогнанная до больших скоростей)
2) Давлением и температурой.
С кинетической энергией хорошо справляется и обычная броня, а вот с давлением - нет.
Следовательно бороться надо с давлением и температурой.

К стати углепластик и с первым типом поражения прекрасно справиться.

Еще у углепластика может быть самая причудливая форма - плотная и рыхлая с нитями и без и т.д. и т.п.
Например, если в броне будут микропустоты , то испаряющееся вещество превратиться не в "ударное ядро" а в "ударный шар газа" - что не одно и то же.
Газ ,разогнанный до тех же скоростей, не сможет пробить того канала что остаётся после кумулятивного взрыва.
Газ будет стремиться расширяться (по пустотам) и бить по площадям - т.е распределять давление на большую площадь.
Возможно к углепластику надо подмешать нечто более легко испаряемое - например алюминий- который превращаясь в газ будет разрушать струю (еще и забирая энергию на свое испарение).

Мне всё-таки кажется, что зря вы упираете на испарение и плавление. Нужны очень веские причины, чтобы кинетическая энергия куммулятивной струи прешла в тепловую, и была погашена. Именно об этих механизмах вы пока и не говорите.
А как вам такое направление рассуждений?:
Отклонить струю гораздо легче, чем погасить её энергию полностью, это как с рикошетом. Вот здесь-то и может пригодится:

Еще у углепластика может быть самая причудливая форма - плотная и рыхлая с нитями и без и т.д. и т.п.

Что именно я имею в виду:
В переднем слое брони нити и иглы имеющие повышенную прочность относительно материала, в который они вмурованы. Они разделяют струю на множество маленьких струек, разрушая форму переднего края. Дальше уже слой вязкого (чтобы кинетическая энергия переходила в тепловую), тугоплавкого и плохоиспаряемого (чтобы гасить тепловыделение) материала. И прочная капсула с внутренней стороны брони, чтобы остатки первых двух этапов разрушения струи не попали внутрь.

Ну да , но это уже второй этап, после выбора материала.
Не обязательно "нити и иглы" - почему не шарики?
А можно сделать полоски - чередующиеся слои с мягким материалом и низкой температурой плавления постепенно переходящие во все более жесткие и твердые.
Тогда струя будет закручиваться (аэродинамически) , меняя направление распространения.
То же будет происходить и с кинетическими боеприпасами.
(хотя я не уверен)

А может все же нужен материал с внутренней структурой требующей для разрушения затрат энергии - типа стога соломы (которая может и структуру снаряда разрушать).

Не обязательно "нити и иглы" - почему не шарики?

У нитей и игл аэродинамическое качество выше, особенно у игл. Это будет полезно при разрушении преднего фронта струи.
Нити и иглы вмурованы по нормали к поверхности брони.

Тогда струя будет закручиваться (аэродинамически) , меняя направление распространения.

Механизм?

А может все же нужен материал с внутренней структурой требующей для разрушения затрат энергии - типа стога соломы (которая может и структуру снаряда разрушать).

Через солому струя хорошо проходит.
Тут вся сложность в защите от снарядов разных типов, от подкалиберных до куммулятивных.

Механизм?

Ну ... подъёмная сила - с одной стороны давление будет больше, чем с другой, в результате на движущийся объект в такой неоднородной среде должна действовать отклоняющая сила.
Или сила трения справа больше чем слева - объект должен отклониться.

Через солому струя хорошо проходит

Это смотря какая солома.

Вообще в чем тут главный смысл?
Мне кажется главное - это преобразовать поступательную энергию в тепловую.
Т.е. чем больше при деформации материала выделиться тепла, тем лучше.
А при деформации пористых материалов выделяется больше всего тепла.
Ведь даже ваше "разбиение" на мелкие струи почему работает?
А потому-что у нескольких мелких струй площадь поверхности больше, чем у одной большой, а чем больше площадь поверхности - тем больше трение, а чем больше трение - тем больше коэффициент преобразования механической энергии в тепловую.
Но одно трение - это недостаточно, что и демонстрирует нам кумулятивная струя.
Энергия выделяющаяся при трении не может поглотить всю энергию взрыва.
Также не помогает и тепло, выделяющееся при пластической деформации брони - его также недостаточно.

Нужен такой материал/структура брони при деформации которого происходил бы самый сильный нагрев.

Поэтому и солома , если она слишком рыхлая, то она не обеспечивает хорошего давления на площадь, а без давления нет трения и нет нагрева - вот и потеря эффективности.
Поэтому солома должна быть очень плотной , но с пустотами.

Это смотря какая солома.

Согласен: можно представить себе композит по типу высокопрочных тугоплавких волокон, вмурованных в вязкий материал, типа мягкой стали. Такое сочетание может увеличить площадь воздействия, и поможет погасить кинетическую энергию куммулятивной струи.

Т.е. чем больше при деформации материала выделиться тепла, тем лучше.
А при деформации пористых материалов выделяется больше всего тепла.
Ведь даже ваше "разбиение" на мелкие струи почему работает?

При деформации тепло плохо выделяется. Основной механизм перевода кинетической энергии в тепловую - это вязкость и трение.
Деформация же хороша тем, что выравнивает скорости снаряда и стенки (стенка начинает двигаться, а снаряд тормозится), переводя кинетическую энергию в энергию механического разрушения (в образование трещин, например) или/и в потенциальную энергию деформированного упругого тела. А выравнивание скоростей снижает возможности снаряда по расклиниванию брони.

Основной механизм перевода кинетической энергии в тепловую - это вязкость и трение

Ну ... определить вязкость расплавленного углерода это не тривиальная задача.
До сих пор не очень точно известна удельная теплота плавления углерода.
Оказывается она равна примерно:
10000 кДж/кг (изучалось при давлении в 100 кБар). в 30 раз больше чем у никеля!
При расплавлении (и возгонке) углерод поглощает огромную энергию!
При высоких давлениях углерод превращается в алмаз.
В методе получения алмаза взрывом давленние достигает 300 000 атмосфер.
В вашем подсчете 10^11бар это примерно миллион атмосфер.
Т.е. алмазы при взрыве получаться а вот расплав углерода ... врядли
В одной статье я прочитал, что чтоб исследовать свойства расплавленных алмазов их пришлось лазером сжимать до ста миллионов атмосфер а при давлении в 50 миллионов атмосфер на этом расплаве стали кристализоваться алмазы.
Таким образом нашему взрыву надо еще стать сильнее раз в 50 чтоб заработала вязкость и можно было оценить трение.

Короче, углерод при больших давлениях становиться только прочнее.
Как и вода - пули, которые дальше всего проникают вглубь воды имеют наименьшую скорость (самые скоростные меньше всего углубляются).

Следовательно, наша танковая броня должна состоять из углепластика , армированного прочными металлическими сплавами.

Металл выдержит кинетический удар, а углерод поглотит кумулятивную струю.
Думаю, взрыву с трудом удасться расплавить углерод при этом будет поглощена огромная энергия, которая уйдет на создание алмазов.

Следовательно, наша танковая броня должна состоять из углепластика , армированного прочными металлическими сплавами.

Или наоборот: металла, армированного углеродным волокном, типа того, из которого делают самую прочную леску на сегодня.
Мне кажется, что без дополнительных экспериментов, сложно определить, что лучше.

Может слышали про материал типа полиэтилена, где все полимерные молекулы ориентированы вдоль одного направления и имеют макроскопическую длину порядка метров. Трос из этого материала используют в линемётах. Миллиметровой толщины трос держит порядка 200 кг. Мне как-то 40 метров этого троса презентовали, от силы 50 грамм этот кусок весил.

Короче, углерод при больших давлениях становиться только прочнее.

Это только если давление со всех сторон и нет его градиентов. В ситуации расклинивания куммулятивной струей всё может не так просто оказаться.

Я тут ещё интересный факт по теме вспомнил. Погуглите про попигайский кратер и крупнейшее месторождение импактных алмазов с ним связанное. Когда это месторождение обнаружили, то оказалось, что запасов алмазов так много, что рынок их можно просто обвалить. Потом выяснилось, что все они некондиционные (не декоративные) и могут использоваться только как технические. Дело в том что все они вытянуты в виде микроиголок длинной 1-2 сантиметра и толщиной доли миллиметра. По этой причине, в качестве технических алмазов по абразивным свойствам они лучше любых искусственных алмазов.
Запасы их настолько велики что хоть для всего танкового парка их в броне можно использовать. Вот бы испытать броню, где они вмурованы по нормали к поверхности, на предмет разрушения кумулятивной струи.