La armadura inclinada es una armadura que no está ni en posición vertical ni horizontal . Este blindaje "en ángulo" se monta a menudo en tanques y otros vehículos de combate blindados (AFV), así como en buques de guerra como acorazados y cruceros . Inclinar una placa de blindaje dificulta la penetración de armas antitanques, como proyectiles perforadores de blindaje ( penetradores de energía cinética ) y cohetes, si toman un camino más o menos horizontal hacia su objetivo, como suele ser el caso. La mejor protección se debe a tres efectos principales.
En primer lugar, un proyectil que golpea una placa en un ángulo distinto de 90 ° tiene que moverse a través de un grosor de armadura mayor, en comparación con golpear la misma placa en ángulo recto. En el último caso, sólo se debe perforar el espesor de la placa (la normal a la superficie de la armadura); el aumento de la pendiente de la armadura mejora, para un espesor de placa dado, el nivel de protección de la armadura en el punto de impacto al aumentar el espesor medido en el plano horizontal , el ángulo de ataque del proyectil. La protección de un área, en lugar de un solo punto, está indicada por el espesor horizontal promedio, que es idéntico a la densidad del área (en este caso relativa a la horizontal): la masa de blindaje relativa utilizada para proteger esa área.
Si el espesor horizontal aumenta aumentando la pendiente mientras se mantiene constante el espesor de la placa, se necesita una placa de blindaje más larga y, por lo tanto, más pesada para proteger un área determinada. Esta mejora de la protección es simplemente equivalente al aumento de la densidad del área y, por tanto, de la masa, y no puede ofrecer ningún beneficio de peso. Por lo tanto, en el diseño de vehículos blindados, los otros dos efectos principales de la inclinación han sido el motivo para aplicar una armadura inclinada.
Uno de ellos es una envoltura más eficiente de un cierto volumen de vehículo por blindaje. En general, las formas más redondeadas tienen una superficie menor en relación con su volumen. Como en un vehículo blindado, esa superficie tiene que estar cubierta por una armadura pesada, una forma más eficiente puede conducir a una reducción de peso sustancial o una armadura más gruesa para el mismo peso. Inclinar la armadura puede conducir a una mejor aproximación de una forma redondeada ideal.
El efecto final es el de la desviación, deformación y rebote de un proyectil. Cuando golpea una placa en un ángulo pronunciado, su camino puede ser curvo, lo que hace que se mueva a través de más armadura, o podría rebotar por completo. También se puede doblar, reduciendo su penetración. Las ojivas de carga con forma pueden no penetrar e incluso detonar cuando golpean la armadura en un ángulo muy oblicuo . Sin embargo, estos efectos dependen en gran medida de los materiales de armadura precisos que se utilicen y de las cualidades del proyectil que lo golpea: la inclinación incluso podría conducir a una mejor penetración.
Los ángulos más agudos generalmente se ven en la placa frontal del glacis , tanto porque es el lado del casco con mayor probabilidad de ser golpeado como porque hay más espacio para inclinarse en la dirección longitudinal de un vehículo.
El principio de la armadura inclinada.
La causa del aumento de la protección de un cierto punto con un espesor normal dado es el aumento del espesor de la línea de visión ( LOS ) de la armadura, que es el espesor a lo largo del plano horizontal, a lo largo de una línea que describe la dirección general del proyectil que se aproxima. viaje. Para un grosor dado de placa de blindaje, un proyectil debe viajar a través de un grosor de blindaje mayor para penetrar en el vehículo cuando está inclinado.
Sin embargo, el mero hecho de que el espesor de LOS aumente al inclinar la placa no es el motivo para aplicar blindaje inclinado en el diseño de vehículos blindados. La razón de esto es que este aumento no ofrece ningún beneficio de peso. Para mantener una masa dada de un vehículo, la densidad de área debería permanecer igual y esto implica que el espesor LOS también debería permanecer constante mientras aumenta la pendiente, lo que nuevamente implica que el espesor normal disminuye. En otras palabras: para evitar aumentar el peso del vehículo, las placas tienen que adelgazarse proporcionalmente a medida que aumenta su pendiente, un proceso equivalente al cizallamiento de la masa.
La armadura inclinada proporciona una mayor protección para los vehículos de combate blindados a través de dos mecanismos principales. El más importante se basa en el hecho de que para alcanzar un cierto nivel de protección, un cierto volumen debe estar encerrado por una cierta masa de armadura y que la pendiente puede reducir la relación superficie / volumen y, por lo tanto, permitir una masa relativa menor para un determinado volumen o más protección para un peso dado. Si el ataque fuera igualmente probable desde todas las direcciones, la forma ideal sería una esfera ; debido a que de hecho es de esperar un ataque horizontal, el ideal se convierte en un esferoide achatado . La inclinación de las placas planas o la armadura moldeada curva permite a los diseñadores acercarse a estos ideales. Por razones prácticas, este mecanismo se aplica con mayor frecuencia en la parte delantera del vehículo, donde hay suficiente espacio para inclinarse y gran parte del blindaje está concentrado, asumiendo que lo más probable es un ataque frontal unidireccional. Una cuña simple, como la que se puede ver en el diseño del casco del M1 Abrams , ya es una buena aproximación que se aplica a menudo.
El segundo mecanismo es que es más probable que los disparos que golpean el blindaje inclinado se desvíen, reboten o se rompan al impactar. La tecnología moderna de armas y armaduras ha reducido significativamente este segundo beneficio, que inicialmente fue el motivo principal que la armadura inclinada se incorporó al diseño de vehículos en la Segunda Guerra Mundial.
La regla del coseno
A pesar de que el aumento de la protección hasta un punto, que se proporciona al inclinar una determinada placa de blindaje con un grosor normal dado que provoca un aumento del grosor de la línea de visión ( LOS ), no tiene importancia en el diseño de vehículos blindados, es de gran importancia al determinar el nivel de protección de un vehículo diseñado. El espesor de LOS para un vehículo en posición horizontal se puede calcular mediante una fórmula simple, aplicando la regla del coseno: es igual al espesor normal de la armadura dividido por el coseno de la inclinación de la armadura desde la perpendicularidad al recorrido del proyectil (se supone que es en el plano horizontal) o:
dónde
- : Espesor de la línea de visión
- : Espesor normal
- : Ángulo de la placa de blindaje inclinada desde la vertical
Por ejemplo, una armadura inclinada sesenta grados hacia atrás desde la vertical presenta a un proyectil que viaja horizontalmente un grosor de línea de visión el doble del grosor normal de la armadura, ya que el coseno de 60 ° es ½. Cuando el espesor de armadura o los valores de equivalencia de armadura homogénea laminada (RHAe) para AFV se proporcionan sin la pendiente de la armadura, la cifra proporcionada generalmente toma en cuenta este efecto de la pendiente, mientras que cuando el valor está en el formato de "x unidades en y grados ", no se tienen en cuenta los efectos de la pendiente.
Desviación
La armadura inclinada puede aumentar la protección mediante un mecanismo como la rotura de un penetrador de energía cinética frágil o una desviación de ese penetrador lejos de la superficie normal, aunque la densidad del área permanezca constante. Estos efectos son más fuertes cuando el proyectil tiene un peso absoluto bajo y es corto en relación con su ancho. Los proyectiles perforadores de armaduras de la Segunda Guerra Mundial, ciertamente los de los primeros años, tenían estas cualidades y, por lo tanto, la armadura inclinada era bastante eficiente en ese período. Sin embargo, en los años sesenta se introdujeron los penetradores de varilla larga , proyectiles muy alargados y muy densos en masa. Al golpear placas homogéneas gruesas inclinadas como un penetrador de varilla larga, después de la penetración inicial en el grosor de LOS de la armadura, se inclinará hacia el grosor normal de la armadura y tomará un camino con una longitud entre el LOS de la armadura y los grosores normales. Además, el penetrador deformado tiende a actuar como un proyectil de un diámetro muy grande y esto estira la armadura restante, provocando que falle más fácilmente. Si estos últimos efectos ocurren con fuerza (para los penetradores modernos, este suele ser el caso de una pendiente entre 55 ° y 65 °), se proporcionaría una mejor protección mediante una armadura montada verticalmente con la misma densidad de área. Otro desarrollo que ha disminuido la importancia del principio de blindaje inclinado ha sido la introducción de blindaje cerámico en los años setenta. En cualquier densidad de área dada, la armadura de cerámica también es mejor cuando se monta más verticalmente, ya que mantener la misma densidad de área requiere que la armadura se adelgace ya que está inclinada y la cerámica se fractura antes debido a su espesor normal reducido. [1]
La armadura inclinada también puede hacer que los proyectiles reboten , pero este fenómeno es mucho más complicado y aún no es completamente predecible. La alta densidad de la varilla, la velocidad de impacto y la relación longitud-diámetro son factores que contribuyen a un alto ángulo de rebote crítico (el ángulo en el que se espera que comience el rebote) para un proyectil de varilla larga, [2] pero diferentes fórmulas pueden predecir diferentes ángulos de rebote críticos para la misma situación.
Principios físicos básicos de deflexión
El comportamiento de un proyectil del mundo real, y la placa de blindaje que golpea, depende de muchos efectos y mecanismos, que involucran su estructura material y mecánica continua que son muy difíciles de predecir. Por lo tanto, usar solo unos pocos principios básicos no dará como resultado un modelo que sea una buena descripción de la gama completa de posibles resultados. Sin embargo, en muchas condiciones, la mayoría de estos factores tienen un efecto insignificante, mientras que algunos de ellos dominan la ecuación. Por lo tanto, se puede crear un modelo muy simplificado que proporcione una idea general y comprensión de los principios físicos básicos detrás de estos aspectos del diseño de blindaje inclinado.
Si el proyectil viaja muy rápido y, por lo tanto, está en un estado de hipervelocidad , la resistencia del material de la armadura se vuelve insignificante, ya que por el impacto tanto el proyectil como la armadura se derretirán y se comportarán como fluidos , y solo su densidad de área es un factor importante. En este caso límite, el proyectil después del impacto continúa penetrando hasta que deja de transferir su impulso a la materia objetivo. En este caso ideal, solo son relevantes el momento, la sección transversal del área, la densidad y el espesor de LOS. La situación del chorro de metal penetrante provocado por la explosión de la carga perfilada de munición HEAT , forma una buena aproximación a este ideal. Por lo tanto, si el ángulo no es demasiado extremo y el proyectil es muy denso y rápido, la inclinación tiene poco efecto y no se produce una deflexión importante.
En el otro extremo, cuanto más ligero y lento es un proyectil, más relevante se vuelve la pendiente. Los proyectiles perforadores blindados típicos de la Segunda Guerra Mundial tenían forma de bala y tenían una velocidad mucho más baja que un chorro de carga con forma. Un impacto no resultaría en una fusión completa del proyectil y la armadura. En esta condición, la resistencia del material de la armadura se convierte en un factor relevante. Si el proyectil fuera muy ligero y lento, la fuerza de la armadura podría incluso hacer que el impacto resulte en una deformación elástica , siendo derrotado el proyectil sin dañar el objetivo. Inclinar significará que el proyectil tendrá que alcanzar una mayor velocidad para derrotar la armadura, porque al impactar en una armadura inclinada no toda la energía cinética se transfiere al objetivo, la relación depende del ángulo de inclinación. El proyectil en un proceso de colisión elástica se desvía en un ángulo de 2 (dónde denota el ángulo entre la superficie de la placa de blindaje y la dirección inicial del proyectil), sin embargo, el cambio de dirección podría dividirse virtualmente en una parte de desaceleración , cuando el proyectil se detiene cuando se mueve en una dirección perpendicular a la placa (y se moverá a lo largo de la placa después de haber sido desviado en un ángulo de aproximadamente), y un proceso de aceleración elástica, cuando el proyectil acelera fuera de la placa (la velocidad a lo largo de la placa se considera invariante debido a una fricción insignificante). Por lo tanto, la energía máxima acumulada por la placa se puede calcular a partir de la fase de desaceleración del evento de colisión.
Suponiendo que solo se produce una deformación elástica y que el objetivo es sólido, sin tener en cuenta la fricción , es fácil calcular la proporción de energía absorbida por el objetivo si es impactado por un proyectil, lo que, si también ignoramos los efectos de deflexión más complejos , después del impacto rebota (carcasa elástica) o se desliza a lo largo (carcasa inelástica idealizada) de la placa de blindaje.
En este modelo muy simple, la porción de energía proyectada al objetivo depende del ángulo de pendiente:
dónde
- : Energía transferida al objetivo
- : Energía cinética incidente del proyectil
- : Ángulo de la placa de blindaje inclinada desde la dirección inicial del proyectil
Sin embargo, en la práctica, los proyectiles AP eran lo suficientemente potentes como para que las fuerzas involucradas alcanzaran el límite de deformación plástica y la elasticidad de la placa pudiera acumular solo una pequeña parte de la energía. En ese caso, la placa de blindaje cedería y la deformación gastaría gran parte de la energía y la fuerza. Como tal, esto significa que se puede suponer aproximadamente la mitad de la deflexión (solo en lugar de 2) y el proyectil se introducirá en la placa antes de deslizarse, en lugar de rebotar. La fricción de la superficie de plasticidad también es muy baja en comparación con la energía de deformación plástica y puede despreciarse. Esto implica que la fórmula anterior es principalmente válida también para el caso de deformación plástica, pero debido al calibre ranurado en la placa un ángulo de superficie mayor deberia ser tomado en un cuenta.
Esto no solo implicaría que la energía transferida al objetivo se usaría para dañarlo; también significaría que esta energía sería mayor porque el ángulo efectivoen la fórmula ahora es más alto que el ángulo de la pendiente del blindaje. El valor del real apropiado'que debería sustituirse no puede derivarse de este simple principio y solo puede determinarse mediante un modelo o simulación más sofisticado.
Por otro lado, esa misma deformación también provocará, en combinación con la pendiente de la placa de blindaje, un efecto que disminuye la penetración del blindaje. Aunque la deflexión es menor en condiciones de deformación plástica, cambiará no obstante el curso del proyectil ranurado, lo que de nuevo resultará en un aumento del ángulo entre la nueva superficie de blindaje y la dirección inicial del proyectil. Por lo tanto, el proyectil tiene que trabajar por sí mismo a través de más armadura y, aunque en términos absolutos, el objetivo podría absorber más energía, es más fácil de derrotar, el proceso idealmente termina en un rebote completo.
Aplicación histórica
Uno de los primeros casos documentados del concepto de armadura inclinada se encuentra en el dibujo del vehículo de combate de Leonardo da Vinci . La armadura inclinada se usó en realidad en los acorazados confederados de principios del siglo XIX , como CSS Virginia , y se implementó parcialmente en el primer tanque francés, el Schneider CA1 en la Primera Guerra Mundial, pero los primeros tanques en estar completamente equipados con armadura inclinada fueron los franceses SOMUA. S35 y otros tanques franceses contemporáneos como el Renault R35 , que tenían cascos y torretas completamente fundidos. También se usó con un mayor efecto en el famoso tanque de batalla soviético T-34 por el equipo de diseño de tanques soviéticos de la Fábrica de Locomotoras de Jarkov , dirigido por Mikhail Koshkin . Fue una respuesta tecnológica a los cañones antitanques más efectivos que se pusieron en servicio en este momento.
El T-34 tuvo un profundo impacto en el diseño del tanque alemán de la Segunda Guerra Mundial. Los diseños anteriores o tempranos a la guerra, como el Panzer IV y el Tiger, difieren claramente de los vehículos posteriores a 1941 como, por ejemplo, el Panther , el Tiger II , el Jagdpanzer y el Hetzer , todos con blindaje inclinado. Esto es especialmente evidente porque el blindaje de los tanques alemanes generalmente no estaba fundido, sino que consistía en placas soldadas.
La armadura inclinada se puso de moda después de la Segunda Guerra Mundial , y su expresión más pura es quizás el cacique británico . [ cita requerida ] Sin embargo, los últimos tanques de batalla principales utilizan armadura perforada y compuesta , que intenta deformar y desgastar un penetrador en lugar de desviarlo, ya que desviar un penetrador de varilla larga es difícil. Estos tanques tienen una apariencia más bloqueada. Los ejemplos incluyen Leopard 2 y M1 Abrams . Una excepción es el Merkava israelí .
Referencias
- ↑ Yaziv, D .; Chocron, S .; Anderson, Jr., CE; Grosch, DJ "Penetración oblicua en blancos cerámicos". Actas del XIX Simposio Internacional de Balística IBS 2001, Interlaken, Suiza . págs. 1257-1264.
- ^ Tate, A (1979). "Una simple estimación de la oblicuidad mínima requerida para el rebote de un proyectil de varilla larga de alta velocidad". J. Phys. D: Appl. Phys . 12 (11): 1825–1829. Código Bibliográfico : 1979JPhD ... 12.1825T . doi : 10.1088 / 0022-3727 / 12/11/011 .