Teorie pancéřování

[asija]

Vedou se tu dlouhe diskuze o tancich a bitevnich lodích, ve kterých se často opakují některé úvahy a desingerske principy o effektivite pancerovani. Tedy predevsim - jak dosahnout co nejlepsi ochrany pri co nejnizsi hmotnsti. Prislo mi ze by mohlo byt uzitecne to nejak zorganizovat a soustredit do jednoho vlakna kde se to bude probirat vice rigorozne, ne jen jako z kontextu vytrzeny priklad.

Co bych zde chtel primarne probirat
1) skloňený pancíř - závislost průbojnosti na sklonu; kdy se vyplati ( proč se uplatňuje méně v maderních tancích s kompozitním pancířem, a naopak zase objevuje u ERA)
2) materialy a princiy panceřovani - kovy, keramiky, vysokopevnostní vlákna, ERA (+ NERA a elektricka ERA). Mechanizmi průrazu, a mechanizmy jak průrazu zabránit.
Tloušťokové ekvivalenty různých materiálů proti různým druhům munice.
3) Obecné úvahy o tvarování a dimenzování pancíře, pancéřovaných objektů (lodí, tanků, dělových věží, bunkrů)
4) Eperické vzorce pro hloubku prurazu v zavislosti na parametrech pancire a projektilu, pripadne fyzikální zázemí k jejich přibližnému odvození.

Okrajovější témata
4) Požkození bez probití hlavního pancíře. (HESH, )
5) Teorie poškození komplexních systémů, resp. "tolerance poškození". Tj. jak desingovat stroj tak aby i pri probití pancíře a zasažení některých jeho částí, byl jako celek stále funkční

[asija]

Parazitní objem pancíře

Na prvním místě co mě zrovna napadlo důležité si uvědomit na co se často zapomíná
Že k "opancéřování" určitého prostoru je potřeba větší množství materiálu než odpovídá požadované "tloušce pancíře" a ploše povrchu. viz obrazek:



Tedy je potřeba uvažovat ony rohy (vyšrafované) které při velké tloušce pancíře (relativně k poloměru opancéřovaného prostoru) tvoří čím dál větší procento celokové hmotnsoti pancíře.
Z toho důvodu od určité chvíle přestává být výhodne používat málo kompaktní pancíře ( představný pancíř, komorový pancíř, hliníkový pancíř, keramické a kompozitní pancíře malé hustoty ).
Dále je z toho zdřejmé, že zmenšování opancéřovaného prosotru, při zachování požadavků na odolnost (tedy řekněme stale 1000mm RHA) se od určité chvíle přestává vyplácet. Protože neúnosně roste množství (hmotnosti) potřebného pancíře na jednotku opancéřovaného prostoru.

přibližný vzorec to vystihující
v 2D pripade:
- Hmotnost pancire ~ (L+D)^2 - L^2
- Objem opancerovaneho prostoru ~ L^2
v 3D pripade: Hmotnost pancire
- Hmotnost pancire ~ (L+D)^3 - L^3
- Objem opancerovaneho prostoru ~ L^3
kde
L ... rozmer opancerovaneho prostoru
D ... tlouska pancire

Druha vec je objemová nevyhodnost skloneho pancire
(viz. obr dole)
Jenak je znama vec ze skoneni pancire se dosahne naprosto stejneho prumetu tlousky pancire jako kdyby nebyl sklonen (pri stejne hmotnsti) - vyhody sklonu pancire je treba hledat v rozkladu sil a dalsich efektech, ne v prurezovem zatizeni

Ovsem v pripade ze jsme limitovani vnejsimi rozmery pancerovaneho objektu (napr. tanku), je pri sklonenem panceroveni bude vnitrni objem mensi. Pri maximalnim moznem sklonu je vnitrni prostor trojuhelnik (resp oktaedr - v 3D symetricky) jehoz objem je pouze 1/2 objemu ctverce (krychle) o stejnych rozmerech

[komisař]

Doplňuji k parazitnímu pancéřování.

---Hmotnost lze snížit o jednu třetinu následovným postupem : Vzhledem k tomu, že síla pancíře v rohové části je 80 cm ( uvažuji o 50 cm u základního, tak můžeme "uříznout" trojúhelník o délce odvěsen 30 cm a tím rohové části budou mít stejnou odolnost jako ostatní části.

---Ještě účinnějším způsobem úspory je vložení "klínu" o délce odvěsen 20 cm do vnitřní části rohů a můžeme odstranit vnější polovinu rohové části, tj. polovinu parazitní hmotnosti. Dojde sice k mírnému zmenšení vnitřního prostoru ( 4 x 200 cm2, doplňte délkové údaje a máte výsledek ), ale velké úspory hmotnosti.

Pokud je to nesrozumitelné, pokusím se to narýsovat.

Použití titanu pro pancéřování :

http://translate.google.cz/translate?hl ... -9705.html

http://translate.google.cz/translate?hl ... hapter.pdf

[asija]

Skloněný pancíř

Obecně se považuje skloněný pancíř za inteligentnější řešení než kolmý.
Většinou se argumentuje "effektivní tloušťkou" tedy drahou kterou musí pomyslný projektil urazit letí li horizontálně. Z toho se odvozuje "cosinové pravidlo"
http://www.panzerworld.net/relativearmour
http://en.wikipedia.org/wiki/Sloped_armour

Problem je že z tohoto argumentu neplyne žádná zjevná úspora hmotnosti! Da danou plochu čelního průmětu pancíře je při stejné effektivní tloušce potřeba stejný objem (hmotnost) pancíře. To je hezky ukazano zde
http://en.wikipedia.org/wiki/File:Slope ... ration.PNG
http://en.wikipedia.org/wiki/File:Slope ... ram_v8.png

Klouzání a odražení
Tedy výhoda skloněného pancíře musí být dána něčím jiným.
1) Na základě jednoduché fyzikální úvahy jsem si odvodil jakou enegie projektil předá pncíři pokud po něm zklouzne.
http://en.wikipedia.org/wiki/File:Slope ... -slide.png
Podobně se dá argumentovat silou kterou projektil na pncíř efektivně působí (průmět do normály).
F ~ sin(a).
Pokud je tato síla menší než pevnost pancíře, bude po ní projektil kolouzat nebo se odrazí.

Tato úvaha je ovšem aplikovatelná pouze v případě tanků z dob wwII, kde byly tlaky dopadajícícho projektilu dostatečně malé (díky velkému průřezu a tupé špici). V současné době u APDFS munice se s tímto effektem nedá počítat, protože projektil v pancíři (při jakémkoli sklonu) vyhloubí dutinu ("zakousne" se) a v této dutině už pancíř není skloněný, a projektil už nemá tendenci po něm klouzat.

Přesto i v tomto případě normálová síla po jistou dobu působí asymetricky vůči dráze letu a tím projektil vychyluje. Naklání tedy jeho špici, a udává mu rychlost ve směru kolmém na pancíř. V důsledku toho pak projektil prochází pancířem delší drahou než odpovídá horizontálnímu průmětu (effektivní troušce). Teto efekt vychýlení je ale u moderní munice opět velmi malý, protože se odhrává pouze při jejím průniku tenkou nejsverchnější vrstvou pancíře. Poté je už projektil dobře "zakousnutý" do pnacíře a ten kolem něj obtéká relativně symetricky.


Z tohoto hlediska je smysluplné, aby povrchová vrstva pancíře byla z co nejtvrdšího (ne však křehkého) materiálu.

moderních tanků a munice se tedy klouzání a odražení nedá dosahnout je tedy zbytečné se o ni snažit. Proto u moderních tanků přestává skloněný pancíř přinášet výhody proti APDFS a HEAT

Odolnost proti HESH
U HESH se da uvazovat ze bude mit problem se "rozplacnout " na skonenenm panciri do optimalniho tvaru. Proto jeji ucinost asi vyrazne klesne. Ovsem opet - pouziti HESH proti kompozitnimu panciri nema smysl, takze tato uvaha je v modernim boji bezpredmetna


Aktivní pancíř
Aktivní pancír pro svou funci principielne potrebuje vysoký sklon.
http://en.wikipedia.org/wiki/File:Image ... _Armor.png
Teoreticky je mozne zkounstruovat sice pancire na principu smerove naloze (kumulativniho paprsku ) ala "Nož". Tyto panciře nevrhaji desku kovuskloněnou rovnoběžně s panciřem, a tedy pro ně není sklon tak zásadní
http://en.wikipedia.org/wiki/File:IDET2 ... etail2.jpg

Zavěr
- Samotná "effektivní tloušťka" nepřináší hmotnostní úsporu.
- V desingu moderních tanků nepřínáší skloněný pancíř žádné výhody z hlediska pasivní orchrany
- V případě použití reaktivího pancéřování je však sklon pancíře ještě zásadnější než dříve
- Skloněný pancíř stále představuje výhodu u lehčích vozidel při ochraně před lehčími zbraněmi (např. těžké kulomety a rychlopalné kanony) a to díky efektu sklouznutí/vychýlení projektilu.

[asija]

komisař > ano, ty uspory co navrhujes - v tom mas pravdu. Timto postupem by jsi mohl pokracovat a nakonec by jsi dostal nejefektivnejsi tvar (zhlediska pomeru povrchu/objemu) - kouli (resp. kruh ve 2D)
.... ctverce jsem kreslil jen pro nazornost
ovsem pro kouli(kruh) plati stejne vzorce. Princip je stejny.

Tvar opacerovaneho prostoru je potom spise otazka toho co do neja chceme umistit a jake ohrozeni ocekavama z ruznych smeru (napr. tanky jsou obvykle protahle dozadu, protoze ocekavaji nejvetsi ohrozeni zepredu a tam je i nejsilnejsi pancíř). Tyhle svoje uvahy o objemu/povrchu jsem chtěl tak nějak abstrahovat od konkretniho tvaru, takze jsem pouzil ctverec kde to je nejnazornejsi.

[Dzin]

asija: ad sklon/sklouznutí nemáš pravdu v případě HEAT. Zde dochází ke sklouznutí díky tomu, že sklon pancíře má negativní vliv na iniciaci výbušné slože. Samozřejmě, neděje se tak vždy, ale s dopadem střely s větším sklonem roste pravděpodobnost, že se neaktivuje a tím že sklouzne.

Co se týká podkaliberní, ona také může sklouznout, pokud dopadový úhel bude 20 stupňů a méně (pokud budepod 10 odrazí se i od vody). PRavděpodobnost, že se tak stane si můžeme určit sami.

[Alchymista]

Pri "veľmi šikmých" dopadoch APFSDS sa strela počas prenikania rozpadá "po dĺžke" a pancierom preniká len asi polovica hmoty strely, a to aj bez uvažovania rozpadu strely zlomením. Strela je totiž pri veľmi šikmom dopade namáhaná asymetricky vzhľadom k priemeru.

U striel HEAT sa dá kritický uhol dopadu odhadnúť z dĺžky distancieru a priemeru prednej časti strely.

[kenavf]

Jenak je znama vec ze skoneni pancire se dosahne naprosto stejneho prumetu tlousky pancire jako kdyby nebyl sklonen (pri stejne hmotnsti) - vyhody sklonu pancire je treba hledat v rozkladu sil a dalsich efektech, ne v prurezovem zatizeni

Ovsem v pripade ze jsme limitovani vnejsimi rozmery pancerovaneho objektu (napr. tanku), je pri sklonenem panceroveni bude vnitrni objem mensi. Pri maximalnim moznem sklonu je vnitrni prostor trojuhelnik (resp oktaedr - v 3D symetricky) jehoz objem je pouze 1/2 objemu ctverce (krychle) o stejnych rozmerech

Nieje mi jasné jedno a to že s tým priemetom hrúbky panciera, to síce vyzerá logicky, ale v prípade toho neskloneného panciera je vlastne krytý síce väčší priestor, ale len z jedného smeru(asi zpredu odkiaľ je očakávaný útok), ale musíme pripočítať aj pancier pre ochranu toho priestoru aj zvrchu(aj keď asi tenší) a to podstatne zvýši hmotnosť panciera,zatiaľ čo ten šikmý pancier kryje priestor aj z hlavného smeru(zpredu) a aj zvrchu.

Ešte mám otázku.Neviete niekto pod akým úhlom klesá strela vystrelená z tanku na tank na vzdialenosť 1km a 2km(obidva tanky sú v jednej rovine) a to v okamihu zásahu?

[Alchymista]

Presný uhol ti nepoviem, ale bude to pod 5°...
Pri úvahách vychádzaj z rýchlosti strely a doby letu, prípadne z metnej diaľky.

[asija]

Tady jsem udelal programek na kresleni pancerovani ktery interaktivne pocita uhel dopadu, effektivni tloustu pri dpoadu projektilu z zvoleneho uhlu, a taky objem pancire vzhledem k objemu opancerovaneho prostoru.
( zajimaly by me reakce ...... aby to fungovalo potrebuje to asi posledni verzi JAVA
reknete pokud to nekdo skousel a ma nejaky problem to spustit nebo pouzivat
- pozor - funguje jenom leva pulka
)

http://www.openprocessing.org/visuals/?visualID=52195

ad HEAT - OK, o oniciaci jsem neuvazoval, uvazoval jsem jen o mechanizmu pruniku paprsku.

ad APFSDS - zajimave poznatky, diky. Teda bylo mi jasne ze i APFSDS
se od jisteho uhlu zacne od pancire vychylovat. Ale nevedel jsem kolik °. Rikate ze 20° ... OK. No v kazdem pripade - jen velmi malo modernich tanku (snad jenom Merkava) ma pancire tak zkosene aby se stimto effektem dalo pocitat.

kenavf - Ano, mas pravdu skoseny pancir chrani prostor i ze zhora/zboku a tim setri hmotnost bocniho pancire. Pak je otazka co je hmotnostne vyhodnejsi (v pomeru k opancerovanemu objemu). Jenze to uz je slozitejsi, protoze musis stanovit pozadavky na odolnost z ruznych uhlu aby si to mohl zodpovedet.

[Dzin]

asija: 20 stupňů není úhel, při kterém se začne vychylovat. Je to úhel, který se udává jako maximální, při kterém se dopadající těleso odrazí od pevné překážky (plus mínus). Vychylovat se začne střela prakticky vždy, ale záleží s jakým efektem (od nulového, až po sklouznutí). Není to také úhel zkosení pancíře, ale úhel dopadu. Pancíř může mít zkosené jiné, záleží, jak na něj střela dopadne. Naví je tam i efekt zničení střely jak píše alchymista. Jinak, když se podíváš, tak zkosení pancířů koreb tanků je značné. Samozřejmě, celkově se více bere zefektivnění zloušťky pancíře resp. jeho horší pronikání střelou.

[komisař]

Úhel dopadu můžeš přibližně určit podle následujího grafu :

[asija]

Tady jsem trochu vylepsil svuj program na pocitani projekce effektivni tlousky pancire v zavislosti na uhlu

http://www.youtube.com/watch?v=5XSouLda ... re=channel