坦克材料系列VII坦克装甲发展

前两篇文章我们介绍了三种主要的坦克炮弹，穿甲弹，破甲弹及高爆弹。本文介绍炮弹的老对手，坦克装甲。矛与盾自古以来，一直上演着此升彼长的竞争。从一战坦克发明后，炮弹和装甲各自努力的增长自己的本领，又相互间摽着劲以打败对方为阶段目标，没有最终的胜利者，只有暂时的领先之后又会被对方超越，竞争看似纷繁复杂，但却又如此地符合事物发展规律，从量变到质变的螺旋式上升过程。

炮弹口径不断增加带来炮弹初速的量变增加，但次口径穿甲弹和聚能破甲弹的发明带来炮弹质的飞跃。炮弹的发展也推动了装甲的发展，装甲从不断增厚的均质到复合装甲，从被动装甲到主动装甲。另外，装甲的发展还受坦克机动性能的制约，下面详细介绍，装甲由均质增厚到轻质，到复合，由被动再到主要的过程。

坦克是英国人发明，开始时英法的坦克曾有过短暂的辉煌，但之后他们设计的坦克不是轻就是重，反而是受东方影响的苏联更懂得整体思维，创造性开发出T34/64，结合当时的科技水平完美平衡了火力、装甲及机动性，将坦克的功能发挥到极致。下面内容，您也会看这两个伟大型号的装甲是如何巧妙地解决与机动性之间的矛盾。

1.均质装甲时代

2.倾斜装甲

3.轻质装甲

4.复合装甲

5.贫铀装甲

6.栅栏装甲

01

均质装甲时代

我们可以把坦克装甲分为两个时代。-年的均质钢制坦克装甲。之后是复合坦克装甲时代从年开始。在年以前坦克的车体和炮塔上装甲很常见由RHA(轧制均质装甲)钢和CHA(铸造均质装甲)钢制成。大多数都是均质装甲来阻止炮弹穿透而进入坦克的驾驶舱，当然偶尔也会有例外。

一战前后，反坦克武器力量相对薄弱，当时各国军方还是以发展便于作战、较为廉价的轻型坦克为主。装甲厚度大体在10~25mm之间，装甲材料多是民用低碳钢。战争后，反坦克武器开始发展，大口径的反坦克炮、破甲弹等相继出现。低碳钢的硬度和强度不足以抵挡反坦克武器的攻击，专门研制的综合性能更好的坦克合金钢投入使用，钢装甲的全盛时代由此开启，并且在炮弹的敲打下逐渐变得越来越厚。就像我们穿衣服一一冷了就穿的多点，想防护好就用厚点钢板。但随着越来越重的钢板上身，坦克变得笨重不堪。甚至都影响到了坦克的通过性，比如过于笨重的坦克在经过桥梁时，就会发生桥梁不堪重负的风险。

02

倾斜装甲

随着反坦克炮弹打击能力的提升，坦克设计师也不得不不断增加装甲的厚度，但却是以牺牲坦克的机动性能为代价的。由此，一战后以来一直困扰坦克设计师的机动与防护无法取得平衡的问题终于在前苏联天才设计师科什金的手中得到了完美解决。倾斜的装甲使得水平射来的敌方炮弹容易滑向一边发生跳弹；即使命中仍然需要穿过相当于T-34装甲厚度直角三角形的斜边，使得T-34用较少的装甲即可以获得更大的防护。

图1倾斜装甲效果

倾斜装甲，顾名思义，是放置在一个角度，而不是在垂直或水平的平面上；这是在不增加车辆重量的情况下获得更厚装甲的一种方法。如果主战坦克的正面装甲是mm，用水平线测量，当装甲倾斜20度时，装甲厚度会增加到mm；如果把装甲铺成50度角，厚度会增加到mm，而如果装甲倾斜60度，水平厚度则增加到mm，从而增加坦克的正面保护。这就是科什金在不增加装甲重量时，却有效的增加了坦克的防护性能的奇思妙想。

图2倾斜装甲实物

03

轻质装甲

二战后，坦克厚度继续增加，重量不断攀升，以至于作战中过于笨重、不灵活，战场上的灵活性及通过性都大大降低，加之，聚能破甲弹改进后威力大增，这种弹头可以轻松穿透当时机动性所允许的最厚装甲，好像装甲变得无关紧要了，如何减重成为了当时的一大研究热点。更有激进的设计师，干脆放弃装甲防护，而重点放在机动性和火力上的坦克，认为用机动性的提高来降低被打中的概率。如像豹I和MX-30。

而此时铝合金逐渐为人所知。它比钢铁轻，铝的比重为2.7g/cm3，钢7.9g/cm3，也具有一定的机械强度，其中典型的两种合金为铝镁合金和铝锌合金。铝合金刚度较高，可省去一些结构部件，防破弹能力好；但熔点低，高温易软化，防穿弹能力稍差，另外铝颗粒容易燃烧，价格稍贵，工艺性也较差。但现代有一些轻型坦克采用铝装甲，比如M轻型坦克。

钛合金也曾涉足坦克装甲领域，一度被称为“理想的装甲材料”。比重4.5g/cm3，结构强度和钢差不多，韧性优于铝合金，可以说兼具了钢和铝的优势。但是有一点不容忽视：在某些荷载条件下，不导热剪切过程中，钛合金容易失效。弹丸只需消耗极少的能量便能导致剪切失效裂纹形成致命的打击。再者钛合金装甲成本高于同等防护性能的钢装甲的10~20倍，因此钛合金装甲最终也是不了了之，反而这种“贵金属”在天上达到了广泛应用，比如F22的机身和航空发动机。

04

复合装甲

自从年破甲弹诞生以来，坦克被迫不断加厚装甲厚度，特别是滑膛炮和压电引信的发明极大地提高了破甲弹的攻击能力。破甲弹对轧制均质装甲（RHA）的破甲威力约为其弹头直径的6到7倍。一枚毫米的破甲弹，其破甲厚度为到毫米。如果设计师把坦克四周装甲都搞到这一厚度，那么，坦克的战斗全重会大于吨，会成为真正的铁乌龟。

“间隔装甲”，正如它的名字所暗示的那样。第二层装甲被添加到车辆的外部，中间有一个间隙(类似于空腔墙)。其原理是，间隙空间干扰了撞击产生的冲击波，使弹丸偏转，迫使其失去动量。这适用于所有类型的武器，穿甲或聚能装药。第二层装甲甲不一定是钢的，但通常都是钢的。间隔装甲在第二次世界大战结束时首次投入使用，虽然装甲的厚度并没有改变，只是增加了一层空气，却可产生1+12的效果。在存档的电影片段中，可以看到德国车辆增加了额外的装甲板。

图3间隔装甲

20世纪60年代，世界一线主战坦克前主装甲厚度发展到了毫米上下，坦克的重量也接近到一个极限。要维持过桥能力和运载的方便性，主战坦克的重量和装甲就不能再大幅度增加。

这时苏联又一天才设计师，亚历山大.A.莫洛佐夫，改进工程炮塔使之能容纳下mm滑膛炮。此后他又大胆创新将复合装甲和自动装弹机的概念引入了坦克。新改进的坦克改名为工程。这就是大名鼎鼎的T-64型号坦克。

图4T64/80复合装甲

苏联在其T-64主战坦克首先创造性地使用复合装甲。具体来说，就是前装甲共三层，外层为80毫米厚钢质装甲，中间层为毫米厚的玻璃纤维板，内层为20毫米厚的钢质装甲，即钢板中夹带玻璃纤维板。同厚度的玻璃纤维板的抗弹能力不及同等厚度的装甲钢，但同重量的玻璃纤维板其抗弹能力却要超过同重量的装甲钢。这样，通过采用复合装甲，苏联T-64主战坦克在重量只增加4吨的情况下，前主装甲抗穿甲弹能力几乎增加50%，接近毫米均质装甲钢的防护水准；抗破甲弹能力几乎增加90%，达到约毫米均质装甲钢的防护水准。

图5炮塔复合装甲

视频1苏联坦克装甲的发展

同一时期，美国等西方国家也开始研制复合装甲。年6月22日，《泰晤士报》发布了这样一条新闻：英国研制成功乔巴姆装甲。（乔巴姆为英国一小镇，那儿有英国皇家装甲研究院）。乔巴姆的出现，使得“甲-弹斗争”的天平第一次向装甲一方倾斜。乔巴姆装甲是一种多层结构的复合装甲，中间是陶瓷装甲，两边是优质合金钢装甲。破甲弹对付乔巴姆已经显得十分吃力，这也使得主战坦克的主流弹种转变为尾翼稳定脱壳穿甲弹。

据英国军方人士称，“乔巴姆”装甲对付破甲弹的能力，是原来轧制均质钢装甲的3倍。“乔巴姆”装甲是一种有多层结构的复合装甲，然而，它的各层装甲到底有多厚？各层装甲的成分如何？装甲结构和加工工艺上有些什么诀窍？这些信息一直是英国及其他各国的绝对机密。

复合装甲结构是以夹层结构、蜂窝结构、模块或曲面体结构等为主，以均质钢、高强度钢或贫铀装甲钢为面板，中间设置各种形状或曲面的抗弹陶瓷体，抗弹纤维增强的树脂基复合材料等制成厚板装甲，而薄板装甲多数用复合材料与抗弹陶瓷交替铺设制备而成，也有复合材料制成的薄板装甲。

坦克装甲车辆的复合装甲自70年代问世以来，使装甲防护水平发生了质的飞跃，经过20多年的研究和应用技术的发展，现已出现形式多样、种类繁多的复合装甲。表1列出各国代表性主战坦克应用的复合装甲。

表1各国代表性主战坦克应用的复合装甲

国家

坦克型号

装甲结构和所用材料

水平厚度

美国

M1

薄钢板+Kevlar增强尼龙+陶瓷+铝合金+钢板

~

美国

M1A1

贫铀装甲内装有网状复合材料

~

英国

挑战者

勇士

乔巴姆；钢+陶瓷+钢或钢+陶瓷+铝合金

俄罗斯

T-72

均质钢+玻纤增强醛酸+钢板

俄罗斯

T-80

均质钢+抗弹陶瓷+玻纤增强醛酸+钢板

德国

豹II

薄钢板+陶瓷+橡胶板+厚钢板

~

法国

勒克莱尔

均质钢+陶瓷模块+均质钢

以色列

梅卡瓦

间隙装甲：钢+陶瓷+橡胶

日本

88式

装甲钢+陶瓷+橡胶+装甲钢；

钛合金+76层芳纶/尼龙+陶瓷

复合装甲的奥秘，既在于陶瓷装甲特殊的抗弹性，也在于陶瓷装甲和钢装甲的巧妙组合。复合装甲的高抗弹性，有两方面的原因。一方面，用作装甲夹层的陶瓷材料，如氧化铝、氧化锆等，不仅硬度高、耐高温、抗热冲击性好，更重要的是它在高温冲击下的强度（科学上叫雨果纽强度）要比钢铁高出10多倍，可以有效抵御破甲弹金属射流的冲击。对于雨果纽强度，一般的读者朋友可能不太熟悉，这里再略费些笔墨。雨果纽强度，是材料在高速冲击下的强度。在高速冲击下，固体材料变成流变态体，塑性大大增加，就像高压水龙头冲烂泥巴一样。陶瓷材料的结晶结构相当复杂，其雨果纽强度值非常高，达到60～千帕，而钢的雨果纽强度仅为5～30千帕，两者相差10多倍。这是陶瓷材料耐破甲弹射流冲击的最根本的道理。另一方面，陶瓷材料易于产生裂纹，但裂纹的传播速度只有每秒几百米，远远低于破甲弹金属射流每秒米以上的极高速度，裂纹的产生不会影响其强度。相反，由于内外两层钢板的约束，以及中间粘结剂的固化作用，使冲击形成的陶瓷粉末没有“逃出的通道”，和金属射流“对着干”起到抵消金属射流的作用。两方面综合作用的结果，使陶瓷材料成为对付破甲弹和导弹的高手。也可以看出，陶瓷装甲只有在钢装甲的“夹持”下才能发挥作用。复合装甲的巧妙组合，使这种“钢铁三明治”成为对付破甲弹的高手。不过，复合装甲对付动能弹的能力则不尽理想，近年来坦克的主流弹种也随之变为尾翼稳定脱壳穿甲弹，这一点成为贫铀装甲产生的契机。

05

贫铀装甲

在贫铀穿甲弹一文我们介绍过贫铀材料，因其密度极高的特性，不但可用来制穿甲弹，也是制作装甲的上好材料。贫铀装甲是由贫铀合金材料特殊热处理后制成的，其强度极限高达公斤/毫米，比优质合金钢还高50%。它采用网状结构，网状骨架采用贫铀合金材料，网格间加入防止贫铀合金氧化的材料，这样既减轻了坦克重量，又取得了更好的材料匹配性能。外侧加入蜂窝状结构的吸能材料，来吸收穿甲弹的动能，以降低对装甲的损害。

此外，在安装上采用了模块化结构，即将这种装甲制成小型块，再将这些小型块连接在一起，分别挂在炮塔和车头等重要部位。战斗中，一旦某一复合装甲块被射弹击中，就可以简单快捷地取下被击块，更换新块。

安装了贫铀装甲的M1A1HA，其装甲防护力提升到M1的两倍。它抗尾翼稳定脱壳穿甲弹的能力相当于毫米厚均质装甲。

图6M1装甲防弹能力

06

反应装甲

最初坦克的装甲是硬抗的理念，属于被动式，能否防护好全靠自身骨头硬。坦克防护专家们思考是否可用主动出击代替被动防御，即如何用以爆制爆的原理来解决防护问题。袭击坦克的各类导弹、炮弹一旦接触到了坦克装甲上的惰性炸药块，惰性炸药就会向外爆炸，以“毁灭自身”的形式来击毁和抵消来袭导弹。

以色列首次将这一技术应用在坦克上，在坦克外表面固定安装一些爆炸板块，这些爆炸板块是一个个板状盒型结构，内装塑性炸药，并用螺栓固定在坦克外表面上。当破甲弹击中坦克外表面上的这些板块时，引起塑性炸药爆炸，爆炸力对破甲弹的高速高温射流产生分散、阻扰等破坏作用，削弱其效能，保护坦克装甲。这种装甲以结构简单、廉价和显著提高抗破甲弹能力等特点，显示出广阔的应用前景。

图7爆炸反应装甲

图8爆炸反应装甲

随着反坦克武器威力的增大，反应装甲技术也迅速发展。有一种新型反应装甲，NERA(nonexplosivereactivearmour)，采用金属夹层结构，金属板之间的为弹性材料(像橡胶)。它的工作原理与ERA(爆炸反应装甲)基本相同，但弹性层在被击中后会膨胀。这种膨胀导致两块金属板互相错位膨出(而不是在ERA中互相飞离)，干扰HEAT弹头或在APFSDS外壳中造成严重应力。为了正常工作，它们需要有一定的错位角度。一层NERA可能并不是很有效，但当他们的几层之间有几英寸的空间时，他们变得非常有能力。它能起到破坏射流和吸收弹性波能量的作用，可以提高装甲材料的抗弹性能，同时在使用上也比爆炸反应装甲安全。

图9装甲布置图

另外俄罗斯发明了由多个相互连接盒单元构成的反应装甲，可有效抗破甲弹和穿甲弹。其特点是：四个侧壁采用声阻抗变化的三层或四层复合材料，即从接触炸药的侧壁层开始，每相邻两层材料的声阻抗之比不小于2，从而衰减和消耗了爆炸冲击波，使相邻的盒单元不会发生殉爆。

07

栅栏装甲

一般炮弹最存在一个最佳打击距离，最明显的就是聚能破甲弹，射流与被打击目标太近或太远都会对穿透效果大打折扣，在今天的现代装甲车辆上，使用条形装甲作为副装甲。它的目的是在到达主体装甲之前引爆弹头，有效地将炮火拒在家门外。是一种很好地花小钱办大事的解决方案。

图10栅栏装甲

总结

坦克作为一种集火力、防护与机动为一体的特殊武器装备，装甲与炮弹的竞争，会受到机动性的制约，如何在一定装甲重量前提下提高防护能力，是一直以来设计师们努力达到的目标，试着总结一下几个引起装甲发生质变发明所蕴含的设计理念：

复合理念，当今科技发展到了一定水平，需要将不同的材料复合在一起，实现单一材料无法完成的问题，如复合装甲中陶瓷的防弹性能好，但其作为结构材料的性能却不如钢铁。

干扰理念，任何攻击者都有一个最佳的攻击频率，防护一方设法打乱这种频率可以化解一部分攻击，如我们伟大的游击战术。间隔装甲只是简单的引入一层空气却可化解一部分攻击能量，更不用说复合装甲。

变被动为主动，有时主动出击所付出的或产生的效果要比只是被动挨打好的多。

参考文献

1.神秘的坦克装甲材料发展进程汇总(ecorr.org)

2.张振英，戴芳.复合材料在坦克装甲车辆上的应用,塑料,0,V29,No.3