Алюмінієва броня — броня на основі деформованих алюмінієвих сплавів різних систем легування. За валовим обсягом виробництва алюмінієвої броні основною областю її застосування є танкобудування, а саме виробництво легкоброньованої техніки сухопутних військ. Крім танкобудування, алюмінієва броня знаходить застосування в суднобудуванні, авіації, для захисту транспортно-пускових контейнерів ракетних комплексів і в інших системах зброї.
Застосування в танкобудуванні
Починаючи з 1960-х років броня з алюмінієвих сплавів у вигляді катаних плит широко застосовується в конструкціях легких бойових броньованих машин сухопутних військ ‒ БМД, БРМ, БМП, легких танків та САУ, А також на ряді спеціальних машин, створених на їх базі, що можуть десантуватися і, в ряді випадків, долати глибокі водойми без підготовки. Широке застосування алюмінієвої броні ґрунтувалося на цілому ряді її переваг, з яких основними були: забезпечення економії маси бронекорпуса з алюмінієвих сплавів порівняно з рівностійких зі сталі; ефективний захист від проникаючої радіації, більш швидке звільнення від наведеної радіації, викликаної гамма випромінюванням та потоками нейтронів; та менша, порівняно зі сталевою бронею, забронева осколковість.
За минулі десятиліття істотно змінилися характер та способи ведення бойових дій. Поточна геополітична ситуація, пов'язана з боротьбою за ресурси, диктує необхідність швидкого розгортання мобільних сил. Пріоритетним стає вимога захищеності машини (екіпажу) від сучасних засобів ураження, низький рівень якої не компенсується рухливістю та маневреністю. Зазнав істотних змін і діапазон типових засобів ураження техніки сухопутних військ. Важливе місце стали займати протимінна стійкість і опір ударнохвильовому (фугасному) впливу.
Локальні конфлікти останнього десятиліття (Ірак та Афганістан) переконливо підтвердили затребуваність алюмінієвої броні, як матеріалу, здатного ефективно протистояти ударнохвильовому нагружению, що характеризується високою живучістю при дії осколкових полів високої щільності і куль автоматичної піхотної зброї, відносно дешевої технології її виробництва та переробки у вироби за наявності достатньо широкої промислової бази виготовлення броні, і її відносно низькій вартості, порівняно, наприклад, з титановою та композитною бронею.
Важливо відзначити, що при обстрілі крупнокаліберними бронебійними снарядами танкових та протитанкових гармат плити з алюмінієвих сплавів поводяться крихко, в силу чого, а також через велику необхідну товщину броні (будівельної висоти), що досягає, наприклад 200 мм і більше, не можуть використовуватися самостійно у складі зварних бронекорпусів та бронебашт основних танків.
Вимоги до алюмінієвої броні бойових машин Крім заданого рівня броньових властивостей, однією з основних вимог до алюмінієвої броні бойових машин є її зварюваність з використанням відносно простої технології, придатної для масового виробництва бронекорпусів. Не менш важливою є вимога підвищеного опору корозійному розтріскуванню під тиском, актуальне для зварних з'єднань плит з цинковмістних алюмінієвих сплавів.
Використовувані товщини броні Алюмінієва броня бойових машин легкої категорії в товщині до 30—45 мм призначена для захисту від осколків 100—122 мм, 152—155 мм осколково-фугасних снарядів польової артилерії та 7,62-12,7 мм бронебійних куль автоматичної піхотної зброї. За необхідності кругового захисту екіпажу броньованої машини від 7,62 мм бронебійних куль Б-32 (патрона 7,62 × 54 мм) або AP M2 (патрона 7,62 × 63 мм) при стрільбі з дистанцій 75—150 м, товщини алюмінієвих бронедеталей бортів та корми на практиці становлять 38—43 мм. Для захисту від 12,7 мм бронебійних куль товщини зазначених елементів бронювання повинні бути збільшені до значень не нижче 65—75 мм.
У країнах НАТО вимоги щодо захисту машин легкої категорії визначаються стандартом STANAG 4569.
У зарубіжному танкобудуванні алюмінієва броня в товщинах 50—70 мм і вище використовується для диференційованого захисту від 14,5 мм бронебійних куль і малокаліберних, калібром від 20 до 30 мм, бронебійних снарядів (цільнокорпусних та підкаліберних типу APDS-T), як самостійно (БТР М113, легкі танки M551 Шерідан та «Скорпіон», БМП AMX-10P, БРМ «Сімітер»), так і в комбінації зі сталевими екранами у вигляді рознесеного бронювання, див. нижче. Зокрема зварні бронекорпуса сімейства машин на базі легкого танка «Скорпіон» виконані з катаних плит броні E74S товщиною від 20 до 60 ммЦікаво, що при виборі співвідношення захищеності та вогневої потужності ББМ на базі «Скорпіона» перевагу британських фахівців було віддано останній. Зокрема вибором 30 мм гармати «Рарден» з бронебійних підкаліберних снарядів типу APDS-T, здатним на дальностях до 1500 м забезпечити пробиття лобової броні будь-якої легкоброньованої машини періоду 1970 — 1980-х років (БТР, БМП), а також пробиття бортової броні основного танка. При цьому власне броньовий захист машин цього сімейства, з бойовою масою 7-9 т, в передніх секторах обстрілу розрахована на захист від 14,5 мм бронебійної кулі кулемета КПВТ на дальності 200 м. Armada International, 1983, N6 (Nov/Dec), p. 95.
При заміні сталевої броні бронекорпуса на алюмінієву, за рахунок вищої жорсткості алюмінієвих плит і відмови від ряду деталей жорсткого набору, досягається зменшення маси бронекорпуса порядку 25-30 відсотків (при збереженні противокульної стійкості), навіть якщо економії на самій броні немає . Жорсткість бронеплити в загальному випадку пропорційна кубу товщини, і з урахуванням відмінності модулів пружності сталі та алюмінію, алюмінієва бронеплита буде в дев'ять разів жорсткіше сталевої бронеплити рівної маси. Показовим є приклад з БТР М113 (США). Незважаючи на те, що використана броня з алюміній-магнієвого сплаву 5083, по стійкості до 7,62 мм бронебійних куль трохи поступалася сталевій броні, зібраний бронекорпус М113, рівностійкий сталевому варіанту Т117, виявився на 750 кг легшеS. Tunbridge. M113. — Carrollton, Texas: Squadron/Signal Publications, 1978. — P. 4. — 50 p. — (Armor in Action № 2017). — ISBN 0-89747-050-8. Ще більший виграш може бути отриманий при використанні броні з вищою противопульною стійкістю, яка, в свою чергу, позитивно реагує на збільшення міцності та твердості сплаву. Крім того застосування в конструкціях бронекорпусів криволінійних бронедеталей, отриманих пресуванням та штампуванням, дозволяє за рахунок зменшення кількості зварних з'єднань додатково знизити трудомісткість виготовлення машини.
Противокульна і протиснарядна стійкість алюмінієвої броні
Протикульна і протиснарядна стійкість броні з легких сплавів, як й інших видів катаної гомогенної броні, визначається сукупністю її міцності, пластичних та в'язкісних властивостей, а не лише абсолютним рівнем твердості. Значення пластичних та в'язкісних властивостей броні зростає при збільшенні товщини броні, калібру вражаючого засобу, його ударної швидкості, а також при переході до вражаючого елемента (осколка) з тупою формою головної частиниУ загальному вигляді протикульна стійкість алюмінієвої броні визначається твердістю та ударною в'язкістю матеріалу, тоді як вибухостійкість броні пов'язана з ударною в'язкістю матеріалу, визначеної на зразках по товщині плити..
При підвищенні твердості алюмінієвої броні (за Бринеллем) від 80 до 140 одиниць НВ її протикульна стійкість, за граничною швидкістю пробиття, при обстрілі як по нормалі, так і під кутами зростає. Разом з тим, за даними провідного виробника алюмінієвої броні 7039 в США фірми Kaiser Aluminum, гомогенні плити з алюмінієвих сплавів системи Al-Zn-Mg з міцністю вище 50 кгс/мм2 (HB ≥ 150 одиниць) при обстрілі 12,7 мм і 20 мм осколковими імітаторами (тупоголові бойки з висотою, що дорівнює діаметру циліндра) руйнуються з утворенням таких значних відкольних ушкоджень, що для броні практично непридатніПатент США № 3649227, клас 29-197, публікація березень 1972.
Фахівцями давно помічено, що ефективність алюмінієвої броні порівняно зі сталлю зростає при збільшенні калібру бронебійної кулі. Так при обстрілі 7,62 мм бронебійною кулею по нормалі зі швидкістю 840-850 м/с рівностійка зі сталлю броня з термозміцненого сплаву 7039-Т64 має меншу на 6 відсотків масу. Для 12,7 мм бронебійної кулі ця перевага становить уже близько 13 відсотків, а для 14,5 мм кулі — 19 відсотків. Англійська броня зі сплаву 7017 компанії Alcan Co. (покращений варіант сплаву 7039 з підвищеними міцністю та опором корозії) при обстрілі 14,5 мм бронебійною кулею забезпечує виграш за масою 20 відсотків у порівнянні з рівностійкою сталевою бронею.
В діапазоні кутів 30-45 ° при обстрілі 7,62 і 12,7 мм бронебійними кулями більш ефективною виявляється сталева броняReker F.J., "Anwendung von Aluminium bei gepanzerten Militärfahrzeugen". Aluminium, LIII, pages 421-426, July 1977. У цих умовах на сталевій броні мають місце поперечні руйнування сталевих сердечників бронебійних куль від вигинаючих напружень. Зазначений ефект, однак, виражений значно слабше або відсутній при обстрілі броні з алюмінієвих сплавів. Незважаючи на можливість руйнування бронебійного сердечника від поперечних зламів, його оживальна частина не спрацьовується ні за яких умов взаємодії з алюмінієвою бронею. При кутах обстрілу понад 45-50 °, зокрема при кутах рикошету, алюмінієва броня знову перевершує сталь.
З урахуванням сказаного, застосування протикульної алюмінієвої броні в конструкціях башт легких машин доцільно при розташуванні їх бічних стінок під кутами (від вертикалі) 50-55 °. При такій конструкції досягається максимальна економія маси башти. Прикладом може служити башта розвідувальної машини «Фокс», стінки якої виконані із зігнутих за формою та зварених цільнопресованих профілів V-подібного перерізуAlumunium Courier, 1969, N 88, 2-6Ogorkiewicz RM, 1972. Ferrets and Fox, AFV Weapons Profile No. 44. Лобова броня машини «Фокс» з передніх напрямків обстрілу витримує ураження 14,5 мм бронебійною кулею при стрільбі з дистанції 200 мЕжов Н. И. Борьба с бронированными целями. М.: Воениздат, 1977, с.14. У конструкціях, де кути нахилу стінок складають 30-45 °, доцільне застосування сталевої броні. На практиці знаходять застосування гібридні конструкції з алюмінієвим бронекорпусом та сталевою баштою, зокрема, легкий танк «Шерідан», БМП «Уорріор» (Велика Британія) та інші машини.
При обстрілі 14,5 мм бронебійною кулею алюмінієва броня 7039 перевершує гомогенну сталеву броню середньої твердості у всьому діапазоні кутів обстрілу. Максимальний виграш, що досягає 26 відсотків, спостерігається при кутах рикошету, що, як і при дії боєприпасів інших калібрів, пов'язано з відносно меншим опором матеріалу перешкоди з легкого сплаву в дотичному напрямку.
Алюмінієва броня перевершує сталеву при обстрілі малокаліберними бронебійними снарядами (цільнокорпусними типів БТ, БЗТ і підкаліберними БПС з відділенням) під великими кутами, близькими до кутів рикошету, тому алюмінієві плити завтовшки 50-70 мм успішно застосовуються для захисту легких машин. Перевага броні з алюмінієвих сплавів пов'язано з їх вищою питомою енергоємністю (величиною енергії, що припадає на одиницю витісненого об'єму матеріалу перешкоди), а також з вищою жорсткістю на вигин алюмінієвих бронеплит однакової маси зі сталевими. При кутах обстрілу, що перевищують 45—50 °, довжина вибоїни та витиснений обсяг металу на алюмінієвій броні істотно більше порівняно зі сталевою бронею при аналогічних умовах зіткнення, що обумовлює перевагу алюмінієвої броні. При цьому стійкість броні, оцінювана граничною швидкістю пробиття заданим засобом, у загальному вигляді визначається виразом Vα= Vα=0/cosnα, де α, град. — кут обстрілу броні (від нормалі), n — характеризує зусилля знесення матеріалу броні в дотичному напрямку.
Для використання переваг алюмінієвої броні при конструюванні бронекорпуса верхні лобові деталі (ВЛД) бронекорпуса розташовують під великими (70-80 °) кутами нахилу, що полегшують можливість рикошетування на них каліберних та підкаліберних бронебійних снарядів, що і реалізовано, зокрема, в конструкції лобового вузла БМП АМХ-10Р і М551 «Шерідан».