兵器装备工程学报

装甲车辆顶部防护需求及对策分析

分类:主编推荐 发布时间:2019-01-17 17:32 访问量:2129

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    本文引用格式徐龙堂,付昭旺,常颖,等.装甲车辆顶部防护需求及对策分析[J].兵器装备工程学报,2018,39(11):16-20.

    Citation format:XU Longtang,FU Zhaowang,CHANG Ying,et al.Analysis on Protection Demand and Countermeasures for the Top of Armored Vehicle[J].Journal of Ordnance Equipment Engineering,2018,39(11):16-20.

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        作者简介徐龙堂(1972—),男,博士,高级工程师,主要从事装甲装备防护系统试验鉴定及作战效能研究。


装甲车辆顶部防护需求及对策分析

徐龙堂,付昭旺,常 颖,刘瑞之

(中国人民解放军32184部队,北京 100072)

摘要针对未来作战样式对装甲车辆顶部防护的挑战,系统梳理车辆顶部防护的需求,明确装甲车辆顶部防护的主要防护对象和重点防护部位,提出“战术技术结合,主动被动并举”的装甲装备顶部防护对策,针对武装直升机和对地攻击机、末敏弹和智能攻顶反装甲子弹、破甲子弹、攻顶导弹和常规单兵武器等主要威胁,给出顶部防护的具体对策。基于国外顶部防护技术的发展现状,从侵彻机理、防护设计和性能评价3个层面提出了发展建议。

关键词装甲车辆;顶部防护;防护对策



Analysis on Protection Demand and Counter measures 

for the Top of Armored Vehicle

XU Longtang,FU Zhaowang,CHANG Ying,LIU Ruizhi

(The No. 32184th Troops of PLA, Beijing 100072, China)

Abstract:Aiming at the challenge of armored vehicle roof protection in the future combat mode, the paper systematically combed the requirement of armored vehicle roof protection, defined the main protection objects and key protection parts of armored vehicle roof protection, and put forward the armored equipment roof protection countermeasure of “combining tactics with technology, active and passive simultaneously”, aiming at armed helicopters and ground. The main threats, such as attacking aircraft, terminal sensitive projectiles and intelligent anti-armor bullets, armor-piercing bullets, attacking missiles and conventional individual weapons, were presented, and the specific countermeasures for top protection were given. Based on the development status of top protection technology abroad, development suggestions were put forward from three aspects: penetration mechanism, protection design and performance evaluation.

Key words:armored vehicle; top protection; protection countermeasure



从中东战争、海湾战争、伊拉克战争等诸多现代局部战争中可以看出,在现代战场上,不仅传统作战样式出现了许多新特点,而且一些新的作战样式也应运而生。诸多战例中装甲车辆损伤特点表明:新作战样式对车辆顶部的防护能力提出了新的需求,这一变化必须引起装甲车辆论证、研发领域的高度重视。针对这一问题,本文从“需求”和“对策”两个层面对装甲车辆顶部防护技术进行论证分析。


1 装甲车辆顶部威胁及防护需求分析


1.1 顶部威胁分析

对装甲车辆顶部构成威胁的反装甲武器型号繁多。根据其使用特点可以分为子母弹、末制导炮弹、攻顶导弹、武装直升机和攻击机、攻顶地雷以及常规单兵武器等六类,如图1所示。

图1 攻击装甲车辆顶部的主要威胁

1.1.1 打击对象

从图1可以看出,有的攻顶武器呈现“一对一”的特点,主要打击单车。而远程火力在弹道的末端往往呈现“一对多”或“多对多”的特点,主要打击装甲集群。据此,可以将攻顶反装甲武器分为“点打击”和“面打击”两类,如图2所示。

图2 对攻顶威胁按照打击对象分类

“点打击”攻顶武器主要以单车为毁伤目标,主要包括各种精确制导反坦克导弹、枪、炮等。“点打击”反坦克武器射击距离相对较近,通常在500~4 000 m之间。

“面打击”攻顶武器主要以装甲集群为毁伤目标,主要包括各种平台发射的子母弹、末敏弹、末制导炮弹、多联装火箭弹等。这种反坦克武器大多属于远程火力,射程可达十余公里以上。与“点打击”反坦克武器相比,这种弹药通常成本较低,更便于大量装备。与普通炮弹、炸弹不同,这种弹药通常安装有简易的红外、毫米波等探测装置,寻找到目标后就发起攻击,因此命中精度较高,具有良好的作战效能,是近年来反坦克武器的研发重点。

1.1.2 毁伤机理

由前文可见,攻顶反装甲武器的种类多样,型号繁多。但是,仅从毁伤机理角度来说,基本可以分为穿甲型战斗部、破甲型战斗部、破片型战斗部和爆炸成形战斗部等4种。以此对图1进行进一步分类,得到图3。

图3 对顶部威胁按照毁伤机理分类

在图3中,穿甲型弹药和破甲型弹药是两种较为传统的反坦克弹药,其机理这里不再详述。就20~30 mm口径的机载机关炮来说,在1 000 m距离上的穿甲威力通常在数10 mm左右。破甲型弹药的装药结构从单级战斗部逐步发展为串联战斗部,甚至三级战斗部,其破甲威力已达到1 300 mm RHA。

破片型弹药主要依靠弹体爆炸产生的破片对装甲车辆进行毁伤,其典型代表是各种口径的杀伤爆破弹或榴弹、部分反坦克地雷。这种弹药产生的高密度破片虽然难以穿透坦克的装甲,但可以对坦克的观瞄设备、火炮身管、高射机枪等重要外露部件构成严重毁伤,从而使坦克丧失战斗力。另外,有实验结果表明,这种弹药命中坦克爆炸时产生的冲击振动对车辆内部机件也有一定的破坏作用。

爆炸成形战斗部(EFP,Explosively-Formed Projectile),亦称自锻成形战斗部(SFF,Self-Forging Fragment),是智能攻顶反装甲武器较为独有一种战斗部[11],有必要给予高度关注。爆炸成形战斗部与破甲弹战斗部的结构形式相似,主要差别在于药形罩的锥角。爆炸成形战斗的药型罩锥角通常大于120°(破甲弹战斗部的药型罩锥角通常小于90°),呈现浅碟状。爆炸成形弹丸的形成过程见图4(a)。装药爆炸后,药型罩在爆轰产生的高温、高压作用下,由中心开始进行突出和翻转,最终形成一个弹丸,而不是一束射流。该弹丸的长细比在2~5的范围内,有的带尾裙图4(b)。

爆炸成形弹丸速度可达2 000~3 000 m/s,稳定飞行距离可达150 m。爆炸成形弹丸对装甲钢的侵彻与穿甲过程类似,该过程也经过开坑、绝热剪切、冲塞、背崩等过程。所不同的是爆炸成形弹丸与穿甲弹相比更容易使装甲钢的背面产生大面积崩落,形成的破片对车内人员、设备的威胁很大。在实验中曾发现,1.46 kg的爆炸成形战斗部药型罩,击穿靶板后,回收的药型罩破片达1.04 kg,占原重量71.2%,同时还收集到靶板破片5.08 kg。由此可见爆炸成形弹丸具有良好的毁伤后效。由于爆炸成形弹丸在侵彻方向上的长度均小于射流和穿甲弹体,因此相对而言更不容易受到反应装甲等防护技术干扰。

图4 爆炸成形战斗部形成过程


1.2 顶防护需求分析

如前所述,多样化的打击手段,催生了多种作战样式的出现。诸如电子战、信息战、陆海空一体战、全纵深打击战、精确打击战、非接触战、行动中心战、网络中心战、非线性作战乃至非对称作战等新作战样式层出不穷。在这些作战样式中,利用信息引导火力实施远程精确打击是共同特点,对装甲车辆顶部防护提出了共性需求。

从“信息引导火力”层面,对装甲集团的探测、识别往往是根据装甲车辆顶部目标特性完成的。一方面,出于操作使用和维修保障的需要,装甲车辆的顶部存在较多的舱门、检查窗、进排气窗等热特征明显的部位。另一方面,出于设计约束,虽然整车的侧向外形可以采用诸多手段进行伪装,但是难以改变顶部投影的长宽比例和外形。这就为敌方的多频谱侦察和制导提供了有利条件。因此,装甲车辆顶部目标特性的控制和隐身设计势在必行。

从“远程精确打击”层面,顶部往往是远程反装甲武器优先选择的攻击角域。装甲车辆在地面背景中,水平方向往往会被各种复杂地物所遮挡。远程火力为了跨越遮挡实现远距离打击,弹道的末端均呈现向下打击的特点[2]。选择装甲车辆的顶部进行攻击是一个简单有效的办法。爆炸成形、破甲射流、预制破片等多种战斗部,能够保证对顶部装甲实施有效侵彻。现代战争中装甲集团首先需要解决的往往是在敌方多种大威力远程火力打击下生存的问题。因此装甲车辆必须采用多样化顶部防护手段以应对远程反坦克武器的威胁。

另外,在城市作战中,高层建筑、立交桥等人工设施的存在,使得利用装甲车辆的火力死角对其顶部的打击更为容易。俄罗斯对在城市战中被击毁坦克的分析结果表明:城市环境大大缩短了交火距离,轻武器的交火距离通常都小于100 m。装甲车辆的威胁方向是全方位的。俄罗斯坦克的前部装甲在水平面上可以抵御便携式火箭筒的攻击,但是车臣反坦克小组往往利用高层建筑物从顶部攻击俄罗斯坦克的舱门、动力舱顶甲板等薄弱部位,取得了显著战果。攻击角度的变化对装甲车辆顶部的装甲防护能力提出了新的需求。


2 国外顶部防护发展现状

鉴于装甲车辆顶部的威胁日趋严重,军事技术发达国家均采用多种方式加强己方装甲车辆的顶部防护。由于信息渠道有限,其车辆内部在总体设计上采取什么措施尚不明确。但仅其外部设计来看,隐身化改进、研发主动防护系统、加强装甲防护是3条主要途径。

实战证明,在高技术战场上,降低信号特征能有效降低主战坦克被敌方侦察设备探测的几率,实现己方作战行动的突然性,同时降低各类反坦克导弹的作战效能。“隐身化”是未来武器装备提高战场生存能力,发挥作战效能的重要技术途径。近几年内,各种具有鲜明隐身化设计特点的新型主战坦克或演示样车不断出现,充分说明国外装甲车辆总体隐身技术研究已经取得了突破性进展。装甲车辆隐身已经从概念研究、关键技术攻关,逐渐进入到工程应用和融入总体设计阶段。图5是白俄罗斯著名的米诺托尔装甲武器制造公司和俄罗斯的三家军工企业共同研制出的“2T”装甲侦察车。该装甲侦察车重约27 t,乘员3人。该车最大特点是具有优良的隐身性能。

图5 2T装甲侦察车

出于结构设计所限,装甲车辆的顶部装甲在厚度和重量上均受到苛刻限制,其防护能力大大低于目前的攻顶弹药的威力。因此,研发具备顶部防护能力的主动防护系统被普遍认为是加强顶部防护的有效途径。图6是乌克兰研制的“阻击网”(Zaslon)主动防护系统以及美国提出的主战坦克综合防护系统工作过程示意图。由图6中可见,两种防护系统均考虑了对攻顶武器的主动拦截。

图6 主动防护系统工作过程示意图

在装甲防护方面,加装复合装甲和反应装甲是较为常用的顶防措施。模块化是装甲防护设计的重要研究内容。模块化防护系统可以适时更新装甲材料,缩短维修时间,并降低购置成本,具有对现代战场更为灵活的适应能力。例如,以色列的梅卡瓦III、IV均在炮塔顶部和车体动力舱的顶部安装了模块化的复合装甲防护(图7(a))。图7(b)是披挂反应装甲的T-72主战坦克。从中可以看出,反应装甲也是加强顶部防护的手段之一。

除此之外,从各国基于在城市战中积累的实战经验,对自己的装甲车辆进行的改进中,也可以看到加强顶部防护的一些措施。例如,据《简氏防务周刊》2006年6月7日报道,法国地面武器工业集团(Giat)将在今年的欧洲萨特利防务展上展出一种专门用于城市作战的“勒克莱尔”主战坦克,称为“勒克莱尔”AZUR(城市战),见图8(a)。为了提高车辆在城市地区作战的生存能力,该车装备了增强型防护组件。其中包括在炮塔和动力舱顶部加装的附加防护装置。图8(b)是用于城市作战的“雌虎”原型车所安装的厚重的车体顶部装甲。

在顶部防护性能评价方面,北约标准化协议STANAG4569/AEP55中对5.56 mm、7.62 mm、14.5 mm、25 mm等不同口径枪弹、炮弹、破片和爆炸物划分了不同防护等级,为顶部防护性能评价提供了参考。

图7 加强顶部装甲防护的典型外军车辆

图8 适应城市战改进的典型装甲车辆


3 装甲车辆加强顶部防护对策分析

从具体情况出发,我们提出应对顶部威胁的基本思路是“战术技术结合,主动被动并举”。即通过采取防护技术手段加强单车的防护性能水平,通过合理、灵活的战术运用,扬长避短,以求装甲车辆在实际对抗中获得较高的生存概率。

对于武装直升机和对地攻击机等攻顶威胁,不论对单个目标还是集群目标,其均具有很强的打击能力。装甲车辆的结构和性能特点决定了与之对抗中必然处于劣势。这种情况下必须立足体系对抗,合理运用新战法,在加强预警能力和装甲集群防空能力的同时,通过增加装甲车辆对攻顶威胁信息的获取能力和对空中威胁的驱离能力,同时加强乘、载员重点部位抗弹防护以及加强车辆战场可维修性设计,共同达到人员可生存,装备可修复的防护目标,提高战场生存能力。

对于末敏弹、智能攻顶反装甲子弹、攻顶地雷等攻顶威胁,虽然可以通过装甲防护技术解决,但是会给整车的关重指标,如重量、外形尺寸等带来无法接受的不利影响。采用主动防护和有针对性的防二次效应措施,加强整车及关重部件抗冲击振动设计是一条有效的技术途径。防护目标为人员可作业,车辆可降级使用。

对于破甲子弹、攻顶导弹和常规单兵武器等攻顶威胁,装备数量大、使用方式多种多样,具有无法预测、防不胜防的特点,因此必须依靠装甲车辆本身的防护性能来解决。主要技术途径为以不击穿为原则,加强顶部被动防护,加强外露关重设备的防护,以达到人员安全,车辆基本正常的目标。

总之,结合以上分析和图1所示的攻顶威胁分析,可以明确应对顶部威胁手段的定位。顶部防护必须从战术和技术层面综合考虑,技术途径必须采用主动、被动防护结合。


4 结论

1) 爆炸成形战斗部侵彻机理及研究。深入了解该战斗部在结构和性能上的特点,系统测试、分析其对典型装甲防护材料的侵彻机理和规律,通过有限元等计算/仿真技术建立基本数学模型,以求为工程研制提供必需的理论基础。

2) 装甲车辆顶部被动防护技术优化研究。在与总体单位充分协调和交流的基础上,以复合装甲和反应装甲为两条技术途径,完成现有被动防护技术的优化和工程化设计。如果有可能,探讨两条技术路线实现“优势互补”的可行性。总之,以为具体型号提供设计先进、结构合理的顶部防护装甲部件为最终目标。

3) 装甲车辆顶部主动防护顶层设计及关键技术研究。通过工程研制牵引,加快引进消化的进度。同时适当融合国内具有的干扰、拦截技术储备,形成适合装备特点和作战使用方法的顶部主动防护顶层设计。并对其中的关键技术开展工程设计。为下一步装甲车辆顶部主动防护装置的研发提供有力的技术支撑。

4) 装甲车辆顶部防护技术性能评价方法研究。系统论证、研发威力稳定的标准弹,总结有效弹判据,提出顶部防护性能试验方法,确定相关评价模型。以上基础性问题的突破将为装甲车辆顶部防护技术的长远发展奠定坚实的技术基础。

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