CC BY
26
Dr Vlado N. Radić, pukovnik. dipl. inž.
Uprava u »traiivanje. razvoj i proizvodnju NVO SMO.
Beograd
ANALIZA DEJSTVA METALNOG DISKA NA OKLOPNA BORBENA VOZILA I MOGUĆNOSTI ZAŠTITE
UDC: 623.454.361.2-756.6:681.3.06
Rezime:
U radu se analizira preoblikovanje konkavnog diska realm koafiguraeije koji se ugraduje u protivtenkovsku minu i njegovo dejsivo no oklopno borbeno vozilo. Disk je modeUran softverskim paketom DYNA3D primenom trodimenzionalnih konačnih elemenaia, a njegovo preoblikovanje pod uticajem eksplozije i produkata detonaciye praćeno je kroz vremenske sekvence. U delu softverskog paketa (pretprocesor) INGRID formira se ulazna datoteka za procesor (DYNA3D), a rezultati proračuna interpretiraju se u programu TAURUS (postprocesor). Na osnovu proračuna analizirani su deformaeije, maksimalni pritisci, brzine i naponi u Čitavom disku.
Kljućne reči: disk, preoblikovanje, eksplozija, sofiverski pakel, modeb'ranje, simulacija, jednaćina stanja.
ANALYSIS OF METAL DISC EFFECTS ON ARMOR VEHICLES AND PROTECTION POSSIBILITIES
Summary:
In this paper the deformation of a concave disc in real configuration in an antitank mine is analyzed al well as its effect on armor vehicles. The disc is modeled by threedimensional finite elements D YNA3D in the software. The deformation of the disc by the influence of detonation products is monitored in time sequences. In the part of software called INGRID (preprocessor) the input data for the DYNA3D processor is formed and the calculation results are interpreted in the TAURUS program (postprocessor). Based on calculations strain, deformation, maximum pressures and velocities are analyzed in the whole disc.
Key words: disc, transformation, explosion, software, modeling, simulation equation of state.
Uvod
Oklopno borbeno vozilo proizvod je težnje za ofanzivnim i dobro zaštićenim borbenim vozilom velike vatrene mod. Od prve pojave na bojiStu, oklopna bor-bena vozila (prvenstveno tenkovi) pred-stavljaju jedinstvo vatrene moći, oklopne zaštite i pokretljivosti. Pojavom prvih tenkova nastao je problem kako zaštititž
posadu i osnovne podsisteme oružja u njemu. Naime, metalni oklop trebalo je da spreči prodor projektila streljačke i protivoklopne munieije u vozilo. Prva rešenja zasnivala su se na upotrebi čelič-nih ploča debljine od 3 do 8 mm.
Razvoj tehnologije uzrokovao je promenu vrste oklopa koji su se primenjivaii za zaštitu. Nekada je to bio isključivo čelik, a danas se može govoriti o više raziičitih vrsta materijala (čelik, legure
VOJNOTEHNIĆKI GLASN1K 6T200I.
595
aluminijuma, keramika, stakloplastika, kompoziti, reaktivni i aktivni oklopi).
Oklop od aluminijuma koristi se pr-venstveno za zaštitu borbenih vozila od dejstva streljačke municije i fragmenata artiljerijskih projektila. Oklop od čelika visoke tvrdode ima isti nivo zaštite od dejstva pancime municije 7,62 mm kao i legure aluminijuma. Kombinovanjem tvr-dog i žilavog sloja dobija se oklop znatno veće tvrdoće.
Kod lakogoklopa obloženog kerami-kom spoljni tvrdi sloj (keramika) dezinte-griše projektil, a unutrašnji apsorbuje kinetičku energiju. Kombinacija kera-mike i kevlara ili staklopoliestarske smole koristi se za oklope veće debljine. Modu-lami oklop predstavlja kombinaciju zava-renog deličnog i kompozitnog oktopa, omogućava dopunsku zaštitu i zamenu realizovanog rešenja oklopom boljih za-štitnih svojstava.
U suštini, parametri koji odreduju nivo zaštite tenka su, prc svega, oklopna zaštita, a zatim dimenzije (silueta), ter-mička i radarska signatura, pokretljivost, NHB zaStita, protivkumulativni ekrani i protivpožarna zaštita.
Jedno od osnovnih svojstava tenka od kojeg bitno zavisi mogućnost preživlja-vanja u borbi jeste nivo oklopne zaštite. Većina svetskih proizvođača nc navodi dovoljno pouzdanih podataka o perfor-mansama upotrebljenih materijala i za-Stitnim svojstvima realizovanih rešenja. Navodi se, uglavnom, da je oklop složen, poboljšan, laminaran ili specijalan. Inače, oklop dini oko 45% ukupne mase tenka. Kod vedine savremenih tenkova za zaStitu je primenjen homogeni pancirni čelik koji sadrži ugljenik, mangan, silicijum, nikl, hrom i molibden. Razvoj oklopa na bazi titanijuma počeo je pedesetih godina XX veka, a krajem šczdesetih Britanci su
razvili višeslojni (,,sendvič“) oklop, tzv. Chobham, koji se sastoji od pancimog čelika, keramikc i aluminijuma. On je omogućavao bolju zaštitu od homogenog čeličnog oklopa. Poslednjih godina istra-živači u mnogim zemljama posvećuju veću pažnju razvoju nove klase materijala sposobnih da se fizičkim i hemijskim promenama odupru dejstvu protivoklop-nih projektila i mina.
Pojava oklopnih borbenih vozila na bojištu iziskivala je pronalaženje i uvode-nje u naoružanje odgovarajućeg efika-snog borbenog sredstva koje bi im se moglo uspeSno suprotstaviti. U vojnim doktrinama skoro svih zemalja protivo-klopna borba zauzima veoma važno me-sto, što proizilazi iz činjenice da su oklopna borbena sredstva različitih ka-rakteristika, mogućnosti i namene sve brojnija u arsenaiima mnogih armija.
Protiv oklopnih borbenih vozila kori-ste se raznovrsna oružja - od ručnih protivoklopnih bombi, tromblona, pro-tivtenkovskih mina, bestrzajnih topova, do ručnih i prenosnih protivoklopnih vo-denih raketa.
Protivtenkovske mine
Protivtenkovske mine spadaju u naj-masovnija sredstva za vodenje protivo-klopne borbe na bliskim odstojanjima. Pripadaju grupi tzv. pasivnih borbenih srcdstava, a koriste se za miniranje pu-teva i rejona u kojimase očekuje nailazak protivničkih tenkova. Savremene protivtenkovske mine, pored niske proizvodne cene i jednostavne konstrukcije, karakte-riše i sve veća upotreba elektronskih elemenata, senzora, prijemnika i predaj-nika, satnih mehanizama, snažnijih eks-ploziva, kao i primena specijalnih tehno-iogija u proizvodnji.
596
VOJNOTEHNlCKI GLASNtK 6/2001.
Na bojištu na kojem dominiraju oklopna borbena vozila stvaranje pre-preka ima veliku ulogu u svim borbenim planovima. Veštačke prepreke mogu imati različite oblike - kanali, rovovi, betonske konstrukcije, penaste barijere, „klizava sredstva". Medutim, najuniver-zalniji oblik prepreke, koji se najčešće koristi za ojačavanje prirodnih prepreka na bojištu, jesu protivtenkovske mine. Kao protivtenkovsko oružje, protivtenkovske mine, uglavnom, koncentrišu na-pad na dve bitne komponente tenka -gusenice i podnu ploču.
Gusenicc su u neposrednom kon-taktu sa zemljištem, i obično su širine od 500 do 700 mm. Podna ploča je relativno male debljine (20 do 30 mm) i udaljena je od zemlje (stand-off distance) 400 do 500 mm. Nijedan od ovih ,,ciljeva“ danas nije posebno otporan na dejstvo mina. Veći deo oklopa tenka obično je koncipi-ran tako da zaštiti od dejstva vatre kon-vcncionalnog oružja i zbog toga je maksi-malno koncentrisan sa čela, a manje sa strana tela i kupole.
Protivtenkovske mine obično se kla-sifikuju prcma načinu dejstva na tenkove. One koje dejstvuju na gusenice ili točkove borbcnog vozila svrstavaju se u protivgu-senične mine; one koje dejstvuju samo na pod vozila poznate su kao protivpodne mine, ali one nisu dovoijno snažne da bi presekle gusenicc. Postoje i mine koje dejstvuju i na gusenice i na pod tenka (borbenog vozila). One su često protivpodne, ali je korcktnije nazvati ih mi-nama za dejstvo čitavom Sirinom.
Druga vrsta protivtenkovskih mina koristi se za dejstvo van puta. Postavljaju se sa strane verovatnog pravca nailaska cilja, a deluju kroz okiop tenka (borbenog vozila) pomoću Misznay-Shardinovog ili kumulativnog efekta [1J.
Dimenzije većine protivoklopnih mina limitirane su količinom eksploziva koji sadrže (zavisi od mehanizma dejstva) i načinom njihovog postavljanja ili do-stavljanja. Razorne mine zahtevaju od 2,5 do 3 kg eksploziva, kako bi sa velikom pouzdanošću uništile gusenice tenka ili šasiju sa točkovima. Mine sa kumulativ-nim punjenjem mogu imati manju koli-činu eksploziva. Taj oblik dejstva često se koristi tamo gde mine moraju imati manje dimenzije zbog načina njihovog dostavljanja. One su, međutim, pogodne samo za dejstvo na pod tenkova. Mine na principu Misznay-Shardinovog efekta imaju manju masu eksploziva od razornih mina i mogu biti manje od njih. To će, medutim, smanjiti njihovu sposobnost dejstva na gusenice ilišasije sa točkovima.
Misznay-Shardinov efekat
Misznay-Shardinov efekat karakte-riSe se pojavom odbacivanja i preobliko-vanja diska koji se nalazi na jednoj strani cilindričnog eksplozivnog punjenja, a ini-eijaeija se vrši sa suprotne strane (slika 1).
Paralelno sa odbacivanjem diska re-lativno velikom brzinom (nekoliko km/s) dolazi i do njegovog preoblikovanja koje sc odražava na izvesno smanjenje preč-nika i zakrivljenje diska. Stepen preoblikovanja ravnog diska nije veliki, a radijus njegove zakrivljcnosti približan je radi-
St. / - Sematski prikaz Misznay-Shardinovog efekta:
\ - disk. 2 - ekiplouv. 3 - detoratof. 4 - preobbkovam dnk
VOJNOTEHNIĆKI OLASNIK 6/2001.
597
jusu detonacionog talasa u trenutku su-dara sa diskom. Ako se na čelo eksploziv-nog punjenja postavi konkavni disk (kao na slid 1), pri detonadji eksplozivnog punjenja dolazi do njegovog preoblikova-nja sa vedm stepenom deformacije u odnosu na ravan disk.
Misznay-Shardinov efekat smatra se graničnim slučajem kumulacije, jer ne dolazi do tečenja materijala obloge i for-miranja kumulativnog mlaza, već do od-badvanja diska i preoblikovanja. Slično kumulativnom efektu, Misznay-Shardinov efekat je vrlo siožena pojava koju je teško obuhvatiti jedinstvenim matematič-kim modelom i na taj način opisati meha-nizam preoblikovanja i pronadi paramc-tre kretanja diska. U do sada poznatoj (iteraturi ne postoji matematički opis ovog fenomena.
Osnovni uslovi za nastajanje Mis-znay-Shardinovog efekta su konvergenci-ja, tj. koncentracija elementarnih masa diska prema osi simetrije modela koja nastaje usled početne zakrivljenosti diska i relativno ved pritisak gasova u osi punjenja i razlidti impuls pritiska koji se saopštava pojedinim clementarnim ma-sama diska.
Na osnovu matematičkih analiza, modeliranja i simuiacija, kao i eksperime-nata. došlo se do sledećih zaktjučaka [1]:
- povećavanjem brzine detonacije » zapreminske mase eksplozivnog punjenja povećava se stepen preoblikovanja i br-zina diska;
- prećnik eksplozivnog punjenja mora biti jednak, a može biti i ved od prečnika diska (povećavanjem prečnika eksplozivnog punjenja smanjuje se gradi-jent porasta dužine aktivnog dela punjenja, a time i stepen preoblikovanja diska);
- dužina punjenja utiče, do izvesne granice, na stepen preoblikovanja i po-Četnu brzinu diska;
- smanjenjem racijusa zakrivljenosti diska povećava se gradijent aktivnog dela eksplozivnog punjenja izmedu elementarnih masa, a time i preoblikovanje diska. Povećavanjem radijusa zakrivljenosti diska smanjuje se nagib tangente na disk, zbog čega dolazi do manje koncentracije elementarnih masa diska prema osi simetrije, odnosno do manjeg preoblikovanja diska;
- povećavanjem debljine diska smanjuje se stepen preoblikovanja diska.
Numericko modeiiranje 1 simuiacija
preoblikovanja diska
Interakcija metala i eksploziva često se analizira radi uspostavljanja odredenih veza između karakteristika materijala i eksploziva. Ta analiza često se izvodi i na realnim konstrukcijama (npr. minsko--eksplozivnim sredstvima). Primena raču-nara tada ima smisla ako se raspolaže odgovarajućim setom podataka - o mate-rijalu diska (cilindrična metalna ploda odredenih dimenzija i mehaničkih svoj-stava), o eksplozivu i parametrima jedna-čine stanja.
U ovom radu učinjen je pokušaj da se na primeru realnc konstrukcije mine, koja funkcioniše na principu Misznay--Shardinovog efekta, u 3D geometriji analizira deformaeija diska u vremen-skom intervalu za koji se pokazalo da vemo odražava stanje kretanja i deformacije materijala diska. Do sada je analiza ponašanja diska u kontaktu sa eksplozi-vom prikazivana u 2D geometriji, što je omogućavalo samo delimičnu sliku stvar-nog ponašanja diska. Medutim, u 3D geometriji preoblikovanje diska je mnogo očiglednije, tako da se dobija stvama slika diska koja se menja od trenutka inieijaeije eksploziva do okončanja prora-čuna.
598
VOJNOTHHNtCKI GLASNIK 6/2001.
Za modeliranje diska i simulaciju njegovog preoblikovanja u odredenom vremenskom intervalu korišćen je poznati softverski paket DYNA3D. To je, u stva-ri, eksplicitni trodimenzionalni računar-ski kod sa konačnim elementima za neli-neamu dinamičku analizu čvrstih tela u 3D geometriji [2-4]. Softverski paket sad-rži 15 modela materijala (npr. elastični, elastoplastični, termo-elastoplastični, li-neami visokoelastični, izotropno-elasto-plastično hidrodinamički, itd.) i 9 jedna-čina stanja pomoću kojih je moguće izra-čunati parametre naprezanja i deformaci-je. U poznatoj američkoj laboratoriji LLNL (Lawrence Livermore National Laboratory) naučnici i istraživači su godi-nama koristili dvodimcnzionalni program DYNA2D. Da bi se uverili u mogućnosti programa DYNA3D ponovili su prora-čune iz programa DYNA2D u tri dimen-zije.
U odnosu na metodologiju modelira-nja i zadavanja početnih uslova za prora-čun u 2D geometriji, modeliranje i simu-lacija u 3D geometriji potpuno su druga-Čiji. U ovoj geometriji nema kontumih linija nego se koriste ,,sektori“. Ulazna datoteka se učitava u preprocesor INGRID i tek tada se može videti da li je model adekvatno geometrijski definisan. Iz INGRID-a se generiše ulazna datoteka za procesor DYNA3D, u kojem se vrši proračun prema zadatim parametrima. Kada se završi proračun sačinjava se ulazna datoteka za postprocesor TAURUS, iz kojeg se dobijaju svi potrebni podaci (pritisci, brzine, deformacijc, na-poni, geometrijski izgled preoblikovanog diska, itd.).
U analizi procesa preoblikovanja diska pod uticajem produkata detonacije eksploziva, te modeliranju i simulaciji za odredeni vremenski interval, korišćena
je metoda konačnih elemenata (MKE) sa 3D elementima, a za proračun maksimal-nih pritisaka u interakciji metala i eksploziva, kao i brzine kretanja diska korišćena je hidrodinamička teorija i JWL (Jones--Wilkins-Lee) jednačina stanja. Jedna-čina stanja JWL izabrana je jer se anali-ziraju fenomeni detonacije i prostiranja udarnih talasa.
U proračunima za eksploziv usvo-jene su sledeće karakteristikc [4, 6]:
- brzina detonacije (D=7900 m/s)
- parametarC-J(pa=0,295Mbar),
- gustina (p«® 1,717 g/cm3),
- prefinik (de = 177 mm),
- dužina (le = 73 mm).
Disk je određen sledećim parametrima u proračunu:
- materijal - Čelik,
- prečnik (dj^lSO mm),
- debljina (L=4 mm),
- gustina (pd=7,83 g/cm3),
- parametar ojačavanja (p=l),
- modul elastičnosti (E=207 GPa),
- tangentni modul (Et=1 GPa),
- napon tečenja (ao.2=0,2 GPa),
- Poissonov koeficijent (v=0,29).
Model koji se sastoji od eksploziva,
diska i obloge prikazan je u 2D geometriji (slika 2). Ovakva konfiguracija modela zahtevana je programskim rešenjem (gra-nični i konturni uslcvi) u kojem metal uvek mora da bude u kontaktu sa cksplo-zivom. U analizi i proračunima metalna obloga ima zanemartjivu dcbljinu i ne posmatra se kao uticajan činilac u prosti-ranju produkata detonacije i deformacije i preoblikovanja diska.
U softverskom paketu DYNA3D po-stoji 9 jednaćina stanja, od kojih je za proračun maksimalnih i minimalnih pritisaka u modelu, brzina odbacivanja diska, napona i deformacija odabrana poznata jednačina JWL. Ova jednačina stanja te-
VOJNOTEHNIĆKI GLASNIK 6/2001.
599
PMC VBSIW ) IW»HO COWWB . Ml
* 9 MU. MMIIPII
SI. 2 - Model interakcije metal - eksploziv u 2D geometriji
stirana je na modeiu u 2D geometriji i pokazala se kao adekvatno rešenje. Ta-kođe. za ovu jednačinu stanja dostupni su potrebni parametri, tako da je moguće proračunati sve veličine. Za ostale jedna-čine stanja, koje obuhvataju slične feno-mene, nisu dostupni svi parametri, pa ih nije moguće koristiti za proračun parame-tara kretanja i ponaSanja diska.
Jednačina stanja JWL definiše priti-sak kao funkciju relativne zapremine (V) i unutrašnje energije eksploziva (E) u obliku:
= a(i-—) V R|V/
e"R,v +
+ b(i - — )e'R!V +
l R2W
0)Eq
V
gde su: a>, A, B, Ri, R2, Eo - ulazni parametri zavisni od vrste materijala i eksploziva.
U proračun su unete slededc vredno-sti parametara: <o=0,34; A=5,24229;
B=0,076783; R,=4,2; R2=U; Eo^O.085 [4]. Froračun brzine diska, maksimalnog pritiska i preoblikovanja diska izvr^en je u vremenskom intervalu od 0 do 200 ps.
Na slikama 3a-3f prikazane su neke sekvence preoblikovanja u kojima je oči-gledan stepen piastične deformacije po-četnog oblika diska.
Na osnovu ovih sekvenci može se konstatovati da je plastična deformacija materijala diska vrlo velika, 5to je potv-rdeno i u eksperimentima [8]. Oblik koji poprima disk u eksperimentima i u raču-narom simuliranim stanjima istovetan je. Time je dokazana validnost računarskih proračuna i određenih aproksimacija, kao i metodologije izbora modela materijala, jednačine stanja i vrste konačnih eleme* nata kojima je modelirana interakcija metala i eksploziva.
Znajući da je brzina odbacivanja diska velika (reda 2 km/s), može se zaklju-čiti da je i kinetička energija koju disk prenosi na prepreku velika, što obezbe-duje sigumo probijanje (npr. pancime ploče debljine 20 do 40 mm).
Za interval u kojem je izvršeno simu-lirano kretanje interakcije metala i eksploziva (0 do 200 ps) dobija se odredeni set podataka, od kojih su najinteresantniji konture pritiska i mreža konačnih eleme-nata (slike 4a-4d).
Transformacija početnog konkavnog oblika diska može se pratiti kroz pojedine sekvence, i tada se na najbolji način sagledava sveukupna deformacija jedno-stavnog oblika diska do svojevrsnog »pro-jektila*1 (slike 5a-5e).
Naponsko-deformaciono stanje u preoblikovanom disku teško je opisati postulatima mehanike i dinamike udara, a transformaciju u metalurškom smislu moguće je analizirati samo na realnom sistemu posle ekspermenata [5, 6].
600
VOJNOTEHNlCKI GLASNIK 6/2001.
c) t- 60 \xs f) t= 170ns
67. J - Sekvence preoblikovanju dutut
VOJNOTEHNlCKI GLASNIK 6/2001.
601
atrt:!S^ B S33H *tu
santSM s K8» »
a) t = 20 |is
b) t = 40 jxs
c) t = 60 ns
d) t - 90 ns
SI. 4 - Konture prinska u nekoliko sekvenci simutatije
Eksperimentalna istraživanja
Podna ploča oklopnih borbenih vo-zila izrađena je od homogenog valjanog čelika i ima visoka mehanička svojstva. Njena debljina, kod najvećeg broja ten-kova, iznosi od 20 do 40 mm, §to je uslovljeno, pre svega, konstrukcionim i taktičko-tchničkim zahtevima (veća deb-Ijina ploče uzrokuje povcćanje mase vo-
zila i smanjuje zahtevanu pokretljivost). Takva ploča projektovana je, naravno, da obezbedi i odredeni stepen zaštite posadi u vozilu.
lmajuti u vidu da protivtenkovske mine dejstvuju na podnu ploču ili gusenice, da im je uništavajući razomi efekat sraz-meran količini eksploziva, materijalu i di-menzijama diska, na realnim pločama ispi-tivano je dejstvo protivtenkovske mine.
602
VOJNOTEHJ4IĆKI GLASNIK 6Q001.
a) t = 0 \xs
b) t = 40 ns
c) t = 60 |is
VOJNOTEHNICKI GLASNIK 02001.
603
U poređcnju sa materijalom podne ploče oklopnih borbenih vozila (tenkova, borbenih vozila pešadije ili oklopnih transporter) materijal diska ima slabija me-hanička svojstva. Kada se uzme u obzir da disk tokom preoblikovanja dobija izu-zetno veliku brzinu i da raspolaže isto tako velikom kinetičkom energijom. mo-guće je objasniti zašto se ostvaruje proboj pancime ploče.
U eksperimentima je korišćen fun-kcionalni model kasetne protivtenkovske mine (slika 6). Mina je postavljena na zemlju, a ploča na odredenom rastojanju (300 do 500 mm). U eksperimentima je korišćen isti model mine, pločc debljine 20 mm, 30 mm i 40 mm, a varirano je i rastojanje mine od ploče. U pogledu efekta dejstva diska na ploču ostvareni su različiti rezultati - od proboja do ispupče-nja zadnje površine ploče [8]. Ukupne strukturne deformacije nisu posebno tre-tirane.
Udami procesi praćeni velikom brzi-nom izučavaju se u oblasti hipervelikih brzina, u kojoj velike brzine deformacije imaju odlučujuću ulogu u transformaciji kristalne reSetke i promeni mehaničkih svojstava materijala diska [6]. Navedena
-________________
SI. 6 - Funkcionalni model kasetne protivtenkov-ske mine
SI. 7 - Specifičan oblik diska u trenutku udara u preprtku
konstatacija da pri Misznay-Shardinovom efcktu ne dolazi do tečenja materijala diska navodi na zaključak da je u svojevr-snom obliku „projeklila44 (slika 7) kon-centrisana izuzetno velika energija, čija aplikacija na prepreku dovodi do proboj* nog dejstva i karakteristične pojave za takve procese (ulazr.i otvor, probijeni deo i izlazni otvor). Rezultati cksperime-nata [8] potvrdili su ovu konstataciju, a realni oblik „projektila44 iz eksperimenata
Si. 8 - Realan izgled preoblikovanog diska („pro-jektila")
604
VOJNOTEHNIĆKI GLASNIK 6Q001.
t • On*
SI. 9 - Proces prtoblikovanja diska po izabranim sekvencama
prikazan je na slid 8. Ćitav proces preo-blikovanja, po nekim sekvencama, prikazan je za interval 0-200 ps na slici 9.
Zaštita oklopnih vozUa od dejstva mina
Priroda i područje opasnosti od mina znatno su promenjeni poslednjih godina.
Kao posledica toga, oklopna borbena vozila postala su osetljivija i ukazala se potreba da se poboljša njihova zaštita od vedne protivtenkovskih mina koje se na* laze u upotrebi. Privremeno izbadvanje tenka, npr. iz borbe, znači stvaranje po-voljnih uslova za njegovo uniStenje dru-gim vatrcnim sistemima. Tenk sa ošteće-nom gusenicom na otvorenom zemljištu je otkrivena meta, što u taktičkom smislu nije zanemarljivo (slika 10).
Generalno gledano oštećenje šasije oklopnih borbenih vozila točkaša od dejstva mina prihvaćenoje kao neminovno. Mere preduzimane protiv protivtenkovskih mina sastojale so se, uglavnom, od različitih oblika razminiranja sa ciljem da se izbegne iii smanji rizik od oštećenja. Medutim, na poboljšanje zaštite tela oklopnih borbenih vozila od eksplozije protivtenkovskih mina usmereni su veliki istraživački resursi.
Mere za zaStitu tenkova od stvamog kontakta sa minama sastoje se u postav-ljanju oklopnih ploča ispod trupa koje su dovoljne debljine da izdrže eksploziju mina. To uslovljava primenu ploča manje debljine nego što su boćnc stranice tenka i prednjih ploča izrađenih od mekšeg i mnogo elastičnijeg čelika radi smanjenja rizika od proboja.
Ma koja debijina donjih ploča da se primeni, to donosi veliku korist. naročito zbog smanjenja rizika od proboja i letal-nih efekata usled dejstva natpritiska unu-tar borbenog vozila. Da bi se što vi$e sma* njio rizik od oštećenja, boćne ploče na britanskim tenkovima Centurion, Chieftain i ostalima nagnute su pod uglom od 12° prema unutrašnjosti. Donje ploče kod tenkova T-S4 i kasnijih modela ruski stručnjaci oblikuju iz jednog dela i zava-ruju samo po bočnim stranama. Koncept MEXAS (Modular Expandable Armor
VOJNOTEHNIĆKI GLASNIK 60001.
605
System), koji nudi nemačka firma IBD Diesenroth Engineering (slika 11), odra-žava trenutni nivo zaštite od mina na oklopnim borbenim vozilima. Oak iako su reiativno tanke, donje ploče treba da imaju što veću krutost kako bi se smanjio Štetan uticaj natpritiska. Kao primer može poslužiti britanski tenk Chieftain, na kojem je donja ploča u obliku plitkog slova V, a čija je krutost znatna. Siičan efekat postigli su izraelski stručnjaci na tenkovima Merkava, koji imaju V oblik donje plode, koji je oblikovan savijanjem jedne umesto zavarivanja dve ploče. To poskupljuje tenk, ali eliminiše osetljivost zavarenih spojeva.
Ruski konstruktori koriste alterna-tivni put ukrućenja donjih ploča tenkova - od tenka T-62 pa nadalje. To podrazu-meva izradu ploča sa poprečnim žlebovi-ma umesto ravne i glatke površine, koja je pogodnija jer lakše klizi preko blata (kala, gliba), mekog zemljiSta i savladuje prepreke. Nasuprot tome, proizvodnja reiativno velikih ploda debljine 20 mm talasastog oblika znatno je skuplja.
Kako opasnost od mina postaje sve veća i ne podrazumeva samo eksploziju ispod gusenica nego i ispod poda tenka, ruski konstruktori su dodavanjem potpor-nih nosača ukrutili prednji deo donjih ploča. To je uradeno na tenkovima T-54 AM i T-62M tokom 1983. godine, a kasnije je primenjeno i na ostale tenkove, uključujući i T-80U. Tenkovi T-54AM i T-62M opremljeni su razmaknutim ploča* ma, čineći tako dvostruki pod, mada na račun smanjenja klirensa. Medutim, ta-kav način povedanja zaštite tenkova od eksplozije mina nije primenjen na tenko> vima T-72M1 i T-80U, kao i najnovijem T-90.
U Izraelu je na tenku Merkava od početka proizvodnje ugradivan razmak-nuti oklop na dodatnim donjim pločama veće debljine. Rastojanje izmedu dve ploče bilo je u početku iskorišćeno za rezervoare za gorivo, ali je to na tenku Merkava 3 izostavljeno, jer je dokazano da je vazduh efikasniji od tečnosti (gori-va) u slabljenju udamog talasa generisa* nog eksplozijom mine.
606
VOJNOTEHNIĆKI GLASNIK 02001.
Unutrašnje Spoljasnjc
Sl. U - Koncepi zašiiu MEXAS
Godinama se oklopna borbena vo- ciji oklopnih borbenih vozila mase veće zila suočavaju sa opasnostima koje izazi- od 10 tona okarakterisan je na primeru vaju mine. Odgovor usvojen u konstruk- oklopnog transportera Saracen, koji se
VOJNOTEHNIĆKI GLASNIK 6/2001.
607
koristi u britanskoj armiji. Tom 6-točka-škom vozilu su sa donje strane dodate čelične ploče debljine 12 mm, kako bi izdržalo eksploziju mine sa masom eks-plozi va od 9 kg ispod jednog od točkova.
Opasnost nije ograničcna samo na eksploziju mine. Laka oklopna borbena vozila i tenkovi mogu se suočiti i sa kumulativnim punjenjima ili sa minama na principu Misznay-Shardin. One neće otkinuti samo gusenicu ili uništiti točko-ve, već će perforirati oklop debljine 50 do 70 mm na distanci koja odgovara klirensu oklopnih vozila.
Za zaštitu tenkova od dejstva takvih mina zahteva se ugradnja ekstraoklopnih plo£a debljine 70 mm, koje imaju masu skoro 5 tona. To može, eventualno, biti pnkladno rešenje za specijalna inžinjerij-ska vozila, ali ostala oklopna vozila zahte-vaju drugačiji pristup. Ako je zaStita od mina ograničena na odcljenje posade, masa ekstraoklopa mora se smanjivati, naročito ako jc on sofisticiranijeg tipa od običnog čeličnog oklopa. Takav pristup prihvatila je nemačka kompanija Kraus* -Mafaj u razvoju viSenamenskog transporta ATF, koji je balistički minski zašti-ćeno vozilo.
Želja da se što više smanji broj žrtava stavlja u prvi plan zaštitu Članova posade univerzalnih i specijalnih vozila. Kamioni i inžinjerijska vozila opremljeni su oklo-pom koji efikasno Stiti od dejstva maloka* libarskih zma i fragmcnata, uključujući i one od mina Claymore. U mnogim sluča-jevima ta poboljšanja ili modernizacije podrazumevaju dodatni oklop za zaStitu od mina koje eksplodiraju ispod vozila. Iako takva rešenja povećavaju preživlja-vanje posade, ona ne mogu da obezbede nivo zaštite poput vozila namenski pro-jektovanih da budu otpoma na dejstvo mina. Prema mišljenju stručnjaka iz juž-
noafričke odbrambene organizacije ARMSCOR, efikasna minska zaštita zahteva nckoliko komplementamih prilaza, koji, pored ostalog, uključuju:
- otklon (skretanje) eksplozije i njenu apsorpciju,
- zaštitu od penetracije,
- obezbedenje adekvatne visine vozila iznad tačke eksplozije,
- obezbedenje dovoljne i pravilno rasporedenc mase (za stabilizaciju vozila),
- ugradnju sigumih i bezbednih se-diSta za posadu,
- zaštitu vitalnih komponenti i te-
reta,
- izvodenje kvalitetne obuke.
Obezbedenje zaštite oklopnog bor-
benog vozila od dejstva mina ojačava* njem poda (patosa) zavarenim oklopnim čeličnim pločama može samo parcijalno da štiti strukturu, ali to ne smanjuje efekat detonacije mine na posadu, insta-lacije i uređaje u unutrašnjosti vozila. Velika buka, udar, pritisak i sekundami fragment! ostaju kao opasnost. Elastična deformacija poda prouzrokuje da se sklo-povi i agregati, montirani ili postavljeni na dnu borbenog odeljenja, usmeravaju u projektile brzinom od 300 m/s. Otuda ovaj pristup ne vodi rešenju problema i ne donosi željene rezultate.
Radi razvijanja efikasne zaštite od mina potrcbno je jasno definisati koji se standardi moraju stvarno ispuniti. Nije dovotjno samo izbegavati perforaciju poda (patosa). Minska zaštita mora biti projektovana tako da pruži efikasnu za-štitu od efekata tradicionalnih razomih mina sa sadržajem 15 kg TNT, protiv mina sa eksplozijom oblikovanim projek-tilima sa više od 7 kg TNT, kao i od dejstva mina usmerenog dejstva. U slu-Čaju kumulativnih mina njihova efika-
608
VOJNOTEHNIČKI GLASNIK 6/2001.
a) oMoga pntiv b) ckxlauk u c) balisitka zi&iu 1 odvaljivaq)« balisticku smanjenje signtare
xafeitu
SI. 12 - Serna hibridne minske zaštite
snost mora se smanjiti za najmanje 75%. Ispitivanja u nemačkoj kompaniji IBD koja su se odnosila na hibridnu minsku zaštitnu šemu integrisanu u eksperimen-talno vozilo i tenk Leopard 1, pokazala su da ti zahtevi mogu biti ispunjeni (sli-ka 12).
Kompletna minska zaStita odnosi se na pokrivanje celokupne dužine vozila i dela bočnih stranica. Zavareni šavovi u patosu moraju se zaštititi kosim (nagnu-tim) pločama, kako bi se sprečilo probija-nje prouzrokovano strukturnim prome-nama susednih šavova. Pod vozila mora da ima nekoliko slojeva od različitih ma-terijala, sposobnih da efikasno apsorbuju buku i udame talase. Ekstremno velika tvrdoća ploča mora da obezbedi da se udami talas prencse na strukturu poda kako ne bi prouzrokovao odvajanje opreme i pomoćnih uređaja. Pomeranje poda prema unutrašnjosti vozila zbog
elastične deformacije ne sme preći više od 150 mm, a usled plastične deformacije ne sme biti veće od 50 mm. Funkcija zaštite mora se sačuvati čak i pri višestru* kim detonacijama. Otvori u podu tenka, ukoliko se ne mogu izbeći, moraju se proračunati i tako ojačati da onemoguće dejstvo projektila prema unutrašnjosti vozila.
U rešavanju visokih zahteva oktopne zaštite hibridni sistemi, koji su integrisani unutar i spolja osnovnog oklopa, opti-malno su rešenje. Spoljni čvrsti deflektor (otklonski sistem), koji se dodaje na osnovni oklop, usmeren je na defokusira-nje konccntrisane energije detonacije. Preko osnovne oklopne zaštite preostala energija ulazi u kombinovani sistem sa dinamtčki nelineamim elementima i na taj način se redukuju apsorbovanjem. Jedan deo takvog apsorpcionog sistema jesu vrlo krute komponente male gustine. Prema borbenom odeljenju tenka obloge apsorbuju udar i na taj način kompletiraju zaštitni sistem (slika 13).
ukitni oblog*
SI. 13 - Apsorpcioni sistem za elimimsanje efekata dejstva protivtenkovske mine na oklopno vozilo
Zakljucak
Oklopna borbena vozila, posebno tenkovi, ,,ranjivi“ su na dejstvo protivten-kovskih mina. Materijal diska ima slabija mehanička svojstva od podne ploče, ali sa velikom brzinom odbacivanja i veli-
VOJNOTHHNIĆKl GLASNIK 6^001.
609
kom kinetičkom cnergijom deluje ra* zomo na ploču. Dimenzije ploče limiti-rane su taktičko-tehničkim zahtevima, posebno manjom masom i većom pokret-Ijivošću. Pošto disk ima specifičan oblik, primeren već poznatim principima preo-blikovanja, njegova transformacija pod dejstvom produkata detonacije je očigled-na.
U radu su uporedeni rezultati ekspe-rimentalnih istraživanja sa numerički mo-deliranim i simuliranim dejstvom diska na metalnu ploču. Numeričke simulacije odvijaju se sa karakterističnim proble-mima zbog tendencije da se proračunska mreža interakcije disk - ploda prekine, tj. dovede do nereguiamosti u proraču* nima.
Na realnom modelu (dimenzije diska i eksplozivnog punjenja su iz postojeće konstrukcije mine) izvršeno je radunarsko modeliranje i simulacija kretanja diska u intervalu od 0 do 200 ps. Za razliku od postojedih modela i ostvarenih simulacija u 2D geomctriji, ova analiza izvršena je prvi put u 3D geometriji. Očiglednost transformacije konkavnog diska u ova-kvom obliku nije sporna, kao što nije spoma činjenica da je ovakva simulacija vrlo bliska realnom stanju u eksperimen-talnim istraživanjima. Dobijeni rezultati proračuna ohrabruju i navode na moguć-nost smanjenja broja potrebnih eksperi-menata, ukoliko se raspolaže odgovaraju-ćim setom podataka o materijalu, eksplo-zivu i parametrima jednačine stanja. Ru-tina u generisanju konkretnih modela, odgovarajući softverski i hardverski za-htevi i neprekidna veza model - eksperi-ment, obezbedide da validnost dobijenih rezultata proračuna bude na visokom ni-vou.
Sigumo je da računarsko modeliranje i simulacija, posebno u 3D geometriji,
imaju smisla, čak se mogu izvesti i za različite materijale (aluminijum, bakar). Tada je uz teorijske postulate, matema-tičke analize i eksperimentalnu verifika-ciju rezultata modeliranja i simulacija moguće ispravno zaključivati u oblasti vclikih brzina deformacije. Pored izu-zetno velike baze podataka o različitim parametrima materijala i eksploziva, osnovni doprinos računarskog modeliranja i kasnijih simulacija jeste postizanje $to veće tačnosti proračuna. To se postiže dugotrajnim radom, ne samo u delu sof-tvera, nego i u detaljnim eksperimentima i njihovoj verifikaciji u realnim borbenim sredstvima. Naravno, tačnost proračuna odražava se i na mogućnost optimizacije konstrukcije protivtenkovskih sredstava.
Iz analize se vidi da protivtenkovska mina sigumo probija podnu ploču tenka, a iz načina na koji se to ostvaruje (u statičkim i u realnim uslovima) odiglcdno je da se proboj nc može u potpunosti sprečiti. Medutim, novije modifikacije oklopnih borbenih vozila uključuju razli-čite načine kojima se smanjuje efckat dejstva protivtenkovskih mina. Jedan od njih je postavljanje dodatne pancime ploče ispod postojeće, a drugi je postavljanje ploča pod odredenim uglom, tako da se eliminiše direktno dejstvo mine na podnu ploču.
Ove mere se primenjuju na postoje-ćim konstrukcijama, a u novim konstruk-cijama to se realizuje dopunskim ojačanji-ma, poprečnim gredama, podizanjem podne ploče na viši nivo, pomeranjem sedišta iz centra i delimičnim smanjenjem direktnog dejstva mine, ojačavanjem ugradnjom modulamih pioča (keramika, kompoziti, višeslojni čelični oklop), ili primenom hibridnih sistema sa velikim faktorom zaštite.
610
VOJNOTEHNIČKI GLASNIK 6Q00I.
Lueraiu/a:
(1) Radii. V.: Minsko ratovanje. Monografija, Vojnoizdavalki i*vod, Beograd. 2001.
(2) HaQquist. J. 0.: User's Manual for DYNA3D. University of California. 1979.
(3) Hallquist. J. 0-: Theoretical Manual for DYNA3D. University of California. 1982.
(4) Hallquist. J. O.: A Procedure for ibe Solution of Finite Deformation Contact-Impact Problems by the Finite Element Method. University of California. 1982.
|5| Dobra tz, B. M.: LLNL Explosives Handbook. University of California. 1981.
(61 Zukas, J. A.: Impact Dynamos, New York. John Willey & Sons. 1982.
|7| Radić, V.: Numerilka siroularija kretanja i baine ploCa pri zavarivanju ekspkniiom. 21. Koneres teoriitke i pnroenjene reehanike. YUMEX. NrS, 1995. 106-111.
(8) Rađić. V.. Momirovid. V.: Ispitivanje probojnosti funkejo* nalnih models kasetne protivtenkovsce mine KPTM-2. strudni izveJtaj VTl-02-0l4)6)6. 2000.
(9) Rađić. V.: Modeliranje i sinuladja odziva materijala na dejstvo eksplobje. Naudnotctaidki pregled. 4. 1998. 48-57.
(10) Radid. V.: Penetracija projcciila velikom brzinom u oklop velikcdebljine, Naulnotehnitki pregled. 4-5.2000.18-24.
VOJNOTEHNIČKl GLASNIK 60001.
611
