Поднимая тему угла наклона танковой брони на бронетехнике конца 30-х – начала 40-х годов прошлого века (начало Второй мировой войны), хочу поделиться интересной мыслью, пришедшей мне в голову, а именно: прямоугольная форма танка тех лет (например, немецкие танки до появления T-VI «Пантера») практически не уступала, а временами была предпочтительней формы танка с «рациональными» углами наклона боевых листов (Т-34).
Сразу оговорюсь, настоящая статья не претендует на серьезное историческое или техническое исследование, и поэтому не требуйте от автора соблюдения точности названий, дат, характеристик боевых машин и т.д.
Яркой иллюстрацией различий в школах танкостроения может служить внешний вид танков Т-34 (СССР) и сходного по общим характеристикам с ним танка T-IV (Германия). Оба танка создавались примерно в одно и тоже время (в конце 30-х годов прошлого века), обе машины готовились к глобальной войне и обе машины были сделаны для того, что бы побеждать. Побеждать, используя мощные танковые клинья, глубокие прорывы, скорость и огневую мощь, по крайней мере, так думали их конструкторы.
Несмотря на то, что основные характеристики этих машин очень близки друг к другу, что позволяет отнести их к одному классу бронемашин, который впоследствии назовут «основной боевой танк», тем не менее, внешние отличия этих машин делают их почти антиподами. По крайней мере, даже ночью в тумане отличить одну машину от другой было, я думаю, не сложно.
Это Т-34-76
А на этой фотографии T-IV
Как говорится, комментарии излишни.
Первое, что бросается в глаза – это клинообразные, покатые формы Т-34 и рубленные, даже скорее пиленные ножовкой грани T-IV.
На рисунках ниже представлены углы наклона и толщина бронедеталей двух сравниваемых машин.
Сначала наш Т-34.
Теперь немецкий T-IV.
Ну не могли же немецкие инженеры, подумал я, при разработке танков не сделать ставку на простое, казалось бы, инженерное решение: наклонить лобовую и бортовую деталь брони, чем существенно повысить живучесть танка в бою. Ведь на первый взгляд, снаряд, прилетевший в лоб Т-34 должен срикошетить и уйти в небо, а доставшийся T-IV, даже скользнув по практически горизонтальному переднему листу, упереться в вертикальный лоб и упорно прогрызать броню, добираясь до нежного нутра машины. И полез копаться в интернете.
Начнем с того, что форма головной части бронебойного снаряда начала 40-х годов уже не была остроконечной. Это был "спиленный" конус с немного вогнутой головной частью, своеобразным таким ковшиком, прикрытым для лучшей стабилизации в полете легким сминаемым обтекателем.
На рисунке ниже представлена схема снаряда БР-350 (бронебойный тупоголовый каморный снаряд) калибра 76мм, который широко использовался для поражения бронетехники противника из орудий Ф-34 (устанавливалась на танк Т-34), УСВ (дивизионная пушка образца 1939г.), ЗИС-3 (дивизионная пушка образца 1942г.)
Схожими по форме были бронебойные снаряды БР-240 к советской 45мм противотанковой пушке образца 1937г. (основное противотанковое орудие СССР первого этапа ВОВ).
Попадание такого снаряда даже в наклонный броневой лист приводило к тому, что обтекатель сминался, снаряд врезался краем головной части в броню и менял вектор полета, «нормализуясь» к броне, и под углом, близким к 90 градусам, входил в броневой лист. Это резко уменьшало количество рикошетов при острых углах первичного соприкосновения снаряда с броней по сравнению с обычной остроконечной «болванкой».
Схема взаимодействия снаряда с броней представлена ниже.
Конечно, это происходило не всегда, и при особо острых углах встречи снаряда с броней возникали рикошеты, но тем не менее при угле встречи свыше 20 градусов эффект вполне достигался. В подтверждение сказанного нашел одну интересную картинку, иллюстрирующую это явление, правда, из немного другой эпохи танкостроения.
На фотографии видно, как снаряд, попавший в броню под очень острым углом (справа), вырвал ее небольшой кусок и разочарованно улетел дырявить тучи, а снаряд, прилетевший под углом побольше «вгрызся» в броню и вошел в заброневое пространство практически под прямым углом.
Все вышесказанное говорит о том, что наклон брони – это не панацея, и поразить наклонную броню так же легко, как и вертикальную.
Необходимо также отметить, что наклонные листы лобовой, бортовой и кормовой брони существенно уменьшают внутреннее пространство в танке, то есть не дают экипажу нормально двигаться внутри машины, не позволяют эффективно и компактно разместить мотор, трансмиссию, боеукладку, приборы наблюдения и многое другое.
Сравним условия работы экипажа Т-34-76
И T-IV
Разница, как говорится, на лице. В немецком танке ощутимо больше внутренний объем и соответственно у конструкторов появляется возможность более эргономично скомпоновать машину. Сразу бросается в глаза просторная посадка механика-водителя и стрелка-радиста, вынесенная в переднюю часть машины трансмиссия, что позволило сдвинуть башню на середину корпуса, значительное свободное пространство в башне и подбашенном отделении.
Ну а теперь вернемся к основному вопросу, так ли безупречна и рациональна конструкция с использованием наклонных листов брони.
При противостоянии "снаряд-броня" решающими являются два фактора: скорость и вес снаряда с одной стороны и толщина брони с другой стороны. Качественные характеристики материалов, из которых изготовлены броня и снаряд намеренно не включаю в описание, будем считать их просто оптимальными.
Поскольку вероятность попадания снаряда в горизонтальную броню (пол корпуса, крыша корпуса, крыша башни) в разы ниже, чем в вертикальные бронелисты, то горизонтальное бронирование делают противоосколочным (10-30 мм), а вертикальное бронирование максимально мощным (40-75-100 мм и более). Ведь максимальная масса танка не беспредельна и требуется экономить вес, а значит экономить, прежде всего, на толщине брони.
А нехороший человек Пифагор, изучая геометрию, неожиданно вывел, что гипотенуза гораздо длиннее катета, особенно, если противолежащий к этому катету угол очень острый. То есть площадь вертикального бронирования при сильном угле наклона бронелиста возрастает, а значит растет его вес, то есть необходимо уменьшать толщину брони для соблюдения ограничений по общей массе танка. Ведь тяжелый и толстый вертикальный лист, наклоняясь, замещает собой часть тонкого горизонтального.
Для примера рассмотрим два варианта корпуса танка при наклоне лобовой броневой детали 90 градусов (форма корпуса «кирпич») и 45 градусов (форма корпуса «кирпич со срезанной гранью»). Общая высота корпуса пусть будет 1,3м, площадь по полу 6мх2,5 м, то есть 15 кв.метров, где-то рядом с габаритами бронекорпуса нашего Т-34 или немецкого T-IV. Для упрощения считаем без башни, башенного погона, надгусеничных полок (которые, кстати, тоже весят ого-го), люков и т.д., такой вот «шарообразный конь в вакууме». Внутренний полезный объем нашего танка в корпусе «кирпич» составит чуть меньше 20 куб.метров.
Разделим корпус по горизонтали на две части: нижнюю, высотой 0,3м, и верхнюю, высотой 1м в которой и будем изменять наклон лобового листа брони. В нижней части корпуса размещается трансмиссия и сделать ее сильно наклонной нельзя. Поэтому ее форму мы сохраним при любой компоновке корпуса. Так как масса нижней части корпуса будет одинаковой для обеих компоновок, то ее величину я не буду рассчитывать, так как она в данном вопросе не принципиальна.
А вот о верхней части корпуса, где будут происходить изменения, поговорим более подробно. Пусть верхний лист бронекорпуса нашего танка будет толщиной 10 мм, бортовую броню делаем 50мм, а кормовую 30мм. А вот толщину лобовой детали мы будем определять исходя из равной массы корпусов при разных углах наклона брони. Предположим плотность стали броневого листа составляет 10000 кг/куб.метр.
Корпус «кирпич»:
Вес верхнего 10мм прямоугольного листа горизонтальной брони = объем листа х плотность стали = 6м х 2,5м х 0,01м х 10000 кг/куб.м. = 1500 кг.
Прямоугольный лист бортовой брони при толщине 50 мм будет весить:
1м х 6м х 0,05м х 10000 кг/м.куб. = 3000 кг Соответственно 2 детали: 6000 кг.
Прямоугольный лист брони на корме при толщине 30 мм будет весить:
1м х 2,5м х 0,03м х 10000 кг/м.куб. = 750 кг
Таким образом, вес корпуса без лобовой брони будет составлять: 1500+6000+750=8250кг.
Используем в качестве лобовой брони в верхней части корпуса нашего танка прямоугольный лист толщиной 100 мм, который будет весить:
1м х 2,5м х 0,1м х 10000 кг/м.куб. = 2500 кг
Общий вес прямоугольного корпуса, таким образом, составит: 8250+2500=10750кг. От него и будем отталкиваться.
Посчитаем теперь мах возможную толщину лобового листа брони верхней части корпуса формы «кирпич со срезанной гранью» (наклонный под 45 градусов лист лобовой брони) при соблюдении ограничения по массе и заданных параметров бронирования пола, крыши, бортов и кормы.
Потеря внутреннего объема корпуса из-за наклона лобовой детали будет не значительна, всего 1,25куб.метров, что составляет менее 10% общего объема.
Верхний лист брони будет на 1 м короче, так как наклонная лобовая деталь «съест» часть его площади, и будет весить, соответственно меньше:
2,5м х 5м х 0,01м * 10000 кг/куб.м. = 1 250 кг.
Вертикальное бронирование верхней части корпуса состоит из четырех листов: два листа формы «прямоугольная трапеция» (борта корпуса) и два в форме прямоугольника (лоб и корма).
Площадь борта (1 деталь) вычисляем по формуле площади трапеции: высота, умноженная на полусумму оснований. В нашем случае:
1м х (6м+5м)/2 = 5,5 кв.м.
Весит эта деталь соответственно: 5,5кв.м х 0,05м х 10000 кг/м.куб. = 2750кг, то есть 2 детали 5500кг.
Лист брони на корме будет, так же как и в первом варианте, весить 750 кг
Таким образом, вес бронекорпуса без лобовой детали будет составлять: 1250+5500+750=7500кг, что на 750кг легче, чем в первом варианте за счет уменьшения площади верхнего и боковых листов брони.
То есть на лобовой лист брони остается 10750-7500=3250кг. Но и площадь его будет значительно больше (он же теперь у нас не «катет», а «гипотенуза»). Посчитаем его мах возможную толщину.
Площадь лобового листа равна его ширине (2,5м) умноженной на длину. А длину его нам поможет рассчитать тот самый Пифагор, как гипотенузу прямоугольного треугольника с катетами 1м. Получаем 1,414м. То есть площадь лобового листа = 2,5м (ширина) х 1,414м (длина) = 3,54кв.м
При его допустимой массе 3250 кг получаем толщину стенок равной:
3250кг/(3,54кв.м*10000кг/куб.м) =0,092м = 92 мм., что 8 мм тоньше, чем лобовая броня в первом варианте корпуса. Вроде бы не много, но как говорится, какая соломинка сломает спину верблюду, никто не знает.
А теперь еще одно замечание. В реальном бою крайне редко бывает, когда орудие ПТО располагается строго по вектору движения танка и на одном с ним уровне. Только представьте себе вероятность ситуации, в которой по центру идеально прямого и ровного автобана танк прет прямиком на орудие, установленное на разделительно линии. Обычно всегда наличествует угол встречи снаряда с броней, отличный от нормали, даже если корпус танка представляет из себя кирпич. То есть, установленный строго вертикально броневой лист все равно будет находиться под углом, меньше чем 90 градусов относительно траектории движения снаряда, пусть не в горизонтальной, так в вертикальной плоскости.
Понятно, что все приведенные данные верны только для «шарообразного коня в вакууме» и можно подобрать такие характеристики корпуса, которые сведут преимущество в толщине вертикального лобового листа перед наклонным к минимуму, например поменяв соотношение толщин бокового, верхнего и кормового бронирования. Так, если увеличить толщину верхнего бронелиста с 10мм до 20мм, то выигрыш в лобовой броне составит всего 1 мм. Но тогда и общая масса верхней части корпуса нашего танка возрастет на 1500кг или почти на 15%, что может быть уже критично для ходовой части. Для компенсации роста массы придется снять по 12мм с бортов, а это уже опасно для живучести машины. И при этом толщина переднего наклонного бронелиста должна быть уже не 99мм, а 96мм для сохранения паритета масс. И так далее. Не зря же немецкий T-IV, который обладал гораздо менее мощным двигателем по сравнению с Т-34 (265 л.с. против 500 л.с. у нашего танка) имел гораздо более тонкое бронирование крыши и днища (10мм против 20мм), кормы (20мм против 40мм) и бортов (20-30мм против 45 мм), в то же время в показателе удельной мощности уступал нашему танку не столь значительно потому, что был гораздо легче и прежде всего за счет экономии на толщине брони.
Я ни в коем случае не говорю, что причина создания немцами квадратных танков только в этом, но принять мои выкладки как одну из составляющих того набора допущений, из которого исходили разработчики при конструировании корпусов немецких танков перед началом Второй мировой, я думаю, вполне можно.
Было бы интересно услышать Ваше мнение.
P.S.
А как же современные машины, скажете Вы. Наш Т-90 или немецкий Leopard, ведь там вертикально установленной броней и не пахнет, разве что экраны на гусеницах?
Да, не пахнет. Но с тех давних пор коренным образом изменились и средства поражения танков. И снаряды БР-240, выпущенные из советской 45мм противотанковой пушки образца 1937г. современным танкам страшны, как носорогу зубочистка – разве что краску поцарапают, да и то, если долетят…