《校场》2021-01-11：答疑：为何说钢是坦克最好的防穿甲材料

源济

校场答疑：为何说钢是坦克最好的防穿甲材料
新浪军事  2021年01月11日 09:06

麻老虎：为什么说钢是最好的防穿甲弹的材料？贫铀的防御力不更好吗？




钢是坦克最常见也最古老的防护材料，因此新型防护材料在衡量防弹能力的时候，通常会采用折算成装甲钢的方式进行计算。这个折算一般有两种方法，一种是等重量的防弹材料等效于同重量钢装甲防弹能力的多少倍，另一种是把等重量换成等厚度。因为材料的密度是固定的，所以这两种折算方法本质上是相同的，可以互相换算。我们常听到的铝合金、钛合金、贫铀合金、橡胶、玻璃钢、陶瓷等，都可以这么换算。上表是一些常见防弹材料的质量系数。




可以看到，硬铝的质量系数不过也就是均质钢的1.65倍，折算成厚度系数的话，同厚度的硬铝仅为普通装甲钢的0.59倍，高硬钢的0.44倍。钛合金在我们的认知中是一种超强的防弹材料，但通过换算我们一样不难得出，钛合金的厚度系数仅为均质钢的0.97倍，高硬钢的0.73倍。换句话说，如果用铝合金、钛合金制造坦克侧面装甲，在达到相同防弹能力的情况下，铝合金、钛合金装甲板的厚度必须大于装甲钢。这会造成坦克被弹面积增大、无效的结构重量增大、通过性降低等一系列问题。更关键的是，铝合金便宜，但是相比装甲钢实在逊色太多，钛合金在等厚度的情况下比装甲钢轻得多，防弹效果也差不多，但钛合金实在是太贵了。因此在传统金属材料中，还是装甲钢更具优势。




贫铀合金（主要是铀钛合金）作为装甲材料，在世界范围内的应用非常少，因此对于其质量系数的研究也不多。但通过瑞典人测试过M1A2坦克的防护效果后，其使用贫铀合金NERA插板的M1A2在防护力上还不如使用高硬钢NERA插板的豹2IMP，因此大致推断贫铀合金防穿甲弹的质量系数不会显著高于高硬钢，最大的优势是可以利用贫铀合金的超大密度，在尽量小的空间内实现与钢装甲同样的防护效果（M1系列坦克防护上最大的问题也就是空间不足）。




因此，原则上，如果贫铀合金是一种与铝合金、钛合金类似的，可以直接用来做装甲的材料的话。在坦克的侧向防护上，可能确实是一种比较不错的防穿甲材料。但问题是，贫铀合金有放射性，必须要用足够厚度的金属材料对其进行封装。比如美国M1A2坦克炮塔正面装甲的贫铀复合模块就是整体封装好再装入炮塔正面的装甲插槽中的。这还是需要比较大的厚度才能实现。因此，贫铀作为坦克侧面装甲的防弹材料依旧有所不足。




陶瓷与贫铀类似，不适合作为单独的防弹材料使用。如果仅从上表中的数据计算的话，氮化硅陶瓷的厚度系数大约是均质钢的1.05倍，高硬钢的0.8倍。是一种非常理想的防穿甲材料。但氮化硅陶瓷发挥出如此强悍的防弹效能，需要依靠复合装甲中金属材料的约束。这样一来，这种装甲的厚度、制造成本都要比装甲钢更高。更大的问题是，钢材料有相当好的抗反复打击能力，但陶瓷碎了之后防弹效能就要大打折扣。因此综合各方面因素考虑，陶瓷材料在坦克侧向防护上也无法与钢相提并论。




上面我们只提到了作为单一防护材料、制作坦克侧面装甲时的情况。实际上装甲钢在坦克正面防护上也有相当广泛的应用。最典型的就是苏联的T-72、T-80坦克，炮塔均为铸造而成的大厚度钢坨，仅为了控制重量，在钢坨中开洞填充复合材料。最典型的如T-80U坦克，从炮塔侧前方35°入射时，装甲钢的最低厚度为前98mm+中20mm +后190mm，共309mm，堪称钢中挖洞填复材的典范。




西方坦克也是一样，以防护性能优异著称的豹2A5/6/7坦克为例，其炮塔框架为高硬钢焊接而成，内填NREA装甲板，其中NERA装甲板的主要防穿甲材料同样为高硬度装甲钢。




小?爸爸：隐形战斗机抛掉外挂油箱后机身上的连接点是怎么处理的呢？不是隐形战机的外型要保持绝对平滑才能躲过雷达波么？那连接油箱的位置是加盖还是怎么办呢？




传统的三代机在设计上对机动性的要求非常之高，因此绝大部分三代机在设计时载油系数和载油量都不是很大，比如F-15的内油仅为6.1吨，阵风的内油仅为4.7吨，台风的内油仅为4.9吨。为了弥补自身燃油的不足，这些飞机才需要携带副油箱进行作战。




现有的四代机中，只有歼-20和F-22展示过挂载副油箱的能力。F-22虽然以“腿短”著称，但内油依旧有8.2吨；歼-20没有这方面的数据，但美军方面的估计，其内油为13~14吨级。所以这些飞机一般都不会考虑携带副油箱执行作战任务，挂载副油箱一般只是转场时为了提升极限航程使用的。既然不会出现在战斗任务中，一般也不需要考虑抛弃副油箱和抛掉副油箱后的隐身问题。




不过美国人倒也不是真的没考虑过抛弃副油箱的问题（我国不知道有没有，因为保密太成功）。F-22抛弃副油箱时，也确实考虑到了残余挂架对隐身性的影响。因此F-22的外挂油箱是和挂架一起扔掉的。至于机翼下残余的接口，就确实没有太好的办法了。

源济

豫米鱼家：空中加油可以很轻松的破解轰六或运输机续航的难题，为什么没有大规模应用呢？还是死抠续航半径呢？还有轰六在日本周边跑圈时为什么不携带副油箱呢？




对原始设计的修改要…… 轰-6家族发展到今天，本质上依旧是对图-16的小修小补，比如到了轰-6K依然没用上电传飞控。图-16本身没有现代化的加受油接口，没有携带副油箱的能力，那我们一路小修小补来，想要加上这些功能自然也不是一件容易的事。




不过好在，从轰-6N开始，我们还是成功的给轰-6添加上了空中加油的能力。但这型轰炸机2019年国庆阅兵时才首次亮相，装备量比之轰-6K这样的老面孔还是少得多，形成战斗力也更晚，因此也比较不容易被看到。




戚先生：英国有两艘航母，法国也不甘示弱，毕竟五常都有航母（俄罗斯的咋算？），请问主编:我国下艘航母会采用电磁弹射吗？舰载机会用五代机吗？哪种预警机可以上舰？吨位可以达到尼米兹吗？




去年下半年，国内出了一套图书，叫做《国之重器出版工程》，这一系列丛书，每一本书的编委会都是国内相关领域的顶尖专家组成的。这套丛书里就有一本叫做《航母舰载机的电磁弹射和阻拦系统》，里面比较详细的介绍了航母电磁弹射/阻拦系统的设计原理和设计难点。仅从这本书来看，我国的电磁弹射相关技术已经相当之成熟了，舍之不用，而用更加古老的蒸汽弹射器实在是没有什么道理。




至于隐身舰载机和舰载预警机，目前国内在相关领域都有很深的积淀，就算之前完全没有过这方面的想法，今天才想起来做，也不会比航母服役晚太多的。何况新舰载机、新预警机和新航母的立项肯定是要放在一起进行通盘考虑的，不可能出现航母都造好了，舰载机还没影的情况。所以这些东西也都不用着急，没准下礼拜就首飞了呢？




至于吨位倒确实是个挺有意思的话题。之前我们也说过，纵观美国超级航母的发展史，我们不难发现，从福莱斯特到福特，其体型膨胀的非常缓慢，但吨位膨胀的非常迅速。这主要是因为美军在越南战争的实际使用中发现，他们航母的最大问题就是载油量和载弹量太小，跟不上越南战场的实际消耗。因此小鹰级比福莱斯特级、尼米兹级比小鹰级、福特级比尼米兹级都大幅增加了航空燃料和弹药的搭载量。用数据来说的话，企业号的燃油搭载量为275万加仑为福莱斯特级的190%；弹药搭载量为2500吨，为福莱斯特级的150%。而到了尼米兹级，这两个数字又上升到了300万加仑和2970吨。




对我国来说，在航母的大致规格尺寸确定之后，排水量与其携带的燃油、弹药量有直接关系，而后者又与航母的作战想定有直接关系。如果我们要像美国一样，以航母为前进基地打干涉战争，那么吨位自然是越大越好。但如果我们的航母是以在深海大洋对付敌军航母编队为目的建造的，则不需要这么大的排水量来装载如此多的燃油和弹药，因为航母越苗条，机动性就越好。




......：这船尾水线部分往外延伸的设计有什么讲究吗？看起来跟个游艇似的。




其实有人管这个结构叫压浪板，不过这东西虽然跟压浪板作用原理有点类似但严格意义上不算是同一种东西。压浪板是一种船尾的附加结构，而法国这艘航母上的其实就是船尾本身。在作用上，压浪板的作用是抑制船只高速航行时的船尾兴波，能有效降低船尾的兴波阻力，提升船只速度。一般安装在小型快速船只上，比如游艇。




鉴于压浪板在高速小艇上有不错的表现，美国人也开始尝试将其应用在数千吨的驱逐舰上。美军先后在几艘伯克级上尝试了类似的附加结构。2000年的测试结果表明，在安装压浪板前，拉梅齐号导弹驱逐舰（USS DDG-61）以10万轴马力满功率航行时，最大航速为30.9节。而在安装了压浪板之后，达到这样的航速只需要85950马力。如果以10万马力满功率航行，则可以达到31.8节的航速。相比安装压浪板之前，快了0.9节。不过因为伯克级在最初设计时没有考虑过这种先进玩意，所以螺旋桨和压浪板的配合并不默契，根据美军的计算，为了配合压浪板造成的航速提升，螺旋桨还应该再提升约5%的螺距比才好。




法国这艘航母的船尾结构学名叫做鸭尾（ducktale），因为突出的结构特别像唐老鸭的嘴巴。这种结构的用处是在尽量不增加舰艇排水量的同时，延长舰艇的水线长度。进而增加船体的长细比，改善流体力学特性，降低阻力。




一般航母没有采用这种船尾设计也主要有两个原因：一是像库兹涅佐夫级这样的航母采用了巡洋舰型船尾，天生就不适合做鸭尾设计。另一个是像尼米兹级这种超大型航母，虽然采用了适合做鸭尾的方形船尾设计，但其长度足够长，不太需要再通过延长水线长度来降低阻力。另外再延长水线长度反而可能引起舰艇的灵活性下降。