Inżynieria pancerzy cz. 1 - Jak chroniony jest bojowy wóz piechoty Borsuk?

Przez dłuższy czas nie zajmowałem się pisaniem jakichkolwiek artykułów na swoim blogu. Było to spowodowane zarówno moim życiem prywatnym, jak również zaangażowaniem w pisanie tekstów na potrzeby innych mediów. Obecnie planuję wrócić do pisania artykułów tutaj, przy czym zamiast ogólnych tekstów opiniotwórczych chciałbym się skupić bardziej na mojej specjalizacji, czyli temacie pancerzy specjalnych oraz ich zastosowania w wozach bojowych. W tych artykułach chciałbym wykorzystać zarówno bardziej lub mniej dostępną teorię odnośnie projektowania opancerzenia, dostępne informacje na temat opancerzenia poszczególnych pojazdów, jak i w miarę możliwości moje dotychczasowe doświadczenia związane z projektowaniem elementów opancerzenia.

Zastrzegam jednak to, że wszystkie informacje, które będą podawane w tych artykułach, zostały zdobyte samodzielnie przeze mnie i nie są źródłem jakiegokolwiek przecieku. Więc jeśli kiedykolwiek pojawią się narzekania na temat zawartości moich artykułów, to przepraszam, ale w takiej sytuacji trzeba lepiej chronić jakiekolwiek wrażliwe informacje. Jednocześnie też zaznaczam, że wszelkie spekulacje mogą być nieprecyzyjne.

Przejdźmy zatem do pierwszego artykułu

-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

W nowej serii zdecydowałem się wziąć na pierwszy ogień testowany obecnie bojowy wóz piechoty Borsuk, który został opracowany przez Hutę Stalowa Wola. W temacie przedstawię zarówno teorię związaną z prawdopodobnym zaprojektowaniem osłon następcy BWP-1, jak również informacje, jakie udało mi się samodzielnie zebrać od roku 2017, kiedy to po raz pierwszy pokazano Borsuka. Miejscami ten tekst będzie subiektywny, więc nie musicie się zgadzać bezwzględnie z moją opinią. Chciałbym jednak, abyście się dowiedzieli, z czym tak naprawdę mamy do czynienia, jeśli mówimy o Borsuku.

Nie warto jednak przechodzić od razu do prostej, bezpośredniej odpowiedzi. Taka odpowiedź bowiem jest często nieprecyzyjna, a jednocześnie może wprowadzać w błąd. Dlatego lepiej w takim wypadku rozbić całą kwestię na czynniki pierwsze.

Bojowy wóz piechoty Borsuk - fot. HSW

O mobilności wojskowych pojazdów kołowych w terenie

Teoria

Jednym z bardzo ważnych, lecz często zapominanych wśród inżynierów parametrów niezbędnych przy opracowaniu wojskowych pojazdów terenowych jest ich mobilność w terenie. Kluczowa jest pod tym względem zdolność pokonywania przez pojazdy kołowe terenów o drobnoziarnistej strukturze gleby i jej znacznym spulchnieniu, czego przykładem są na przykład pola uprawne licznie występujące na terenie Europy. Czasem też brana jest pod uwagę zdolność do pokonywania terenów piaszczystych, których wzorcowym przedstawicielem są ergi. 

Zdolność do pokonywania takich terenów wyznacza się poprzez obliczenie nacisków powierzchniowych kół badanych pojazdów i odniesienie ich do nośności gruntów, po jakich mają poruszać się te pojazdu. W naszym kraju stosuje się dwie najbardziej podstawowe metody obliczania nacisków - są to pochodząca ze Stanów Zjednoczonych metoda Vehicle Cone Index (VCI) oraz wywodząca się z Wielkiej Brytanii metoda Mean Maximum Pressure (MMP).

W tym artykule zostaną przedstawione wartości obliczone metodą MMP.

Mean Maximum Pressure

Metoda obliczania nacisków powierzchniowych przy użyciu formuły MMP jest wyrażona za pomocą następującego wzoru:

Jeśli chodzi o wyniki obliczeń, to kryteria są następujące:

- do 200 kPa - bardzo dobra mobilność w terenie
- powyżej 200 kPa - skłonność do zakopywania się pojazdu w gruncie
- powyżej 300 kPa - ograniczona mobilność w terenie
- powyżej 400 kPa - pojazd kołowy nie powinien opuszczać utwardzonych dróg

Oznaczenia:

- m - masa pojazdu
- g - przyspieszenie grawitacyjne
- n - ilość osi w pojeździe
- d - średnica zewnętrzna opony
- b - szerokość opony
- δ / h - stosunek ugięcia opony do wysokości jej profilu

- K - stała zależna od ilości osi oraz osi napędowych w pojeździe

Jeśli natomiast chodzi o stałą K, to poniższa tabela pozwoli wyjaśnić, jakie wartości przyjmuje ta stała

Wystarczy teorii, pora przejść do benchmarka.

Benchmark opon wojskowych

Oto zestawienie wymiarów dla poszczególnych opon przy założeniach, że:

- stosunek wartości ugięcia opony do wysokości jej profilu wynosi 35% (najwyższa wartość w pojazdach wojskowych z możliwością regulowania ciśnienia opon)
- docelowa wartość nacisków powierzchniowych to 300 kPa
- podłożem jest suchy grunt rolny o drobnoziarnistej strukturze, sporej pulchności i wysokiej nasiąkliwości wody

Benchmark wojskowych pojazdów kołowych stosowanych w Wojsku Polskim lub dla niego proponowanych

Rodzina kołowych transporterów opancerzonych Rosomak

Rodzina kołowych transporterów opancerzonych SKOT

Rodzina wojskowych samochodów terenowych Honker

Samochody ciężarowe opracowane w Starachowicach

Wojskowe samochody ciężarowe opracowane w Laskowicach

Pojazdy kołowe opracowane przez AMZ-Kutno

Pojazdy kołowe opracowane przez Concept z Bielska-Białej

Pojazdy kołowe opracowane w Stanach Zjednoczonych

Pojazdy kołowe opracowane w Związku Sowieckim

Dodatkowa bibliografia

- Agnieszka Dąbrowska, Marian Łopatka, "Ocena zdolności pokonywania terenu o niskiej nośności przez pojazdy o dopuszczalnej masie całkowitej 14 ton", Logistyka 3/2015, s. 916-921

- M. Saarilahti, Modelling of the wheel and tyre. 1. Tyre and soil contact, Soil Interaction Model. Appendix Report No. 5, s. 24-29

Uwagi

Nie wszystkie pojazdy posiadają układy regulacji ciśnienia w oponach, więc podane wyniki niekoniecznie mogą być zgodne z rzeczywistością.

Polskie pancerze specjalne, cz. IV - CAWA-1/2

Przyszła najwyższa pora na teoretycznie ostatni artykuł z tej serii. Był BDD, była ERAWA w dwóch odsłonach, była CERAWA, a został teraz do omówienia chyba najmniej znany pancerz z całego zestawienia.

Myślałem o tym, aby podzielić ten artykuł na dwie części, jednak wiele kwestii jest tak powiązanych ze sobą, że muszę ten temat omówić w całości tutaj. Głównym bohaterem tego artykułu będzie rodzina pancerzy ceramicznych CAWA, która podobnie jak poprzedni bohaterowie, została stworzona w latach 90. w Wojskowym Instytucie Techniki Uzbrojenia. 
 

CAWA-1

Pierwszym typem opracowanego pancerza ceramicznego jest CAWA-1. Był on stworzony z pojedynczej warstwy płytek ceramicznego z podkładem w postaci stali pancernej, bądź też tkaniny aramidowej, pełniącej rolę spall linera. Zadaniem tego pancerza miała być ochrona pojazdów lekko opancerzonych przed przeciwpancerną amunicją karabinową. Żeby jednak ustalić, jaki materiał najlepiej się na pancerz dla pojazdów lekko opancerzonych, postanowiono ze sobą porównać następujące materiały ceramiczne w roli opancerzenia:

- tlenek glinu (Al2O3; znany również pod nazwami korund i alumina; gęstość 3,73 g/cm^3), 
- węglik krzemu (SiC; karborund; 3,2 g/cm^3), 
- węglik boru (B4C; borokarbid; 2,39 g/cm^3),
- węglik tytanowo-krzemowy (Ti3SiC2; 4,46 g/cm^3),

Wymagania, jakie postawiono przed CAWA-1, to były:

- ochrona obiektu przed amunicją karabinową o kalibrze do 14,5 mm włącznie (w zależności od grubości) podczas ostrzału z odległości minimum 100-200 metrów
- ochrona pojazdu przed działaniem środków zapalających
- możliwość montażu dodatkowej warstwy pancerza na ceramice, w tym i pancerza reaktywnego ERAWA
- możliwość nałożenia absorbera mikrofalowego wraz z farbą
- wysoka przyczepność płytek do pancerza zasadniczego w uniknięcia wyrwania w wyniku otarć
- łatwość w produkcji, montażu i eksploatacji
- zachowanie jego parametrów wytrzymałościowych w minimum 97% przypadków przy:

1) wilgotności powietrza do 98% 
2) temperaturze powietrza od -60 do +70° C
3) oddziaływaniu obniżonego ciśnienia atmosferycznego, pojedynczych udarów mechanicznych, pola magnetycznego, elektrycznego, promieniowania elektromagnetycznego, elektryczności statycznej oraz wyładowań atmosferycznych,
4) pod wodą na głębokości do 5 metrów przez minimum godzinę
5) na okres eksploatacyjny wynoszący minimum 15 lat przy zabezpieczeniu przed wodą oraz korozją

Testy, jakie przeprowadzono na danych typach ceramiki, składały się z kilku etapów, w których dla jak najbardziej wiarygodnych wyników strzelano do każdej próbki od 3 do 10 razy. 

W pierwszej kolejności sprawdzono możliwości ochronne przed pociskiem przeciwpancernym B-32 kalibru 7,62 mm z wykorzystaniem płyty wykonanej ze stali pancernej o grubości 10 mm jako podłoża dla ceramiki. 

Wyniki wykazały, że najlepszą ochronę zapewniały płytki wykonane z Al2O3 o grubości 8 mm oraz z Ti3SiC2 o grubości 7 mm - dla porównania testowane również płytki SiC osiągają zakładane możliwości przy grubości 12 - 20 mm. Biorąc pod uwagę ich gęstość, relacja masy do powierzchni wyniosła:

- 29,84 kg/m^2 dla Al2O3, 
- 31,36 kg/m^2 dla Ti3SiC2
- 38,4 - 64 kg/m^2 dla SiC

Teoretycznie rzecz ujmąc, najlepszy wynik został wykazany dla tlenku glinu, lecz dla tego testu wartości dla węgliku tytanowo-krzemowego okazały się niewiele gorsze (grubość pancerza mniejsza o 12,5% przy większej masie o 5,1%). 

Kolejny test był bardzo podobny, lecz jedyną różnicą była ochrona pancerza przed amunicją przeciwpancerną kal. 12,7 mm. Tam możliwości porównawcze uzupełnione o wspomniany na samym początku borokarbid. Wyniki znowu okazały się najlepsze dla Al2O3 - płytka ceramiczna wykonanego z tego tlenku zapewniała ochronę przed tymi pociskami już przy 10 - 12 mm grubości. Dla porównania dla SiC i Ti3SiC2 było to 20 mm, a dla B4C - aż 24 mm.

Przy amunicji 14,5 mm testy ograniczono wyłącznie do płytek wykonanych z Al2O3 i wyniki pokazały, że całkowitą ochronę przed tymi pociskami zapewnia pancerz o grubości co najmniej 18 mm. Współczynnik gabarytowy wyniósł 1,7, zaś masowy - 3,44. Również przy okazji amunicji tego kalibru sprawdzono wpływ grubości podłoża (stalowego pancerza zasadniczego) na możliwości ochronne ceramiki. I wykazano, że podłoże znacząco wpływa na możliwości ochronne - dla płyty o grubości 13,5 mm wystarczy 8 mm ceramiki w celu uniknięcia całkowitej penetracji, a dla płyty 8 mm potrzeba już 15 mm Al2O3. Ponadto biorąc pod uwagę zastosowanie płytek o grubości 15 mm, dla płyty RHA o grubości:

- 8 mm - dochodzi dopiero do uniknięcia perforacji pancerza,
- 10,5 mm - głębokość krateru po pocisku wynosi 5 mm
- 13,5 mm - głębokość krateru wynosi 1 mm

Za to dla pancerza pochylonego pod kątem 60 stopni można uniknąć perforacji przy płytkach o grubości 4 mm (h = 10,5 i 13,5 mm) lub 6 mm (h = 8 mm), a dla płytek o grubości 8 mm, dla płyty RHA o grubości:

- 8 mm - głębokość krateru wynosi 7 mm
- 10,5 mm - wynosi 2 mm
- 13,5 mm - wynosi 1,5 mm

Z tego wynika, że minimalna grubość pancerza stalowego, przy której ceramika zaczyna spełniać dobrze swoje zadanie, powinna wynosić 10 mm.

Podsumowując CAWA-1, wykazano, że współczynniki efektywności masowej i grubości wyniosły odpowiednio 2,6 i 1,25 dla Al2O3 oraz 1,95 i 1,12 dla Ti3SiC2. Oznacza to tyle, że pancerz ceramiczny (wykonany w tym przypadku z tlenku glinu) jest 2,6 razy lżejszy oraz 1,25 razy cieńszy od pancerza wykonanego ze stali pancernej przy analogicznym poziomie ochrony. W przypadku ochrony przed amunicją kalibru 12,7 mm współczynniki dla tlenku glinu wyniosły odpowiednio nawet 4 i 2.

CAWA-2

Kolejnym aspektem ceramiki pełniącej roli opancerzenia była ochrona czołgów podstawowych przed amunicją przeciwpancerną, zarówno kinetyczną, jak i wybuchową. 

Ówcześnie (tak samo jak teraz) podstawą naszych wojsk pancernych był czołg T-72, w którym jako wkłady specjalne stosowano tekstolit szklany oraz wkładu z tlenku krzemu (kwarcu). Tekstolit szklany jest kompozytem laminarnym, który jest uzyskiwany poprzez prasowanie w wysokiej temperaturze warstw włókna szklanego nasączonych żywicą (prawdopodobnie fenolową). W latach 60. ten materiał jako element opancerzenia był całkowitym novum, ale z powodu słabych charakterystyk włókna szklanego oraz postępu inżynierii materiałowej w zastosowaniu materiałów nieżelaznych w pancerzach ten materiał szybko stał się mało efektywny. I z tego powodu obiektem badań stał się wielowarstwowy pancerz ceramiczny, znany pod nazwą CAWA-2.

Dostępna wtedy literatura zalecała stosowanie w grubych pancerzach ceramicznych modeli dwuwarstwowych, składających albo z dwóch warstw SiC, albo warstwy tlenku glinu i znajdującej się za nią warstwy tlenku cyrkonu, amortyzowanych przez warstwę polimeru lub tkaniny aramidowej, której zadaniem było wychwytywanie odłamków powstałych w wyniku kruszenia płytek ceramicznych. Inną możliwością miało być stosowanie układów wielowarstwowych, gdzie pierwszą warstwę stanowił tlenek glinu, a kolejne zawierały inne ceramiki.

Jednak na podstawie prac nad CAWA-2 można wywnioskować, że zdecydowano się na obranie trochę innej drogi. Nie można bowiem wykluczyć tego, że zastosowano w niej kilkukrotną przekładkę z dwóch warstw różnych materiałów ceramicznych, przy czym pierwszą warstwę musiała stanowić ceramika o wysokiej twardości, a drugą - ceramika miękka (tj. o niskiej twardości).

Ale dlaczego pancerz musiał być tak wykonany?

Otóż założono, że zadaniem pierwszej warstwy, wykonanej z twardej ceramiki, miało być zniszczenie pocisku penetrującego pancerz, zaś druga warstwa (ceramika miękka) miała służyć do zatrzymania zdeformowanego już pocisku. Z tego powodu za swojego rodzaju "opus magnum" uznano połączenie zalet tlenku glinu i węglika krzemu lub tlenku cyrkonu. W trakcie badań inny równie dobry materiał z miękkiej ceramiki uznano węglik tytanowo-krzemowy (Ti3SiC2), lecz ten nie jest póki co produkowany w ilościach pozwalających na jego zastosowanie w innym celu niż testy w laboratorium. Lecz czy ktoś nie wymyśli nowej, znacznie skuteczniejszej kompozycji warstwowego pancerza ceramicznego? Przekonamy się...

Istota pancerza ceramicznego - warstwowego i gradientowego

Wracając do tematu, innym ważnym aspektem jest wartość impedancji falowej zastosowanych materiałów, bowiem im większe różnice występują pod tym względem między materiałami, tym penetrator ma większą skłonność do wytracania energii kinetycznej podczas przechodzenia między warstwami pancerza, co można zaobserwować poprzez zaobserwowanie "grzybków" w kraterze penetracyjnym. Dlatego też ważne jest naprzemienne stosowanie różnych materiałów w pancerzu warstwowym. 

Ponadto w trakcie badań wykazano, że warstwowy pancerz ceramiczny znacznie słabiej się nagrzewa oraz lepiej się chłodzi od pancerza monolitycznego - stalowego czy również ceramicznego. A to odgrywa bardzo dużą rolę w ochronie pancerza przed wielokrotnymi trafieniami, gdzie wysoka temperatura pracującego pancerza wpływa pozytywnie na przebijalność pocisku przeciwpancernego (czyli niekorzystnie dla obrońcy). Jednak swoją drogą nie jest tajemnicą, że ceramika jest dobrym izolatorem cieplnym, co WITU wykorzystało w pancerzu reaktywnym ERAWA. Dzięki temu polski pancerz w przeciwieństwie do rozwiązań radzieckich, rosyjskich i ukraińskich jest znacznie mniej wrażliwy na działanie prekursorów tandemowych głowic kumulacyjnych, jak również na część pocisków odłamkowo-burzących.

CAWA-2 została zaprojektowana specjalnie z pełnieniem roli wkładu specjalnego w pancerzach zasadniczych czołgów podstawowych - w tym przypadku było to związane z planowanym wtedy przez Zakłady Mechaniczne Łabędy opracowaniem czołgu PT-97, mającego być ostateczną modernizacją czołgów Twardy, jak również do wdrożenia w polskim projekcie MBT III generacji noszącego nazwy Goryl i Gepard (nie mylić z późniejszym 35-tonowcem). 

W tym celu postawiono przed CAWA-2 poza analogicznymi do CAWA-1 wymaganiami dodatkowy wymóg ochrony czołgu przed kinetycznymi pociskami przeciwpancernymi o przebijalności do 550-600 mm RHA (amunicja kal. 105 - 125 mm) i przed amunicją HEAT o przebijalności do 1000 mm RHA. Z drugiej strony określono, że przy montażu CAWA-2 jako pancerz zasadniczego MBT pierwsza warstwa stalowa powinna mieć twardość min. 500 HB, zaś grodzie, w których miałby być umieszczony pancerz ceramiczny, powinny mieć twardość ok. 300 HB.

Koncepcja warstwowego pancerza ceramicznego autorstwa Adama Wiśniewskiego, 1992
Płytki ceramiczne w kilku warstwach miały się znaleźć w kasetach spawanych (a) lub odlewanych (b) w celu usztywnienia pancerza.
 Jest bardzo prawdopodobne, że tak została skonstruowana (przynajmniej początkowo) CAWA-2

W wyniku dalszych prac ustalono, że część ceramiczna ma się składać z kilku warstw płytek o grubości 20 mm. Dlaczego miały być tak cienkie? 

Otóż tutaj główną rolę odgrywa sposób działania pancerza ceramicznego. W momencie, gdy pocisk nawiązuje kontakt z ceramiką pancerną, płytki zaczynają pękać. Lecz pękanie nie jest wbrew pozorom natychmiastowe - czas pomiędzy rozpoczęciem procesu penetracji a rozpoczęciem procesu pękania jest liczony w mikrosekundach. Jak zostało wykazane doświadczalnie, w momencie, gdy ceramika zaczyna pękać, jej właściwości ochronne zaczynają drastycznie maleć wraz z czasem. Dlatego też celem technologów jest opracowanie takich płytek, które nie zaczną się kruszyć przed ich całkowitą penetracją przez pocisk lub do całkowitej penetracji może dojść w niewielkim odstępie czasie od rozpoczęcia kruszenia płytki ceramicznej. Żeby można było się dowiedzieć, w którym momencie płytka zacznie pękać, trzeba znać trzy główne składowe za to odpowiedzialne:

- rozmiar płytki ceramicznej (najważniejsza jest mniejsza wartość długości lub szerokości płytki)
- wartość prędkości dźwięku w materiale płytki ceramicznej
- prędkość, z jaką pocisk uderza w płytkę ceramiczną

Problemem jest optymalizacja rozmiaru płytki ceramicznej. Zbyt mała płytka zacznie się zbyt szybko kruszeć w wyniku trafienia pocisku. Zbyt duża płytka będzie za to będzie osłaniała zbyt dużą powierzchnię, podczas gdy jej zdolności ochronne zostaną natychmiast osłabione po pierwszym trafieniu. A jedno i drugie wpływa negatywnie na możliwości pancerza ceramicznego. Jak zostało wykazane podczas testów w roku 2005, to o ile płytka o wymiarach 50 x 50 mm wykazuje średnią efektywność grubości na poziomie 1,565, o tyle płytka o wymiarach 100 x 100 mm o tej samej grubości (tj. 10 mm) zapewnia efektywność na poziomie 1,679, co oznacza wzrost o 7,3%. Drugim mierzonym parametrem była głębokość wybrzuszenia płyty stalowej, będącej podłożem dla kostek ceramicznych - w płytkach 50 x 50 średnia wartość wyniosła 4,08 mm, zaś dla płytek 100 x 100 było to 0,59 mm. Jednocześnie przy płytkach 50 x 50 w 6 na 22 testowanych kostkach doszło do perforacji pancerza, co oznaczało niespełnienie wymaganych zadań - dla porównania w przypadku płytek 100 x 100 zdarzył się tylko jeden taki przypadek (na 21 testowanych kostek), dokładnie w płytce wykonanej z materiału o najgorszych parametrach.

Dodatkowo ważne jest ułożenie poszczególnych warstw płytek ceramicznych "na zakładkę". W przypadku ułożenia liniowego w pancerzu pojawiłyby się miejsca osłabione w przestrzeniach pomiędzy płytkami ceramicznymi, a w takich miejscach zdolności ochronne pancerza mogą spaść nawet o 30%. 

Lecz CAWA-2 nie musi być stosowana wyłącznie jako wkład specjalny w pancerzu zasadniczym MBT, ale mogła być użyta również (podobnie jak CAWA-1) jako łatwo demontowany pancerz dodatkowy. A opatentowane zostały aż trzy różne pomysły dotyczące budowy kaset pancerza dodatkowego, jakim mogła być CAWA-2

Pierwszym pomysłem jest patent PL 181177 B1 z 10 września 1996, który został zgłoszony przez WITU. 

W jego ramach pancerz miał stanowić jedną kasetę, ściśle przylegającą do pancerza, która składała się z pięciu warstw. Pierwszą i ostatnią warstwę pancerza stanowiła stalowa obudowa kasety, wewnątrz której znajdowały się dwie warstwy ceramiki, zaś przestrzeń między obudową a pierwszą warstwą ceramiki została wypełniona materiałem, będącym mieszanką drobnych elementów ceramicznych, betonu o dużej wytrzymałości oraz kleju. Ten materiał został zastosowany w pancerzu po to, aby wypełnić luki, a co za tym idzie - usztywnić strukturę pancerza, uniemożliwiając możliwość przesuwania się warstw ceramiki, poprawiając przy tym odporność kaset na trafienia pociskami. Natomiast nie rozwiązano do końca kwestii łączenia kaset z pancerza zasadniczego wozu bojowym w celu dobrego przylegania powierzchni zewnętrznych kaset i pancerza do siebie - autorzy bowiem w tej kwestii zaproponowali aż cztery rozwiązania:

- pierwszym było łączenie kaset za pomocą teowników, pełniących rolę prowadnic. 
- drugim było użycie do tego płyty perforowanej, znajdującej się między kasetą a pancerzem zasadniczym i łączeniu kaset z płytą za pomocą śrub
- trzecim był docisk kaset z wykorzystaniem kątowników
- czwartym było zastosowanie zaczepów przymocowanych do kaset i pancerza zasadniczego

Drugim pomysłem jest za to patent PL 183721 B1 z 26 września 1997, który został zgłoszony przez Akademię Górniczo-Hutniczą. W tym przypadku zdecydowano się na pomysł stworzenia kaset, które były pod kątem budowy zbliżone do omówionego już wcześniej w serii pancerza reaktywnego ERAWA.

W porównaniu z poprzednią opcją ogromną zaletą jest ułatwienie procesu produkcyjnego kaset poprzez powielenie konstrukcji pancerza ERAWA. Żeby kaseta CAWA-2 była wymiarowo i konstrukcyjnie maksymalnie zbliżona do swojego wybuchowego odpowiednika, obudowa musiałaby mieć identyczny rozmiar i konstrukcję (wymiary 150 x 150 x 46 mm; zbudowana z płyt stalowych o grubości 5 mm i twardości 500 HB) oraz powinna być mocowana do pancerza zasadniczego za pomocą identycznych ceowników w odległości 30 - 50 mm od powierzchni. Jednocześnie, żeby można było obniżyć koszty produkcji również elementów ceramicznych, to wskazane byłoby wykorzystanie warstw ceramiki o grubości zbliżonej do tych użytych w CAWA-1 oraz CAWA-2 pełniącej rolę wkładu specjalnego pancerza zasadniczego. Z tego powodu zalecaną przez konstruktorów grubością pojedynczej warstwy płytek ceramicznych była wartość od 8 do 20 mm.

Jednak można na rysunku zauważyć, że kaseta CAWA-2 jest znacznie większa od ERAWA-2 - jej prawdopodobne wymiary wg grafiki to 250 x 250 x 33 mm, zaś warstwa ceramiki ma łącznie 20 mm grubości. Jednak z racji tego, że to jest tylko rysunek poglądowy, który ma opisać wyłącznie budowę kasety, nie byłoby problemem stworzyć kasety o wymiarach zarówno 150 x 150 x 46 mm, jak i większej o wymiarach ~300 x ~300 x 46 mm po to, aby nie istniały problemy z ich zastosowaniem w miejsce pancerza ERAWA. Dodatkową zaletą CAWA-2 w formie kasetowej jest możliwość łączenia ich warstwami (autorzy przewidywali możliwość zastosowania maksymalnie trzech warstw kaset), jak i montowania na nich pancerza reaktywnego. Dzięki temu CAWA-2 mogła drastycznie zwiększyć możliwości ochronne wozu opancerzonego, przy czym ograniczenia leżały wyłącznie po stronie nośnika pancerza dodatkowego. Nie można też wykluczyć tego, że już wtedy proponowano użycie znacznie większych modułów opancerzenia, tak jak się obecnie stosuje we współczesnych wozach bojowych

Trzeci pomysł pochodzi z patentu PL 178940 B1 i on akurat jest ściśle związany z pancerzem reaktywno-kompozytowym CERAWA-1.

Kasetę tego typu w przeciwieństwie do pozostałych można uznać za modułową, gdyż była zaprojektowana do możliwości montażu w niej zamiennie kostek ERAWA, CERAWA, jak również i CAWA. Dodatkowo, jak możecie zauważyć, była inaczej mocowana do pancerza zasadniczego niż klasyczne kostki, dzięki czemu możliwe było pochylenie pancerza dodatkowego, a przy tym zwiększenie jego grubości efektywnej, nawet na pionowej płycie pancernej. 

Przechodząc dalej, tradycyjnym elementem prac nad pancerzem były jego próby wytrzymałościowe w temacie ochrony przed amunicją APFSDS. Wymóg zakładał ochronę przed pociskiem 125 mm o przebijalności 550 mm RHA i prawdopodobnie w tym celu wykorzystano izraelski M711 (produkowany później w niewielkiej partii w Polsce i znany również pod nazwami Pronit i Ryś). 

Testy te przeprowadzono na pancerzu CAWA-2 między 1994 i 1997 rokiem. Do nich przygotowano trzy modele pancerza o wymiarach 1000 x 700 x 230 mm, gdzie wierzchnia warstwa stalowa została przykręcona do reszty modelu 10 śrubami M20. Skład tych modeli jest oficjalnie nieznany, lecz na podstawie szczątkowych danych można wywnioskować, że użyto kompozycji składającej się odpowiednio (od wierzchu) z 60 mm RHA, sześciu warstw ceramiki o grubości 20 mm każdy, przy czym naprzemiennie wykorzystano tlenek glinu i węglik krzemu, zaś ostatnią warstwę stanowiła płyta RHA o grubości 50 mm. Dodatkowo te modele zostały posadzone na płycie-świadku wykonanej z RHA o wymiarach 1000 x 1000 x 100 mm. Całość została pochylona pod kątem 60°.

Wyniki znajdują się poniżej:

Skąd wynika taka różnica w pomiarach pomiędzy modelem 1 a modelami 2 i 3? 

Otóż model nr 1 był inaczej skonstruowany od pozostałych dwóch modeli poprzez zastosowanie spoin grzbietowych do łączenia płyt pancernych, a nie spoin pachwinowych, jak to miało miejsce w modelach nr 2 i 3. 

Wyniki testów pancerza CAWA-2 nie odzwierciedlają jednak w 100% możliwości, jakie mógłby dać dla T-72. Jest to spowodowane prawdopodobnie inną kompozycją pancerza w porównaniu do tego, co trafiłoby do MBT, jak również tym, że dla uwiarygodnienia testów modele były pochylone pod kątem 60°, a nie 68°, jak to ma miejsce w radzieckich czołgach. Ponadto testowane modele pancerza CAWA-2 nie nadawały się do natychmiastowego zastosowania w opancerzeniu czołgu. Żeby to było możliwe, konieczne było dostosowanie pancerza do rozmiarów, zdolności do ochrony przed wielokrotnymi trafieniami oraz kwestii bezpieczeństwa załogi wewnątrz pojazdu.

Ale z drugiej strony na podstawie testów można wyznaczyć teoretyczne możliwości ochronne CAWA-2 w wersji pancerza dodatkowego (odmiana kasetowa). Biorąc pod uwagę wspomniane wcześniej współczynniki masowe i gabarytowe oraz zakładając przy tym, że zakładana przeze mnie kompozycja pancerza jest prawdziwa, oznacza, że sam dwuwarstwowy wkład pancerza ceramicznego może zapewniać ochronę o równowartości ok. 105 mm RHA przy nachyleniu pancerza pod kątem 60°. A biorąc pod uwagę wpływ pochylenia pancerza na przebijalność pocisku, może to odpowiadać 65 mm RHA pod kątem prostym lub 130 mm RHA pod kątem 68°, co jest przyzwoitą wartością.

PT-91M Pendekar

W roku 1998 (najpóźniej) ujawniono propozycję zastosowania pancerza CAWA-2 w ramach późniejszej modernizacji czołgów PT-91 Twardy. Początkowo wymiana pancerza miała dotyczyć wyłącznie kadłuba, gdzie w miejsce 2 warstw tekstolitu proponowano zastosowanie aż 5 warstw pancerza ceramicznego. Z racji tego, że nie proponowano problemu wymiany wkładów w odlewanej wieży (co i tak nie jest technicznie możliwe), prawdopodobnie nie zastosowano pancerza CAWA-2 w polskich egzemplarzach czołgu PT-91 Twardy, choć nie ma na to 100% pewności.

Z drugiej strony nieoficjalne źródła wskazują na to, że prawie na pewno ten pancerz został wykorzystany przy produkcji nowych egzemplarzy Twardego dla armii malezyjskiej, znanych również pod nazwą PT-91M Pendekar. Twardy z takim samym opancerzeniem był również oferowany co najmniej dla Peru i Kolumbii prawie 10 lat temu. Oficjalnie nie ujawniono, z czego jest wykonany pancerz przedni kadłuba oraz wieży Pendekara, lecz na podstawie dostępnych informacji dot. zarówno CAWA-2, jak i T-72M1 można podejrzewać, że na 100% pancerz ceramiczny trafił do kadłuba "Malaja", ale nie ma takiej pewności co do jego wieży, gdzie według większość źródeł zachowano wkłady piaskowe.

Na podstawie dostępnych informacji można oszacować, że efektywna grubość pancerza przedniego kadłuba T-72 z wkładami CAWA-2 może wynosić między 600 a 700 mm RHA przeciwko amunicji APFSDS, przy czym najbardziej prawdopodobną (aczkolwiek moim zdaniem trochę zawyżoną) wartością jest 670 mm RHA. To są jednak tylko moje przypuszczenia na podstawie danych, które były źródłem dla tego artykułu, więc nie wykluczałbym, że mimo wszystko będą one nieprawdziwe.

Z drugiej strony jednak trzeba żałować tego, że w 1989 nie kupiliśmy od Sowietów licencji na T-72S (eksportową odmianę T-72B), którą nam proponowali. Potencjał modernizacyjny Obiektu 172M-E8 jest bowiem znacznie większy od tego, co proponuje Obiekt 172M-E5, z racji tego, że wkłady pancerza specjalnego wieży są zalewane staliwem podczas procesu odlewania wieży, podczas gdy w T-72S wkłady te są dospawane do już odlanej wieży. Skutek jest taki, że jeśli się chce wymienić wkłady pancerza w T-72M1, to konieczna jest wymiana całej wieży, podczas gdy w T-72S wystarczy usunąć spawy łączące wkłady z resztą wieży.

Podsumowanie

Można zauważyć, że cała część inżynierii materiałowej, zajmująca się opracowaniem pancerzy nieżelaznych, pracuje nad rozwiązaniami, których zastosowanie nie ograniczałoby się wyłącznie do opancerzenia czołgów podstawowych, lecz również efekty tej pracy może użyte również do ochrony lżejszych pojazdów wojskowych, umocnień stałych, jak nawet ochrony osobistej żołnierzy. Ceramika, którą tutaj omówiłem, idealnie nadaje się wszystkich wymienionych rozwiązań i czasem może przejąć od stopów żelaza większą część odpowiedzialności za ochronę danego obiektu. 

I to właśnie pokazuje CAWA. Jej rozwój został ukierunkowany w trzy strony - ochrona pojazdów lekko i średnio opancerzonych jako pancerz dodatkowy, ochrona pojazdów nieopancerzonych przy podobnej budowie oraz ochrona pojazdów ciężko opancerzonych zarówno jako główny składnik, jak i dodatkowy element opancerzenia. Dzięki temu płytki ceramiczne mogły służyć zarówno jako opancerzenie PT-91M, jak i pojazdów opancerzonych piechoty (BWP-1, KTO Rosomak, KTO Ryś i inne), czy nieopancerzonych (śmigłowce).

Problemem jest jednak to, że badania nad rozwojem materiałów pod zastosowania obronne powinny ciągłe trwać i generować przy tym jakiekolwiek efekty. Tymczasem środki na badania i rozwój są często niewystarczające, przez co badania albo mogą stać się zarzucone w związku z niedofinansowaniem projektu (przykładem jest projekt polskiego ASOP), a efekty dotychczasowych prac mogą zostać przy tym zaprzepaszczone lub badania mogą zostać na tyle spowolnione, że zagraniczna konkurencja zaczyna od nas "uciekać" z rozwojem technologicznym produktu. A na końcu zostaje albo szydera z krajowego produktu, albo całkowite zapomnienie. 

Obecnie trzeba jednak kibicować innemu polskiemu pancerzowi kompozytowemu, który zawiera między innymi elementy ceramiczne i który na 99% będzie stanowił główny element opancerzenia bojowych wozów piechoty Borsuk. Ale o nim będzie mowa w innym artykule.

Bibliografia

- Adam Wiśniewski, Pancerze: budowa, projektowanie i badanie., Warszawa 2001
- Adam Wiśniewski, Tworzywa ceramiczne w warstwach ochronnych, Zielonka 1998
- Wojciech Łukasik, Właściwości ochronne wielkogabarytowej ceramiki korundowej: rozprawa doktorska, Kraków 2005
- Michał Łopaciński, Jerzy Lis, Ceramiczne warstwowe materiały gradientowe do zastosowań antybalistycznych, Polska Ceramika 2002: materiały II międzynarodowej konferencji Spała 20-22 maja 2002, s. 342-349, Kraków 2002
- Adam Wiśniewski, Pancerz ceramiczny jednowarstwowy i wielowarstwowy, Polski Biuletyn Ceramiczny nr 3, s. 255-261, Kraków 1992

Kompanijny moduł ogniowy RAK - struktura

Wciąż piszę wspominany już wielokrotnie artykuł na portal, jednak tam będzie omówione tak dużo, że w międzyczasie udało mi się tutaj co nieco napisać. Przepraszam jednak z góry, bo podejrzewam, że to nie będzie tak samo dobre jak inne moje artykuły.

Na celownik wezmę struktury modułów ogniowych od Huty Stalowa Wola, a w tym konkretnym wpisie będzie omówiony MO moździerza samobieżnego Rak. Nie będę jednak owijał w bawełnę, tylko każdą ze struktur omówię w dwóch podtytułach.

Struktura

Każdą ze struktur modułu ogniowego trzeba podzielić na element bojowo-dowódczy, element rozpoznawczy i element logistyczny.

W przypadku KMO Rak na element bojowo-dowódczy składa się:

- dowództwo kompanii, które posiada 2 artyleryjskie wozy dowodzenia Rosomak-AWD - dla dowódcy kompanii oraz jego zastępcy.

- dwa plutony ogniowe - każdy z wozem dowódcy plutonu (Rosomak-AWD) oraz 4 efektorami w postaci moździerzy samobieżnych M120K Rak.

Barakuda ożyła, czyli artyleryjski niszczyciel czołgów dla WP

Prawie pół roku temu przygotowałem dla Was analizę dotyczącą przyszłości polskich wojsk pancernych. Opisywałem tam na podstawie bardziej lub mniej oficjalnych źródeł, jak może wyglądać Gepard i Wilk jako następcy obecnie używanych czołgów podstawowych w Wojsku Polsku. Jednak pół roku w temacie uzbrojenia to jest czasem prawdziwa przepaść i przez ten czas wiele rzeczy może się stać nieaktualnych.

Tak jest i w tym przypadku.

Bowiem 22 maja br. w wywiadzie dla Polskiej Agencji Prasowej podsekretarz stanu w MON Tomasz Szatkowski poinformował o zamknięciu programu Gepard, który kosztował podatnika 35 mln złotych. W kontekście modernizacji technicznej jest to niewielka kwota (równowartość zakupu trzech KBWP Rosomak z wieżą załogową), ale w przypadku B&R jest to spora kwota, która mogła zostać spożytkowana na coś sensowniejszego.

Dlatego też postanowiłem dla Was dwie analizy, które niejako będą powiązane ze sobą - pierwsza będzie dotyczyła "wariantu lekkiego" i opiszę ją tutaj, natomiast druga będzie na temat "wariantu ciężkiego" i zostanie ona zaprezentowana na łamach portalu Konflikty.pl.

Wprowadzenie

Swojego czasu w artykule o następcy PTS pisałem Wam o tym, że Barakuda jest legendą, która powstała w roku 2013 po to, żeby żołnierze suwalskiego dywizjonu przeciwpancernego uwierzyli, że dostaną dla swojej jednostki nowy sprzęt w miejsce zabytkowych wręcz Malutek na podwoziu BRDM-2. Po ogłoszeniu w kwietniu przez IU MON chęci przeprowadzenia dialogu technicznego (który właśnie trwa) na artyleryjski niszczyciel czołgów postanowiłem napisać erratę. Jednak z racji, że errata jest z reguły krótka i na jej podstawie byście się niewiele dowiedzieli, uznałem, że ową erratą będzie właśnie ten artykuł.

Ale po co nam właściwie artyleryjski niszczyciel czołgów?

Struktura brygady artylerii samobieżnej Armii Czerwonej nr 010/514

Bardzo dawno nie było wpisu dotyczącego jakichkolwiek struktur. Co prawda pracuję właśnie nad pewną koncepcją struktury, ale to będzie bardzo długi artykuł, a jednocześnie ostatnio nie jest zbyt płodny. Dlatego też większość wpisów o strukturach będzie krótkimi notkami encyklopedycznymi. Niemniej jak będę znajdował dodatkowe informacje na dany temat, to określone noty będę uzupełniał na bieżąco.

Na pierwszy ogień idzie brygada artylerii samobieżnej Armii Czerwonej, uzbrojona w działa samobieżne SU-100.

Zgodnie z etatem nr 010/514 brygada liczyła 1492 żołnierzy i była uzbrojona w 65 średnich dział samobieżnych oraz 3 lekkie działa samobieżne, a jej skład był następujący

W składzie dowództwa brygady znajdował się sztab brygady, pluton dowodzenia (z dwoma SU-100) i kompania zwiadowcza (z trzema SU-76), za to w kompanii przeciwlotniczych karabinów maszynowych było dziewięć wielkokalibrowych karabinów maszynowych DSzK kal. 12,7 mm na podstawach przeciwlotniczych.

Etat pułku artylerii samobieżnej nr 010/462 (w "ludowym" Wojsku Polskim nazywany pułkiem artylerii pancernej) liczył 318 żołnierzy i 21 średnich dział samobieżnych. 

Tutaj w dowództwie pułku znajdował się również jego sztab, jak i pluton dowodzenia z SU-100 dowódcy pułku.

Każda bateria ogniowa artylerii samobieżnej liczyła po 5 wozów bojowych, za to kompania fizylierów była strukturą zbliżoną do typowej kompanii strzeleckiej z tą różnicą, że była ona uzbrojona wyłącznie w pistolety maszynowe.

Polskie pancerze specjalne, cz. III - CERAWA-1

Kolejnym problemem Wojska Polskiego w momencie transformacji ustrojowej (i w dniu dzisiejszym) były podstawowe środki transportu batalionów zmechanizowanych, a nimi były skonstruowane w latach 60. bojowe wozy piechoty BMP-1 (w WP BWP-1). 

Już w latach 80. zdano sobie sprawę z niedostatecznej siły ognia tego wozu, dlatego też w ramach planowanej modernizacji technicznej LWP (która de facto ciągnie się do dnia dzisiejszego) zakupiono dwa bataliony nowych BMP-2, oznaczonych w WP jako BWP-2. Brak licencji na ich produkcję oraz problemy gospodarcze spowodowały, że nie kupiono ich więcej, a nawet je wycofano i sprzedano po 8 latach użytkowania.

Bojowy wóz piechoty BWP-95

Pomimo tego opancerzenie używanych w Wojsku Polskim BWP-1 (jak i zakupionych BWP-2) w latach 90. było niedostateczne. Płyta przednia górna co prawda ma grubość zaledwie 7 mm, ale jest nachylona do poziomu pod kątem aż 80°, co odpowiada przeliczeniowej grubości 40 mm - dzięki temu jest on odporny na pociski przeciwpancerne kal.:

- do 12,7 mm z dowolnej odległości
- kal. 14,5 i 20 mm z odległości min. 100 m
- kal. 23 mm z odległości min. 500 m

Z drugiej strony jednak wystarczy niewielka zmiana nachylenia (przykładowo o 10°), żeby pojazd był wrażliwy na trafienia .50 z odległości 250 m lub pociskiem 14,5 mm z odległości około 800 m. Płyta przednia dolna za to ma grubość przeliczeniową wynoszącą 35 mm, ale jest ona nachylona pod mniejszym kątem, więc lepiej reaguje na nachylenie pojazdu (dla 10° w dół jest to aż 49 mm, a w górę 28 mm).

Boki BWP-1 są tradycyjnie gorzej opancerzone od frontu - chronią je płyty pancerne o grubości 16 mm nachylone pod kątem 14° (LoS = 16,5 mm), więc są one łatwe do penetracji przez pociski 12,7 mm w odległości nawet 600-700 m. W przypadku amunicji przeciwpancernej 7,62 mm założono odporność na trafienia z odległości powyżej 75 m.

Wieża jest za to osłonięta płytami pancernymi o grubości 13-23 mm pod kątem 30-42° (LoS = 15-31 mm), przez co jest ona głównie osłonięta przed amunicją 7,62 mm (z przodu i po bokach również przed 12,7 mm).  
Największym problemem była jednak odporność na trafienia z granatników przeciwpancernych, a w zasadzie jej brak, ponieważ strumień kumulacyjny z granatu PG-7 potrafił przebić dosłownie na wylot te wozy bojowe.  

Wobec tego WITU rozpoczęło prace nad lekkim pancerzem pasywno-reaktywnym, specjalnie przeznaczonym dla BMP-1. Jego wypełnienie miało być identyczne jak w ERAWA (czyli TNT), z drugiej strony postanowiono zastosować ceramiczną obudowę w celu dobrego przechwytu energii wybuchu oraz obniżenia masy kaset. Pancerz ten otrzymał nazwę CERAWA.