坦克装甲是怎样“炼”成的——装甲车辆防护升级改进技术探析

坦克装甲是怎样“炼”成的——装甲车辆防护升级改进技术探析
作者：李补莲高艳
来源：《坦克装甲车辆》 2014年第1期
目前，面对性能不断提高、形式多样的威胁，新型坦克装甲车辆的防护技术也迅速发展。

从当前看，复合装甲大有取代钢装甲之势。

这是因为，在给定重量的条件下，复合装甲比钢装
甲性能更强，从而使装甲车辆可以在与钢装甲相同防护级别的情况下，其重量变得更轻。

另外，在装甲防护的基础上，许多车辆加装了各种各样的主动防护系统，以使车辆在遭遇危险时具有
一定的自卫能力。

为装甲战车装上主动防护系统之后，就可以有效地抵御逼近的各种来袭弹丸。

此外，根据参与军事行动的车辆所要执行的任务和它有可能遭遇到的攻击方位的不同，不
同车辆之间的防护级别也经常有相当大的变化。

例如，对于作为突击先锋的主战坦克来说，对
其威胁往往来自正面，所以其正面车体和炮塔上通常安装最重的装甲，而车体两侧的装甲会较
轻一些，车顶和底部的装甲最薄。

而对于其它车辆，如防地雷反伏击车辆(MRAP)，由于设计者
们首先考虑的是这类车辆必须具备抵御各种简易爆炸装置(IED)的能力，因此，它们的车体底部都装有厚重的、呈V字形的装甲。

不过，不同的装甲战车之间装甲防护级别的差异很大。

对于
主战坦克来说，通常要能够承受来自其它坦克的火炮和反坦克导弹的打击；而轻型侦察车辆的
防护级别就低得多，一些“以防万一”的装甲防护措施往往起不了多大的防护作用。

当然，车
辆的装甲并不是越多越好。

这是因为，尽管装甲越重为车辆提供的防护作用就越大，但同时也
会使车辆在给定发动机功率的情况下，机动性能变差。

与此同时，还限制了车辆的空运部署能力，增大了成本和燃油消耗，甚至可能影响其道路通过性能。

通常情况下，各种军用车辆都会安装一些可以抵挡榴霰弹、导弹或炮弹等火力打击的装甲，从而为车内人员提供保护。

甚至不少民用车辆，包括某些小汽车上也装上了装甲；而总统专用
车或政府要员的豪华轿车安装装甲就不足为奇了。

此外，一些证券公司也经常会利用装甲汽车
运送货币或贵重物品，以减少被劫持的风险。

各种装甲材料的制造
车辆的设计特点和用途决定了其需要安装的装甲钢板的数量。

为了减少装甲钢板对车辆机
动性能的影响，世界各国的装甲防护研究人员正深入研究某些新型材料（比如纳米材料），以
及不同材料的复合而形成的防护效果。

钢质装甲轧制均质装甲是装甲车辆最常用的装甲材料。

这种材料的装甲不但坚硬，而且
非常结实，当遭遇到快速猛烈的打击时绝不会碎裂。

事实上，轧制均质装甲的制造工艺并不复杂。

钢材的许多特性在加工处理适当尺寸的铸钢坯过程中就形成了。

铸钢坯加工处理完后，还
需要将其锻造并轧制成要求厚度的钢板。

这里，锻造和轧制是非常重要的工序。

其中，锻造就
是将铸钢坯烧至赤热时用锤压机械连续击打，以便将钢铁中的颗粒结构彻底打平，并去掉那些
有可能降低钢铁强度的瑕疵。

轧制就是将锻造好的钢板再用辊轴挤压，使其在旋转轧辊的压力
作用下产生连续的塑性变形，以拉长钢板中的颗粒结构，从而极大地增强整块金属板的强度。

贫铀装甲贫铀装甲即掺杂了贫铀金属的复合装甲。

所谓的“铀”是一种高密度元素，贫
铀则是制造铀燃料过程中经燃烧后产生的U235含量比天燃铀更低的铀，其主要成分不能作为裂变材料的铀238，故称“贫化铀”，简称“贫铀”。

但纯贫铀的硬度和强度都不高，必须添加
别的成分制成贫铀合金，再经过热处理。

把贫铀合金制成网状结构嵌入钢质基体内做成装甲块，然后嵌入坦克外壳，就成为贫铀装甲。

网状贫铀合金在装甲中所起的作用就是约束紧固包裹在
每一个网格中的陶瓷块。

贫铀的密度为18.7克／立方厘米，是钢铁密度的2.5倍。

因为其密度很高，所以就可以有效地减少陶瓷装甲在应力波动下的损伤，提高装甲的整体强度，从而大大
增强装甲的防护能力。

此外，在制造这种复合装甲的过程中，如果在钢板之间夹杂几层贫铀材料，也可以提高钢板装甲的防护能力。

美国在贫铀装甲的实际应用方面走得较远，其后期制造
生产的某些MIAIHA和1998年之后制造的MIA2等型号“艾布拉姆斯”坦克的车体和炮塔的正面就采用了贫铀加固装甲。

陶瓷装甲可以有效抵御高爆反坦克(HEAT)弹丸的陶瓷装甲是上世纪80年代问世的。

由于某些陶瓷材料的硬度非常高，所以其瞬间破裂的高能碎片可以成为入侵弹丸有力的干扰者。

高
速摄影表明，当高爆反坦克弹丸试图穿透装甲时，陶瓷材料会在瞬间粉碎，无数的高能碎片将
会破坏由空心装药产生的金属射流的几何学特征，从而大大衰减其对于装甲的侵彻能力。

此外，在复合装甲解决方案中，也可以在其中夹杂几层陶瓷层，从而提高复合装甲的防护性能。

铝质装甲当重量轻作为车辆的必备条件时，经常会采用铝作为装甲材料。

比如，装甲人
员输送车和小型装甲车就经常采用这种装甲。

基于高性能陶瓷的复合装甲
众所周知，现今装甲车辆都是借助于附加装甲来抵御直瞄火力、各种炮弹碎片和地雷。

如
德国当年派赴南斯拉夫波斯尼亚地区的特别行动执行部队中，所配备的车辆全部安装了一种可
以利用螺栓固定到车体上的模块化附加装甲。

基于高性能陶瓷的复合装甲在轻型和中型军用车
辆防护方面的有效性已经得到充分证实，这种复合装甲不但可以作为附加装甲，而且可以作为
车内一体化防护系统使用。

实践证明，这类复合装甲确实可以有效地保护车辆免受直接瞄准射
击火力、各种炮弹碎片和地雷的伤害。

当前，由CeramTec-ETEC公司研制生产的陶瓷在世界范围内装甲防护方面的应用最为广泛。

在这种陶瓷材料中，含量最多的元素是ALOTEC（氧化铝）和SICADUR(碳化硅)。

该公司宣称，
其研制的陶瓷复合装甲比绝大多数其它装甲材料轻30%～50%，而且在防护可靠性方面也完全符
合国际标准化协议中规定的最高要求。

近20多年来，该公司不但已经设计并制造出可以作为附加装甲的陶瓷面板，而且研制出了车内一体化防护系统，其高超的陶瓷技术已经获得了国内外
大量装甲发展项目的质量认证。

截止目前，德国“狐”式、ASV(M1117)、M113、VAB、“野犬”、“非洲小狐”等装甲车，以及LAV车队中的所有装甲车都无一例外地采用了该公司研
制的陶瓷复合装甲产品。

此外，各种军用卡车的驾驶舱、避难所、船舶，以及贵宾车、警车等
也采用了这种复合装甲。

在复合装甲系统中，研制者们通常会将陶瓷材料粘贴在最容易遭受打击的装甲表面上，最
好是粘贴成垂直于预期的威胁。

由聚芳酰胺、聚乙烯或聚丙烯组成的聚合物纤维可以构成陶瓷
片的复合物衬背。

通过注入黏合剂并不断矫正的办法，可以使每一层聚合物慢慢变硬，其结构
也逐渐增强。

粘贴陶瓷片时必须选用适当的黏合剂，如橡胶、聚氨酯或环氧树脂等，以便能够
获得所希望的硬度。

与此同时，还应根据威胁对抗的要求，调整所需的力学性能。

上装甲
为了给军用车辆提供更好的防护能力，美国陆军于2003年8月开始装备使用上装甲套件。

两年之后，美国海军陆战队也开始大量采用这种防护措施。

截止目前，已经装备使用的上装甲
套件共包括三种不同的防护级别。

I级：属于完全一体化的装甲，在车辆的制造或翻新改造过
程中就装好了（包括防弹车窗）；II级：附加装甲（包括防弹车窗）；III级：局部组合装甲（过渡型解决方案，不包括防弹车窗）。

2006年2月，美国陆军将附加装甲焊接到部署在伊拉克的大量M1114型装甲车和5吨重MTV车辆上。

而美国海军陆战队则研制发展了自己的海军陆战队装甲套件(MAK)，其中包括可以
为乘员舱提供保护的螺栓紧固式装甲、防弹玻璃、悬挂装置升级包，以及空调设备等。

这种附加装甲适于各种型号的MTVS、LVS和“悍马”车辆采用。

至于各种形式的简易车辆装甲，它们都属于士兵们在战场上就地取材临时为车辆增加上的所谓“装甲”。

严格地说，简易车辆装甲并不能算作是装甲，但这类“装甲”确实存在。

美国驻伊部队就曾经为“悍马”和各种军用运输车辆装备过利用废弃材料制做的“装甲”。

复合装甲的应用
复合装甲是一类利用不同材料组成的复合结构式装甲，它由多层不同的材料，如金属、塑料、玻璃、陶瓷或空气等组成。

绝大多数复合装甲都比与它们同等厚度的金属装甲轻一些，但若要具备同样的抗侵彻能力则需要增加共厚度。

当然，也可以将复合装甲设计得比传统装甲更强、更轻便、体积也更小，但其成本常常过于昂贵，因此限制了它们的使用，尤其是作为车辆易损件使用。

复合装甲主要是用来抵御高爆反坦克弹药。

法国的“勒克莱尔”主战坦克、印度的“阿琼”主战坦克、意大利的“公羊”主战坦克、日本的90式主战坦克、苏联／俄罗斯的T-80U主战坦克、巴基斯坦的“哈利德”主战坦克，以及我国的96式和99式主战坦克都采用了模块化复合装甲。

毫无疑问，模块化复合装甲的设计和采用将非常有助于车辆装甲的升级改造和更新换代。

此外，苏联／俄罗斯的T-80U主战坦克和巴基斯坦的“哈利德”主战坦克在采用复合装甲的同时，还安装了爆炸反应装甲(ERA)，这使它们具备了超强的防护能力，各种导弹和反坦克弹药想要贯穿其正面圆弧部位和两侧的装甲，可谓难上加难。

后来，复合装甲又逐渐应用到类似于吉普车这样的小型车辆上。

目前，许多复合装甲防护系统大多是用来升级改造现有装甲，这就使得它们很难成为整车的装甲系统来使用。

上世纪90年代，加拿大曾利用陶瓷复合装甲对其当时大量服役的所有M113装甲车进行升级改造，从而使它们实现了比M2型“布雷德利”这样的装甲人员输送车更好的防护能力。

防护材料新突破
最近，IBD戴森罗特工程设计公司的纳米技术材料(NANOTechmaterials)，如纳米高支双经双纬席纹布陶瓷(nano- cristallineceramics)、纳米量级钢材(nanometric steel)和纳米技术内衬等技术已经取得了突破性进展，而这些技术也构成了该公司所有聚合物复合材料的基础。

据最新报道，该公司利用自己独家研制的特殊粘合处理技术，成功地研制出了被定名为IBDFlexiComp（可弯曲部件）的纳米复合材料层压板，从而戏剧性地提高了防护板的结构强度和弹道防护性能。

该公司宣称，这种纳米复合结构性层压板的强度极大，完全可以用来替换车辆的结构件，同时还可以作为高级弹道防护材料使用。

而且，这种高性能的层压板作为复合材料解决方案时，其密度很低，因此，车辆防护系统的整体重量也就明显地降低了。

此外，这种层压板的密度虽然比标准层压板降低10%，但它们的弹性／可弯曲性能却比标准层压板高出一倍。

将这种层压板整合到车辆的结构中时虽然比较费劲，但它们的弹道防护性能却足以应对当前所有的高威胁要求。

该公司还宣称，这种纳米复合结构性层压板不但非常实用，而且将来仍然还有进一步降低重量的潜力。

其应用途径主要有以下两种：
首先是作为附加装甲使用，以便为驾驶舱提供防地雷和防简易爆炸装置的能力。

亦可以附加在车辆的挡泥板上，或者作为防雷板和可以减弱震波的车内地板使用。

若其构成特定的3D部件时，还可以用来替换那些需要用焊接或者螺栓固定的办法才能装配的其它解决方案。

其另一种新的应用则是，将这种纳米复合结构式层压板整合成车顶舱口、发动机舱口，以
及后车门和出入台阶等。

由于车辆表面绝大部分地方都可以应用这种纳米复合结构性层压板，
所以车辆的绝对重量必然会明显降低不少。

就一辆符合北约4569 4级防护标准的8x8型车辆来说，如果采用这种纳米复合结构性层压板时，车辆的总重量最多可以减少1589千克（详见附表）。

适于作为车辆装甲的纤维材料
“聚乙烯”超强度纤维材料现代装甲很多是由纤维材料构成的。

拉伸状态的超高分子量聚
乙烯(UHMWPE)材料是一种具有结构性增幅的晶体状聚合物。

这种材料的首次应用是在上世纪50
年代，当时是以大块的形式使用的，包括应用于生物医学修复方面的假肢关节造型等。

直到上
世纪70年代后，人们才发现这些超强度纤维材料的特殊用途。

当时，荷兰帝斯曼迪尼玛(DSM Dyneema)公司不但使其实现了商品化，而且还为它们确定了一个商标名：聚乙烯 (DYNEEMA)。

由此，这些高性能纺织纤维被应用到制作船帆和绳索中，并以长纤维的方式制造成复合材料层
压板，用来作为防护弹道武器和爆炸冲击波的装甲。

聚乙烯的采用使车辆能够有效抵御各种路
边炸弹和简易爆炸装置的攻击。

该公司研制的超强度纤维材料可以根据不同车辆（如装甲人员
输送车、“悍马”和其它防雷车辆）的特殊要求，为其提供额外的保护。

据悉，莱茵金属公司目前已为一个大型跨国车辆发展项目选择了DYNEEMA BT10型胶带，用来生产车辆的防碎片崩落内衬。

此外，GEKE Schutztechnik公司也利用DYNEEMA HB26型超强
度纤维材料研制出一种车外装甲解决方案，以便使车辆可以在不采用沉重的陶瓷装甲的情况下，也有能力抵御各种各样的现实威胁。

FNSS公司也准备将DYNEEMA BT10型胶带作为其研制生产
的257辆“帕尔斯”车辆内的防碎片崩落内衬。

“对位芳纶”芳族聚酰胺纤维荷兰帝人芳纶公司研制的纺织纤维的固有特性是阻燃性、
耐热性和绝缘性能非常好，而且强度极大、重量很低。

而其中的芳族聚酰胺纤维TWARON（对位
芳纶）尤其值得一提。

由于这种纤维的吸能性特好，加之重量很轻，所以正在被越来越多地应
用在钢材和其它材料中，从而使如此混合结构的装甲在降低重量的同时，还可以有效抵御各种
入侵弹丸和炮弹碎片的打击。

总之，“对位芳纶”纤维的采用可以使车辆在安装装甲的同时
能够确保轻量性和机动性。

帝人芳纶公司宣称，与纯钢板装甲相比，加入“对位芳纶”纤维的
装甲，其重量可以降低30%～60%，而弹道防护级别却会大大提高，不但可以有效抵御直接瞄准
火力和炮弹碎片，甚至还可以抵御高爆弹药。

“凯夫拉”高强度纤维近年来，美国杜邦公司研制的芳族聚酰胺纤维KEVLAR（凯夫拉）
已经被应用到几乎所有型号的防地雷反伏击车(MRAP)上，从而使人们记住了“凯夫拉”高强度
纤维这个名字。

但鲜为人知的是，美国陆军的“布雷德利”步兵战车采用这种高强度纤维已有
近20年了，可以说早已为保护美国士兵的生命立下了汗马功劳。

当前，在很多现代军用车辆上，如RC-31和RG-33 MRAP、M-ATV、“斯特赖克”、M113、“破坏者”、“骑士”、C-5、C-17、C-30、“悍马”等，都可以看到“凯夫拉”的踪影。

事实上，利用“凯夫拉”高强度纤维制成的防护面板型号很多，应用范围很广，在防地雷
反伏击车上采用的只是其中的一种变型产品而已。

此外，“凯夫拉”高强度纤维还被大量应
用在防地雷反伏击车辆的防碎片崩落内衬中。

目前，“凯夫拉”还属于单向供应的产品，杜邦
公司只负责为美国军方提供满足其军用规范要求的这种高强度纤维。

碳纳米管除现有的上述高强度纤维材料外，碳纳米管的弹性模量和屈服应变性能异常高，这些独一无二的特征也使其成为未来装甲的理想候选材料。

碳纳米管拥有非常高的硬度，如果
将它们合并到聚合物基质中构成复合装甲模块时，将有可能使入侵的弹丸变形、受损或者破裂。

正是由于碳纳米管具有超常的高弹性模量和高应变性能，从而使其在遭遇猛烈的攻击时，将能
够收缩自如地存储极大的能量。

这些特性可能导致入侵的弹丸发生反弹或被偏离到别处。

与此同时，它还可以提高车辆装甲抵御多次打击的能力。

此外，碳纳米管纤维还具有许多其它特性，从而使它们能够编织成布，或者合并到各种各样的复合材料中。

如果将其合并到当前的其它纺织纤维中，则可以通过改善这些纺织纤维的僵硬性、强度和柔韧性，来提高它们的弹道武器防护性能。

例如，可以将其合并到聚合物基质复合材料、金属材料中，或者陶瓷衬垫中，以增强它们的硬度、柔韧性和耐腐蚀性。