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ADM 281/31 间隔装甲防护体系的试验

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中将

四年服役纪念章钻石金双剑金橡叶铁十字勋章荣誉勋章维多利亚十字勋章行政立法委骑士团勋章海武魂旗手TIME TRAVELER终身荣誉会员

发表于 2014-3-26 23:42:06 | 显示全部楼层 |阅读模式
本帖最后由 seven_nana 于 2017-6-22 19:12 编辑

ADM 281/31 间隔装甲防护体系的试验

本帖内容未经允许不得转载

原始文件的版权性质为英国皇家版权(Crown copyright)

本文翻译自英国海军的官方报告。

黑色字体部分为原文的翻译,红色字体部分为我添加的注释。



简介

钢面铁甲是一种出现于1870年代的装甲材质,其外侧是钢,而内侧则是锻铁,它的抗弹性能优于普通的锻铁。其诀窍在于,钢制的表面会将炮弹弹尖磕碎,因此便能提高装甲的抗弹性能。但进入1890年代后,随着由铬钢制成的被帽穿甲弹的出现,钢面失去了原有的效能。此后人们很快就发现,单一的钢制装甲的抗弹性能,要比同等厚度的钢面铁甲更好。

尽管如此,人们仍在不断继续尝试其他的模式,在击败被帽穿甲弹的目标下,原先的钢面铁甲的结构被发展成了各种类型的间隔装甲。1903年时,维克斯公司制造了由两层6英寸厚度的表面硬化装甲构成的布局,但试验结果表明,其抗弹性能并不比单层的12英寸厚度的装甲更好。

在1908年时,意大利人则测试了另一种布局,由一层1.97英寸厚度的镍铬钢、一层4.33英寸厚度的木质衬垫、以及一层7.48英寸厚度的维克斯渗碳硬化装甲构成。试验结果表明,尽管在面对次口径炮弹(指炮弹弹径小于装甲厚度)时这种布局有一定程度的优势,但在面对等口径或超口径炮弹时这种布局并无优势。

在第一次世界大战前后,我们也测试过多种与之类似的布局,此外在大战期间,我们还尝试过许多千奇百怪的剥被帽布局,采用过钢丝网、钢制格栅、以及钢管等材料。

1919年时,我们设计了一种新的布局,其外侧是可起到偏斜作用的60磅厚度的装甲板、中间有18英寸的间隔,而内侧则是180磅厚度的装甲板。但在面对以60度角入射的15英寸被帽穿甲弹时,这种布局的表现并不理想。

1937年时,我们得知意大利的维内托级战列舰上采用了间隔装甲的布局。因此我们又构建了一组新的布局,其外侧是80磅厚的均质装甲,内侧则是480磅厚度的渗碳硬化装甲,并使用特殊的装甲螺栓固定这种布局。我们使用15英寸Mark XIII A型被帽穿甲弹,在30度入射角下,以1613英尺/秒的着速(600磅厚度装甲板的验收测试标准值)进行了测试,结果它被击穿了,且炮弹在穿透之后仍保有不低的剩余速度。

1943年时,卡尔多诺德皇家兵工厂提出,如果以1:1或1:2的厚度比例组合两块渗碳硬化装甲,将能更好的抵抗被帽穿甲弹。

与此同时,我们了解到了维内托级的间隔装甲布局的细节,其外侧是2.75英寸厚度的渗碳硬化装甲、中间为6-7英寸厚度的鸡蛋盒状的框架支撑结构、而内侧则是11英寸厚度的渗碳硬化装甲。

注释:此处关于维内托级间隔装甲布局的描述可能有误,根据The Littorio Class: Italy's Last and Largest Battleships 1937 - 1948,其外侧应为70mm厚度的均质装甲,而中间部分则为250mm厚度的发泡水泥。

有鉴于此,我们在1945年时进行了几组测试,以对上述布局进行验证,具体细节如下:

面对以30度角入射的9.2英寸被帽穿甲弹:

装甲编号装甲厚度装甲类型抗拉强度(长吨/平方英尺)装甲布局穿孔极限穿透极限
476760磅均质装甲6310英寸间隔、框架结构支撑-1750英尺/秒
2289A240磅渗碳硬化装甲50
372880磅均质装甲4910英寸间隔、框架结构支撑->1825英尺/秒
2289240磅渗碳硬化装甲50
3728A80磅均质装甲49两层叠加-<1585英尺/秒
2289240磅渗碳硬化装甲50
9716320磅渗碳硬化装甲52单层-<1700英尺/秒

试验结果表明,相比单层装甲,间隔装甲布局略有一些优势,因此我们决定展开进一步的研究,并订购了一些装甲板以便进行试验。

注释:从这组试验的结果来看,间隔装甲的防护效果显然要优于单层装甲,但两层叠加的布局则明显不如单层装甲。

试验目的

我们将制造各类间隔装甲布局,并将其重量保持在320磅/平方英尺的规模。我们的研究方向如下:

1)最有效的装甲厚度分布

2)外侧装甲材料的抗拉强度的最佳值

3)两块装甲之间的最佳间隔距离

4)外侧装甲的材质选择,渗碳硬化装甲与均质装甲孰优孰劣

5)间隔装甲的最优解是否能胜过320磅厚度的渗碳硬化装甲

至1949年10月时,由于炮弹供应上存在问题,因此试验被迫延迟,并且我们认为原先计划的大范围的试验将会妨碍到其他更为重要的试验,因此我们决定缩小试验的范围。由此,试验对象被减少至6组不同的布局,研究方向则被减少至3个:

1)不同厚度的外侧装甲带来的不同效果

2)在最佳厚度下,外侧装甲的抗拉强度的最佳值

3)使用渗碳硬化装甲作为外侧装甲所带来的效果

我们并未对不同间隔距离所带来的影响进行研究,因此决定统一使用10英寸的间隔距离,构成这种间隔所需的材料重量,与20磅厚度的装甲相当。

装甲板的化学成分与机械性能

试验所用的内侧装甲的抗拉强度约为50长吨/平方英寸,而外侧装甲的抗拉强度则有60长吨/平方英寸、80长吨/平方英寸、以及100长吨/平方英寸三种不同选择。

试验所用的内侧装甲的化学成分基本一致,但外侧装甲的化学成分则有所差异,既有镍含量4%、铬含量2%的类型,也有镍含量0.3%、铬含量3.4%的类型。

试验细节

1948年7月时,我们进行了先期试验,以确定最佳的测试方式。我们进行了两组试验,第一组是14英寸被帽穿甲弹以45度入射角对抗80磅/220磅的组合,而第二组则是8英寸被帽半穿甲弹以30度入射角对抗60磅/240磅的组合,这些测试的具体结果如下:

面对以45度角入射的14英寸被帽穿甲弹:

装甲编号装甲厚度装甲类型抗拉强度(长吨/平方英尺)穿孔极限穿透极限
789180磅均质装甲78-<1100英尺/秒
8253220磅渗碳硬化装甲51

面对以30度角入射的8英寸被帽半穿甲弹:

装甲编号装甲厚度装甲类型抗拉强度(长吨/平方英尺)穿孔极限穿透极限
790260磅均质装甲60-2070英尺/秒
8280240磅渗碳硬化装甲48

试验结果显示,在面对超口径的炮弹时,间隔装甲的防护效果并不十分有效。当使用14英寸被帽穿甲弹射击80磅/220磅的组合时,即便在1113英尺/秒的速度下,炮弹仍能穿透装甲,而对于单层的320磅厚度的渗碳硬化装甲,上述条件下的穿透极限通常在1250~1300英尺/秒之间。

在审视了这些试验的结果后,我们决定使用一种折中方案:在弹种上选择9.2英寸被帽穿甲弹,而在入射角上选择30度。

在装甲的布置上,我们并未使用螺栓进行固定,而是采用了框架结构进行支撑,详见附录3中的配图。

1949年的试验的测试结果如下:

面对以30度角入射的9.2英寸被帽穿甲弹:

装甲编号装甲厚度装甲类型抗拉强度(长吨/平方英尺)装甲布局穿孔极限穿透极限
679580磅渗碳硬化装甲4810英寸间隔、框架结构支撑-1723英尺/秒
9608F220磅渗碳硬化装甲52
789280磅均质装甲6410英寸间隔、框架结构支撑-1712英尺/秒
8254220磅渗碳硬化装甲53
7902A60磅均质装甲6010英寸间隔、框架结构支撑-<1600英尺/秒
8282240磅渗碳硬化装甲50
7902B40磅均质装甲6010英寸间隔、框架结构支撑-1825英尺/秒
8269260磅渗碳硬化装甲50
7893B40磅均质装甲8210英寸间隔、框架结构支撑-1750英尺/秒
8276260磅渗碳硬化装甲51
790140磅均质装甲9810英寸间隔、框架结构支撑-1820英尺/秒
8271260磅渗碳硬化装甲50
4144320磅渗碳硬化装甲50单层-1800英尺/秒

在1949年的试验中,射击间隔装甲布局的所有炮弹均发生破裂(无论是否穿透),未有能保持完整状态者。

如果将1945年的60磅/240磅组合的测试结果与1949年的80磅/220磅组合以及40磅/260磅组合的测试结果进行比较,我们能发现随着外侧装甲的厚度降低,整体组合的防护效果取得了显著的增长。从逻辑角度看,这种特性是有其合理性的。由于外侧装甲的目的无非就是磕碎被帽,因此外侧装甲的厚度只要足以达成这个目的即可,而内侧装甲的厚度越大,显然就能提供更强的防护效果,从而避免炮弹达成完整穿透。不过在1949年的试验中,60磅/240磅的组合的防护效果要显著低于80磅/220磅的组合,尽管前者的穿透极限相当之低,但其装甲本身的性能则并无可指摘之处,因此我们并没有什么正当的理由来将其排除在外。

注释:

从现有的资料来看,很难解释60磅/240磅的组合为何会逊于80磅/220磅的组合,两者的布局相同,装甲性能上也无较大差异,按常理推论60磅/240磅的组合应比80磅/220磅的组合更好才是。

在1945年的试验中,60磅/240磅的组合的穿透极限为1750英尺/秒,而在1949年的试验中的,60磅/240磅的组合的穿透极限则低于1600英尺/秒,而80磅/220磅的组合的穿透极限则为1712英尺/秒。

也就是说在1949年的试验中,60磅/240磅的组合的性能是明显偏低的。而1945年的试验中的60磅/240磅的组合,则发挥出了应有的水准,表现则优于1949年的试验中的80磅/220磅的组合。


一份标题为“The Best Use of Armour”的A.R.E报告称:“借助闪光摄影术,我们通过试验发现,当被帽穿甲弹命中小厚度的软钢或装甲钢制成的目标时,只要着速超过临界速度,被帽便会被剥离。这个临界速度取决于目标钢材的硬度与厚度,以及炮弹的命中角度。通过连续摄影,我们还发现了在不同的入射速度下被帽所受到的影响。在低速下,被帽会发生松动,速度提高后则会整个脱离弹体,继续提高速度后被帽后段会发生破损,超过一定速度后便会破裂成数块大的碎片,最后在更高的速度下则会破裂成大量的小型碎片。在间隔装甲的布局上,使用一块小厚度的外侧装甲来剥离被帽穿甲弹的被帽,显然是一种很有效的做法。因为在被帽穿甲弹上,被帽的作用便是避免弹体发生破裂,而在失去被帽之后,炮弹则会在击中表面硬化装甲时发生破裂。”

试验结果表明,40磅厚度的外侧装甲便能有效达成磕碎被帽的目标,因此这种40磅/260磅的组合的穿透速度也是最高的。由于我们并未使用更薄的外侧装甲进行过测试,因此目前只能认为,在总重量保持在320磅/平方英寸不变的前提下,40磅/260磅的组合是最佳的间隔装甲布局。

在各类40磅/260磅的组合中,外侧装甲的抗拉强度的差异并未对结果造成多大影响,也就是说,外侧装甲的硬度只要足以剥离被帽即可,在此基础上即便继续增加其抗拉强度值,也不会带来更好的效果。与此类似,渗碳硬化装甲构成的外侧装甲,同样也未能带来更好的效果,试验表明,80磅硬化/220磅硬化的组合,与80磅均质/220磅硬化相比并无多大差异。

同时我们也列出了单层的320磅厚度的渗碳硬化装甲的测试结果,我们认为在1945年的试验中所使用的编号为No.9716的装甲并不是一个很好的参照对象(穿透极限偏低),因此在1949年时又测试了一块编号为No.4144的装甲。在试验中,这块装甲成功挡住了一发入射速度为1770英尺/秒的炮弹,因此从穿孔极限的角度看,其表现优于任何一组间隔布局。但在穿透极限上,这块单层装甲的表现则与间隔装甲中的最佳布局相当,且炮弹在穿透单层装甲后并未破裂,但在穿透间隔装甲后则已是破裂状态。从这个角度来看,间隔装甲的布局更为优秀,因为在穿透极限与单层装甲板相当的前提下,间隔布局有效地破坏了弹体,而单层布局则无此能力。

结论

我们使用9.2英寸被帽穿甲弹,以30度入射角射击了各类重量相当于320磅/平方英寸的装甲布局,根据所得到的试验结果,得出以下结论:

1)在面对等口径或次口径炮弹时,间隔装甲的布局对被帽穿甲弹的破坏概率几乎高达100%。

2)在面对等口径或次口径炮弹时,间隔装甲的穿透极限与相同重量的单层装甲是基本相当的。

3)在面对超口径的炮弹时,间隔装甲的穿透极限逊于相同重量的单层装甲。

4)就本报告中所进行的测试而言,外侧装甲的最佳厚度是40磅,此外抗拉强度在60长吨/平方英寸的均质装甲,其防护效果是与渗碳硬化装甲相当的。

5)以上试验并未涉及间隔距离,因此无法就最佳的间隔距离给出答案,但就舰船的舷侧装甲而言,可供使用的空间是较为有限的,因此间隔空间恐怕很难超过炮弹的弹径,有鉴于此,我们认为间隔距离并不会对结果造成多大的影响。

注释:这份报告中所指的超口径,实际上指的是14英寸被帽穿甲弹对抗80磅/220磅厚度的装甲,装甲总厚度为300磅,折合约7.35英寸,仅相当于弹径的52.5%。即便是9.2英寸被帽穿甲弹对抗60磅/240磅,装甲总厚度也只相当于弹径的79.9%。而对维内托而言,正常情况是15英寸炮弹对抗70mm/280mm的装甲,装甲总厚度是350mm,相当于弹径的91.9%。即便面对16英寸炮弹,装甲总厚度也相当于弹径的86.1%,因此英国人所说的超口径带来的危险并不会发生。

注释:本文共有4个附录,其中附录1为这些装甲板的化学成分与机械性能的测试结果,由于内容过多,我并没有收录在此文中,也没有贴出其原始报告。附录2中呈现的是1948年时使用14英寸被帽穿甲弹与8英寸被帽半穿甲弹进行的先期试验的结果。附录3中呈现的是文中提及的框架支撑结构的具体示意图。附录4中呈现的是1945年及1949年时使用9.2英寸被帽穿甲弹进行的弹道测试的结果。

原始报告



















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 楼主| 发表于 2014-3-26 23:53:56 | 显示全部楼层
本帖最后由 seven_nana 于 2014-4-30 00:41 编辑

神教点评

从这份报告中,我们可以发现以下几个现象:

1)在英国试验中,在30度入射角下,40磅的装甲便足以剥离9.2英寸被帽穿甲弹的被帽,装甲厚度折合0.98英寸,仅相当于弹径的10.65%。而根据ADM 213/951,德国人认为至少需要100mm的装甲才能剥离38cm被帽穿甲弹的被帽,装甲厚度相当于弹径的26.3%。

2)在英国试验中,间隔距离被设定为10英寸,仅比9.2英寸的弹径略大一些,间隔距离相当于弹径的108.7%。而根据ADM 213/951,德国人认为至少需要600mm的间隔才能剥离38cm穿甲弹的被帽,间隔距离相当于弹径的157.9%。

3)间隔装甲布局能够有效磕碎炮弹。

4)在合理的布局下,间隔装甲防护体系所能提供的防护效果要比单层的装甲更好。

结合以上信息,我的观点如下:

1)剥离被帽所需的装甲厚度与间隔距离,并没有什么恒定的规律,在面对不同类型的炮弹时,所需的装甲厚度与间隔距离很可能是不同的。引申开来说,衣阿华级的60磅STS外板,或许还真能起到剥离被帽的效果。

2)英国人没有专门就间隔距离进行实验,这可能是一个错误,如果扩大间隔距离,或者如意大利人那般采用发泡水泥充填的话,或许能够获得更好的防护效果。
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 楼主| 发表于 2014-3-27 22:02:05 | 显示全部楼层
壮哉我大剥被帽神教,神教文成武德,千秋万载,一统江湖
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