درع الحماية
درع الصلب
درع الحماية يتحكم إلى حد كبير في قدرة بقائية الدبابات اثناء الاشتباك ، وإلى حد ما يجعلها ( الدبابة) الدرع في مأمن امام عدد من أسلحة العدو ويمكنها من التحرك بحرية أكبر في ساحة المعركة. ولذلك حظية هذه السمة الهامة للدبابات بالكثير من الاهتمام، و في كثير من الأحيان على حساب غيرها من الخصائص.
في ال 40 عاما الأولى في تطوير الدبابات قد تم تصميم درع الدبابة فقط تقريبا من اجل حمايتها ضد الهجوم الباليستي كما تكون فقط من الفولاذ عالي المقاومة high strength steel . وقد احتوى الفولاذ على نسبة بين 0.25 و 0.4 في المائة من الكربون و تكون ايضا من عناصر سبائك مختلفة، وأهمها النيكل والكروم، تراوحت نسبتهما بين 0.5 الى 3.75 للنيكل و0.5 الى 1.8 للكروم . قوة مقاومة الشد tensile strength للدروع الفولاذية كانت أيضا متنوعة بين 850-1700 ميجا نيوتن/ متر مربع MN/m2، ولكن حتى في أدنى مستوياتها فقد كان أعلى بكثير من الصلب العادي قليل الكربون و التي كانت قيمة مقاومته عبارة عن 350 ميجا نيوتن / م2.
عندما تعالج دروع الصلب حراريا ينطوي ذلك على تصلد الدرع من أجل زيادة مقاومته للاختراق ضد القذائف وثم يصلب و يصير لديه بالتالي قدرة أكثر على امتصاص الطاقة الحركية الناتجة عن تصادم المقذوفات على الرغم من ان التمتين او التصليب tougher يقلل من الصلادة hardness إلى حد ما. لوحات الدروع الفولاذية الرقيقة نسبيا من 8 إلى 14 ملم المستعملة في الحرب العالمية الاولى كانت معالجة حراريا بصلادة تقدر برقم صلادة برينل Brinell Hardness Number اختصارا (BHN) بين 420 إلى 650 . و رغم ازدياد سمك اللوحات ولكونها تجمع باللحام بدلا من أن تثبت بزاويا حديدية angle iron فقد صارت اللوحات تفقد صلادتها
و بالتالي من الثلاثينات ، أصبحت لوحات الدروع عموما من نوعية الصلب المنجز آليا machineable بصلادة لوحات رقيقة تتراوح بين 390 BHN إلى 280، و 220 BHN للوحات السميكة جدا .اما اللوحات الرقيقة نسبيا فلها صلادة 260 BHN عندما تستخدم كدرع بطنية belly armour والتي لديها قدرة تحمل لانفجار الألغام بدلا من قدرة تحمل لهجوم المقذوفات بحيث تحتاج بالتالي إلى أن تكون صلبة (متينة) وليست صلدة.
خلال منتصف الثلاثينات كان سمك لوحات الدروع في العادة، لا يزال بحد اقصى 15 ملم لكنه زاد بسرعة مع اندلاع الحرب العالمية الثانية. وهكذا، كان هناك لدبابات مثل KV السوفيتية من عام 1941 لوحات بسمك 75 ملم، وكانت الدبابة الألمانية Tiger II من عام 1944 تتدرع بلوحة سمك 150 ملم في الجزء الأمامي من البدن ولوحة 185 ملم في الجزء الأمامي من البرج و ظهرت لوحات اكثر سمكا ، مثل لوحة 250 ملم التي كونت درع المقدمة لل Jagdtiger، وهي مدمرة دبابات بمدفع عيار 128 ملم مبنية على أساس هيكل Tiger II و بوزن 71.7 طن، و كانت أثقل مركبة مدرعة تستخدم في نهاية الحرب العالمية الثانية.و لم تستخدم لوحات سميكة كما لوحات Jagdtiger منذ عام 1945 .
الدرع المتجانس المدرفل المنجز آليا Machineable rolled homogeneous armour أو الاختصار RHA، ازدهر ليتم استخدامه على نطاق واسع ولكن على ما يتضح كان أقصى سمك له 100 ملم للوحات التي شكلت مقدمة هياكل دبابات الاتحاد السوفيتي من T-54 إلى T-62 و حتى أثقل الدبابات من اوخر الخمسينات قبل ظهور انواع دروع اخرى متمثلا في درع دبابة 66 طن Conqueror ،التي تملك لوحاتRHA بسماكة لا تتجاوز اكثر من 125 ملم في الجزء الأمامي في البدن.
قدم درع اخر لقي رواج على نطاق محدود خلال الحرب العالمية الأولى، عندما تم بناء بعض الأبراج للدبابات الخفيفة Renault FT عن طريق الصب casting بدلا من تصنيعها من اللوحات المدلفنة rolled
تم تركيب برج الرجل الواحد One-man المصبوب في وقت لاحق في الدبابات الفرنسية الأخرى كما كانت هناك ابراج دبابات عام 1941 كانت بريطانيا تصنعها بالصب . بالنسبة للدبابات السوفياتية و الامريكية. بعد الحرب العالمية الثانية استخدامو الدروع المصبوبة في ابراج جميع دباباتهم تقريبا ولكن استمرت الدروع المدرفلة في الابراج ذات الجدران الارق thinner-walled في الدبابات الخفيفة .
خلال الثلاثينات بدأ استخدام الدروع المصبوبة أيضا ينتشر في ابدان الدبابات وعلى وجه الخصوص في ابدان الدبابات الخفيفة الفرنسية، مثل R-35 و H-35، التي كانت أول من تم صناعتها من دروع مصبوبة كبيرة . في عام 1941 بدأ الصب في ان يستخدم على نطاق واسع لإنتاج ابدان الدبابات المتوسطة M4 الامريكية كما استخدم لاحقا في ابدان الدبابات الأخرى، مثل الدبابات المتوسطة الامريكية M26 وM46، والسوفياتية IS وChieftain البريطانية ، لا سيما في اشكال منحدرة مصبوبة cast glacis . في الخمسينات بدأت أبدان كاملة تصنع كقطعة واحدة بالصب لصالح دبابات M48 الامريكية كما ابدان مماثلة للدبابات السويسرية Pz.61 وPz.68 فضلا عن دبابات M60 وM103 الامريكيتين .
الكثير من المركبات الكيميائية للدروع المصبوبة شبيهة بمركبات الدروع المدرفلة لكن نوعيتها بطبيعة أكثر تقلبا وسمك المصبوبة لا يمكن السيطرة عليه مثل ما هو الحال بالنسبة للدرع المدرفل،التي يمكن زيادة سمكها . المصبوبات تعاني أيضا من انها من شكل معقد ومتفاوتة السمك و بالتالي، لا يمكن أن تعطى معالجة حرارية موحدة و متساوية، والتي لها تأثير سلبي على الخصائص البالستية خاصتها. ونتيجة لذلك، الدروع المصبوبة تحتاج إلى تكون ب 5 في المائة أكثر سمكا من دروع RHA لضمان تحقيق ذات المستوى من الحماية البالستية.
من ناحية أخرى،الدرع المصبوب يفسح المجال بسهولة أكثر بكثير من الدرع المدرفل لإنتاج أشكال معقدة من الأبراج ومقدمة الابدان. كما أنه يسهل التوزيع الفعال للدروع، وكذلك يسمح بخفض عدد الوصلات الملحومة. و قدمت في النهاية نماذج دبابات كاملة (بدن و برج ) مصبوبة في قطعة واحدة و لكن هذه النماذج تكلف ضريبة كبيرة من الموارد الصناعية .
من حيث المبدأ، الحماية البالستية التي تقدمها الدروع المدرفلة والدروع المصبوبة يمكن تحسينها بالدروع الفولاذية التي هي اصلد منهم وبالتالي زيادة القدرة على مقاومة الاختراق من قبل المقذوفات ولكنها لا تزال صلبة او متينة و بالتالي الراس البالستي لا يتحطم تحت تأثيرها. الدروع من هذا النوع عموما تكون صلدة hard فقط على الواجهة او الطبقة الخارجية بحيث تجنبت الدروع مشكلة ان تصبح هشة بسبب درجة التصلد العالية بكون معظم تكوينها لين نسبيا، وبالتالي كانت صلبة tough
كان هناك مثالا مبكرا من هذه الدروع و هو درع الوجه المتصلد face-hardened المنتج للدبابات العادية التي تنتجها فيكرز أرمسترونغس خلال العشرينات و الثلاثينات كان يحوي على وجه كربنة carburised face يشتمل على ما يصل إلى نسبة 1.8 في المائة من الكربون، وكان له صلادة حوالي 600 BHN في حين أن الوجه الخلفي اللين له صلادة 400 BHN و تم إنتاجه في شكل لوحات يصل سمكها الى 20 ملم وكانت فعالة جدا ضد القذائف الخارقة للدروع المعاصرة. ولكنه كان درع غير منجز اليا unmachineable و غير قابل للحام unweldable بعد معالجته حراريا، بحيث لا يمكن ان يجمع الا بمسامير اللولبية و مسامير البرشام في اطار . هذا بالاضافة لصعوبة إنتاجه بكميات كبيرة و تكلفته مما أدى إلى التخلي عن استخدامه عند اندلاع الحرب العالمية الثانية.
استخدمت بعض دروع الوجه المتصلد face-hardened بصلادة أكثر من 400 BHN في الدبابات الألمانية عام 1942 في شكل لوحات بسمك 20 ملم ركبت على عدد من دبابات Pz.Kpfw.III. و أثبتت فعاليتها ضد القذائف الخارقة للدروع التي أطلقتها مدافع الدبابات عيار 40 ملم البريطانية المعاصرة حينها بل انها كانت تمثل الاستخدام الهام الوحيد لدروع الوجه المتصلد أثناء الحرب العالمية الثانية. و لم يكن هناك أي استخدام آخر لدروع الوجه المتصلد و منذ الستينات كان هناك انتعاش في استخدام الدروع عالية الصلادة المتجانسة homogeneous high hardness armour ، التي كانت في الواقع نوع من الدروع المستخدمة في الدبابات البريطانية خلال الحرب العالمية الأولى. بدأت تستخدم مجدد في السيارات المدرعة كاديلاك غيج كوماندو التي بنيت لأول مرة في عام 1963 في الولايات المتحدة و انتشرت هذه الدرع في السبعينات الى عربات مدرعة خفيفة اخرى.
الجيل الجديد من الدروع المتجانسة عالية الصلادة يتكون في الاصل من السبائك المنخفصة low alloy من الصلب المعالج حراريا بصلادة 500 BHN. وكانت اللوحات المصنوعة من هذه الدروع في البداية عرضة للكسر والتشققات عندما تلحم مع البدن ، حتى من دون التعرض لهجوم باليستي، بسبب الهشاشة والضغوط الناتجة من المعالجة الحرارية واللحام. ومع ذلك، و عن طريق إدخال تحسينات في تكوين الدروع المتجانسة العالية الصلادة فقد نجحت في التغلب على مشكلة التكسر و تم استخدامها بنجاح في العربات المدرعة الخفيفة بصلادة بين 500-550 BHN التي اثبتت انها اكثر فعالية من دروع RHA ضد القذائف الخارقة للدروع وكذلك الرصاص العادي. على سبيل المثال. لوحة 12.5 ملم من الدروع المتجانسة عالية الصلادة كافية للتصدي لقذائف الناتو APعيار 7.62 ملم من مسافة قريبة بتأثير طبيعي مقارنة مع لوحة بسمك 14.5 منRHA بصلادة بين 320 و 380 BHN لتحقيق نفس الحماية. وهذا يعني أن الدرع الأخيرة يجب ان يكون 16 في المائة أثقل لتحقيق نفس مستوى الحماية
كما تم في الستينات أيضا إحياء الاهتمام بالدرع المزدوج الصلادة dual-hardness armour المتكون من طبقتين من المعادن المختلفة مسخريين معا. ظهرت جليا للمرة الأولى في بريطانيا قبل الحرب العالمية الثانية تحت اسم درع هادفيلد دوبلكس Hadfield Duplex armour لكنها دخلت حيز الاستخدام في السبعينات مع اعتمادها على العربات المدرعة المدولبة المنتجة في البرازيل من شركة Engesa. الطبقة الخارجية لهذه الدرع لديها محتوى كربون مرتفع نسبيا وبعد المعالجة الحرارية ترتفع صلادتها إلى أكثر من 600 BHN، في حين أن طبقة الدعم لها محتوى منخفض الكربون وهو اكثر ليونة و لدانة. هذا يجعل طبقة الدعم أكثر قدرة على امتصاص الطاقة من القذائف المؤثرة و إعطاء دعم معدني قوي، و يمكن أن تحد من انتشار الشقوق في الطبقة الخارجية الصلدة والتي هي فعالة جدا في مقاومة الاختراق. ونتيجة لذلك، الدرع الثنائي الصلادة أكثر فعالية من الدرع المتجانس عالي الصلادة . و على سبيل المثال، فإنه لا يحتاج إلا لسمك 9 ملم للتصدي لقذيفة الناتو AP عيار 7.62 ملم مما يجعله اخف ب 28 في المائة من الدرع العالي الصلادة و 38 في المائة أخف منRHA لتحقيق مستوى حماية مماثل .
لفترة من الزمن اقتصر استخدام الدرع عالية الصلادة والدروع المزدوجة الصلادة على اللوحات الرقيقة نسبيا بأقصى سمك حوالي 25 ملم . وهذا جعل من هذه الدروع لا تعتمد إلا على الدبابات الخفيفة وغيرها من العربات المدرعة الخفيفة. لكن، في منتصف الثمانينات تم زيادة سماكة الصفائح عالية الصلادة الى 50 ملم و اللوحات المزدوجة الصلادة إلى 100 ملم، مما جعلها مناسبة للمركبات المدرعة الثقيلة. و في غضون ذالك التحسينات في النوعية المعدنية للفولاذ أدت إلى أنواع جديدة من الدروع التي يمكن إنتاجها في شكل لوحات سميكة نسبيا كما يمكن ان تعالج حراريا إلى مستويات أعلى صلادة من درعRHA أو الدرع المصبوب دون خسارة لا لزوم لها في المتانة (او الصلابة) toughness بسبب تقنية التنظيف المتناهي الصغر microcleanliness (وبسبب خصائصهم المنتظمة اكثر). كان هناك مثالا مبكرا على هذا الدرع العالي الأداء المتقدم في الولايات المتحدة والذي أسس في منتصف الستينات في تصميم دبابة MBT-70. الدرع العالي الاداء يتكون بنسبة 9 في المائة من النيكل و 4 في المائة من الكوبالت و ينتج بعملية إعادة الصهر بالإلتواء( او القوس) الفراغي vacuum arc remelting . ويعالج حراريا إلى مستوى 500 BHN، مماثلا لغيره من الأنواع الأخرى من الدروع عالية الصلادة، ولكن تم إنتاجه منذ البداية في شكل لوحات بسماكة 40 ملم .
انوع الفولاذ المصهور الفراغي vacuum melted steels الاخرى من نوع maraging تحتوي نسبة 18 في المائة من النيكل و 10 في المائة من الكوبالت و تعالج حراريا الى 590 BHN. تحتاج دروع اللوحات الرقيقة من هذا النوع الى سمك 9 ملم للتعامل مع ذخيرة الناتو AP عيار 7.62 ملم مما يجعلها في هذا الصدد بمستوى الدرع الثنائي الصلادة و لكن تكلفتها كانت عالية جدا و صنع القليل منها
و يبدو أنه لا يوجد استعمال للدروع الفولاذية المعززة و التي تم تطويرها في الولايات المتحدة خلال الستينات. و التي تستند الى الفولاذ الأقل تكلفة بنسبة عالية من الكربون من النوع 4350 الذي اظهر خصائص بالستية جيدة جدا عند المعالجة حراريا إلى حوالي 550 BHN. لكنه لم يصلح لإنتاج سبائك كبيرة و تم التخلي عنه
في المقابل، تم إيلاء اهتمام كبير منذ الستينات للفولاذ المعاد الصهر كهربائيا أو فولاذ ESR، الذي بات يعتبر أنسب لإنتاج لوحات سميكة للدروع المتجانسة عالية الصلادة. وقد اعتمد درع ESR على استخداما نوع الصلب 4340 والذي يحتوي على 0.4 في المئة من الكربون وعلى النقيض من بعض الدروع السابقة التي تنتج بإعادة الصهر، فله فقط نسبة 1.7 في المائة من النيكل و 0.8 في المائة من الكروم. وعلاوة على ذلك، نوعية معادن الصلب التي تنتجها عملية إعادة الصهر الكهربائي أفضل من الفولاذ الذي تصنعه عمليات إعادة الصهر الأخرى، و أقل تكلفة.
درع الصلب النموذجي 4340 ESR لديه مقاومة شد 2190 ميجا نيوتن / م2 وصلادة 550 BHN. ولكن حتى بعد المعالجة الحرارية في هذا المستوى العالي من الصلادة فالدرع لا يزال يمتلك ليونة ومتانة كبيرتين . ونتيجة لذلك، فإنه ليس فعال فقط في مقاومة اختراق المقذوفات ولكن استخدامه يلغي عمليا خطر قشرة الاصابة scabbing و هي عبارة عن قطع كبيرة قاتلة من الدروع التي تاتي من الجزء الخلفي من اللوحات نتيجة موجات الاجهاد الناجم عن الانفجار مقذوفات HESH. كما ان استخدام الدرع أيضا يقلل بدرجة كبيرة من التشظي عند ثقب الدروع من قبل قذيفة اوفرماشين overmatching ( و هي قذيفة يتجاوز قطرها سمك الدرع) و التي تكسر الدرع لتشكيل رذاذ مخروطي من الشظايا الصغيرة التي تزيد من الأضرار الناجمة عن القذيفة.كما يلغي استخدام دروع ESR أيضا خطر شظايا الناتجة عن الاختراقات الجزئية.
عندما تعالج دروع الصلب حراريا ينطوي ذلك على تصلد الدرع من أجل زيادة مقاومته للاختراق ضد القذائف وثم يصلب و يصير لديه بالتالي قدرة أكثر على امتصاص الطاقة الحركية الناتجة عن تصادم المقذوفات على الرغم من ان التمتين او التصليب tougher يقلل من الصلادة hardness إلى حد ما. لوحات الدروع الفولاذية الرقيقة نسبيا من 8 إلى 14 ملم المستعملة في الحرب العالمية الاولى كانت معالجة حراريا بصلادة تقدر برقم صلادة برينل Brinell Hardness Number اختصارا (BHN) بين 420 إلى 650 . و رغم ازدياد سمك اللوحات ولكونها تجمع باللحام بدلا من أن تثبت بزاويا حديدية angle iron فقد صارت اللوحات تفقد صلادتها
و بالتالي من الثلاثينات ، أصبحت لوحات الدروع عموما من نوعية الصلب المنجز آليا machineable بصلادة لوحات رقيقة تتراوح بين 390 BHN إلى 280، و 220 BHN للوحات السميكة جدا .اما اللوحات الرقيقة نسبيا فلها صلادة 260 BHN عندما تستخدم كدرع بطنية belly armour والتي لديها قدرة تحمل لانفجار الألغام بدلا من قدرة تحمل لهجوم المقذوفات بحيث تحتاج بالتالي إلى أن تكون صلبة (متينة) وليست صلدة.
خلال منتصف الثلاثينات كان سمك لوحات الدروع في العادة، لا يزال بحد اقصى 15 ملم لكنه زاد بسرعة مع اندلاع الحرب العالمية الثانية. وهكذا، كان هناك لدبابات مثل KV السوفيتية من عام 1941 لوحات بسمك 75 ملم، وكانت الدبابة الألمانية Tiger II من عام 1944 تتدرع بلوحة سمك 150 ملم في الجزء الأمامي من البدن ولوحة 185 ملم في الجزء الأمامي من البرج و ظهرت لوحات اكثر سمكا ، مثل لوحة 250 ملم التي كونت درع المقدمة لل Jagdtiger، وهي مدمرة دبابات بمدفع عيار 128 ملم مبنية على أساس هيكل Tiger II و بوزن 71.7 طن، و كانت أثقل مركبة مدرعة تستخدم في نهاية الحرب العالمية الثانية.و لم تستخدم لوحات سميكة كما لوحات Jagdtiger منذ عام 1945 .
 |
| Jagdtiger |
الدرع المتجانس المدرفل المنجز آليا Machineable rolled homogeneous armour أو الاختصار RHA، ازدهر ليتم استخدامه على نطاق واسع ولكن على ما يتضح كان أقصى سمك له 100 ملم للوحات التي شكلت مقدمة هياكل دبابات الاتحاد السوفيتي من T-54 إلى T-62 و حتى أثقل الدبابات من اوخر الخمسينات قبل ظهور انواع دروع اخرى متمثلا في درع دبابة 66 طن Conqueror ،التي تملك لوحاتRHA بسماكة لا تتجاوز اكثر من 125 ملم في الجزء الأمامي في البدن.
قدم درع اخر لقي رواج على نطاق محدود خلال الحرب العالمية الأولى، عندما تم بناء بعض الأبراج للدبابات الخفيفة Renault FT عن طريق الصب casting بدلا من تصنيعها من اللوحات المدلفنة rolled
تم تركيب برج الرجل الواحد One-man المصبوب في وقت لاحق في الدبابات الفرنسية الأخرى كما كانت هناك ابراج دبابات عام 1941 كانت بريطانيا تصنعها بالصب . بالنسبة للدبابات السوفياتية و الامريكية. بعد الحرب العالمية الثانية استخدامو الدروع المصبوبة في ابراج جميع دباباتهم تقريبا ولكن استمرت الدروع المدرفلة في الابراج ذات الجدران الارق thinner-walled في الدبابات الخفيفة .
خلال الثلاثينات بدأ استخدام الدروع المصبوبة أيضا ينتشر في ابدان الدبابات وعلى وجه الخصوص في ابدان الدبابات الخفيفة الفرنسية، مثل R-35 و H-35، التي كانت أول من تم صناعتها من دروع مصبوبة كبيرة . في عام 1941 بدأ الصب في ان يستخدم على نطاق واسع لإنتاج ابدان الدبابات المتوسطة M4 الامريكية كما استخدم لاحقا في ابدان الدبابات الأخرى، مثل الدبابات المتوسطة الامريكية M26 وM46، والسوفياتية IS وChieftain البريطانية ، لا سيما في اشكال منحدرة مصبوبة cast glacis . في الخمسينات بدأت أبدان كاملة تصنع كقطعة واحدة بالصب لصالح دبابات M48 الامريكية كما ابدان مماثلة للدبابات السويسرية Pz.61 وPz.68 فضلا عن دبابات M60 وM103 الامريكيتين .
الكثير من المركبات الكيميائية للدروع المصبوبة شبيهة بمركبات الدروع المدرفلة لكن نوعيتها بطبيعة أكثر تقلبا وسمك المصبوبة لا يمكن السيطرة عليه مثل ما هو الحال بالنسبة للدرع المدرفل،التي يمكن زيادة سمكها . المصبوبات تعاني أيضا من انها من شكل معقد ومتفاوتة السمك و بالتالي، لا يمكن أن تعطى معالجة حرارية موحدة و متساوية، والتي لها تأثير سلبي على الخصائص البالستية خاصتها. ونتيجة لذلك، الدروع المصبوبة تحتاج إلى تكون ب 5 في المائة أكثر سمكا من دروع RHA لضمان تحقيق ذات المستوى من الحماية البالستية.
من ناحية أخرى،الدرع المصبوب يفسح المجال بسهولة أكثر بكثير من الدرع المدرفل لإنتاج أشكال معقدة من الأبراج ومقدمة الابدان. كما أنه يسهل التوزيع الفعال للدروع، وكذلك يسمح بخفض عدد الوصلات الملحومة. و قدمت في النهاية نماذج دبابات كاملة (بدن و برج ) مصبوبة في قطعة واحدة و لكن هذه النماذج تكلف ضريبة كبيرة من الموارد الصناعية .
من حيث المبدأ، الحماية البالستية التي تقدمها الدروع المدرفلة والدروع المصبوبة يمكن تحسينها بالدروع الفولاذية التي هي اصلد منهم وبالتالي زيادة القدرة على مقاومة الاختراق من قبل المقذوفات ولكنها لا تزال صلبة او متينة و بالتالي الراس البالستي لا يتحطم تحت تأثيرها. الدروع من هذا النوع عموما تكون صلدة hard فقط على الواجهة او الطبقة الخارجية بحيث تجنبت الدروع مشكلة ان تصبح هشة بسبب درجة التصلد العالية بكون معظم تكوينها لين نسبيا، وبالتالي كانت صلبة tough
كان هناك مثالا مبكرا من هذه الدروع و هو درع الوجه المتصلد face-hardened المنتج للدبابات العادية التي تنتجها فيكرز أرمسترونغس خلال العشرينات و الثلاثينات كان يحوي على وجه كربنة carburised face يشتمل على ما يصل إلى نسبة 1.8 في المائة من الكربون، وكان له صلادة حوالي 600 BHN في حين أن الوجه الخلفي اللين له صلادة 400 BHN و تم إنتاجه في شكل لوحات يصل سمكها الى 20 ملم وكانت فعالة جدا ضد القذائف الخارقة للدروع المعاصرة. ولكنه كان درع غير منجز اليا unmachineable و غير قابل للحام unweldable بعد معالجته حراريا، بحيث لا يمكن ان يجمع الا بمسامير اللولبية و مسامير البرشام في اطار . هذا بالاضافة لصعوبة إنتاجه بكميات كبيرة و تكلفته مما أدى إلى التخلي عن استخدامه عند اندلاع الحرب العالمية الثانية.
استخدمت بعض دروع الوجه المتصلد face-hardened بصلادة أكثر من 400 BHN في الدبابات الألمانية عام 1942 في شكل لوحات بسمك 20 ملم ركبت على عدد من دبابات Pz.Kpfw.III. و أثبتت فعاليتها ضد القذائف الخارقة للدروع التي أطلقتها مدافع الدبابات عيار 40 ملم البريطانية المعاصرة حينها بل انها كانت تمثل الاستخدام الهام الوحيد لدروع الوجه المتصلد أثناء الحرب العالمية الثانية. و لم يكن هناك أي استخدام آخر لدروع الوجه المتصلد و منذ الستينات كان هناك انتعاش في استخدام الدروع عالية الصلادة المتجانسة homogeneous high hardness armour ، التي كانت في الواقع نوع من الدروع المستخدمة في الدبابات البريطانية خلال الحرب العالمية الأولى. بدأت تستخدم مجدد في السيارات المدرعة كاديلاك غيج كوماندو التي بنيت لأول مرة في عام 1963 في الولايات المتحدة و انتشرت هذه الدرع في السبعينات الى عربات مدرعة خفيفة اخرى.
الجيل الجديد من الدروع المتجانسة عالية الصلادة يتكون في الاصل من السبائك المنخفصة low alloy من الصلب المعالج حراريا بصلادة 500 BHN. وكانت اللوحات المصنوعة من هذه الدروع في البداية عرضة للكسر والتشققات عندما تلحم مع البدن ، حتى من دون التعرض لهجوم باليستي، بسبب الهشاشة والضغوط الناتجة من المعالجة الحرارية واللحام. ومع ذلك، و عن طريق إدخال تحسينات في تكوين الدروع المتجانسة العالية الصلادة فقد نجحت في التغلب على مشكلة التكسر و تم استخدامها بنجاح في العربات المدرعة الخفيفة بصلادة بين 500-550 BHN التي اثبتت انها اكثر فعالية من دروع RHA ضد القذائف الخارقة للدروع وكذلك الرصاص العادي. على سبيل المثال. لوحة 12.5 ملم من الدروع المتجانسة عالية الصلادة كافية للتصدي لقذائف الناتو APعيار 7.62 ملم من مسافة قريبة بتأثير طبيعي مقارنة مع لوحة بسمك 14.5 منRHA بصلادة بين 320 و 380 BHN لتحقيق نفس الحماية. وهذا يعني أن الدرع الأخيرة يجب ان يكون 16 في المائة أثقل لتحقيق نفس مستوى الحماية
كما تم في الستينات أيضا إحياء الاهتمام بالدرع المزدوج الصلادة dual-hardness armour المتكون من طبقتين من المعادن المختلفة مسخريين معا. ظهرت جليا للمرة الأولى في بريطانيا قبل الحرب العالمية الثانية تحت اسم درع هادفيلد دوبلكس Hadfield Duplex armour لكنها دخلت حيز الاستخدام في السبعينات مع اعتمادها على العربات المدرعة المدولبة المنتجة في البرازيل من شركة Engesa. الطبقة الخارجية لهذه الدرع لديها محتوى كربون مرتفع نسبيا وبعد المعالجة الحرارية ترتفع صلادتها إلى أكثر من 600 BHN، في حين أن طبقة الدعم لها محتوى منخفض الكربون وهو اكثر ليونة و لدانة. هذا يجعل طبقة الدعم أكثر قدرة على امتصاص الطاقة من القذائف المؤثرة و إعطاء دعم معدني قوي، و يمكن أن تحد من انتشار الشقوق في الطبقة الخارجية الصلدة والتي هي فعالة جدا في مقاومة الاختراق. ونتيجة لذلك، الدرع الثنائي الصلادة أكثر فعالية من الدرع المتجانس عالي الصلادة . و على سبيل المثال، فإنه لا يحتاج إلا لسمك 9 ملم للتصدي لقذيفة الناتو AP عيار 7.62 ملم مما يجعله اخف ب 28 في المائة من الدرع العالي الصلادة و 38 في المائة أخف منRHA لتحقيق مستوى حماية مماثل .
لفترة من الزمن اقتصر استخدام الدرع عالية الصلادة والدروع المزدوجة الصلادة على اللوحات الرقيقة نسبيا بأقصى سمك حوالي 25 ملم . وهذا جعل من هذه الدروع لا تعتمد إلا على الدبابات الخفيفة وغيرها من العربات المدرعة الخفيفة. لكن، في منتصف الثمانينات تم زيادة سماكة الصفائح عالية الصلادة الى 50 ملم و اللوحات المزدوجة الصلادة إلى 100 ملم، مما جعلها مناسبة للمركبات المدرعة الثقيلة. و في غضون ذالك التحسينات في النوعية المعدنية للفولاذ أدت إلى أنواع جديدة من الدروع التي يمكن إنتاجها في شكل لوحات سميكة نسبيا كما يمكن ان تعالج حراريا إلى مستويات أعلى صلادة من درعRHA أو الدرع المصبوب دون خسارة لا لزوم لها في المتانة (او الصلابة) toughness بسبب تقنية التنظيف المتناهي الصغر microcleanliness (وبسبب خصائصهم المنتظمة اكثر). كان هناك مثالا مبكرا على هذا الدرع العالي الأداء المتقدم في الولايات المتحدة والذي أسس في منتصف الستينات في تصميم دبابة MBT-70. الدرع العالي الاداء يتكون بنسبة 9 في المائة من النيكل و 4 في المائة من الكوبالت و ينتج بعملية إعادة الصهر بالإلتواء( او القوس) الفراغي vacuum arc remelting . ويعالج حراريا إلى مستوى 500 BHN، مماثلا لغيره من الأنواع الأخرى من الدروع عالية الصلادة، ولكن تم إنتاجه منذ البداية في شكل لوحات بسماكة 40 ملم .
انوع الفولاذ المصهور الفراغي vacuum melted steels الاخرى من نوع maraging تحتوي نسبة 18 في المائة من النيكل و 10 في المائة من الكوبالت و تعالج حراريا الى 590 BHN. تحتاج دروع اللوحات الرقيقة من هذا النوع الى سمك 9 ملم للتعامل مع ذخيرة الناتو AP عيار 7.62 ملم مما يجعلها في هذا الصدد بمستوى الدرع الثنائي الصلادة و لكن تكلفتها كانت عالية جدا و صنع القليل منها
و يبدو أنه لا يوجد استعمال للدروع الفولاذية المعززة و التي تم تطويرها في الولايات المتحدة خلال الستينات. و التي تستند الى الفولاذ الأقل تكلفة بنسبة عالية من الكربون من النوع 4350 الذي اظهر خصائص بالستية جيدة جدا عند المعالجة حراريا إلى حوالي 550 BHN. لكنه لم يصلح لإنتاج سبائك كبيرة و تم التخلي عنه
في المقابل، تم إيلاء اهتمام كبير منذ الستينات للفولاذ المعاد الصهر كهربائيا أو فولاذ ESR، الذي بات يعتبر أنسب لإنتاج لوحات سميكة للدروع المتجانسة عالية الصلادة. وقد اعتمد درع ESR على استخداما نوع الصلب 4340 والذي يحتوي على 0.4 في المئة من الكربون وعلى النقيض من بعض الدروع السابقة التي تنتج بإعادة الصهر، فله فقط نسبة 1.7 في المائة من النيكل و 0.8 في المائة من الكروم. وعلاوة على ذلك، نوعية معادن الصلب التي تنتجها عملية إعادة الصهر الكهربائي أفضل من الفولاذ الذي تصنعه عمليات إعادة الصهر الأخرى، و أقل تكلفة.
درع الصلب النموذجي 4340 ESR لديه مقاومة شد 2190 ميجا نيوتن / م2 وصلادة 550 BHN. ولكن حتى بعد المعالجة الحرارية في هذا المستوى العالي من الصلادة فالدرع لا يزال يمتلك ليونة ومتانة كبيرتين . ونتيجة لذلك، فإنه ليس فعال فقط في مقاومة اختراق المقذوفات ولكن استخدامه يلغي عمليا خطر قشرة الاصابة scabbing و هي عبارة عن قطع كبيرة قاتلة من الدروع التي تاتي من الجزء الخلفي من اللوحات نتيجة موجات الاجهاد الناجم عن الانفجار مقذوفات HESH. كما ان استخدام الدرع أيضا يقلل بدرجة كبيرة من التشظي عند ثقب الدروع من قبل قذيفة اوفرماشين overmatching ( و هي قذيفة يتجاوز قطرها سمك الدرع) و التي تكسر الدرع لتشكيل رذاذ مخروطي من الشظايا الصغيرة التي تزيد من الأضرار الناجمة عن القذيفة.كما يلغي استخدام دروع ESR أيضا خطر شظايا الناتجة عن الاختراقات الجزئية.
تكوين الدرع
أيا كان نوع المركبة , كمية الدروع التي يمكن ان توضع عليها لحمايتها محكومة بوزنها. وبالتالي، أخف المركبات يمكنها ان تتوفرعلى دروع كافية لحمايتهم من المستوى الأدنى للخطر الذي يمثله رصاص البنادق وشظايا القذائف. ومن المرجح أن يأتي الهجوم على المدرعة من اي اتجاه مع احتمال ان يتوزع الهجوم في المستوى الأفقي وبالتالي يفترض أن تكون الحماية بمحيط دائري حول المركبة ،مما يوفر مساواة في الحماية ضد القذائف. و هذا في الواقع هو كل ما يمكن ان يوفر من حماية عندما يقتصر درع المركبة على الحد الادنى من الشروط كما يجب ان تتوافق كمية الدروع مع تكوينات المعادن في البدن لاسباب هيكلية .
هناك أمثلة من المركبات مع الحد الأدنى من كميات الدروع في الماضي في الدبابات الخفيفة ومؤخرا في المركبات الكشفية. ومع ذلك، فقد كانت معظم العربات المدرعة تملك أكثر من الحد الأدنى للحماية وخصوصا الدبابات التي تم تزويدها بكميات أكبر تدريجيا من الدروع ردا على الزيادة في مستوى التهديد الذي تواجهه. لكن توفير المزيد من الدروع يؤدي حتما إلى زيادة في الوزن، وهذا يضع قواعد صارمة على الكمية الاجمالية من الدروع التي يمكن ان تستعمل على انواع محددة من المركبات . وبالنظر إلى الشروط او الحدود في تدريع المدرعة فعليها ان تستخدم الدروع في ظل احتياجاتها بشكل اكثر فعالية مما ينطوي على الاعتراف بحقيقة أن الهجمات تاتي باحتمال أكبر في الجبهة ثم من الجانبين أو اسفل الدبابة حيث الاحتمالية اقل وبالتالي زيادة فعالية الدروع من خلال توزيعها و يكون النصيب الاهم لمقدمة المركبة ، حيث احتمال الهجوم هو الأكبر ، اكثر من الجانبين حيث يكون المستوى الأدنى من الحماية مقبولة بسبب انخفاض احتمال وقوع هجوم.
وهكذا، فقد تم تصميم الناقلات المدرعة الخفيفة عموما بحيث يكون للدرع الأمامي قدرة حماية ضد الرصاص الخارق للدروع AP عيار 12.7 ملم المطلق من مسافة قصيرة اما الجانبين فلهما قدرة حماية امام AP عيار 7.62 ملم . و بشكل مماثل فقد تم تصميم الدبابات الخفيفة في السنوات الأخيرة لتتوفر على حماية في المقدمة امام مقذوفات AP عيار 14.5 ملم تطلق من مسافة قصيرة و في الاجناب دروعها كانت كافية لمقاومة رصاص AP عيار 12.7 ملم . و اما دبابات المعركة فتوفرت على دروع أثقل بكثير ولكن أيضا بتوزيع غير متكافئ، فالدرع الأمامي يتوفر على حماية تاهله لهزيمة القذائف الخارقة للدروع من الاعيرة الكبيرة في حين الدروع الجانبية كانت قادرة على مقاومة مستويات أقل بكثير من الخطر.
في بداية الدبابات تم توزيع دروعها باعتماد أساس بديهية بحتة ولكن منذ الحرب العالمية الثانية كان هناك اتجاه مختلف اعتماد على احتمال وقوع الهجوم على الدبابة . ونتيجة لذلك، تم توزيع وضع الدروع وفق توزيع احتمال وقوع الهجوم
يبدو ان أول الدراسات بخصوص (توزيع احتمال الهجوم) (distribution of the probability of attack) قد نفذت في عام 1943 في بريطانيا من قبل (جي ام ويتاكر) (J M Whittaker) وتستند على تقدم الدبابة امام خط المدافع المضادة للدبابات . على الرغم من أن توزيع ويتاكر كان نظري تماما معتمدا على سجل الضربات التي لحقت بالدبابات خلال الحرب العالمية الثانية،الا انه استخدم منذ تلك الفترة كأساس في توزيع الدروع، وقد أدى ذلك إلى تركيز جهود التصميم على جعل الدبابات في مأمن من الهجمات القادمة في arc (زاوية القوس) 60 درجة الامامية في الدبابة لأن الدراسة أظهرت أن 45 في المئة من الهجمات من المرجح أن تقع ضمن هذا القوس.
واجه هذا التحليل عدد من النظريات والحجج من درسات اخرى بحيث تقول هذه الدراسات انه في الحرب المتحركة توزيع احتمال وقوع الهجوم من المرجح أن يكون أكثر انتظام من تحليل ويتاكر أو بتوزيع بشكل قلبي cardioid و بيضاوي . من ناحية أخرى فقد كان هناك اعتقاد ان المديات المتزايدة التي تسمح بها مدافع الدبابات الأكثر قوة والأسلحة المضادة للدبابات الاحدث كان من المرجح أن تؤدي إلى مزيد من الهجمات التي تتركز على القوس أمامي. بل في الواقع، قد اقترحت بعض الدراسات أن ما يصل إلى نسبة 70 في المائةأو أكثر، من الهجمات ستكون ضمن قوس ال 60 درجة الامامي . ومع ذلك، ووفق تحليل لضربات الدبابات أثناء الحروب العربية الإسرائيلية في الستينات و السبعينات، فاحتمال الهجوم في هذه الحروب في القوس الأمامي بلغ 49 في المئة. وهو ما لا يختلف كثيرا عن تحليل ويتاكر وبيانات الحرب العالمية الثانية.
ولزيادة فعالية الدروع وعلى وجه الخصوص الدرع الأمامي، تم التخلي بشكل عام عن الترتيب الأصلي العمودي للوحة الأنف والهيكل العلوي و لوحات البرج المعتمد خلال الحرب العالمية الثانية لصالح الدرع المائل او المنحدر. الدرع المنحدر و هو يميل بأكثر من حوالي 65 درجة عموديا،قدم ميزة تسبب بارتداد بعض القذائف أو تتحطمها، والتمكن من تجنب الاختراق حتى عندما يكون الدرع رقيقا نسبيا. و الدروع العالية الميلان تسبب ايضا في تدهور أداء بعض رؤوس الشحنة المشكلة من خلال التداخل interference في اتساقها بحيث تنهار بطانتها.
ايمالة الدروع تزيد وبدرجة صغيرة أيضا من فعالية الدرع ضد معظم قذائف الطاقة الحركية، لأن هذا الميلان يؤدي إلى تقديم مقاومة للاختراق الغير متساوق non-symmetrical ، وبالتالي يحرف القذائف من المحور المباشر من خلال الدروع إلى مسار أطول نوعا ما.من جهة اخرى فإن مزايا الدروع المنحدرة صغيرة، إن وجدت، عندما تميل بأقل من 10 أو 20 درجة عموديا . بشكل عام سيوضح الشكل ادناه الفعالية العامة للدروع المائلة من ناحية نسبة فعالية الدروع او السمك المعادل لسمك خط النارshot-line الفعلي وزاوية الميل العمودية.
كما في المقابل، الدروع المنحدرة او المائلة لا تحدث ذالك الفرق امام الرؤوس الحربية لنفثات الشحنة المشكلة باستثناء حالة التداخل في بعض الحالات المذكورة سابقا. وبالتالي في الحالات الاخرى ليس هناك الكثير مما يمكن كسبه في هذه المعركة. حيث ان السمك في مسار النفاث يفترض أن يكون متماثل سواء ما إذا كان الدرع منحدرا ام لا . ونتيجة لذلك، وزن كل وحدة حماية في المنطقة العمودية لا يختلف في حال الدروع المنحدرة . وحتى القضيب الخارق في قذائف APFSDS لا يتأثر بدوره كثيرا بالدرع المائل
وثمة نهج آخر لجعل الدروع أكثر فعالية من خلال التغييرات في تكوينها بحيث تتكون في شكل طبقتين يفصلهما عن بعضهما مسافة معينة. وقدم الدرع المتباعد Spaced armour الاول من هذا النوع في عام 1942 بغرض زيادة حماية الدبابات الألمانية Pz.Kpfw.III وكان بديلا للدرع المزخرف applique armour الذي سحب للهيكل العلوي من Pz.Kpfw.III وIV في عامي 1940 و 1941. وفي وقت لاحق لحمة درع مزخرفة مماثلة على الأبراج وهياكل الدبابة السوفيتية T-34 النموذج B والدبابات المتوسطة الامريكية M4 و البريطانية Churchill IX و XI.
وبصرف النظر عن كون طبقة الدرع الخارجية تقع على بعد 100 إلى 120 ملم من الدروع الرئيسي، فقد تم اضافة لوحات وجه متصلد بسمك 20 ملم إلى Pz.Kpfw.III بصلادة 430 BHN مما جعلها درع ضخم، و أكثر فعالية ضد المقذوفات الخارقة للدروع مما لو كانت من الدورع القياسية بصلادة BHN 350، أو نحو ذلك. كما هناك امكانية تقدمها الدرع المتباعدة بلوحة خارجية مزاحة او مجردة توقف الغلاف الباليستي للمقذوفات الخارقة للدروع أو تشتته و تجعله أقل قدرة على اختراق اللوحة الداخلية ومع ذلك، لا يعتبر ان الدرع المتباعدة هنا يقدم حماية افضل بما فيه الكفاية ضد مقذوفات الطاقة الحركية المعاصرة لتبرير التعقيد في بناء الدبابات التي تحويه.
ونتيجة لهذا التعقيد لم تكن هناك نماذج مماثلة لدرع Pz.Kpfw.III حتى الستينات، عندما صنعت الدروع المتباعدة على شكل دروع اضافية في الولايات المتحدة لنماذج ناقلة الجند المدرعة XM765 المشتقة عن M113. وفي وقت لاحق تم اعتماد نوع مماثل من الدروع المتباعدة للمركبات المدرعة الخفيفة الأخرى، بما في ذلك عربة قتال مشاة الامريكية M2. تم إضافة أشكال أخرى من الدروع المتباعدة أيضا في منتصف السبعينات في الليوبارد 1A1 الالمانية ومن ثم في السوفيتية T-55 و T-62 .
كما صنعت درع متباعدة سميكة للدبابة الالمانية الامريكية MBT-70 في السيتينات و ثم في الميركافا الإسرائيلية. و خلال السبعينات تم تجاوز استخدم طبقتين من الدروع المتباعدة السميكة من خلال تطوير تكوينات أكثر فعالية متعددة الطبقات
في غضون ذلك نوع مختلف من الدروع المتباعدة كان قد ظهر في شكل لوحات إضافية ركبت في عام 1943 على جانبي مدافع الاعتداء assault guns الألمانية. وكانت لوحات بسمك 5أو8 ملم فقط من الفولاذ الطري لكنها تقدم حماية إضافية ضد الرؤوس الحربية من الشحنة المشكلة المعاصرة في ذاك الوقت مما أدى إلى تفجر هذه الشحن بعيدا عن الدروع الرئيسية، وبالتالي الحد من فعاليتها. ومن اجل ان تقوم بعملها بشكل افضل، تم استبدال لوحات الفولاذ الطري بالشبكة السلكية الثقيلة على Pz.Kpfw.IV النموذج J.
استمر استخدام لوحات الاحاطة الجانبية الرقيقة في الدبابات البريطانية بعد الحرب العالمية الثانية في الدبابة Centurions و خلال الستينات و السبعينات امتد الاستخدام الى عدة دبابات أخرى. وكان يعتمد عليها بصورة رئيسية في الحماية الإضافية ضد منصات الصواريخ المضادة للدبابات و الأسلحة المضادة للدبابات المحمولة برؤوس شحنة مشكلة التي كانت تستخدم على نطاق واسع. و مع تطوير صواريخ البوني stand-off distance برؤوس شحنة مشكلة ازداد مدى الاختراق وأصبحت المسافة المخترقة مساوية أو أكبر من المسافة التي كانت موجودة بين لوحات الاحاطة و الدروع الرئيسية. ونتيجة لذلك تراجعت قدرات الحماية التي توفرها هذه الدروع ضد الشحنة المشكلة ولكن إذا اصيبت في زاوية حادة فهذا يأدي لزيادة المسافة بينها وبين درع البدن بما فيه الكفاية لخفض كبير في انتشار الشحنة المشكلة
كما تم استخدام دروع متباعدة منذ الستينات في شكل صفوف من قضبان الصلب عالية المقاومة توضع أمام الدرع الرئيسي أو في سلاسل معلقة chains hung في مقدمة الدرع الرئيسي . بشكل عام دروع القضبان و السلاسل المشابهة كانت تسبب مشاكل لرؤوس الشحنة المشكلة مماثلة للوحات الاحاطة بالاضافة لقدرتها على التعامل مع صواريخ الشحنة المشكلة الأصغر أو القنابل اليدوية مع الصمامات البسيطة من خلال تشويه رؤوسها الحربية قبل تحفيز الصمامات. يمكن لدرع القضبان أيضا التعامل مع مقذوفات الطاقة الحركية، بحيث يجعلها تضرب الدروع الرئيسية في زاوية أقل فعالية في حين وزنها أقل من لوحات الدروع المماثلة. نتائج مماثلة يمكن تحقيقه امام القذائف الخارقة للدروع من العيار الصغير من خلال استخدام لوحات مع نمط عشوائي من الثقوب الصغيرة التي تجعلها أخف وزنا من لوحات الصلب المماثلة. اعتمدت اللوحات المثقوبة من هذا النوع خلال الثمانينات لتحسين حماية بعض ناقلات الجند المدرعة.
نوع تقليدي اخر من التكوينات كان قد رحل ،و هو تكوين طبقة واحدة من الدروع المتكونة باستخدام الأضلاع الأفقية الملحومة horizontal ribs welded على لوحات منحدرة. اعتمد الدرع المضلع من هذا النوع لأول مرة على الدبابة السويدية S وكانت أضلاعه تحرف بعض أنواع قذائف الطاقة الحركية بحيث تحول مسارها عن اللوحة المنحدرة وبالتالي تضربها في أكبر ميل ممكن مما يقلل قدرتها. بخلاف ذالك الأضلاع تمنع المقذوفات الصغيرة المرتدة من اللوحة المنحدرة من اصابة اجهزة الرؤية فوق الدروع .
بغض النظر عن مدى فعالية أي نوع من الدروع . فبعض القذائف والصواريخ دائما تخترقها ولكن الضرر الذي تسببه وراء الدروع بالشظايا يمكن تخفيضه . بحيث يتم تجهيز الجزء الداخلي من الدروع ليتكون عادة من شرائح الزجاج المربوط بالراتنج resin-bonded glass أو شرائح الياف الارميدا aramid fibres مثل الكيفلر Kevlar الذي يقلل من زاوية مخروط شظايا التشظي عالية السرعة التي تنتج عن ثقب الاختراق . نتائج مماثلة يمكن الحصول عليها بدرع داخلي رقيق من الصلب توضع بعيدا عن درع الحماية ولكن فعاليته، مثله في ذلك مثل البطانات المصنوعة من الشرائح، مقيدة بالحجم المحدود الذي يمكن أن يخصص له داخل الدبابة .
كما ان البطانات من المواد المناسبة يمكن أيضا أن تزيد من الحماية التي توفرها دروع الدبابات ضد الإشعاع الناجم عن انفجار الأسلحة النووية. الإشعاع الخطير هنا يتكون من أشعة جاما والنيوترونات. درع فولاذ الدبابات يوفر درجة عالية من الحماية ضد أشعة جاما بسبب سمكه وكثافته. وهكذا، 18 ملم من الدروع يمكن أن تمتص ما يقرب من نصف أشعة غاما التي تتجه نحو الدروع ، و لكون دروع الدبابات بشكل عام أكثر سمكا فكسر الإشعاع المنتقل عبرها . وهو ما يسمى عامل النقل transmission factor، يكون بقياس 0.1. كما هناك تدبير بديل وأكثر شيوعا للاستخدام لقياس فعالية التدريع وهو عامل الحماية protection factor، وهو معكوس عامل النقل والذي يكون لدبابات القتال يساوي تقريبا 10 .
الدرع الفولاذي أقل فعالية ضد النيوترونات و لهذا من اجل استيعابها هناك حاجة لاضافة مواد اخرى . مثل المواد الهيدروجينية، على شاكلة البولي ايثيلين، والذي يبطئ النيوترونات، مع العناصر الملتقطة للنيوترون العالية المقاطع العرضية، مثل البورون boron. ونتيجة لذلك، تم استخدام البولي إثيلين مع حشوة البورون لحماية الدبابة الامريكية الالمانية MBT-70 ضد الإشعاع النووي.
على الرغم من أن سماكة البطانات الاشعاعية كانت تصل الى 50 ملم ، فان البطانات الإشعاعية لا تساهم في الحماية الباليستية في الدبابات بسبب انخفاض الكثافة و المقاومة للمواد التي صنعت منها. ولكنها يمكن أن تحد نوعا ما من خطر الشظايا .
درع الألومنيوم
حتى الخمسينات المادة الوحيدة المستخدمة لتركيب الدروع كانت الصلب (او الفولاذ). ولكن في الخمسينات دخل بديل لها حيز الاستخدام و هو درع الألومنيوم. بدأ تطوير درع الألومنيوم في الولايات المتحدة في عام 1956 حيث بدأ المنتجين الرئيسيين للألمنيوم يقدمون عينات للجيش الأمريكي من دروع الألومنيوم ليقوم الجيش باختبارها . وفي الوقت نفسه منحت شركة FMC عقدا لتطوير ناقلة جند مدرعة مجنزرة مع هيكل الألومنيوم. نتيجة لذلك بنت FMC عدد 31 هيكل الومنيوم فضلا عن خمسة هياكل من الصلب لتختبر وحصلت في عام 1959 على عقد لإنتاج ناقلة مصنوعة من الألمنيوم ، والتي سميت Ml 13
ومنذ ذلك الحين تم إنتاج Ml 13 على نطاق واسع، وأصبحت المركبة المدرعة الأكثر انتشارا خارج الاتحاد السوفياتي. وعلاوة على ذلك، أعقب تطوير هذه المركبة عدد من مركبات هيكل الالمونيوم ، مثل مركبة الاستطلاع Ml 14، و مدفع الهاوتزر ذاتي الدفع عيار 105 ملم Ml08 والمدفع ذاتي الحركة 155 ملم Ml09، و تم انتاجهم بكميات معتبرة ليس فقط للجيش الأمريكي ولكن أيضا لعدة زبائن اخرين.
Ml 13 و 14 و 08 و 09 شكلت الجيل الأول من العربات المدرعة بدرع الألومنيوم المتكون من سبائك النوع 5083 . هذه السبيكة من الألمنيوم تحوي بنسبة نحو 4.5 في المئة من المغنيسيوم و 0.75٪ من المنغنيز، بمقاومة شد بين 300-350 ميغانيوتن / م2، و صلادة 75 BHN مما يعني أن لوحات الالمونيوم يجب أن تكون أكثر سمكا بكثير من لوحات الصلب لتحقيق نفس مستوى الحماية .
على سبيل المثال، للحماية من رصاصات AP عيار 7.62 من مسافة قريبة يجب ان تكون لوحات الالومنيوم من النوع 5083 بسمك 48 ملم ، مقارنة مع سماكة 14.5 ملم للدروع التقليدية RHA بصلادة 380 BHN. كما ان كثافتها فقط 2660 كغ / م3، مقارنة مع 7850 كغ / م3 للدروع الفولاذية، ولكن مع ذلك كثافتها المساحية كبيرا نوعا ما عند 128 كغ/ م2 مقارنة ب 114 كغ / م2 للوحات RHA التي توفر الحماية نفسها ضد الرصاص العالي السرعة من الصلب المحفور hard-cored
ومع ذلك، عندما يتعلق الأمر بالحماية من شظايا قذائف المدفعية، التي تشكل التهديد الرئيسي من المدافع ذاتية الحركة كما تعتبر تهديدا رئيسيا للناقلات المدرعة، هنا تكون الكثافة المساحية للالمونيوم 5083 أقل بكثير من RHA. وبالتالي. درع الألومنيوم 5083 يوفر نفس الحماية التي يوفرها RHA الاقل وزنا.
علاوة على ذلك، درع الألومنيوم 5083 يجب أن يكون حوالي ثلاث مرات اكثر سماكة من RHA ، بحيث انه يملك قساوة انحناء اكثر مما يجب في علاقة مع وزنه و لو ان كثافته المساحية هي نفسها تقريبا مقارنة بلوحات RHA في مواجهة المقذوفات. و على الرغم من ان الألمنيوم أقل قساوة من الصلب، فإن معامل المرونة للألومنيوم هو فقط 71 جيقانيوتن / م2، مقارنة مع 206 جيقا نيوتن / م2 للصلب. ولكن قساوة الانحناء bending stiffness لا تتناسب فقط مع معامل المرونة ولكن أيضا مع مكعب السماكة، مما يجعل لوحات دروع الألومنيوم اقسى تسع مرات من ألواح الصلب من نفس الوزن. ونتيجة لذلك، هياكل مدرعات الألومنيوم هي أكثر جمودا او تخشبا من هياكل الصلب من نفس الوزن. هذا يجعل من الممكن الاستغناء عن بعض التقسيت الهيكلية اللازمة في بناء الهياكل، ولا سيما العربات المدرعة الخفيفة وهذا يوفر الوزن. وهكذا، فإن هيكل الألومنيوم في Ml 13 له حوالي 10 في المائة وزن اخف من الصلب الذي يعادله، وهو ما يمثل توفير وزن مقداره حوالي 6 في المائة من الوزن الكلي للمركبة .
بالإضافة إلى التوفير في الوزن، درع الألومنيوم أسهل في التصنيع والسمك الأكبر للوحاته يجعل من الممكن استخدام المفاصل المتدرجة stepped joints، والتي تتيح التعشيق الجزئي بين اللوحات وتتطلب اللوحات بالتالي قدر أقل من اللحام. وقد ساعد كل ذلك للحد من تكلفة إنتاج المركبات ذات درع الألومنيوم ولكن رغم كل ذالك كانت التكلفة للطن الواحد أعلى بكثير من RHA.
وأعقب تطوير سبائك الألومنيوم بالاضافة للمغنيسيوم والمنغنيز الأصلية السابقة الذكر استعمال سبائك الألومنيوم والزنك والمغنيسيوم من النوع 7039، والتي ظهرت خلال الستينات في الجيل الثاني من مركبات الألمنيوم المدرعة. على الدبابة الخفيفة الامريكية M551 Sheridan، والتي كان لها بدن مشكل من السبيكة 7039، على الرغم من أن البرج كان لا يزال من الصلب. كما ظهرت في عدد من المركبات الاخرى مثل الدبابة الخفيفة البريطانية Alvis Scorpion و المركبة المدرعة المدولبة Fox، وكلاهما تم صناعة ابراج وهياكل لهما من دروع الألومنيوم هذه، وتبعهم مركبة المشاة المدرعة الفرنسية AMX-10 .
سبائك النوع 7039 تحتوي على 5 في المائة من الزنك و 2.5 في المائة من الماغنسيوم وعلى النقيض من السبائك السابقة الذكر، هي قابلة للمعالجة الحرارية . و هي أيضا أقوى مع وجود مقاومة شد تصل إلى 485 ميجا نيوتن /م2، و أصلد بصلادة تصل إلى حوالي 150 BHN. ونتيجة لذلك، فهي متفوقة في الحماية البالستية و هي لا تحتاج إلى أن تكون سميكة وثقيلة مثل لوحات دروع النوع 5083 . لوحات النوع 7039 تحتاج إلى أن تكون سميكة فقط 38 ملم لتوفير الحماية اللازمة ضد رصاص AP عيار 7.62 ملم من مسافة قصيرة، حيث تبلغ كثافتها المساحية 106 كغ / م 2. وهذا أقل بكثير من الكثافة المساحية للنوع 5083 ، على الرغم من أن كثافة سبيكة 7039 أعلى إلى حد ما ب 2780 كغ / م3. كما ان كثافتها المساحية أقل أيضا من ذلك من RHA ولكن ليست اقل من دروع الصلب عالية الصلادة . ميزة دروع 7039 امام الأنواع الأخرى من الدروع في مسالة الكثافة المساحية تحدث عندما يتعلق الأمر ببعض أكبر مقذوفات AP. على سبيل المثال، في حالة مقذوف AP عيار 14.5 ملم تكون كثافة 7039 افضل من RHA بشكل عام، وإن لم تكن مختلفة جدا في حالة زاوية ميلان عالية
بشكل حتمي كان هناك ثمن يجب دفعه للخصائص البالستية المتفوقة لسبائك النوع 7039. لقد تمحور هذا اساسا في مشاكل اللحام، والتي دعت لمراقبة دقيقة في الادخلات الحرارية heat input من اجل الحماية ضد اجهاد التآكل corrosion stress في المنطقة المتضررة حراريا. كما ان قابلية سبائك 7039 لتشقق اجهاد التاكل جعلت من الضروري ايضا ان تغطى حواف اللوحات المعرضة للحام وتجنب القطع أو حفر ثقوب بالقرب من مفاصل اللحام.
و على الرغم من التدابير المتخذة بهذا الشان تشققات اجهاد التآكل كانت مشكلة كبيرة في الهياكل والأبراج الملحومة من سبائك النوع 7039. و في حالة مركبات السلسلة AMX-10 تم التقليل من المشكلة عن طريق استخدام سبيكة النوع 7020، وهي إلى حد ما أقل قوة ولكن أكثر مرونة ولديها مقاومة أكبر لاجهاد التآكل . و في حالة الناقل البرمائي الامريكي LVTP7 اعتبرت المشكلة خطيرة جدا فعلى الرغم من انه تم بناء نماذج LVTPX12 لهذا الناقل خلال أواخر الستينات من النوع 7039 لكن تم التخلي عنها لصالح العودة إلى درع النوع 5083 عندما تم ادخال المركبة حيز الانتاج في بداية السبعينات . كما تكون درع الألومنيوم في عربة القتال مشاة الامريكيةM2المتنتجة بكميات خلال الثمانينات أيضا بالكامل تقريبا من السبيكة 5083، و استخدمت السبيكة 7039 في جزء من الهيكل العلوي و في البرج .
و للتعويض عن انخفاض مقاومته لرصاص السرعة العالية، درع 5083 في M2 IFV، وغيرها من المركبات المدرعة بالألمنيوم، كان يحوي لوحات رقيقة من الصلب عالي الصلادة اضيفت له بشكل خارجي. هذا الجمع بين طبقة خارجية من مادة صلدة مع طبقة داخلية من مادة أكثر مرونة ذات متانة سليم جدا من حيث المبدأ، وأثبتت فعاليته في الممارسة العملية. على سبيل المثال، مزيج درع الفولاذ العالي الصلادة مع سبيكة النوع 5083 قادر على وقف عيار7.62 ملم AP من مسافة قريبة و لديه ليس فقط قدرة افضل من درع 7039 ولكن أيضا بمستوى قريب لدرع الفولاذ عالي الصلادة في حد ذاته.
بالموازة مع بدأ تطوير درع الألومنيوم في الولايات المتحدة خلال الخمسينات تم التحقق من سبائك معادن غير حديدية اخرى كمواد تشكل درع ممكن. و اكثر السبائك التي كانت واعدة هي سبائك التيتانيوم وعلى وجه الخصوص السبيكة التي تحتوي على 6 في المئة من الألومنيوم و 4 في المائة من الفاناديوم، و لديها كثافة 4430 كغ / م3 و مقاومة شد 930 ميجا نيوتن / م 2 . على مستوى الكثافة المساحية أثبتت سبائك التيتانيوم Ti-6AL-4V انها متفوقة على درع الألومنيوم و RHA للحماية من رصاص AP و انها افضل من RHA في حالة شظايا القذائف . في بدايتها كانت تعاني من عيب رجوع الشطايا تحت التأثير الباليستي ولكن هذا قد انخفض بشكل كبير خلال تطورها. ومع ذلك، ظلت تكلفة درع التيتانيوم أعلى بكثير من الألومنيوم وكذلك الدروع الفولاذية ولهذا ربما اقتصر استخدامها على طائرات الهجوم الارضي وطائرات الهليكوبتر.
حتى الخمسينات المادة الوحيدة المستخدمة لتركيب الدروع كانت الصلب (او الفولاذ). ولكن في الخمسينات دخل بديل لها حيز الاستخدام و هو درع الألومنيوم. بدأ تطوير درع الألومنيوم في الولايات المتحدة في عام 1956 حيث بدأ المنتجين الرئيسيين للألمنيوم يقدمون عينات للجيش الأمريكي من دروع الألومنيوم ليقوم الجيش باختبارها . وفي الوقت نفسه منحت شركة FMC عقدا لتطوير ناقلة جند مدرعة مجنزرة مع هيكل الألومنيوم. نتيجة لذلك بنت FMC عدد 31 هيكل الومنيوم فضلا عن خمسة هياكل من الصلب لتختبر وحصلت في عام 1959 على عقد لإنتاج ناقلة مصنوعة من الألمنيوم ، والتي سميت Ml 13
ومنذ ذلك الحين تم إنتاج Ml 13 على نطاق واسع، وأصبحت المركبة المدرعة الأكثر انتشارا خارج الاتحاد السوفياتي. وعلاوة على ذلك، أعقب تطوير هذه المركبة عدد من مركبات هيكل الالمونيوم ، مثل مركبة الاستطلاع Ml 14، و مدفع الهاوتزر ذاتي الدفع عيار 105 ملم Ml08 والمدفع ذاتي الحركة 155 ملم Ml09، و تم انتاجهم بكميات معتبرة ليس فقط للجيش الأمريكي ولكن أيضا لعدة زبائن اخرين.
Ml 13 و 14 و 08 و 09 شكلت الجيل الأول من العربات المدرعة بدرع الألومنيوم المتكون من سبائك النوع 5083 . هذه السبيكة من الألمنيوم تحوي بنسبة نحو 4.5 في المئة من المغنيسيوم و 0.75٪ من المنغنيز، بمقاومة شد بين 300-350 ميغانيوتن / م2، و صلادة 75 BHN مما يعني أن لوحات الالمونيوم يجب أن تكون أكثر سمكا بكثير من لوحات الصلب لتحقيق نفس مستوى الحماية .
على سبيل المثال، للحماية من رصاصات AP عيار 7.62 من مسافة قريبة يجب ان تكون لوحات الالومنيوم من النوع 5083 بسمك 48 ملم ، مقارنة مع سماكة 14.5 ملم للدروع التقليدية RHA بصلادة 380 BHN. كما ان كثافتها فقط 2660 كغ / م3، مقارنة مع 7850 كغ / م3 للدروع الفولاذية، ولكن مع ذلك كثافتها المساحية كبيرا نوعا ما عند 128 كغ/ م2 مقارنة ب 114 كغ / م2 للوحات RHA التي توفر الحماية نفسها ضد الرصاص العالي السرعة من الصلب المحفور hard-cored
ومع ذلك، عندما يتعلق الأمر بالحماية من شظايا قذائف المدفعية، التي تشكل التهديد الرئيسي من المدافع ذاتية الحركة كما تعتبر تهديدا رئيسيا للناقلات المدرعة، هنا تكون الكثافة المساحية للالمونيوم 5083 أقل بكثير من RHA. وبالتالي. درع الألومنيوم 5083 يوفر نفس الحماية التي يوفرها RHA الاقل وزنا.
علاوة على ذلك، درع الألومنيوم 5083 يجب أن يكون حوالي ثلاث مرات اكثر سماكة من RHA ، بحيث انه يملك قساوة انحناء اكثر مما يجب في علاقة مع وزنه و لو ان كثافته المساحية هي نفسها تقريبا مقارنة بلوحات RHA في مواجهة المقذوفات. و على الرغم من ان الألمنيوم أقل قساوة من الصلب، فإن معامل المرونة للألومنيوم هو فقط 71 جيقانيوتن / م2، مقارنة مع 206 جيقا نيوتن / م2 للصلب. ولكن قساوة الانحناء bending stiffness لا تتناسب فقط مع معامل المرونة ولكن أيضا مع مكعب السماكة، مما يجعل لوحات دروع الألومنيوم اقسى تسع مرات من ألواح الصلب من نفس الوزن. ونتيجة لذلك، هياكل مدرعات الألومنيوم هي أكثر جمودا او تخشبا من هياكل الصلب من نفس الوزن. هذا يجعل من الممكن الاستغناء عن بعض التقسيت الهيكلية اللازمة في بناء الهياكل، ولا سيما العربات المدرعة الخفيفة وهذا يوفر الوزن. وهكذا، فإن هيكل الألومنيوم في Ml 13 له حوالي 10 في المائة وزن اخف من الصلب الذي يعادله، وهو ما يمثل توفير وزن مقداره حوالي 6 في المائة من الوزن الكلي للمركبة .
بالإضافة إلى التوفير في الوزن، درع الألومنيوم أسهل في التصنيع والسمك الأكبر للوحاته يجعل من الممكن استخدام المفاصل المتدرجة stepped joints، والتي تتيح التعشيق الجزئي بين اللوحات وتتطلب اللوحات بالتالي قدر أقل من اللحام. وقد ساعد كل ذلك للحد من تكلفة إنتاج المركبات ذات درع الألومنيوم ولكن رغم كل ذالك كانت التكلفة للطن الواحد أعلى بكثير من RHA.
وأعقب تطوير سبائك الألومنيوم بالاضافة للمغنيسيوم والمنغنيز الأصلية السابقة الذكر استعمال سبائك الألومنيوم والزنك والمغنيسيوم من النوع 7039، والتي ظهرت خلال الستينات في الجيل الثاني من مركبات الألمنيوم المدرعة. على الدبابة الخفيفة الامريكية M551 Sheridan، والتي كان لها بدن مشكل من السبيكة 7039، على الرغم من أن البرج كان لا يزال من الصلب. كما ظهرت في عدد من المركبات الاخرى مثل الدبابة الخفيفة البريطانية Alvis Scorpion و المركبة المدرعة المدولبة Fox، وكلاهما تم صناعة ابراج وهياكل لهما من دروع الألومنيوم هذه، وتبعهم مركبة المشاة المدرعة الفرنسية AMX-10 .
سبائك النوع 7039 تحتوي على 5 في المائة من الزنك و 2.5 في المائة من الماغنسيوم وعلى النقيض من السبائك السابقة الذكر، هي قابلة للمعالجة الحرارية . و هي أيضا أقوى مع وجود مقاومة شد تصل إلى 485 ميجا نيوتن /م2، و أصلد بصلادة تصل إلى حوالي 150 BHN. ونتيجة لذلك، فهي متفوقة في الحماية البالستية و هي لا تحتاج إلى أن تكون سميكة وثقيلة مثل لوحات دروع النوع 5083 . لوحات النوع 7039 تحتاج إلى أن تكون سميكة فقط 38 ملم لتوفير الحماية اللازمة ضد رصاص AP عيار 7.62 ملم من مسافة قصيرة، حيث تبلغ كثافتها المساحية 106 كغ / م 2. وهذا أقل بكثير من الكثافة المساحية للنوع 5083 ، على الرغم من أن كثافة سبيكة 7039 أعلى إلى حد ما ب 2780 كغ / م3. كما ان كثافتها المساحية أقل أيضا من ذلك من RHA ولكن ليست اقل من دروع الصلب عالية الصلادة . ميزة دروع 7039 امام الأنواع الأخرى من الدروع في مسالة الكثافة المساحية تحدث عندما يتعلق الأمر ببعض أكبر مقذوفات AP. على سبيل المثال، في حالة مقذوف AP عيار 14.5 ملم تكون كثافة 7039 افضل من RHA بشكل عام، وإن لم تكن مختلفة جدا في حالة زاوية ميلان عالية
بشكل حتمي كان هناك ثمن يجب دفعه للخصائص البالستية المتفوقة لسبائك النوع 7039. لقد تمحور هذا اساسا في مشاكل اللحام، والتي دعت لمراقبة دقيقة في الادخلات الحرارية heat input من اجل الحماية ضد اجهاد التآكل corrosion stress في المنطقة المتضررة حراريا. كما ان قابلية سبائك 7039 لتشقق اجهاد التاكل جعلت من الضروري ايضا ان تغطى حواف اللوحات المعرضة للحام وتجنب القطع أو حفر ثقوب بالقرب من مفاصل اللحام.
و على الرغم من التدابير المتخذة بهذا الشان تشققات اجهاد التآكل كانت مشكلة كبيرة في الهياكل والأبراج الملحومة من سبائك النوع 7039. و في حالة مركبات السلسلة AMX-10 تم التقليل من المشكلة عن طريق استخدام سبيكة النوع 7020، وهي إلى حد ما أقل قوة ولكن أكثر مرونة ولديها مقاومة أكبر لاجهاد التآكل . و في حالة الناقل البرمائي الامريكي LVTP7 اعتبرت المشكلة خطيرة جدا فعلى الرغم من انه تم بناء نماذج LVTPX12 لهذا الناقل خلال أواخر الستينات من النوع 7039 لكن تم التخلي عنها لصالح العودة إلى درع النوع 5083 عندما تم ادخال المركبة حيز الانتاج في بداية السبعينات . كما تكون درع الألومنيوم في عربة القتال مشاة الامريكيةM2المتنتجة بكميات خلال الثمانينات أيضا بالكامل تقريبا من السبيكة 5083، و استخدمت السبيكة 7039 في جزء من الهيكل العلوي و في البرج .
و للتعويض عن انخفاض مقاومته لرصاص السرعة العالية، درع 5083 في M2 IFV، وغيرها من المركبات المدرعة بالألمنيوم، كان يحوي لوحات رقيقة من الصلب عالي الصلادة اضيفت له بشكل خارجي. هذا الجمع بين طبقة خارجية من مادة صلدة مع طبقة داخلية من مادة أكثر مرونة ذات متانة سليم جدا من حيث المبدأ، وأثبتت فعاليته في الممارسة العملية. على سبيل المثال، مزيج درع الفولاذ العالي الصلادة مع سبيكة النوع 5083 قادر على وقف عيار7.62 ملم AP من مسافة قريبة و لديه ليس فقط قدرة افضل من درع 7039 ولكن أيضا بمستوى قريب لدرع الفولاذ عالي الصلادة في حد ذاته.
بالموازة مع بدأ تطوير درع الألومنيوم في الولايات المتحدة خلال الخمسينات تم التحقق من سبائك معادن غير حديدية اخرى كمواد تشكل درع ممكن. و اكثر السبائك التي كانت واعدة هي سبائك التيتانيوم وعلى وجه الخصوص السبيكة التي تحتوي على 6 في المئة من الألومنيوم و 4 في المائة من الفاناديوم، و لديها كثافة 4430 كغ / م3 و مقاومة شد 930 ميجا نيوتن / م 2 . على مستوى الكثافة المساحية أثبتت سبائك التيتانيوم Ti-6AL-4V انها متفوقة على درع الألومنيوم و RHA للحماية من رصاص AP و انها افضل من RHA في حالة شظايا القذائف . في بدايتها كانت تعاني من عيب رجوع الشطايا تحت التأثير الباليستي ولكن هذا قد انخفض بشكل كبير خلال تطورها. ومع ذلك، ظلت تكلفة درع التيتانيوم أعلى بكثير من الألومنيوم وكذلك الدروع الفولاذية ولهذا ربما اقتصر استخدامها على طائرات الهجوم الارضي وطائرات الهليكوبتر.
الدرع غير المعدني، المركب والمتباعد
تطوير ذخائر مضادة للدبابات تعتمد الشحن المشكلة والتي أثبتت قدرتها على اختراق الدروع الفولاذية المتألفة monolithic steel armour السميكة نسبيا أدى للبحث في استخدام مواد وتكوينات لدروع اخرى مختلفة بهدف تطوير حماية أكثر فعالية ضدهم. ويستند أبسط نموذج لاختراق الأهداف المتجانسة بواسطة نفاث الشحنة المشكلة على افتراض أن عملية ذات طابع هيدروديناميكية باستخدام المعادلة الاولى (4.16) ادناه . باستخدام هذه المعادلة يمكن إثبات أن كسر الاختراق tm و ts لنفاث الشحنة المشكلة لمادة معينة (tm) و للصلب (ts)، تساوي الجذر التربيعي المعكوس للكسر الاول لكن هذه المرة لكثافة المادة المعينة و الصلب (pm و ps) الذي يبين في المعادلة الثانية (15.1)
إذا كانت كثافة مادة معينة أقل من الفولاذ فإمكانية اختراق نفاث الشحنة لها ستكون اكبر. لكن الكثافة المساحية خاصتها يفترض ان تستوعب الاختراق، والتي تساوي هنا القيمة tmpm و هي أقل من الكثافة المساحية الصلب، و يكون كسر الكثافة المساحية يساوي الجذر التربيعي لكثافة كلا المادتين( الصلب والمادة المعينة ) ... المعادلة الثالثة (15.2)
وهذا يعني أن كتلة المواد ذات الكثافة الاصغر و التي تكون كافية للحماية ضد الشحنات المشكلة ستكون أقل من كتلة الصلب. وبالتالي، من الناحية النظرية، فإن نسبة الكثافة المساحية لل RHA لمواد مثل درع الألومنيوم، وهو ما يسمى عادة فعالية الكتلة mass effectiveness أو كفاءة الكتلة mass efficiency بالنسبة للمواد المذكورة هنا تبلغ حوالي 1.7
المواد البوليمرية، والتي هي أقل كثافة من درع الألمنيوم، تكون اكفاء منه . على سبيل المثال، الكفاءة الكتلية للبولي-ميتاكريليت، ذي الكثافة 1180 كغ / م 3، هي 2.57.
هذه النسبة هي بطبيعة الحال، نظرية بحتة ولكن تفوق المواد المنخفضة الكثافة ضد الشحنات المشكلة برهن عمليا في كثير من الحالات وبعضها اثبت انه ليس فقط جيدة كما تظهره الكفاءة الكتلية النظرية بل افضل ايضا .
وبالمثل، فإن بعض السوائل هي فعالة جدا، بالنسبة لكتلتها في مقاومة اختراق نفاث الشحنة المشكلة. و احدها هو وقود الديزل الذي عادة لديه كثافة 820 كغ / م3.و من الناحية النظرية بالتالي كفاءته الكتلية هي 3.09 ولكن التجارب تظهر أنه في الممارسة العملية يمكن أن تكون أكثر من ذلك. هذا يشير إلى أن خلايا الوقود يمكن استخدامها لزيادة كبيرة في حماية الدبابات ضد الشحن المشكلة، مما جعله يستخدم في بعض الدبابات التي بنيت منذ الخمسينات بما في ذلك الدبابة السويدية S والميركافا الإسرائيلية.
ولكن، على الرغم من أن حماية دروع الحماية الكتلية التي توفرها بعض المواد منخفضة الكثافة ضد الشحنات المشكلة ، فان سمكها كبيرا جدا و غير عملي . وعلاوة على ذلك، لا يمكن لسمك معقول منهم توفير الحماية ضد مقذوفات الطاقة الحركية، بالتالي، لا يمكن استخدامها وحدها ولكنها يمكن أن تكون جزء من خليط مواد بعضها عالي الكثافة تعمل بشك فعال .
بدأت المحاولات الاولى لاستخدام المواد الغير معدنية منخفضة الكثافة لزيادة حماية الدبابات ضد الأسلحة الشحنة المشكلة في نهاية الحرب العامية الثانية في امريكا و كانت النتائج الواعدة من نصيب خليط من حصى الكوارتز والمصطكي او الصمغ المتكون من الأسفلت والخشب و عرف الدرع باسم HCR2.و ركب على شكل لوحات بسمك250 ملم و اختبر على بعض الدبابات المتوسطة الامريكية M4 في عام 1945 ولكنه لم يدخل الخدمة
خلال الخمسينات ظهر شكلين اخرين من الدروع التي تحوي المواد غير المعدنية طورو في الولايات المتحدة. وكان احدهم درع قلبي سيليسي siliceous cored armour الذي يتألف من السيليكا المنصهرة، بسمك 64 ملم ، متضمن في درع حديد الزهر . و استخدم في إصدارات محسنة من دبابات M48 الامريكية و في عدة تصاميم دبابات أمريكية من منتصف الخمسينات. واعتمد في وقت متأخر من 1958 للدبابات الامريكية M60 ولكن فكرة استخدامه تم التخلي عنها بعد ذلك جزئيا بسبب صعوبة تصنيعه وتكلفة إنتاجه. كان التحسن في مستوى الحماية الذي يقدمه الدرع محدودا نوعا ما. و رغم ان السيليكا المنصهرة نفسها لديه كفاءة كتلية حوالي 3 ولكن الكفاءة الكتلية الإجمالية للدرع المدمج كان فقط 1.4 و كان يمكن تحسين هذه الحماية ببساطة عن طريق تغيير درع RHA بدروع الصلب العالية المقاومة التي بدأ تطويرها خلال الستينات.
النوع الآخر من الدروع المطورة في الولايات المتحدة خلال الخمسينات يتألف من كتل الزجاج المغلف في الفولاذ. وقد استعمل كدرع مزخرف على دبابات M48، وقدم نفس درجة الحماية مثل الدرع القلبي السيليسي ولكن مرة أخرى لم يعتمد عليه .
من جهة اخرى يبدو أنه لا يوجد دروع مركبة قد اعتمدت لاستخدامها في الدبابات حتى اول ظهور في عام 1971، في بريطانيا، في الدبابة التجريبية FV 4211 مع حزمة دروع شوبهام ، التي طورت خلال الستينات في ما كان يعرف آنذاك مؤسسة بحوث و تطوير المركبات القتالية Fighting Vehicles Research and Development Establishment التابعة لوزارة الدفاع البريطانية. FV4211 كانت في الواقع، إعادة تصميم لدبابة Chieftain للاثبات ان الدبابات يمكن ان تتضمن درع شوبهام الذي يوفر حماية أكبر بكثير ضد اسلحة الشحنة المشكلة مقارنة بالدروع الفولاذية التقليدية.
كما اعتمد درع شوبهام في النماذج الاولية لدبابة XM1 الامريكية والتي بدأ تطويرها في عام 1972، واعتمد على نوع مشابه إلى حد ما من هذه الدروع في 1974 في نموذج اولي ل Leopard 2 AV الألمانية . ومنذ ذلك الحين تقريبا تم بناء جميع دبابات المعركة الرئيسية الجديدة مع دروع مماثلة مركبة او متعددة الطبقات، بدلا من الدروع الفولاذية المتالفة أو الدروع الفولاذية من طبقتين متباعدتين التي اعتمدت في عدد قليل من الدبابات خلال الستينات و بداية السبعينات.
وكانت تفاصيل الدروع المستخدمة في الدبابات الجديدة فى طى الكتمان ولكن يمكن قياس التحسن في الحماية التي تقدمها مع ما هو معروف عن بعض المواد وتكوينات الدروع التي تم تحليلها منذ الخمسينات. على سبيل المثال، فإنه من المعروف أن المواد الصلدة جدا، مثل السيراميك وكذلك الزجاج، تقدم مقاومة كبيرة للاختراق من قبل نفاثات الشحن المشكلة على أساس كثافتها، من خلال المعادلة الثانية (15.1).
هذا ينطبق بشكل خاص على أكسيد متكلس الألومنيوم، أو الألومينا (A12O3). الذي لديه قوة مقاومة شد حوالي 200-270 ميجا نيوتن / م2 وبالتالي هو أقوى بكثير من الزجاج وأكثر ملاءمة للاستخدام كدرع. كثافة أكسيد الألومنيوم، والتي تتراوح بين 3450-3600 كغ / م3، هي أكبر من الزجاج و لكن ومع ذلك، كفاءته الكتلية عالية. في الواقع، الكفاءة الكتلية للسيراميك وكذلك الزجاج من 2 إلى 3. كما ان الصلب عالي المقاومة ESR أيضا أكثر فعالية في مواجهة الشحن المشكلة منRHA، وكفاءته الكتلية حوالي 1.4
أكسيد الألومنيوم لا يزال هش جدا لاستخدامه وحده و لهذا يجب ان يكون ضمن نظام مع الصلب أو سبائك الألومنيوم لتشكيل درع الطبقات أو درع صفائحي. في أبسط أشكال هذا الدرع يتكون من طبقة خارجية من قرميد أكسيد الألومنيوم وطبقة داخلية من الصلب أو الألومنيوم. إصدارات أخرى أكثر تطورا منه تحتوي على طبقات بديلة من المعادن والسيراميك .
لأنه يحتوي على طبقات من الصلب أو الألومنيوم، فالكفاءة الكتلية للدروع الصفائحية ليست مرتفعة مثل درع السيراميك لكنها لا تزال إلى حد كبير أكثر فعالية في مواجهة الشحنات المشكلة من RHA. فعلى سبيل المثال، قد أثبت مركب يتكون من طبقة من أكسيد الألومنيوم وطبقة من الصلب عالي المقاومة ان لديه كفاءة كتلية تبلغ 2.0 و اثبت درع آخر، يتألف من طبقات من أكسيد الألومنيوم وسبائك الألومنيوم و الصلب عالي المقاومة ان لديه كفاءة كتلة 2.3
نتائج مماثلة يمكن أن تتوقع من أنواع أخرى من الدروع متعدد الطبقات التي تحتوي على طبقات بديلة لدروع معدنية بدروع من المواد غير المعدنية مناسبة. وعلاوة على ذلك، فإن فعالية الدرع متعدد الطبقات يمكن زيادتها بزيادة تباعد الطبقات . وهكذا، حتى RHA يمكن أن تكون أكثر فعالية في مواجهة الشحن المشكلة عن طريق استبدال شكل درع اللوحة الواحدة بواسطة مصفوفة من اللوحات المتباعدة بنفس مجموع سمك الاصلي
درع يتكون من طبقات متباعدة هو لا محالة درع ضخم. وبالتالي فان الزيادة في الأبعاد الكلية للدبابات، والتي تتضح في العديد من الدبابات التي بنيت منذ أوائل السبعينات ادى لضرورة وضع حد لمقدار التباعد التي يمكن إدراجه في الدرع المتعدد الطبقات.
بالإضافة إلى كونه فعال في مقاومة اختراق نفاث الشحنة المشكلة ، فأكسيد الألومنيوم هو أيضا فعال جدا بالنسبة لوزنه ضد مقذوفات الطاقة الحركية، وبصفة خاصة ضد العيار الصغير من المقذوفات الخارقة للدروع. وهذا يتمشى مع صلادته العالية، والتي من حيث رقم صلادة فيكرز Vickers Hardness Number تبلغ 3000 في حين أن صلادة الدروع الفولاذية حوالي 700 وRHA أقل من 400.
بدأت قدرة السيراميك المدعومة بطبقة من الألومنيوم أو من البلاستيك المقوى لتوفير الحماية رغم ان وزنه أقل بكثير من الدروع الفولاذية المعادلة تجذب الانتباه في الولايات المتحدة في الستينات، ومنذ ذلك الحين تم استغلاله في عدة أشكال مختلفة. واحدة من أخفها تتكون من مزيج من بلاط اكسيد الالومنيوم بسمك 8 ملم مع درع من سبائك الألومنيوم بسمك 7 ملم والذي يمكنه هزيمة رصاص AP عيار 7.62 ملم من مسافة قريبة ولكن لديه كثافة مساحية فقط 47 كغ / م2 مقارنة مع كثافة مساحية لل RHA ب 114 كغ / م2 . كما يملك كفاءة كتلية 2.4.
وقد تم الحصول على نتائج أفضل مع كربيد البورون (B4C)، الذي لديه صلادة 35 في المائة أعلى من أكسيد الألومنيوم وكثافة فقط 2480 كغ / م3 وهكذا، فإن رصاص 7.62 ملم AP المذكور سابقا يمكن هزمه بواسطة مزيج من 7.4 ملم من كربيد البورون مع دعم من سبيكة الألومنيوم التي بكثافة مساحية فقط 36 كجم / م2 و بكفاءة كتلية اجمالية 3.2. ومع ذلك، بسبب ارتفاع تكلفة كربيد البورون لم يستخدم في المركبات البرية
من ناحية أخرى، لقد أعيق استخدام أكسيد الألمنيوم لزيادة حماية العربات المدرعة الخفيفة ضد المقذوفات ذات العيار الصغير بصعوبة ارفاق السيراميك مع الدروع المعدنية في المركبات أو دمجها في هيكل واحد. ولكن هذا لم يمنع قراميد أكسيد الألومنيوم من ان تطبق بنجاح على السطح الخارجي لابدان ناقلتين تجريبيتين تم بناءهما عام 1985 لمشاة البحرية الامريكية. كانت الناقلتين من النوع M113 وكان هيكل بدنهما على شكل ساندويتش مع جدران تتكون من سطوح داخلية وخارجية من الألياف الزجاجية E المربوطة بالراتنج و المفصولة بطبقة بتقنية الخلايا المغلقة من رغوة البولي يوريثان.
وأعقب بناء M 113 مع بدن مركب في عام 1989 ببناء شركة FMC بدن مركب تجريبي لمركبة المشاة قتال الأمريكية الأكبر M2 . و تكونت جدرانها من الالياف الزجاجية S والتي هي أقوى من الألياف الزجاجية E شائعة الاستخدام . كما شكلت 68 في المئة من وزن المركب ، والباقي استأثرت به مصفوفة بوليستر الراتنج الحراري. لتزيد من الوقاية البالستية، تمت تغطية السطوح العمودية للبدن مع بلاط من التيتانيوم ثاني بوريد (TiB2)، الذي هو افضل في الحماية البالستية من أكسيد الألومنيوم في علاقة مع الوزن ولكن أكثر تكلفة. أدى هذا المزيج في البدن لان يزن الدرع أقل ب27 في المئة من درع سبائك الألومنيوم المعياري للM2A1 IFV
كما ادمج أكسيد الألومنيوم على شكل كتل سميكة نسبيا في أنظمة الدروع بهدف توفير حماية للدبابات ضد مقذوفات الطاقة الحركية التي تطلقها مدافع الدبابات وكذلك مقذوفات الشحنة المشكلة والصواريخ. وقد كشفت هذه الدرع عن فعاليتها ضد العيار الكبير لمقذوفات الطاقة الحركية و كما حسب ما نشر عن قدرتها لصد هجوم مقذوفات APFSDS فكفاءتها الكتلية كانت 1.3 على الأقل
إذا كانت كثافة مادة معينة أقل من الفولاذ فإمكانية اختراق نفاث الشحنة لها ستكون اكبر. لكن الكثافة المساحية خاصتها يفترض ان تستوعب الاختراق، والتي تساوي هنا القيمة tmpm و هي أقل من الكثافة المساحية الصلب، و يكون كسر الكثافة المساحية يساوي الجذر التربيعي لكثافة كلا المادتين( الصلب والمادة المعينة ) ... المعادلة الثالثة (15.2)
وهذا يعني أن كتلة المواد ذات الكثافة الاصغر و التي تكون كافية للحماية ضد الشحنات المشكلة ستكون أقل من كتلة الصلب. وبالتالي، من الناحية النظرية، فإن نسبة الكثافة المساحية لل RHA لمواد مثل درع الألومنيوم، وهو ما يسمى عادة فعالية الكتلة mass effectiveness أو كفاءة الكتلة mass efficiency بالنسبة للمواد المذكورة هنا تبلغ حوالي 1.7
المواد البوليمرية، والتي هي أقل كثافة من درع الألمنيوم، تكون اكفاء منه . على سبيل المثال، الكفاءة الكتلية للبولي-ميتاكريليت، ذي الكثافة 1180 كغ / م 3، هي 2.57.
هذه النسبة هي بطبيعة الحال، نظرية بحتة ولكن تفوق المواد المنخفضة الكثافة ضد الشحنات المشكلة برهن عمليا في كثير من الحالات وبعضها اثبت انه ليس فقط جيدة كما تظهره الكفاءة الكتلية النظرية بل افضل ايضا .
وبالمثل، فإن بعض السوائل هي فعالة جدا، بالنسبة لكتلتها في مقاومة اختراق نفاث الشحنة المشكلة. و احدها هو وقود الديزل الذي عادة لديه كثافة 820 كغ / م3.و من الناحية النظرية بالتالي كفاءته الكتلية هي 3.09 ولكن التجارب تظهر أنه في الممارسة العملية يمكن أن تكون أكثر من ذلك. هذا يشير إلى أن خلايا الوقود يمكن استخدامها لزيادة كبيرة في حماية الدبابات ضد الشحن المشكلة، مما جعله يستخدم في بعض الدبابات التي بنيت منذ الخمسينات بما في ذلك الدبابة السويدية S والميركافا الإسرائيلية.
ولكن، على الرغم من أن حماية دروع الحماية الكتلية التي توفرها بعض المواد منخفضة الكثافة ضد الشحنات المشكلة ، فان سمكها كبيرا جدا و غير عملي . وعلاوة على ذلك، لا يمكن لسمك معقول منهم توفير الحماية ضد مقذوفات الطاقة الحركية، بالتالي، لا يمكن استخدامها وحدها ولكنها يمكن أن تكون جزء من خليط مواد بعضها عالي الكثافة تعمل بشك فعال .
بدأت المحاولات الاولى لاستخدام المواد الغير معدنية منخفضة الكثافة لزيادة حماية الدبابات ضد الأسلحة الشحنة المشكلة في نهاية الحرب العامية الثانية في امريكا و كانت النتائج الواعدة من نصيب خليط من حصى الكوارتز والمصطكي او الصمغ المتكون من الأسفلت والخشب و عرف الدرع باسم HCR2.و ركب على شكل لوحات بسمك250 ملم و اختبر على بعض الدبابات المتوسطة الامريكية M4 في عام 1945 ولكنه لم يدخل الخدمة
خلال الخمسينات ظهر شكلين اخرين من الدروع التي تحوي المواد غير المعدنية طورو في الولايات المتحدة. وكان احدهم درع قلبي سيليسي siliceous cored armour الذي يتألف من السيليكا المنصهرة، بسمك 64 ملم ، متضمن في درع حديد الزهر . و استخدم في إصدارات محسنة من دبابات M48 الامريكية و في عدة تصاميم دبابات أمريكية من منتصف الخمسينات. واعتمد في وقت متأخر من 1958 للدبابات الامريكية M60 ولكن فكرة استخدامه تم التخلي عنها بعد ذلك جزئيا بسبب صعوبة تصنيعه وتكلفة إنتاجه. كان التحسن في مستوى الحماية الذي يقدمه الدرع محدودا نوعا ما. و رغم ان السيليكا المنصهرة نفسها لديه كفاءة كتلية حوالي 3 ولكن الكفاءة الكتلية الإجمالية للدرع المدمج كان فقط 1.4 و كان يمكن تحسين هذه الحماية ببساطة عن طريق تغيير درع RHA بدروع الصلب العالية المقاومة التي بدأ تطويرها خلال الستينات.
النوع الآخر من الدروع المطورة في الولايات المتحدة خلال الخمسينات يتألف من كتل الزجاج المغلف في الفولاذ. وقد استعمل كدرع مزخرف على دبابات M48، وقدم نفس درجة الحماية مثل الدرع القلبي السيليسي ولكن مرة أخرى لم يعتمد عليه .
من جهة اخرى يبدو أنه لا يوجد دروع مركبة قد اعتمدت لاستخدامها في الدبابات حتى اول ظهور في عام 1971، في بريطانيا، في الدبابة التجريبية FV 4211 مع حزمة دروع شوبهام ، التي طورت خلال الستينات في ما كان يعرف آنذاك مؤسسة بحوث و تطوير المركبات القتالية Fighting Vehicles Research and Development Establishment التابعة لوزارة الدفاع البريطانية. FV4211 كانت في الواقع، إعادة تصميم لدبابة Chieftain للاثبات ان الدبابات يمكن ان تتضمن درع شوبهام الذي يوفر حماية أكبر بكثير ضد اسلحة الشحنة المشكلة مقارنة بالدروع الفولاذية التقليدية.
كما اعتمد درع شوبهام في النماذج الاولية لدبابة XM1 الامريكية والتي بدأ تطويرها في عام 1972، واعتمد على نوع مشابه إلى حد ما من هذه الدروع في 1974 في نموذج اولي ل Leopard 2 AV الألمانية . ومنذ ذلك الحين تقريبا تم بناء جميع دبابات المعركة الرئيسية الجديدة مع دروع مماثلة مركبة او متعددة الطبقات، بدلا من الدروع الفولاذية المتالفة أو الدروع الفولاذية من طبقتين متباعدتين التي اعتمدت في عدد قليل من الدبابات خلال الستينات و بداية السبعينات.
وكانت تفاصيل الدروع المستخدمة في الدبابات الجديدة فى طى الكتمان ولكن يمكن قياس التحسن في الحماية التي تقدمها مع ما هو معروف عن بعض المواد وتكوينات الدروع التي تم تحليلها منذ الخمسينات. على سبيل المثال، فإنه من المعروف أن المواد الصلدة جدا، مثل السيراميك وكذلك الزجاج، تقدم مقاومة كبيرة للاختراق من قبل نفاثات الشحن المشكلة على أساس كثافتها، من خلال المعادلة الثانية (15.1).
هذا ينطبق بشكل خاص على أكسيد متكلس الألومنيوم، أو الألومينا (A12O3). الذي لديه قوة مقاومة شد حوالي 200-270 ميجا نيوتن / م2 وبالتالي هو أقوى بكثير من الزجاج وأكثر ملاءمة للاستخدام كدرع. كثافة أكسيد الألومنيوم، والتي تتراوح بين 3450-3600 كغ / م3، هي أكبر من الزجاج و لكن ومع ذلك، كفاءته الكتلية عالية. في الواقع، الكفاءة الكتلية للسيراميك وكذلك الزجاج من 2 إلى 3. كما ان الصلب عالي المقاومة ESR أيضا أكثر فعالية في مواجهة الشحن المشكلة منRHA، وكفاءته الكتلية حوالي 1.4
أكسيد الألومنيوم لا يزال هش جدا لاستخدامه وحده و لهذا يجب ان يكون ضمن نظام مع الصلب أو سبائك الألومنيوم لتشكيل درع الطبقات أو درع صفائحي. في أبسط أشكال هذا الدرع يتكون من طبقة خارجية من قرميد أكسيد الألومنيوم وطبقة داخلية من الصلب أو الألومنيوم. إصدارات أخرى أكثر تطورا منه تحتوي على طبقات بديلة من المعادن والسيراميك .
 |
| تغير قدرة اختراق الشحنة المشكلة مع تغير مقاومة الشد لدرع الصلب |
لأنه يحتوي على طبقات من الصلب أو الألومنيوم، فالكفاءة الكتلية للدروع الصفائحية ليست مرتفعة مثل درع السيراميك لكنها لا تزال إلى حد كبير أكثر فعالية في مواجهة الشحنات المشكلة من RHA. فعلى سبيل المثال، قد أثبت مركب يتكون من طبقة من أكسيد الألومنيوم وطبقة من الصلب عالي المقاومة ان لديه كفاءة كتلية تبلغ 2.0 و اثبت درع آخر، يتألف من طبقات من أكسيد الألومنيوم وسبائك الألومنيوم و الصلب عالي المقاومة ان لديه كفاءة كتلة 2.3
نتائج مماثلة يمكن أن تتوقع من أنواع أخرى من الدروع متعدد الطبقات التي تحتوي على طبقات بديلة لدروع معدنية بدروع من المواد غير المعدنية مناسبة. وعلاوة على ذلك، فإن فعالية الدرع متعدد الطبقات يمكن زيادتها بزيادة تباعد الطبقات . وهكذا، حتى RHA يمكن أن تكون أكثر فعالية في مواجهة الشحن المشكلة عن طريق استبدال شكل درع اللوحة الواحدة بواسطة مصفوفة من اللوحات المتباعدة بنفس مجموع سمك الاصلي
درع يتكون من طبقات متباعدة هو لا محالة درع ضخم. وبالتالي فان الزيادة في الأبعاد الكلية للدبابات، والتي تتضح في العديد من الدبابات التي بنيت منذ أوائل السبعينات ادى لضرورة وضع حد لمقدار التباعد التي يمكن إدراجه في الدرع المتعدد الطبقات.
بالإضافة إلى كونه فعال في مقاومة اختراق نفاث الشحنة المشكلة ، فأكسيد الألومنيوم هو أيضا فعال جدا بالنسبة لوزنه ضد مقذوفات الطاقة الحركية، وبصفة خاصة ضد العيار الصغير من المقذوفات الخارقة للدروع. وهذا يتمشى مع صلادته العالية، والتي من حيث رقم صلادة فيكرز Vickers Hardness Number تبلغ 3000 في حين أن صلادة الدروع الفولاذية حوالي 700 وRHA أقل من 400.
بدأت قدرة السيراميك المدعومة بطبقة من الألومنيوم أو من البلاستيك المقوى لتوفير الحماية رغم ان وزنه أقل بكثير من الدروع الفولاذية المعادلة تجذب الانتباه في الولايات المتحدة في الستينات، ومنذ ذلك الحين تم استغلاله في عدة أشكال مختلفة. واحدة من أخفها تتكون من مزيج من بلاط اكسيد الالومنيوم بسمك 8 ملم مع درع من سبائك الألومنيوم بسمك 7 ملم والذي يمكنه هزيمة رصاص AP عيار 7.62 ملم من مسافة قريبة ولكن لديه كثافة مساحية فقط 47 كغ / م2 مقارنة مع كثافة مساحية لل RHA ب 114 كغ / م2 . كما يملك كفاءة كتلية 2.4.
وقد تم الحصول على نتائج أفضل مع كربيد البورون (B4C)، الذي لديه صلادة 35 في المائة أعلى من أكسيد الألومنيوم وكثافة فقط 2480 كغ / م3 وهكذا، فإن رصاص 7.62 ملم AP المذكور سابقا يمكن هزمه بواسطة مزيج من 7.4 ملم من كربيد البورون مع دعم من سبيكة الألومنيوم التي بكثافة مساحية فقط 36 كجم / م2 و بكفاءة كتلية اجمالية 3.2. ومع ذلك، بسبب ارتفاع تكلفة كربيد البورون لم يستخدم في المركبات البرية
من ناحية أخرى، لقد أعيق استخدام أكسيد الألمنيوم لزيادة حماية العربات المدرعة الخفيفة ضد المقذوفات ذات العيار الصغير بصعوبة ارفاق السيراميك مع الدروع المعدنية في المركبات أو دمجها في هيكل واحد. ولكن هذا لم يمنع قراميد أكسيد الألومنيوم من ان تطبق بنجاح على السطح الخارجي لابدان ناقلتين تجريبيتين تم بناءهما عام 1985 لمشاة البحرية الامريكية. كانت الناقلتين من النوع M113 وكان هيكل بدنهما على شكل ساندويتش مع جدران تتكون من سطوح داخلية وخارجية من الألياف الزجاجية E المربوطة بالراتنج و المفصولة بطبقة بتقنية الخلايا المغلقة من رغوة البولي يوريثان.
وأعقب بناء M 113 مع بدن مركب في عام 1989 ببناء شركة FMC بدن مركب تجريبي لمركبة المشاة قتال الأمريكية الأكبر M2 . و تكونت جدرانها من الالياف الزجاجية S والتي هي أقوى من الألياف الزجاجية E شائعة الاستخدام . كما شكلت 68 في المئة من وزن المركب ، والباقي استأثرت به مصفوفة بوليستر الراتنج الحراري. لتزيد من الوقاية البالستية، تمت تغطية السطوح العمودية للبدن مع بلاط من التيتانيوم ثاني بوريد (TiB2)، الذي هو افضل في الحماية البالستية من أكسيد الألومنيوم في علاقة مع الوزن ولكن أكثر تكلفة. أدى هذا المزيج في البدن لان يزن الدرع أقل ب27 في المئة من درع سبائك الألومنيوم المعياري للM2A1 IFV
كما ادمج أكسيد الألومنيوم على شكل كتل سميكة نسبيا في أنظمة الدروع بهدف توفير حماية للدبابات ضد مقذوفات الطاقة الحركية التي تطلقها مدافع الدبابات وكذلك مقذوفات الشحنة المشكلة والصواريخ. وقد كشفت هذه الدرع عن فعاليتها ضد العيار الكبير لمقذوفات الطاقة الحركية و كما حسب ما نشر عن قدرتها لصد هجوم مقذوفات APFSDS فكفاءتها الكتلية كانت 1.3 على الأقل
الدروع التفاعلية الانفجارية
بالإضافة إلى الدروع الصفائحية المدمج فيها طبقة واحدة أو عدة طبقات من المواد غير المعدنية و الدروع مع طبقات متباعدة، استغلت اسلحة الشحنة المشكلة في تطوير نموذج إضافي من الحماية يتكون من وحدات بطبقة من المادة المتفجرة تقع بين لوحتين معدنتين . وقد تم تطوير هذا النوع من الحماية خلال السبعينات، وأصبح يعرف بالدرع التفاعلي الانفجاري. وقد استخدم لأول مرة على دبابات Centurion وM60A1 التابعتين للقوات الإسرائيلية خلال عملياتها في لبنان في عام 1982 وبعد سنة أو سنتين بعد ذلك ظهرت أيضا على T-64، ثم على الدبابات السوفيتية الأخرى.
الدروع المتفجرة التفاعلية Explosive reactive armour ، أو ERA. تقلل من قدرة اختراق نفاث الشحنة المشكلة حيث تنفجر الطبقة الناسفة عند اختراقها من قبل النفاث و تنقاد اللوحات المعدنية لتنفصل في حوالي عشر سرعة النفاث.
إذا هاجم النفاث شطيرة ERA في زاوية اللوحة الخارجية يتغذى باستمرار على مساره مما يسبب الاضطرابات الجانبية التي تقلل من قدرته على اختراق الدروع الواقعة خلف ERA بنسبة 50 أو حتى ما يقرب من 90 في المائة.
اختيار المتفجر الذي يقع بين اللوحات المعدنية بشكل واضح هو الأهم كما يجب أن تنفجر الدرع عندما تضرب بنفاث شحنة مشكلة و ليس عندما تضرب حزمة ERA ب الرصاص أو شظايا القذائف. كما ينبغي أن لا تنفجر بسبب حريق أو في حالة الإصلاحات التي تشمل اللحام. التفجير يجب أيضا أن يقتصر على الوحدة التي تضربها الشحنة وعدم السماح لانتشار التفاعل الانفجاري . وإلا فنفاث شحنة واحدة من شأنه تجريد الدبابة من كل الايرا خاصتها. بدلا من استنفاد وحدة واحدة فقط.
كما يفهم ضمنيا بالفعل، شطيرة الايرا تحتاج إلى أن تكون بزاوية في مواجهة نفاث الشحنة المشكلة لتكون فعالة. في الواقع، ERA غير فعال نسبيا حتى تكون زاوية الاختراق تميل باكثر من حوالي 25 درجة كما تزداد فعاليته كلما تزداد زاوية الميل . شطيرة الايرا ERA sandwich يجب أيضا أن تكون موجودة على مسافة أمام الدروع الرئيسي لتوفير مساحة للحركة للوحة الظهر، مما يادي لتوسع الدرع و زيادة الاضطرابات التي تواجه النفاث كما زيادة الكتلة التي تتشارك معه بشكل مناسب للحد من اختراقه
و في حال ترتيبها بشكل صحيح الايرا يمكن أن تكون فعالة جدا ضد الشحنة المشكلة بالنسبة لكتلتها.
الأمثلة النموذجية منها تتكون من ألواح الصلب بسمك 3 أو 5 ملم مفصولة ب 3 ملم من الرقائق المتفجرة ولها كثافة مساحية من 52 الى 83 كلغ / م 2
درع الايرا الإسرائيلي Blazer له كثافة مساحية أعلى قليلا من 100 كلغ / م2 لكن هذا لا يزال لا يزيد عن الكثافة المساحية للدروع الفولاذية بسمك 12.7 ملم. ومع ذلك لديه كفاءة كتلية تبلغ من 20 إلى 24 ضد الشحن المشكلة في رؤوس ATGM . الايرا لا يمكنها بالطبع، أن تستخدم وحدها ولكن كدرع اضافي مع أنواع أخرى من الدروع
و مجموع الدروع Blazer مع RHA له كفاءة كتلة اجمالية من 2.5 إلى 3.8
الكفاءة الكتلية لمجموعة دروع الايرا مع RHA متغيرة، وهذا يتوقف على العلاقة بين الكثافة المساحية للايرا وقدرة الاختراق للشحنة المشكلة. في واقع الامر انه يتراوح بين حوالي 2 إلى 5 أو أكثر.
في حالة الايرا الاولية الدرع فعالة ليس فقط ضد نفاثات الشحنة المشكلة ولكن أيضا ضد قضيب الاختراق لقذائف APFSDS. ومع ذلك، في هذه الحالة كثافته المساحية يجب أن تكون عالية.
بالإضافة إلى الدروع الصفائحية المدمج فيها طبقة واحدة أو عدة طبقات من المواد غير المعدنية و الدروع مع طبقات متباعدة، استغلت اسلحة الشحنة المشكلة في تطوير نموذج إضافي من الحماية يتكون من وحدات بطبقة من المادة المتفجرة تقع بين لوحتين معدنتين . وقد تم تطوير هذا النوع من الحماية خلال السبعينات، وأصبح يعرف بالدرع التفاعلي الانفجاري. وقد استخدم لأول مرة على دبابات Centurion وM60A1 التابعتين للقوات الإسرائيلية خلال عملياتها في لبنان في عام 1982 وبعد سنة أو سنتين بعد ذلك ظهرت أيضا على T-64، ثم على الدبابات السوفيتية الأخرى.
الدروع المتفجرة التفاعلية Explosive reactive armour ، أو ERA. تقلل من قدرة اختراق نفاث الشحنة المشكلة حيث تنفجر الطبقة الناسفة عند اختراقها من قبل النفاث و تنقاد اللوحات المعدنية لتنفصل في حوالي عشر سرعة النفاث.
إذا هاجم النفاث شطيرة ERA في زاوية اللوحة الخارجية يتغذى باستمرار على مساره مما يسبب الاضطرابات الجانبية التي تقلل من قدرته على اختراق الدروع الواقعة خلف ERA بنسبة 50 أو حتى ما يقرب من 90 في المائة.
اختيار المتفجر الذي يقع بين اللوحات المعدنية بشكل واضح هو الأهم كما يجب أن تنفجر الدرع عندما تضرب بنفاث شحنة مشكلة و ليس عندما تضرب حزمة ERA ب الرصاص أو شظايا القذائف. كما ينبغي أن لا تنفجر بسبب حريق أو في حالة الإصلاحات التي تشمل اللحام. التفجير يجب أيضا أن يقتصر على الوحدة التي تضربها الشحنة وعدم السماح لانتشار التفاعل الانفجاري . وإلا فنفاث شحنة واحدة من شأنه تجريد الدبابة من كل الايرا خاصتها. بدلا من استنفاد وحدة واحدة فقط.
كما يفهم ضمنيا بالفعل، شطيرة الايرا تحتاج إلى أن تكون بزاوية في مواجهة نفاث الشحنة المشكلة لتكون فعالة. في الواقع، ERA غير فعال نسبيا حتى تكون زاوية الاختراق تميل باكثر من حوالي 25 درجة كما تزداد فعاليته كلما تزداد زاوية الميل . شطيرة الايرا ERA sandwich يجب أيضا أن تكون موجودة على مسافة أمام الدروع الرئيسي لتوفير مساحة للحركة للوحة الظهر، مما يادي لتوسع الدرع و زيادة الاضطرابات التي تواجه النفاث كما زيادة الكتلة التي تتشارك معه بشكل مناسب للحد من اختراقه
و في حال ترتيبها بشكل صحيح الايرا يمكن أن تكون فعالة جدا ضد الشحنة المشكلة بالنسبة لكتلتها.
الأمثلة النموذجية منها تتكون من ألواح الصلب بسمك 3 أو 5 ملم مفصولة ب 3 ملم من الرقائق المتفجرة ولها كثافة مساحية من 52 الى 83 كلغ / م 2
درع الايرا الإسرائيلي Blazer له كثافة مساحية أعلى قليلا من 100 كلغ / م2 لكن هذا لا يزال لا يزيد عن الكثافة المساحية للدروع الفولاذية بسمك 12.7 ملم. ومع ذلك لديه كفاءة كتلية تبلغ من 20 إلى 24 ضد الشحن المشكلة في رؤوس ATGM . الايرا لا يمكنها بالطبع، أن تستخدم وحدها ولكن كدرع اضافي مع أنواع أخرى من الدروع
و مجموع الدروع Blazer مع RHA له كفاءة كتلة اجمالية من 2.5 إلى 3.8
الكفاءة الكتلية لمجموعة دروع الايرا مع RHA متغيرة، وهذا يتوقف على العلاقة بين الكثافة المساحية للايرا وقدرة الاختراق للشحنة المشكلة. في واقع الامر انه يتراوح بين حوالي 2 إلى 5 أو أكثر.
في حالة الايرا الاولية الدرع فعالة ليس فقط ضد نفاثات الشحنة المشكلة ولكن أيضا ضد قضيب الاختراق لقذائف APFSDS. ومع ذلك، في هذه الحالة كثافته المساحية يجب أن تكون عالية.
أنظمة الحماية النشطة
الشكل الأكثر تكاملا من الحماية للدبابات كان ينطوي على استخدام نظم الاستشعار للكشف عن اقتراب قذيفة هجومية أو صواريخ و عبوات ناسفة كما باستعمال مضاد صواريخ لتدمير أو تعطيل هذه الاسلحة قبل أن تصل إلى هدفها. وقد سمي هذا النوع من الحماية بالنوع النشط أو الدروع الديناميكية وبدأ النظر فيه، في الولايات المتحدة، في منتصف الخمسينات.
كان واحدا من أقدم أشكاله هو جهاز داش دوت Dash-Dot Device المقترح في الولايات المتحدة من قبل Picatinny Arsenal الذي ينطوي على استخدام رادار دوبلر للكشف عن اقتراب القذيفة وحوسبة سرعتها ليطلق في اللحظة المناسبة قذيفة مضادة من الشحن الخطية المشكلة لتدمير القذيفة قبل أن تضرب هدفها . نظام آخر مقترح في الولايات المتحدة خلال الستينات اقترح ايضا استخدام رادار دوبلر، للبحث وللحصول على الصواريخ المهاجمة وإطلاق أسلحة قادرة على تفجير سحابة من شظايا في مسار الصاروخ لترسل الرؤوس حربية بعيدا عن هدفها
وكان الرادار لرصد الصواريخ المقترح الأكثر تردد في كثير من الأحيان للكشف عن الصواريخ . اختبر في النهاية الرادار بالفعل على دبابة M60 الامريكية خلال الستينات. ومع ذلك، كانت هناك عيوب لاستخدام الرادار من اجل الحماية الفعالة للدبابات. واحد منهم هو صعوبة الكشف عن صواريخ على خلفية الضوضاء التي تنشأ عند استخدام الرادار بالقرب من الأرض. أنظمة الرادار النشطة أيضا يمكن أن تجعل المركبات المزودة بها أسهل للكشف من قبل العدو. كما يمكن التشويش عليها ومكلفة نسبيا.
تم استكشاف البديل المناسب للرادار كاشف الصواريخ عن طريق استخدام انظمة الكترو-بصرية طورت في اسرائيل في بداية الثمانينات . النظام الالكتروبصري لديه ميزة كونه سلبي، وليس عرضة بالتالي للصواريخ الموجه بالإشعاع، فضلا عن كونه أقل تكلفة من أنظمة رادرات الكشف . ولكنه يعتمد للكشف عن الصواريخ على التوقيعات الحرارية والبصرية من العوادم الساخنة و المضيئة لمحركاتها و ما يغذيها ولا يمكن، بالتالي التعامل مع الصواريخ مثل TOW الامريكي، الذي لا يستخدم هذه المحركات لكن يقترب من أهدافه بطيران حر. لأسباب مشابهة لا يمكن للنظم الكهروبصرية الكشف عن الذخائر الصغيرة أو قذائف المورتر او صاروخ موجه مصمم لمهاجمة الدبابات من فوق، الأمر الذي يحد من فائدتها.
لذا يبقى الرادار الأساس الواعد كنظام كشف. وبالإضافة إلى ذلك يجب أن يكون هناك نظام تحكم يحتوي على معالج لتحليل الإشارات من نظام الكشف ليقرر ما إذا كان الهدف مهم أو متى يطلق النيران المضادة. و يشار هنا إلى اهمية القيام بذلك بسرعة كافية للرد على اقتراب الصواريخ المضادة الموجهة المستخدمة التي عادة تكون بسرعة دون صوتية والقذائف الصاروخية المضادة للدبابات غير الموجهة بأوقات استجابة قصيرة جدا من أنظمة اطلاق قذائف الهالون وقمع الانفجار والتي تم تطويرها بنجاح للدبابات في وقت مبكر من الثمانينات .
ومع ذلك، في ظل تطور التدابير المضادة استمرت هذه الانظمة تحصل على مشاكل .
من بين الاقتراحات لتحسين قدرتها هي استعمال صواريخ صغيرة أو قنابل شبيهة بالهاون تطلق من قاذفات موزعة حول الدبابة لكن لا يمكن أن نتوقع أن تسجل ضربات مباشرة على صواريخ المهاجمة كما يشك في فعالية الانفجار أو تجزئة الرؤوس الحربية .تدابير مضادة اخرى مثل الرشاشات أو الليزر عالي الطاقة، ممكنة ايضا لتحسين الاداء.
كان واحدا من أقدم أشكاله هو جهاز داش دوت Dash-Dot Device المقترح في الولايات المتحدة من قبل Picatinny Arsenal الذي ينطوي على استخدام رادار دوبلر للكشف عن اقتراب القذيفة وحوسبة سرعتها ليطلق في اللحظة المناسبة قذيفة مضادة من الشحن الخطية المشكلة لتدمير القذيفة قبل أن تضرب هدفها . نظام آخر مقترح في الولايات المتحدة خلال الستينات اقترح ايضا استخدام رادار دوبلر، للبحث وللحصول على الصواريخ المهاجمة وإطلاق أسلحة قادرة على تفجير سحابة من شظايا في مسار الصاروخ لترسل الرؤوس حربية بعيدا عن هدفها
وكان الرادار لرصد الصواريخ المقترح الأكثر تردد في كثير من الأحيان للكشف عن الصواريخ . اختبر في النهاية الرادار بالفعل على دبابة M60 الامريكية خلال الستينات. ومع ذلك، كانت هناك عيوب لاستخدام الرادار من اجل الحماية الفعالة للدبابات. واحد منهم هو صعوبة الكشف عن صواريخ على خلفية الضوضاء التي تنشأ عند استخدام الرادار بالقرب من الأرض. أنظمة الرادار النشطة أيضا يمكن أن تجعل المركبات المزودة بها أسهل للكشف من قبل العدو. كما يمكن التشويش عليها ومكلفة نسبيا.
تم استكشاف البديل المناسب للرادار كاشف الصواريخ عن طريق استخدام انظمة الكترو-بصرية طورت في اسرائيل في بداية الثمانينات . النظام الالكتروبصري لديه ميزة كونه سلبي، وليس عرضة بالتالي للصواريخ الموجه بالإشعاع، فضلا عن كونه أقل تكلفة من أنظمة رادرات الكشف . ولكنه يعتمد للكشف عن الصواريخ على التوقيعات الحرارية والبصرية من العوادم الساخنة و المضيئة لمحركاتها و ما يغذيها ولا يمكن، بالتالي التعامل مع الصواريخ مثل TOW الامريكي، الذي لا يستخدم هذه المحركات لكن يقترب من أهدافه بطيران حر. لأسباب مشابهة لا يمكن للنظم الكهروبصرية الكشف عن الذخائر الصغيرة أو قذائف المورتر او صاروخ موجه مصمم لمهاجمة الدبابات من فوق، الأمر الذي يحد من فائدتها.
لذا يبقى الرادار الأساس الواعد كنظام كشف. وبالإضافة إلى ذلك يجب أن يكون هناك نظام تحكم يحتوي على معالج لتحليل الإشارات من نظام الكشف ليقرر ما إذا كان الهدف مهم أو متى يطلق النيران المضادة. و يشار هنا إلى اهمية القيام بذلك بسرعة كافية للرد على اقتراب الصواريخ المضادة الموجهة المستخدمة التي عادة تكون بسرعة دون صوتية والقذائف الصاروخية المضادة للدبابات غير الموجهة بأوقات استجابة قصيرة جدا من أنظمة اطلاق قذائف الهالون وقمع الانفجار والتي تم تطويرها بنجاح للدبابات في وقت مبكر من الثمانينات .
ومع ذلك، في ظل تطور التدابير المضادة استمرت هذه الانظمة تحصل على مشاكل .
من بين الاقتراحات لتحسين قدرتها هي استعمال صواريخ صغيرة أو قنابل شبيهة بالهاون تطلق من قاذفات موزعة حول الدبابة لكن لا يمكن أن نتوقع أن تسجل ضربات مباشرة على صواريخ المهاجمة كما يشك في فعالية الانفجار أو تجزئة الرؤوس الحربية .تدابير مضادة اخرى مثل الرشاشات أو الليزر عالي الطاقة، ممكنة ايضا لتحسين الاداء.
المصدر هو كتاب تقنيات الدبابات Technology of Tanks ( المقال ترجمة للفصل 15 من الكتاب )
0 التعليقات:
إرسال تعليق