傾斜装甲

傾斜装甲とは、垂直にも水平にも向いていない装甲のことである。このような傾斜装甲は、戦車やその他の装甲戦闘車両(AFV) のほか、戦艦や巡洋艦などの海軍艦艇に搭載されるのが一般的である。傾斜装甲は、徹甲弾、運動エネルギー貫通弾、ロケット弾などの対戦車兵器が、目標に対してほぼ水平な軌道をたどることが多い場合に、貫通しにくくする。防御力の向上は、主に 3 つの効果によってもたらされる。

まず、90°以外の角度でプレートに衝突する発射体は、同じプレートに直角で衝突する場合と比較して、より厚い装甲を通過しなければなりません。後者の場合、プレートの厚さ（装甲の表面に対する法線）のみを貫通する必要があります。装甲の傾斜を大きくすると、水平面で測定された厚さ、つまり発射体の迎え角が大きくなるため、特定のプレートの厚さに対して、衝突点での保護レベルが向上します。単一の点ではなく、領域の保護は、平均水平厚さによって示されます。これは、面積密度（この場合は水平に対する相対値）と同じです。つまり、その領域を保護するために使用される 相対的な装甲質量です。

傾斜を増して水平方向の厚さを増やし、板厚を一定に保った場合、特定の領域を保護するには、より長く、したがってより重い装甲板が必要になります。この保護の向上は、単に面積密度と質量の増加に相当し、重量面での利点はありません。したがって、装甲車両の設計では、傾斜の他の 2 つの主な効果が、傾斜装甲を適用する動機となっています。

その 1 つは、車両の特定の容積を装甲でより効率的に覆うことです。一般的に、丸みを帯びた形状は、容積に対する表面積が小さくなります。装甲車両では、その表面を重い装甲で覆う必要があるため、より効率的な形状にすると、重量が大幅に軽減されるか、同じ重量であれば装甲が厚くなります。装甲を傾斜させると、理想的な丸みを帯びた形状に近づきます。

最終的な効果は、弾丸の偏向、変形、跳弾です。弾丸が急角度でプレートに当たると、軌道が曲がってより多くの装甲を貫通することになるか、完全に跳ね返ることがあります。また、弾丸が曲がって貫通力が低下することもあります。成形炸薬弾頭は、非常に斜めの角度で装甲に当たると貫通しないか、爆発さえしないことがあります。ただし、これらの望ましい効果は、弾丸が当たる特性に応じて使用される装甲材料の精度に大きく依存します。傾斜を付けると貫通力が向上することもあります。

最も急な角度は通常、車体前面の傾斜板に設計されます。これは、攻撃を受けたときに最も被弾する可能性の高い車体の方向であり、また、車両の縦方向に傾斜する余地が大きいためです。

所定の通常の厚さで特定のポイントの保護が強化される理由は、装甲の視線 ( LOS ) の厚さが増すためです。視線の厚さとは、水平面に沿った厚さで、接近する発射体の一般的な移動方向を示す線に沿った厚さです。所定の装甲板の厚さの場合、車両が傾斜している場合、発射体はより厚い装甲を通過して車両を貫通する必要があります。

しかし、装甲板を傾斜させることで LOS の厚さが増すというだけの事実は、装甲車の設計に傾斜装甲を適用する動機にはなりません。その理由は、この増加によって重量上の利点がまったくないからです。車両の所定の質量を維持するには、面密度を一定に保つ必要があります。これは、傾斜が増加する間も LOS の厚さを一定に保つ必要があることを意味し、これはまた、通常の厚さが減少することを意味します。言い換えると、車両の重量増加を回避するには、傾斜が増加する間、装甲板を比例して薄くする必要があり、これは質量を 剪断するのと同じプロセスです。

傾斜装甲は、2 つの主なメカニズムを通じて装甲戦闘車両の防御力を高めます。最も重要なメカニズムは、一定の防御レベルを達成するには、一定の容積を一定質量の装甲で囲む必要があり、傾斜によって表面積と容積の比率が低減し、一定の容積に対する相対質量を小さくするか、一定の重量に対する防御力を高めることができるという事実に基づいています。攻撃がすべての方向から等しく発生する可能性がある場合、理想的な形状は球体になります。水平方向の攻撃が実際に予想されるため、理想的な形状は扁平な回転楕円体になります。平らなプレートを傾斜させたり、鋳造装甲を湾曲させたりすることで、設計者はこれらの理想に近づくことができます。実用的な理由から、このメカニズムは、一方向からの正面攻撃が発生する可能性が高いという前提で、傾斜させる十分な余地があり、装甲の多くが集中している車両の前部に適用されることが最も多いです。M1エイブラムスの車体設計に見られるような単純なくさび形は、すでによく使用されている優れた近似値です。

2 つ目のメカニズムは、傾斜した装甲に当たった砲弾は、衝撃で逸れたり、跳ね返ったり、砕けたりする可能性が高くなることです。現代の武器と装甲の技術により、この 2 つ目の利点は大幅に減少しました。この利点こそが、第二次世界大戦で車両設計に傾斜した装甲が取り入れられた主な動機でした。

特定の装甲板を所定の法線厚で傾斜させて視線 ( LOS ) の厚さを増やすことで得られる、ある点に対する保護の強化は、装甲車両の設計では考慮されませんが、設計された車両の保護レベルを決定する際には非常に重要です。 水平位置にある車両の LOS の厚さは、コサインの法線則を適用した簡単な式で計算できます。これは、装甲の法線厚を、弾丸の移動方向 (水平面内にあると想定) に対する垂直からの装甲の傾斜のコサインで割った値に等しくなります。

${\displaystyle T_{L}={\frac {T_{N}}{cos(\theta )}}}$

どこ

• ${\displaystyle T_{L}}$: 視線の太さ
• ${\displaystyle T_{N}}$: 通常の厚さ
• ${\displaystyle \theta}$: 傾斜した装甲板の垂直からの角度

例えば、垂直から60度後ろに傾斜した装甲は、水平に移動する発射体に対して、装甲の通常の厚さの2倍の視線厚さを提示します。60°の余弦は、⁠1/2⁠。装甲車両の装甲厚または圧延均質装甲相当値 (RHAe) が装甲の傾斜なしで提供される場合、提供される数値は通常、傾斜の影響を考慮に入れますが、値が「y 度で x 単位」の形式である場合、傾斜の影響は考慮されません。

傾斜装甲は、脆い運動エネルギー貫通体(KEP) の粉砕や、面密度が一定であってもその貫通体が表面法線から逸れるなどのメカニズムによって防御力を高めることができます。これらの効果は、発射体の絶対重量が低く、幅に比べて短い場合に最も強くなります。第二次世界大戦の徹甲弾、特に初期の徹甲弾にはこれらの特性があり、傾斜装甲はその時代ではむしろ効率的でした。しかし 60 年代には、非常に細長く、質量が非常に密度の高い、徹甲フィン安定型投射サボ弾などの長棒貫通体が導入されました。傾斜した厚い均質板に命中した場合、このような長い棒状の貫通体は、装甲の LOS 厚さへの最初の貫通後、てこの作用で装甲の通常の厚さの方向に曲がり、装甲の LOS 厚さと通常の厚さの間の長さの経路をたどります。また、変形した貫通体は非常に大きな直径の弾丸のように作用する傾向があり、これにより残りの装甲が引き伸ばされ、より簡単に破損します。これらの後者の効果が強く発生する場合 (現代の貫通体の場合、これは通常 55° から 65° の傾斜の場合に当てはまります)、同じ面積密度の垂直に取り付けられた装甲によって、より優れた保護が得られます。傾斜装甲の原理の重要性を低下させるもう 1 つの進歩は、1970 年代のセラミック装甲の導入です。どの面積密度でも、セラミック装甲はより垂直に取り付けられた場合に最も効果的です。同じ面積密度を維持するには、傾斜している装甲を薄くする必要があり、通常の厚さが減ったためにセラミックが早く破損するためです。^[1]

傾斜した装甲も弾丸の跳弾を引き起こす可能性があるが、この現象ははるかに複雑であり、まだ完全に予測できるわけではない。高い棒密度、衝突速度、長さ対直径比は、長い棒状の弾丸の跳弾臨界角度（跳弾が始まると予想される角度）を高める要因であるが^[2] 、異なる式では同じ状況でも異なる跳弾臨界角度を予測する可能性がある。

現実世界の発射体とそれが命中する装甲板の挙動は、予測が非常に難しい材料構造と連続体力学を含む多くの効果とメカニズムに依存します。したがって、いくつかの基本原理だけを使用しても、起こり得る結果のすべてをうまく説明するモデルにはなりません。ただし、多くの状況では、これらの要因のほとんどは無視できるほどの影響しか与えず、そのうちのいくつかが方程式を支配します。したがって、傾斜装甲設計のこれらの側面の背後にある基本的な物理原理の一般的な考え方と理解を提供する、非常に簡略化されたモデルを作成できます。

発射体が超高速で飛行する場合、衝撃エネルギーによって発射体と装甲の両方が溶けて流体のように挙動するため、装甲材料の強度は無視できるほど小さくなり、面密度のみが重要な要素となります。この限界ケースでは、命中後、発射体は運動量を標的物質に伝達しなくなるまで貫通し続けます。この理想的なケースでは、運動量、断面積、密度、および LOS 厚さのみが関係します。高性能爆薬対戦車(HEAT) 弾の成形炸薬の爆発によって引き起こされる貫通金属ジェットの状況は、この理想に近いものとなります。したがって、角度が極端でなく、発射体が高密度で高速である場合、傾斜はほとんど影響せず、関連する偏向は発生しません。

その一方で、発射体が軽くて遅いほど、傾斜の重要性が増します。第二次世界大戦の典型的な徹甲弾は弾丸の形をしており、成形炸薬ジェットよりも速度がはるかに低かったです。衝突しても発射体と装甲が完全に溶解することはありません。この状態では、装甲材料の強度が重要な要因になります。発射体が非常に軽くて遅い場合、装甲の強度により、衝突しても弾性変形のみが起こり、標的に損傷を与えることなく発射体が撃破される可能性があります。傾斜しているということは、傾斜した装甲に衝突しても運動エネルギーのすべてが標的に伝達されるわけではないため、装甲を破るために発射体がより高い速度を達成する必要があることを意味します。その比率は傾斜角度によって異なります。弾性衝突の過程では、発射体は角度 2 で偏向します(ここで、 は装甲板の表面と発射体の最初の方向との間の角度を示します)。ただし、方向転換は、実質的には、装甲板に垂直な方向に移動しているときに発射体が停止する減速部分 (約 の角度で偏向した後、装甲板に沿って移動します) と、発射体が装甲板から加速する弾性加速プロセス (摩擦が無視できるため、装甲板に沿った速度は不変と見なされます) に分けることができます。したがって、装甲板に蓄積された最大エネルギーは、衝突イベントの減速フェーズから計算できます。 ${\displaystyle \alpha}$${\displaystyle \alpha}$${\displaystyle \alpha}$

弾性変形のみが発生し、ターゲットが固体であり、摩擦を無視するという仮定の下では、より複雑な偏向効果も無視すれば、衝突後に弾丸が装甲板から跳ね返ったり（弾性の場合）、装甲板に沿って滑ったり（理想的な非弾性の場合）する場合に、ターゲットが弾丸に当たった場合に吸収されるエネルギーの割合を計算するのは簡単です。

この非常に単純なモデルでは、ターゲットに投影されるエネルギーの割合は傾斜の角度に依存します。

${\displaystyle E_{d}/E_{k}={sin^{2}(\alpha )}}$

どこ

• ${\displaystyle E_{d}}$: ターゲットに伝達されるエネルギー
• ${\displaystyle E_{k}}$: 発射体の入射運動エネルギー
• ${\displaystyle \alpha}$: 発射体の初期方向からの傾斜装甲板の角度

しかし、実際には徹甲弾は強力であるため、関与する力が塑性変形の限界に達し、装甲板の弾性はエネルギーのごく一部しか蓄積できませんでした。その場合、装甲板は変形し、エネルギーと力の大部分が変形によって消費されます。したがって、たわみは約半分（2 ではなく）と想定でき、弾丸は跳ね返るのではなく、滑る前に装甲板に溝を刻むことになります。塑性表面摩擦も塑性変形エネルギーに比べて非常に小さいため、無視できます。これは、上記の式が塑性変形の場合にも基本的に有効であることを意味しますが、装甲板に溝が刻まれているため、より大きな表面角度を考慮に入れる必要があります。 ${\displaystyle \alpha}$${\displaystyle \alpha}$${\displaystyle \alpha}$

これは、ターゲットに伝達されたエネルギーがターゲットにダメージを与えるために使用されることを意味するだけでなく、式の有効角度が装甲傾斜角度よりも高くなるため、このエネルギーが高くなることも意味します。代入すべき適切な実数値は、この単純な原理から導き出すことはできず、より洗練されたモデルまたはシミュレーションによってのみ決定できます。 ${\displaystyle \alpha}$${\displaystyle \alpha}$

一方、この同じ変形は、装甲板の傾斜と相まって、装甲貫通力を低下させる効果も引き起こします。塑性変形の条件下ではたわみは小さくなりますが、それでも溝を掘る弾丸の進路は変わり、その結果、新しい装甲表面と弾丸の最初の方向との間の角度が増大します。したがって、弾丸はより多くの装甲を貫通する必要があり、絶対的にはそれによってターゲットによって吸収されるエネルギーは増えますが、弾丸はより容易に打ち負かされ、理想的には完全な跳弾で終わります。

傾斜装甲の概念に関する最も古い文書化された例の1つは、レオナルド・ダ・ヴィンチの戦闘車両の図面です。傾斜装甲は、 CSSバージニアなどの19世紀初期の南軍の装甲艦で実際に使用され、第一次世界大戦で最初のフランス戦車であるシュナイダーCA1に部分的に実装されましたが、傾斜装甲を全面的に装備した最初の戦車は、フランスのソミュアS35と、完全に鋳造の車体と砲塔を備えたルノーR35などの同時代のフランス戦車でした。また、ミハイル・コシュキン率いるハリコフ機関車工場のソビエト戦車設計チームにより、有名なソビエトのT-34戦車にも大きな効果を発揮しました。これは、当時配備されつつあった、 より効果的な対戦車砲に対する技術的な対応でした。

T-34 は、第二次世界大戦中のドイツの戦車設計に大きな影響を与えました。戦前または初期の設計であるIV 号戦車やタイガー I 号戦車は、傾斜装甲を備えた1941 年以降の車両、たとえばパンサー、タイガー II、ヘッツァー、IV 号駆逐戦車、ヤークトパンサー、ヤークトティーガーなどの車両とは明らかに異なります。これは、ドイツの戦車装甲が一般に鋳造ではなく、溶接されたプレートで構成されていたため、特に顕著です。

傾斜装甲は第二次世界大戦後に大流行し、その最も純粋な表現はおそらくイギリスのチーフテンであろう。^[要出典] しかし、最新の主力戦車は、長い棒状の貫通体を逸らすのは難しいため、貫通体を逸らすのではなく変形させて摩耗させることを目的とした、穿孔装甲と複合装甲を使用している。これらの戦車は、よりブロック状の外観をしている。例としては、レオパルド2やM1エイブラムスが挙げられる。例外はイスラエルのメルカバである。

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