El blindaje inclinado es un blindaje que no está orientado ni vertical ni horizontalmente . Este tipo de blindaje en ángulo se monta normalmente en tanques y otros vehículos blindados de combate (AFV), así como en buques de guerra como acorazados y cruceros . La inclinación de una placa de blindaje hace que sea más difícil de penetrar por armas antitanque, como proyectiles perforantes , penetradores de energía cinética y cohetes , si siguen una trayectoria más o menos horizontal hasta su objetivo, como suele ser el caso. La protección mejorada se debe a tres efectos principales.
En primer lugar, un proyectil que impacta en una placa con un ángulo distinto de 90° tiene que atravesar un mayor espesor de blindaje que si impacta en la misma placa en ángulo recto. En este último caso, solo debe atravesarse el espesor de la placa (la normal a la superficie del blindaje). Aumentar la pendiente del blindaje mejora, para un espesor de placa dado, el nivel de protección en el punto de impacto al aumentar el espesor medido en el plano horizontal , el ángulo de ataque del proyectil. La protección de una zona, en lugar de solo de un punto, se indica mediante el espesor horizontal medio, que es idéntico a la densidad de área (en este caso relativa a la horizontal): la masa relativa del blindaje utilizada para proteger esa zona.
Si se aumenta el espesor horizontal aumentando la pendiente mientras se mantiene constante el espesor de la placa, se requiere una placa de blindaje más larga y, por lo tanto, más pesada para proteger una determinada zona. Esta mejora en la protección es simplemente equivalente al aumento de la densidad de superficie y, por lo tanto, de la masa, y no puede ofrecer ningún beneficio en términos de peso. Por lo tanto, en el diseño de vehículos blindados, los otros dos efectos principales de la pendiente han sido el motivo para aplicar blindaje inclinado.
Una de ellas es la protección más eficaz de un determinado volumen del vehículo mediante blindaje. En general, las formas más redondeadas tienen una superficie menor en relación con su volumen. En un vehículo blindado, esa superficie debe estar cubierta por un blindaje pesado, por lo que una forma más eficiente conduce a una reducción sustancial del peso o a un blindaje más grueso para el mismo peso. La inclinación del blindaje conduce a una mejor aproximación de la forma redondeada ideal.
El efecto final es el de la desviación, deformación y rebote de un proyectil. Cuando impacta en una placa bajo un ángulo pronunciado, su trayectoria puede curvarse, lo que hace que atraviese más blindaje, o puede rebotar por completo. También puede doblarse, lo que reduce su penetración. Las ojivas de carga hueca pueden no penetrar o incluso detonar cuando impactan en el blindaje en un ángulo muy oblicuo . Sin embargo, estos efectos deseados dependen críticamente de los materiales de blindaje precisos utilizados en relación con las características del proyectil que lo impacta: la inclinación puede incluso conducir a una mejor penetración.
Los ángulos más agudos se diseñan generalmente en la placa del glacis frontal , porque es la dirección del casco que tiene más probabilidades de ser golpeado al enfrentar un ataque, y también porque hay más espacio para inclinarse en la dirección longitudinal del vehículo.
La causa de la mayor protección de un punto determinado con un espesor normal dado es el aumento del espesor de la línea de visión ( LOS ) del blindaje, que es el espesor a lo largo del plano horizontal, a lo largo de una línea que describe la dirección general de desplazamiento del proyectil que se aproxima. Para un espesor dado de placa de blindaje, un proyectil debe atravesar un espesor mayor de blindaje para penetrar en el vehículo cuando está inclinado.
Sin embargo, el mero hecho de que el espesor de la LOS aumente al inclinar la placa no es el motivo para aplicar un blindaje inclinado en el diseño de vehículos blindados. La razón es que este aumento no ofrece ningún beneficio en términos de peso. Para mantener una masa dada de un vehículo, la densidad de área debería permanecer igual y esto implica que el espesor de la LOS también debería permanecer constante mientras aumenta la pendiente, lo que a su vez implica que el espesor normal disminuye. En otras palabras: para evitar que aumente el peso del vehículo, las placas deben volverse proporcionalmente más delgadas a medida que aumenta su pendiente, un proceso equivalente a cortar la masa.
El blindaje inclinado proporciona una mayor protección a los vehículos blindados de combate a través de dos mecanismos principales. El más importante se basa en el hecho de que para alcanzar un cierto nivel de protección, un cierto volumen tiene que estar encerrado por una cierta masa de blindaje y que la inclinación puede reducir la relación superficie-volumen y, por lo tanto, permitir una masa relativa menor para un volumen dado o una mayor protección para un peso dado. Si el ataque fuera igualmente probable desde todas las direcciones, la forma ideal sería una esfera ; como de hecho se espera un ataque horizontal, el ideal se convierte en un esferoide achatado . Las placas planas en ángulo o el blindaje fundido curvado permiten a los diseñadores acercarse a estos ideales. Por razones prácticas, este mecanismo se aplica con mayor frecuencia en la parte delantera del vehículo, donde hay suficiente espacio para la inclinación y gran parte del blindaje está concentrado, suponiendo que el ataque frontal unidireccional es el más probable. Una cuña simple, como se puede ver en el diseño del casco del M1 Abrams , ya es una buena aproximación que se aplica a menudo.
El segundo mecanismo es que los disparos que impactan en un blindaje inclinado tienen más probabilidades de desviarse, rebotar o romperse en el impacto. La tecnología moderna de armas y blindaje ha reducido significativamente este segundo beneficio, que inicialmente fue el motivo principal por el que se incorporó el blindaje inclinado al diseño de vehículos en la Segunda Guerra Mundial.
Aunque la mayor protección que se proporciona en un punto al inclinar una determinada placa de blindaje con un espesor normal dado, lo que provoca un aumento del espesor de la línea de visión ( LOS ), no se tiene en cuenta en el diseño de vehículos blindados, sí es de gran importancia a la hora de determinar el nivel de protección de un vehículo diseñado. El espesor de la LOS para un vehículo en posición horizontal se puede calcular mediante una fórmula sencilla, aplicando la regla del coseno: es igual al espesor normal del blindaje dividido por el coseno de la inclinación del blindaje desde la perpendicularidad al recorrido del proyectil (que se supone que está en el plano horizontal) o:
dónde
Por ejemplo, una armadura inclinada sesenta grados hacia atrás desde la vertical presenta a un proyectil que viaja horizontalmente un espesor de línea de visión dos veces el espesor normal de la armadura, ya que el coseno de 60° es1/2 . Cuando se proporcionan valores de espesor de blindaje o de equivalencia de blindaje homogéneo laminado (RHAe) para vehículos blindados sin la pendiente del blindaje, la cifra proporcionada generalmente tiene en cuenta este efecto de la pendiente, mientras que cuando el valor está en el formato de "x unidades a y grados", los efectos de la pendiente no se tienen en cuenta.
El blindaje inclinado puede aumentar la protección mediante un mecanismo como la rotura de un penetrador de energía cinética frágil (KEP) o una desviación de ese penetrador alejándose de la normal de la superficie, aunque la densidad de área permanezca constante. Estos efectos son más fuertes cuando el proyectil tiene un peso absoluto bajo y es corto en relación con su ancho. Los proyectiles perforantes de blindaje de la Segunda Guerra Mundial, ciertamente los de los primeros años, tenían estas cualidades y, por lo tanto, el blindaje inclinado era bastante eficiente en ese período. Sin embargo, en los años sesenta se introdujeron los penetradores de varilla larga, como las balas de sabot descartables estabilizadas con aletas perforantes , proyectiles que son a la vez muy alargados y muy densos en masa. Al impactar una placa homogénea gruesa inclinada, un penetrador de varilla larga de este tipo, debido a que la parte trasera entrante del proyectil actúa como una palanca , después de la penetración inicial en el espesor de la LOS del blindaje, se doblará hacia el espesor normal del blindaje y tomará un camino con una longitud entre la LOS del blindaje y los espesores normales. Además, el penetrador deformado tiende a actuar como un proyectil de un diámetro muy grande y esto estira el blindaje restante, haciendo que falle más fácilmente. Si estos últimos efectos ocurren con fuerza (en el caso de los penetradores modernos, este suele ser el caso para una pendiente entre 55° y 65°), se proporcionaría una mejor protección con un blindaje montado verticalmente con la misma densidad de área. Otro desarrollo que disminuyó la importancia del principio del blindaje inclinado fue la introducción del blindaje cerámico en la década de 1970. En cualquier densidad de área dada, el blindaje cerámico también es mejor cuando se monta más verticalmente, ya que mantener la misma densidad de área requiere que el blindaje se adelgace a medida que está inclinado y la cerámica se fractura antes debido a su espesor normal reducido. [1]
El blindaje inclinado también puede provocar que los proyectiles reboten , pero este fenómeno es mucho más complicado y aún no es totalmente predecible. La alta densidad de varillas, la velocidad de impacto y la relación longitud-diámetro son factores que contribuyen a un alto ángulo crítico de rebote (el ángulo en el que se espera que comience el rebote) para un proyectil de varilla larga, [2] pero diferentes fórmulas pueden predecir diferentes ángulos críticos de rebote para la misma situación.
El comportamiento de un proyectil en el mundo real y de la placa de blindaje que impacta depende de muchos efectos y mecanismos que involucran la estructura de su material y la mecánica de medios continuos , que son muy difíciles de predecir. Por lo tanto, el uso de solo unos pocos principios básicos no dará como resultado un modelo que describa bien la gama completa de resultados posibles. Sin embargo, en muchas condiciones, la mayoría de estos factores tienen solo un efecto insignificante, mientras que unos pocos de ellos dominan la ecuación. Por lo tanto, se puede crear un modelo muy simplificado que proporcione una idea general y una comprensión de los principios físicos básicos detrás de estos aspectos del diseño de blindaje inclinado.
Si el proyectil viaja muy rápido, y por lo tanto se encuentra en un estado de hipervelocidad , la resistencia del material de la armadura se vuelve insignificante, porque la energía del impacto hace que tanto el proyectil como la armadura se fundan y se comporten como fluidos , y solo su densidad de área es un factor importante. En este caso límite, después del impacto, el proyectil continúa penetrando hasta que ha dejado de transferir su momento a la materia objetivo. En este caso ideal, solo el momento, la sección transversal del área, la densidad y el espesor LOS son relevantes. La situación del chorro de metal penetrante causado por la explosión de la carga hueca de munición antitanque de alto explosivo (HEAT) forma una buena aproximación de este ideal. Por lo tanto, si el ángulo no es demasiado extremo y el proyectil es muy denso y rápido, la inclinación tiene poco efecto y no se produce una desviación relevante.
En el otro extremo, cuanto más ligero y lento sea un proyectil, más relevante se vuelve la pendiente. Los proyectiles perforantes típicos de la Segunda Guerra Mundial tenían forma de bala y tenían una velocidad mucho menor que un chorro de carga hueca. Un impacto no daría como resultado una fusión completa del proyectil y la armadura. En esta condición, la resistencia del material de la armadura se convierte en un factor relevante. Si el proyectil fuera muy ligero y lento, la resistencia de la armadura podría incluso hacer que el impacto resultara en una mera deformación elástica , siendo derrotado el proyectil sin dañar el objetivo. La pendiente significará que el proyectil tendrá que alcanzar una mayor velocidad para derrotar la armadura, porque al impactar en una armadura inclinada no toda la energía cinética se transfiere al objetivo, la relación depende del ángulo de la pendiente. El proyectil en un proceso de colisión elástica se desvía en un ángulo de 2 (donde denota el ángulo entre la superficie de la placa de blindaje y la dirección inicial del proyectil), sin embargo, el cambio de dirección podría dividirse virtualmente en una parte de desaceleración , cuando el proyectil se detiene al moverse en una dirección perpendicular a la placa (y se moverá a lo largo de la placa después de haber sido desviado en un ángulo de aproximadamente ), y un proceso de aceleración elástica, cuando el proyectil acelera fuera de la placa (la velocidad a lo largo de la placa se considera invariante debido a la fricción despreciable). Por lo tanto, la energía máxima acumulada por la placa se puede calcular a partir de la fase de desaceleración del evento de colisión.
Suponiendo que solo ocurre una deformación elástica y que el objetivo es sólido, sin tener en cuenta la fricción , es fácil calcular la proporción de energía absorbida por un objetivo si es alcanzado por un proyectil que, si también se ignoran los efectos de desviación más complejos, después del impacto rebota (caso elástico) o se desliza a lo largo (caso inelástico idealizado) de la placa de blindaje.
En este modelo muy simple, la porción de energía proyectada al objetivo depende del ángulo de pendiente:
dónde
Sin embargo, en la práctica, los proyectiles antiaéreos eran lo suficientemente potentes como para que las fuerzas implicadas alcanzaran el límite de deformación plástica y la elasticidad de la placa pudiera acumular solo una pequeña parte de la energía. En ese caso, la placa de blindaje cedería y gran parte de la energía y la fuerza se gastarían en la deformación. Por lo tanto, esto significa que se puede suponer aproximadamente la mitad de la desviación ( en lugar de 2 ) y el proyectil se ranurará en la placa antes de deslizarse, en lugar de rebotar. La fricción superficial de plasticidad también es muy baja en comparación con la energía de deformación plástica y se puede despreciar. Esto implica que la fórmula anterior es principalmente válida también para el caso de deformación plástica, pero debido al calibre ranurado en la placa, se debe tener en cuenta un ángulo de superficie mayor.
Esto no sólo implicaría que la energía transferida al objetivo se utilizaría para dañarlo, sino que también significaría que esta energía sería mayor porque el ángulo efectivo en la fórmula es ahora mayor que el ángulo de la pendiente del blindaje. El valor del ' real apropiado que debería sustituirse no puede derivarse de este principio simple y sólo puede determinarse mediante un modelo o simulación más sofisticados.
Por otra parte, esa misma deformación, en combinación con la inclinación de la placa de blindaje, también provocará un efecto que reduce la penetración del blindaje. Aunque la desviación es menor en condiciones de deformación plástica, cambiará, no obstante, la trayectoria del proyectil ranurado, lo que a su vez dará como resultado un aumento del ángulo entre la nueva superficie de blindaje y la dirección inicial del proyectil. Por lo tanto, el proyectil tiene que atravesar más blindaje y, aunque en términos absolutos el objetivo podría absorber más energía, es más fácil derrotarlo y, en el mejor de los casos, el proceso termina en un rebote completo.
Uno de los primeros ejemplos documentados del concepto de blindaje inclinado se encuentra en el dibujo del vehículo de combate de Leonardo da Vinci . El blindaje inclinado se utilizó en realidad en los primeros acorazados confederados del siglo XIX , como el CSS Virginia , y se implementó parcialmente en el primer tanque francés, el Schneider CA1 en la Primera Guerra Mundial, pero los primeros tanques en estar completamente equipados con blindaje inclinado fueron el SOMUA S35 francés y otros tanques franceses contemporáneos como el Renault R35 , que tenían cascos y torretas completamente fundidos. También se utilizó con mayor efecto en el famoso tanque de batalla soviético T-34 por el equipo de diseño de tanques soviéticos de la Fábrica de Locomotoras de Járkov , dirigido por Mikhail Koshkin . Fue una respuesta tecnológica a los cañones antitanque más efectivos que se pusieron en servicio en ese momento.
El T-34 tuvo un profundo impacto en el diseño de tanques alemanes de la Segunda Guerra Mundial. Los diseños anteriores o de principios de la guerra, como el Panzer IV y el Tiger I, difieren claramente de los vehículos posteriores a 1941, como por ejemplo el Panther , el Tiger II , el Hetzer , el Jagdpanzer IV , el Jagdpanther y el Jagdtiger , que tenían todos un blindaje inclinado. Esto es especialmente evidente porque el blindaje de los tanques alemanes generalmente no era de fundición, sino que consistía en placas soldadas.
El blindaje inclinado se puso de moda después de la Segunda Guerra Mundial , y su expresión más pura fue quizás el Chieftain británico . [ cita requerida ] Sin embargo, los últimos tanques de batalla principales utilizan blindaje perforado y compuesto , que intenta deformar y desgastar un penetrador en lugar de desviarlo, ya que desviar un penetrador de varilla larga es difícil. Estos tanques tienen una apariencia más cuadrada. Algunos ejemplos incluyen el Leopard 2 y el M1 Abrams . Una excepción es el Merkava israelí .
