С.Н. Коробейников, Ю.С. Худяков

Россия, Новосибирск, Институт гидродинамики СО РАН,
Институт археологии и этнографии СО РАН

ПЕРСПЕКТИВЫ ПРИМЕНЕНИЯ МЕТОДОВ МАТЕМАТИЧЕСКОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ ДЛЯ АНАЛИЗА ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ СВОЙСТВ ЗАЩИТНОГО ВООРУЖЕНИЯ НОМАДОВ ЦЕНТРАЛЬНОЙ АЗИИ*

Защитное вооружение играло важную роль в развитии военного дела в кочевом мире степного пояса Евразии на протяжении периодов древности и средневековья.

Вероятно, наиболее древними средствами индивидуальной защиты воинов от поражения со стороны противника были щиты, изготавливавшиеся из органических материалов и применявшиеся универсально для предохранения головы, тела, конечностей. О наличии в арсенале защитных средств у воинов развитого бронзового века в Западной Сибири и на Алтае подобных щитов косвенным образом свидетельствуют бронзовые наконечники копий с крюками, которые могли использоваться для выдергивания щита у противника, лишения его возможности защищаться и нарушения шереножного построения войска противника в ходе ближнего боя. В эпоху развитого бронзового века для защиты стали применяться панцири из костяных пластин.

Защитные средства, изготовленные из металла, появились в Центральной Азии в эпоху поздней бронзы, в период преобладания в военном искусстве номадов боевых колесниц и высокоэффективного ударного оружия ближнего боя – чеканов или клевцов. Воины колесничие, носители культуры херексуров и оленных камней, использовали для защиты пятиугольные щиты с умбонами и защитные пояса в состав которых входили металлические колесничные пряжки.

Кочевое население восточных районов Центрально-Азиатского историко-культурного региона использовало для защиты воинов литые бронзовые шлемы, защитные пояса и деревянные щиты. В эпоху раннего железа номады применяли бронзовые шлемы, нагрудные защитные покрытия, защитные пояса и составные щиты.

Наиболее древние средства защиты, изготовленные из железных деталей появились у азиатских номадов в хуннское время. В этот период стали применяться чешуйчатые доспехи, составленные из железных пластинок. Использовались хуннами и кожаные панцири и деревянные щиты. У сяньбийских воинов были ламеллярные панцири–жилеты и сферические шлемы из железных пластин. В Саяно-Алтае воинами использовались доспехи из органических материалов и нагрудные панцири из железных пластин. В эпоху раннего средневековья у древних тюрок, уйгуров, кыргызов, кимаков широко применялись чешуйчатые и ламеллярные панцири, сфероконические шлемы, щиты, наручья и поножи, зерцала. Защитной попоной покрывалось и тело боевого коня.

В эпоху развитого средневековья, наряду с длиннополыми ламеллярными панцирями, стали использоваться пластинчатые панцири-куяки. Находились на вооружении сфероконические шлемы и округлые щиты. Помимо железных, широко применялись доспехи из твердой кожи. Различные типы доспехов были на вооружении кыргызов, киданей, кочевников Забайкалья и Саяно-Алтая, монголов.

В период позднего средневековья у номадов Центральной Азии получили распространение пластинчатые куяки, нагрудники-бригандины, кольчуги, различные типы шлемов.

Причины изменений в конструкции защитных средств у воинов кочевых этносов и государств Центрально-Азиатского историко-культурного региона на протяжении периодов древности и средневековья были обусловлены совершенствованием технологии обработки металлов, развитием наступательного оружия ближнего боя и эволюцией военной организации и военного искусства. Возможности определения функциональных особенностей защитных средств ограничены данными письменных источников, оценки площади защитного покрытия, способов соединения отдельных деталей и прочности металлических пластин в составе доспехов. Средства защиты должны были обеспечить не только надежное предохранение от поражающих ударов, но и возможность для воина вести активные наступательные действия в ходе боя. Преобладание сугубо защитной функции в ущерб подвижности значительно повышало уязвимость воина для вражеских ударов.

Свидетельства письменных источников о функциональных свойствах и эффективности защитных доспехов кочевников очень лаконичны и фрагментарны. Они позволяют судить о наличии в арсенале защитных средств воинов, представителей различных кочевых этносов и государств, определенных типов панцирей, шлемов и щитов. Однако, составить представление о функциональных свойствах и степени эффективности упоминавшихся в источниках доспехов, довольно сложно

Необходимым элементом изучения функциональных особенностей металлических защитных средств является их классифицирование по визуально отличимым формальным признакам, которые могут быть функционально значимыми. В процедуре классифицирования защитных средств и их отдельных деталей необходимо учитывать материал, из которого изготовлены доспехи, способ расположения и крепления деталей, их сечение и форму. Пластины разных форм входили в состав различных типов доспехов. Различия в форме, сечении, способах расположения и соединения пластин в составе доспехов обусловлены особенностями технологии их изготовления и их назначением.

Для определения функциональных особенностей средств защиты и оценки эффективности доспехов в процессе эволюции планируется провести цикл исследований, в ходе которых к анализу расклассифицированного материала будут применены методы математического моделирования. С помощью некоторой идеализации исходных форм пластин, учета их деформативных и прочностных свойств и воздействия на пластины наступательного оружия дистанционного и ближнего боя, можно использовать для анализа математический аппарат механики деформируемого твердого тела, для определения напряженно-деформированного состояния как отдельных пластин, так и составленных из них панцирей.

Воздействие оружия на защитное вооружение предполагается моделировать сосредоточенной силой. Так как геометрия пластин вооружения довольно сложная (изогнутые пластины произвольной формы со сферическими выступами и ребристой поверхностью), для определения напряженно-деформированного состояния пластин предполагается использовать метод конечных элементов. Этот метод является доминирующим среди численных методов решения задач математической физики в силу своей гибкости при описании сложных физических и геометрических свойств исследуемых объектов. Для решения задач, связанных с численным моделированием. Будет адаптирована многоцелевая вычислительная программа PIONER, основанная на методе конечных элементов.

Предлагается следующий иерархический подход к математическому моделированию (моделирование в каждом последующим пункте является более сложным по сравнению с предыдущим):

1. Исследования проводятся в рамках решения статистических задач линейной теории упругости. Зоны начального разрушения определяются по превышению максимальным главным напряжением предела прочности.

2. проводится динамический анализ поведения пластин в рамках линейной теории упругости. Выявляется возможность разрушения пластин при отражении волн напряжений от границ. Когда область сжатия материала меняется на более опасную область растяжения.

3. Решается задача о квазистатическом деформировании пластин. Возникновение и развитие зон разрушения моделируется физически нелинейной моделью материала, учитывающей изменения свойств материала при разрушении. При превышении максимальным главным напряжением предела прочности предполагается, что в материале появляется трещина с разрезом, ортогональным главному направлению. При дальнейшем увеличении нагрузки зона растрескивания растет.

4. Решается задача о динамическом разрушении пластин. Задача решается пошаговым интегрированием уравнений движения с физически нелинейной моделью материала, описанной в п. 3. Такая модель разрушения успешно использована для математического моделирования процесса разрушения заднего бампера автомобиля при столкновении его с препятствием.

Описанный выше комплексный иерархический анализ позволит в модельном представлении ответить на вопрос о том, какие силы надо приложить к пластинам защитного вооружения для их разрушения. Обработка этой информации позволит найти ответ на главный вопрос: насколько более эффективным становилось защитное вооружение в процессе его эволюции во времени.