Как работает трансмиссия танка

Трансмиссия на танке Тигр: чем была примечательна полуавтоматическая коробка передач от Maybach

Уже продолжительное время историки ведут ожесточенные споры о преимуществах и недостатках. Одни заявляют о превосходной броне и убойной мощности танкового орудия «Тигра», другие в противовес указывают на сложность конструкции, дороговизну производства боевой машины, недостаточно высокой надежности двигателя и трансмиссии. Похоже, что эти споры будут продолжаться уже долгое время, ведь у «Тигра» действительно были как сильные стороны, так и недостатки.

Можно говорить, что это был один из лучших танков времен Второй Мировой войны, но он точно не был идеальным. Особый интерес вызывает трансмиссия танка, ведь его масса составляла чуть меньше 60 тонн, поэтому вопрос, как такая махина приводилась в действие, не может не интересовать. В этой статье расскажем о трансмиссии «Тигра» и коробки передач производства Maybach полуавтоматического типа.

Особенности коробки передач танка «Тигр»

И на обычном «Тигре», и на «Королевском Тигре» применялась коробка передач, изготовленная по лицензии фирмой Maybach. Это был полуавтоматической агрегат с 8 передними и 4 передачами заднего хода. Коробка переключения передач «Ольфар» 401216В отличалась преселекторным управлением. Оператору достаточно было перевести селектор КПП в нужное положение, после чего боевая машина начинала движение.

Агрегат на «Тигре» по внешнему виду и габаритам отличался от КПП на «Королевском Тигре»: на «усовершенствованной» боевой машине применялась коробка с радиатором и резервуаром с водой без циркуляции охлаждающей жидкости. Она менялась ручным способом. На «Тигре» агрегат довольно быстро перегревался, что приводило к поломкам трансмиссии и обездвиживанию танка прямо на поле боя. За этот конструктивный недостаток «супертанк» Гитлера довольно часто критиковали даже немецкие солдаты.

Особенность КПП «Тигра» заключалась в том, что в ней не было общих валов для нескольких шестерен, то есть, каждая шестерня устанавливалась на отдельных подшипниках. Также агрегат получил автоматический гидравлический сервопривод. Оператору не нужно было выжимать педаль главного фрикциона, достаточно было всего лишь перевести рычаг.

Дальше сервопривод без участия оператора отключал главный фрикцион и включенную в этот момент передачу, после чего синхронизировал угловые скорости зубчатых муфт, обеспечивал включение следующей скорости, а дальше уже и главного фрикциона. Если гидравлический сервопривод выходил из строя, у водителя оставалась возможность в ручном режиме производить переключение скоростей полуавтоматической коробки передач. Шестерни КПП смазывались струйным способом, в место зацепление обеспечивалась подача смазочного материала.

Трансмиссия «Тигра»

У танка действительно на тот момент была прогрессивная конструкция трансмиссии. Она способствовала снижению нагрузки на водителя, поскольку тому не требовалось затрачивать колоссальные усилия на переключение передач – эту задачу на себя брал гидравлический сервопривод. В сочетании с торсионной подвеской боевая машина была действительно легкоуправляемой, подвижной, мобильной. Конструктивно трансмиссия «Тигра» получила карданную передачу, обеспечивающую передачу крутящего момента от КПП, механизма поворота, собственно самой полуавтоматической КПП, дисковых тормозов и бортовых передач.

Такая компоновка выгодно отличалась и тем, что механизм поворота, коробку и главный фрикцион объединили в один двухпоточный механизм переключения передач и поворота. Трансмиссия обеспечивала поворот на месте и по два фиксированных радиуса поворота на каждой передаче. Дальше крутящий момент поступал на двухступенчатые бортовые редукторы и ведущие колеса трансмиссии переднего расположения.

Можно сказать, что такая трансмиссия буквально сама вела танк. От водителя не требовалось ни больших физических усилий, ни опыта, ни квалификации. Обучиться управлению и вождению танком не составляло особого труда даже абсолютно новому члену экипажа. Поэтому нередко в случае выбытия водителя из экипажа его подменяли и продолжали эксплуатацию боевой машины. Таким образом, примечательная особенность полуавтоматической Maybach заключалась в обеспечении комфортных условий управления боевой машиной. Да, она не была идеальной и сверхнадежной, но в «Тигре» этот агрегат был не самым откровенно слабым местом.

Двигатель и трансмиссия Tiger(P)

Уже не один год среди историков и любителей ведутся споры о главной особенности «Тигра Порше» — электротрансмиссии. Одни считают, что ее применение было оправдано, другие — что именно из-за нее на вооружение был принят «Тигр Хеншеля». В этой статье описаны все основные варианты двигателей и трансмиссий, каждый из которых мог быть запущен в серийное производство.

Двигатель и трансмиссия Typ 101

Все элементы силовой установки размещались в одном отделении позади башни.

Главная проблема компоновки состояла в большой ширине блока из двух двигателей и генераторов. Из-за этого поместить систему охлаждения слева и справа от двигателей (как на «Тиграх» и «Пантерах») было очень сложно. Отказ от поддерживающих катков позволил увеличить объем надгусеничных полок, где система охлаждения в итоге и оказалась. Именно ее недостатки были одними из самых существенных минусов и «Тигра Порше», и «Фердинанда».

Два бензиновых двигателя воздушного охлаждения Typ 101 (объем каждого — 15 литров) общей мощностью 620 л.с. помещались в корпусе в одном блоке с двумя генераторами Siemens aGV 275/24 мощностью 275 киловатт каждый. Такая схема позволяла экономить место в корпусе и обеспечивала удобство ремонта в полевых условиях: неисправный блок можно было при помощи крана вытащить из танка целиком.

Позади блока генераторов у кормового бронелиста располагались два тяговых электродвигателя Siemens D1495a мощностью 230 киловатт каждый.

Электродвигатели соединялись последовательно, благодаря чему «Тигр Порше» хорошо держал направление при езде по прямой и был удобен в управлении: если одна гусеница крутилась быстрее другой, то напряжение на соответствующем электромоторе поднималось, но шунтовая обмотка ослабляла магнитное поле этого мотора, что приводило к уменьшению вращающегося момента и выравниванию движения всего танка.

Трансмиссия Voith на «Typ 102»

Еще в 1939 году Порше был обеспокоен возможными проблемами, связанными с электротрансмиссией. Уже тогда при проектировании Typ 100 возникла мысль использовать гидравлическую трансмиссию. Поскольку в производстве электротрансмиссии обходилась дорого, возникла идея сделать часть «Тигров» с гидравлической трансмиссией Voith, и такой вариант получил название Typ 102. В качестве двигателей рассматривались все те же Typ 101 воздушного охлаждения. Максимальная скорость Typ 102 составляла 35 км/ч.

По плану половину из сотни «Тигров Порше» должны были составлять Typ 101, а вторую — Typ 102.

Typ 130 и Typ 131

Как мы уже говорили, двигатели Typ 101 имели воздушное охлаждение. Такая схема обладала массой недостатков: танк был более шумным, и двигатели плохо охлаждались. Жидкостное охлаждение эффективнее, к тому же такая система занимает меньше места. Почему выбрали именно воздушное? Ответ очевиден — простота конструкции. Двигатель с воздушным охлаждением можно было установить на танк и провести испытания ходовой части в кратчайший срок, чем и воспользовался Порше, отстававший от конкурента.

После первых испытаний инженеры пошли двумя путями. С одной стороны, рассматривалась возможность использовать серийные двигатели жидкостного охлаждения Maybach HL 120TRM, которые ставились на Pz III и Pz IV. С другой — стоило попробовать довести до ума двигатели Typ 101, поскольку они выдавали в сумме на 20—40 л.с. больше, чем «Майбахи».

Typ 130 — вариант «Тигра Порше» с двигателями Maybach HL 120TRM и электротрансмиссией, а Typ 131 — с гидравлической трансмиссией. Варианты Typ 130 и Typ 131 были очень многообещающими, поскольку основные недостатки силовой установки (кроме системы охлаждения) в них устранили. Один «Тигр Порше» с гидравлической трансмиссией и двигателями Maybach использовался в войсках до 1944 года и был потерян в бою. Однако в серию Typ 131 не пошел — на вооружение был принят «Тигр» фирмы «Хеншель». Наработки по двигателям Maybach очень пригодились при проектировании «Фердинанда», не зря Порше с энтузиазмом принял предложение по разработке новой САУ.

Двигатель Typ 101/2 на Typ 103

Помимо планов по установке двигателей Maybach, велись работы по совершенствованию двигателей воздушного охлаждения Typ 101. Крышу моторного отделения немного переделали, а над генераторами установили вентиляторы. Typ 101 с новой системой охлаждения получил название Typ 101/2 и устанавливался в Typ 103 — новую модификацию «Тигра Порше» с изменениями в системе охлаждения.

Над вентиляционными решетками закрепили дополнительные защитные листы, а над генераторами — элементы системы охлаждения.

Надежность электротрансмиссии

То, что главная проблема «Тигра Порше» — его ненадежная и часто ломающаяся электротрансмиссия, не более чем миф. Настоящая проблема была в другом. Во-первых, двигатели Typ 101 не находились в серийном производстве. Во-вторых, были сырыми и не доведенными до ума. Прибавим сюда проблемы с системой охлаждения. Что же до надежности электротрансмиссии, то она была вполне приемлемой, что отмечают и немецкие, и советские танкисты.

Из отчета по испытаниям трофейного «Фердинанда» в Кубинке, 1943 год:

«За время испытания не было ни одного случая отказа или дефектов в работе каких-либо агрегатов по причине их несовершенства. Испытания электрической трансмиссии «Фердинанд» проводил совместно с заводом №627 НКЭП при участии инженеров-специалистов по электротяге НИИ НКПО.

8. По надежности работы.

а) Все агрегаты силовой установки, особенно электротрансмиссия, во время испытаний работали надежно.

б) Все элементы ходовой части работали надежно.

9. По электрической трансмиссии.

Электрическая трансмиссия имеет следующие положительные данные:

а) Принципиальная простота и высокая надежность в работе.

б) Обеспечение наиболее полного использования мощности первичных двигателей.

в) Возможность работы первичных двигателей в наиболее благоприятных режимах при различных условиях движения машины».

Конечно, «Фердинанд» отличается от «Тигра Порше», но его силовая установка почти полностью соответствует Typ 130, так что все вышесказанное, с поправкой на массу, актуально и для него.

Читайте также  Интервал замены трансмиссии масла

Такое же мнение об электротрансмиссии Порше составили в процессе эксплуатации и немецкие танкисты, которые отмечают и недостатки системы охлаждения. Из доклада Хайнца Грешела:

«Температура в моторном отделении такая высокая, что в некоторых случаях начинало кипеть топливо.

Бензиновые двигатели. Неполадки в моторах являются в последнее время особенно многочисленными. Наиболее характерными из них являются:

Деформируются или изнашиваются клапана, как следствие разбитые поршни, шатуны и головки цилиндров.

Трещины и неплотные гильзы цилиндров, конечно, являются последствием перегрева.

Генераторы и электромоторы. В Нойзейдле у нас было последнее повреждение генератора. Это опять было короткое замыкание в рубящем контакте. С тех пор устройства работают без дефектов. Все же нужно подчеркнуть, что сейчас преобладает сухая погода и эти агрегаты редко полностью охлаждаются».

Это важно : тяговые электродвигатели не имели своей системы охлаждения.

Конечно, это писалось про эксплуатацию «Фердинандов», но в какой-то мере актуально и для «Тигра Порше». Известный специалист по истории немецкой бронетехники Хилари Дойл тоже считает проблемы с системой охлаждения самыми существенными, электротрансмиссия же, по его мнению, работала вполне надежно.

Неизвестный танк часть 5

При гидравлической трансмиссии на танке могут быть установлены механизмы поворота любого типа — фрикционы, планетарные, дифферен­циалы и т. д. В этом случае поворот не будет отличаться от поворота танка с обычной коробкой передач.

Если установить в трансмиссии планетарные механизмы с двойным подводом мощности, т. е. соединить одну из шестерен планетарного ряда с коленчатым валом двигателя, минуя гидравлическую передачу, а дру­гую— через гидравлическую передачу (на рис. 519 и 522 гидравличе­ская передача займет место коробки передач), то поворот на любом ра­диусе может происходить без потери мощности в тормозах. Однако по­ворот будет неустойчивым даже при полностью затянутом тормозе (вклю­ченном фрикционе).

Действительно, пусть танк с гидравлической передачей, установлен­ной по схеме рис. 522, движется прямолинейно. Скорость танка в этом случае, как было показано в предыдущей главе, устанавливается авто­матически, в зависимости от сопротивления движению. Включим фрик­цион отстающей гусеницы. Начнется поворот, и сопротивление на забе­гающей гусенице увеличится, что вызовет уменьшение числа оборотов ведомого вала гидравлической передачи, соединенного с венцами плане­тарных рядов. Произойдет как бы переход на низшую передачу. Но каж­дой «передаче» соответствует свойрадиус поворота. Поэтому непре­рывно меняющиеся сопротивления вызовут непрерывное изменение ра­диуса поворота. При этом скорость забегающей гусеницы уменьшается по сравнению с прямолинейным движением и для поворота танка тре­буется меньшая мощность. Это выгодно, но так как радиус поворота установится самопроизвольно, то, чтобы танк повернулся с нужным ра­диусом, придется заставить фрикцион пробуксовывать. Следовательно, в действительности поворот без потери мощности в фрикционе (тормозе) на любом заданном радиусе невозможен и при гидравлической транс­миссии.

ПОВОРОТ ТАНКА С ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ТРАНСМИССИЕЙ

Вотличие от танков с механической трансмиссией, в танках с элек­трической трансмиссией легко объединить механизмы, обеспечивающие изменение силы тяги и скорости при прямолинейном движении, с меха­низмами поворота, если установить два электромотора — по одному на каждую гусеницу.

Рассмотрим поворот танка с электрической трансмиссией, схема ко­торой была дана в предыдущей главе. Схема работы трансмиссии при повороте показана на рис. 525.

Рис. 525 Схема работы электрической трансмиссиипри повороте танка

Чтобы повернуть танк, при помощи реостата увеличивают силу тока, идущего в обмотку возбуждения электромотора отстающей гусеницы. Как уже говорилось в предыдущей главе, увеличение тока в обмотке воз­буждения вызывает снижение оборотов электромотора, а значит, и сни­жение оборотов, ведущего колеса отстающей гусеницы.

Забегающая; гусеница через корпус увлекает отстающую гусеницу, стремясь заставить ее вращаться быстрее, чем ее вращает электромотор. В этом случае электромотор перестает быть источником движения, и гу­сеница через ведущее колесо вращае его якорь Это значит, что элек­тромотор становится генератором. Он уже не потребляет ток от основ­ного генератора. Наоборот, сам электромотор М1отстающей гусеницы подает ток в общую цепь, передающу энергию электромотору М2 забе­гающей гусеницы. Тем самым облегчается работа основного генератора Г, а значит, и двигателя. Необходимо только, чтобы напряжение на щетках электромотора (ставшего генератором) было равно напряжению на щет­ках основного генератора; тогда в сети окажутся два источника тока, соединенных параллельно и питающих один и тот же потребитель — электромотор забегающей гусеницы.

При повороте танка с электрической трансмиссией происходит цир­куляция мощности совершенно так же, как при повороте танка с двой­ным дифференциалом или планетарными механизмами, имеющими рас­четный радиус больше В.

Существование циркуляции мощности доказывалось ранее только пу­тем рассуждений. В данном же случае возвращаемая мощность может быть замерена приборами. Если в цепь включить амперметр, он покажет, что при повороте танка ток идет не к электромотору отстающей гусе­ницы, а от него — к электромотору забегающей гусеницы.

Радиус поворота определяется тормозной силой, создаваемой на от­стающей гусенице, т. е. в конечном счете силой тока в обмотке возбуж­дения электромотора этой гусеницы. Устойчивость поворота танка с элек­трической трансмиссией не обеспечивается, так как изменение сопроти­вления автоматически вызывает изменение скоростей гусениц и радиусов поворота.

Надо заметить, что неустойчивым будет также и прямолинейное дви­жение, поскольку изменение сопротивления движению одной из гусениц вызовет изменение числа оборотов ее электромотора и танк будет уво­дить в сторону (как при дифференциале).

Из сказанного следует, что при электрической трансмиссии поворот без потерь может происходить на всех радиусах, на которых напряжение электромотора отстающей гусеницы не ниже напряжения генератора. Если при каком-либо радиусе поворота последнее условие не соблюдено (например, когда сила тока возбуждения достаточно велика, но малы обороты якоря), поворот можно будет произвести при помощи реостата, включенного между генератором и электромотором (на схеме не пока­зан); при этом мощность двигателя будет тратиться на нагрев реостата так же, как она тратится на нагрев тормозов в обычных транс­миссиях.

Все сказанное относится к радиусам поворота, величина которых больше ширины колеи. Чтобы произвести поворот с радиусом меньше ширины колеи, переключают ток (изменяют его направление) в обмотке возбуждения электромотора отстающей гусеницы. Так как направление вращения якоря изменится, гусеница начнет вращаться в обратную сторону.

На некоторых танках с электротрансмиссией поворот осуществлялся при помощи тормозов, как в обычных трансмиссиях; это позволяло более точно регулировать поворот, но в тормозах расходовалась часть мощно­сти двигателя точно так же, как это происходит в других механизмах поворота.

СРАВНИТЕЛЬНАЯ ОЦЕНКА МЕХАНИЗМОВ ПОВОРОТА

Как мы уже указывали, поворотливость танка оценивается двумя величинами; угловой скоростью поворота и наименьшим радиусом, с ко­торым может совершаться поворот. Чем выше угловая скорость, тем танк маневреннее, тем меньше времени потребуется на совершение по­ворота с одним и тем же радиусом.

Если подойти к оценке механизмов поворота с этой точки зрения, то надо отметить, что на одной и той же передаче коробки передач танк с дифференциалом будет иметь большую угловую скорость, чем танк с независимыми механизмами. Действительно, при повороте танка с диф­ференциалом скорость его забегающей гусеницы возрастет на столько, на сколько снизится скорость отстающей гусеницы v1(рис. 526), при этом средняя скорость достается такой же, какой она была при прямо­линейном движении.

Рис. 526 Скорость танка при повороте с дифференциалом и независимыми меха­низмами

У танка с независимыми механизмами неизменной остается скорость забегающей гусеницы, если, конечно, не меняется число оборотов колен­чатого вала двигателя. Но тогда при одном и том же радиусе поворота средняя скорость vдолжна уменьшиться. Как видно из графика, угловая скорость танка с дифференциалом будет выше, чем скорость танка с независимыми механизмами.

Однако при повороте с более высокой средней скоростью увели­чится потребная мощность двига­теля. Если на данной передаче мощности не хватит, придется пе­рейти на более низкую передачу, т. е. снизить угловую скорость по­ворота танка, поэтому обеспечение высокой угловой скорости пово­рота следует проверять по рас­ходу мощности, затрачиваемой на поворот. Потребная мощность бу­дет тем меньше, чем меньше мощ­ности тратится в тормозах.

Величина расходуемой тор­мозной мощности позволяет одно­временно оценить надежность фрикционных механизмов (фрик­ционов или тормозов), так как чем меньше потеря мощности в них, тем меньше износ этих механиз­мов и тем менее вероятен выход их из строя («сгорание»).

На рис. 527 показаны гра­фики расхода мощности при пово­роте танков с различными меха­низмами поворота.

Рис. 527 Сравнительная оценка механизмов поворота

Разумеется, расход мощности для сравниваемых ме­ханизмов подсчитан в предположении одинаковых условий их работы, т.е. рассматривался поворот танков равного веса на одном и том же грунте и при одной и той же угловой скорости. На нижней кривой каждого графика показана мощность внешних сопротивлений, она оди­накова для всех механизмов. Верхняя кривая показывает изменение по­требной мощности. Заштрихованная часть диаграммы показывает тор­мозную мощность.

Из графиков видно, что двухступенчатый планетарный механизм обеспечивает весьма значительную экономию мощности по сравнению с бортовым фрикционом. Более сложная трансмиссия с двойным подводом мощности позволяет еще несколько снизить потери мощности, но лишь в весьма узком интервале малых радиусов поворота, что мало скажется на общем расходе мощности.

Все дифференциальные механизмы, сохраняющие при повороте сред­нюю скорость vпостоянной, обусловливают большие потери мощности в сравнении с независимыми механизмами. Наибольшие потери дает простой дифференциал — самый неэкономичный из всех механизмов по­ворота. Потеря мощности при поворотах танка с двойным дифференци­алом несколько выше, чем с независимым механизмом (двухступенчатым планетарным) в том случае, когда оба механизма имеют одинаковые расчетные радиусы.

Читайте также  Если не долить масло в трансмиссию

На графиках не приведен расход мощности танков с трансмиссиями, обеспечивающими непрерывное изменение радиуса поворота без потери мощности в тормозах (гидравлическая при двойном подводе мощности, электрическая). Мощность двигателя, потребная в этом случае, будет равна мощности внешних сопротивлений (нижняя кривая). Практически же, как мы отмечали, и при этих трансмиссиях в ряде случаев не удается избежать потерь мощности в тормозах или реостатах.

С точки зрения устойчивости поворота некоторое преимущество имеют трансмиссии с двойным подводом мощности; при этом чем больше передач в коробке, тем выше устойчивость поворота.

Существенное значение для оценки механизма имеет простота его устройства, ухода за ним, регулировки и надежность в работе. Так, применение двойного дифференциала в известной мере оправдывается именно этими его качествами. Но нельзя забывать об ухудшении мане­вренности танка, связанной с большой величиной расчетного радиуса по­ворота. Точно так же сравнительная простота устройства бортовых фрик­ционов далеко не всегда искупает большой расход мощности и недоста­точную надежность. Поэтому механизмы поворота (как и всякие другие) надо сравнивать не по отдельным показателям, а в целом, по их сово­купности, учитывая также и особенности танка, на котором они установ­лены (вес, удельную мощность, устройство коробки передач, тип приво­дов управления и т. д.).

Компоновка основных боевых танков

Компоновка основных боевых танков

Танк как инженерная конструкция представляет собой комплекс вооружения, броневой защиты, несущей основы, силовой установки и ходовой части. Танк должен обеспечивать возможность передвижения как вне дорог (удельное давление на грунт, не превышающее давление стопы человека) так и по существующей дорожной сети с искусственными сооружениями (вес с полной нагрузкой, не превышающий несущую способность пролетов мостов).

К ходовой части танка предъявляются общие требования к гусеничному движителю, в первую очередь обеспечение равномерной нагрузки опорных катков шасси. Игнорирование этих требований ведет к следующим отрицательным последствиям:
— уменьшению проходимости в связи с неравномерным удельным давлением на грунт;
— повышенным вертикальным колебаниям корпуса при движении по пересеченной местности,
— снижению скорости движения;
— уменьшению точности стрельбы из пушки из-за меньшей эффективности работы её стабилизатора;
— росту утомляемости экипажа;
— увеличенному износу упругих элементов подвески опорных катков и гидроамортизаторов.

Поэтому компоновка танка должна отвечать требованию весовой сбалансированности его составных частей относительно центра опорной поверхности гусениц. В состав основных массивных элементов конструкции танка входят орудийная башня, пушка, боекомплект пушки, двигатель, трансмиссия и топливо, а также броневая и динамическая защита. Экипаж, обладающий на порядок меньшим весом, но занимающий большой внутренний объем, также оказывает непосредственное воздействие на весовую сбалансированность. Взаимное расположение этих элементов и предопределяет эффективность компоновки боевой машины.

Первые типы танков, разработанные в Великобритании и Германии в годы Первой мировой войны, имели простейшую компоновку – общий каземат корпуса с вооружением, размещенным в передней части (по бортам и/или в лобовой детали), и двигателем с трансмиссией, размещенными в задней части. Боекомплект и топливо располагались в центре корпуса. Многочисленный экипаж и броневая защита были равномерно распределены по всему корпусу. Орудийная башня как таковая отсутствовала, вместо неё применялись казематные полубашни, симметрично расположенные по бортам корпуса. Гусеничный движитель имел шасси с малым ходом опорных катков, что видно на примере немецкого танка AV7.

Опыт боевого применения танков простейшей компоновки выявил их конструктивные недостатки:
— слабую броневую защиту казематного корпуса с развитой внешней поверхностью;
— наличие больших мертвых зон обстрела из пушек, установленных в казематных полубашнях;
— низкую скорость передвижения по пересеченной местности в связи с малым ходом подвески.

В связи с этим в конце Первой мировой войны во Франции была выработана оптимальная компоновка для нового ударного боевого средства, ставшая с тех пор классической, повторенной в сотнях образцов опытных и серийных машин во множестве стран мира. Корпус танка «Рено» FT-17 имел очень плотную компоновку, впервые раздельную на четкие функциональные зоны – носовое отделение управления, центральное боевое отделение и кормовое моторно-трансмиссионное отделение. В центре корпуса со смещением в нос была установлена башня кругового вращения с 37-мм пушкой. В отделении управления размещался механик-водитель, в боевом отделении — командир танка и боекомплект, в моторно-трансмиссионном отделении – двигатель, трансмиссия и топливо.

Развитием этой компоновки стала конструкция советского танка КВ-1 начала Второй мировой войны, башня которого имела развитую кормовую нишу, в которой располагалась значительная часть боекомплекта пушки. В конце войны подобную башню получила последняя модификация самого массового советского танка Т-34-85.

Танки во Второй мировой войне в наступательных операциях использовались в соответствии со своей уникальной боевой специализацией – как средство прорыва укрепленной обороны, действующее в прямом огневом контакте с противником. При этом основная угроза поражения танка исходила со стороны фронтального ракурса. Это обусловило необходимость дифференциации защиты с увеличением толщины брони лобовых деталей корпуса и башни и соответствующим уменьшением толщины брони бортовых и кормовых деталей. Центр тяжести сместился вперед относительно центра опорной поверхности гусениц.

С целью восстановления оптимальной весовой балансировки танка необходимо было сместить назад его башню. С этой целью в классическую компоновку была внесена ещё одна новация: все немецкие танки и американский танк «Шерман» М4 имели разнесенную силовую установку – коробка перемены передач и бортовые редукторы располагались в носовой отделении корпуса, а двигатель и топливо – в кормовом. Двигатель был связан с трансмиссией карданным валом. Это решение позволило сместить назад тяжелую башню ценой переноса вперед относительно легкой трансмиссии.

Последний вариант компоновки танка обладал двумя крупными недостатками:
— наличие карданного вала вынуждало увеличивать высоту, объем и площадь поверхности корпуса, уменьшая степень защищенности танка (отношение заброневого объема к весу брони);
— вынесенные на лобовую поверхность бортовые редукторы гусеничного движителя были крайне уязвимы не только для бронебойных снарядов, но также осколков и ударной волны от взрывов осколочно-фугасных снарядов, в отличие от классической компоновки, где корпус экранирует кормовые бортовые редукторы от фронтального обстрела.
Решение проблемы было найдено в конце войны советскими разработчиками в конструкции танка Т-44. Не изменяя классической компоновки, они уменьшили длину кормового отделения за счет поперечного расположения двигателя и трансмиссии, связанных между собой зубчатой передачей. Центр опорной поверхности гусениц сместился вперед в направлении смещения центра тяжести танка. В дальнейшем это инженерное решение (уменьшение габаритов силовой установки) в сочетании ранее реализованным вариантом компоновки (башня с развитой кормовой нишей) было повторено в конструкциях основных боевых танков США, Германии, Франции, Японии и Южной Кореи, в том числе состоящих на вооружении в настоящий момент.

Однако отступление от классической компоновки «Рено» FT-17 с выносом боекомплекта в кормовую нишу привело к ослаблению степени защиты танка за счет роста заброневого объема при одновременном возникновении излишков пространства в боевом отделении корпуса. Причиной было то, что высота корпуса не могла быть уменьшена ниже уровня двигателя в сочетании с его системой охлаждения (примерно 1 метр). При этом высота башни определяется крайними точками опускания ствола (вплоть до касания кромки верхней лобовой детали) и подымания казенника пушки (вплоть до касания потолка башни) при вертикальной наводке орудия (примерно 0,8 метра). При размещении командира и наводчика в основном в башне в подбашенном пространстве образуется объем, достаточный для хранения всего боекомплекта.

Единственная проблема – как обеспечить подъем выстрелов из подбашенного пространства и досылание их в пушку. В 1964 году указанная проблема была решена в советском танке Т-64 путем установки автомата заряжания под вращающимся полом боевого отделения. Все последующие советские, российские, украинские и китайские танки по настоящее время используют эту компоновку.

Другим путем попытались пойти в 1958 году американские разработчики опытного танка Т92. Его оригинальная компоновка была основана на переносе моторно-трансмиссионного отделения в нос корпуса и совмещении с отделением управления, отгороженным броневой перегородкой. Вес лобовой брони, двигателя и трансмиссии уравновешивался весом башни и боекомплекта. Однако совмещение по длине сразу двух отделений корпуса вынуждало увеличивать его высоту с целью вертикальной компоновки оборудования силовой установки. В итоге у танка возрастали заброневой объем и площадь поверхности корпуса при снижении степени защиты. Несмотря на явный недостаток подобной компоновки и отказ от неё американских разработчиков, она была повторена в израильском серийном танке «Меркава» и швейцарском опытном танке «NKPz», что, скорее всего, объясняется отсутствием опыта конструирования танков в указанных странах.

Увеличение эффективности современных бронебойных и кумулятивных снарядов вынудило разработчиков сделать очередной шаг в совершенствовании конструкции танков. В рамках развития классической компоновки в 1980-х годах в СССР и США проводились работы по созданию опытных танков с необитаемыми башнями — соответственно «Боксер/Молот» и ASM Block III. Доведенные до высокой степени готовности эти работы были прекращены в связи с отсутствием на тот момент надежных электронных средств наблюдения и прицеливания для экипажа, полностью расположенного в корпусе.

Работы в этом направлении были возобновлены только в 2012 году в рамках проекта создания нового российского танка «Армата». Опираясь на современные достижения в области автоматических систем детектирования и сопровождения целей в проекте предусматривается сокращение экипажа танка до двух человек, расположенных в отделении управления. Кроме необитаемых боевого отделения и башни, существенным отличием компоновки «Арматы» от компоновки «Рено» FT-17 является увеличение длины носовой оконечности корпуса с целью размещения навесных модулей броневой или динамической защиты. Возросшая длина корпуса положительно сказывается на смещении назад центр опорной поверхности гусениц. Размеры носовой оконечности можно оценить по фотографии опытного танка «Объект 187», использующегося в качестве прототипа «Арматы».

Читайте также  Как работает полноприводная трансмиссия

Прогнозируемое развитие функциональности перспективных систем активной защиты танков вплоть до перехвата высокоскоростных кинетических снарядов делает возможным в ближайшем будущем снижение требований к пассивной броневой защите танка, а также к его динамической защите, в настоящее время с успехом применяемой против низкоскоростных реактивных гранат и противотанковых ракет. Причем количество пусковых установок поражающих элементов активной защиты, устанавливаемой на каждый танк, будет обеспечивать одновременный перехват двух и более целей, подлетающих с одного или разных направлений. На основании данного прогноза можно предполагать отказ от динамической защиты, уменьшение толщины бронирования до противоосколочного и переход к всеракурсному недифференцированному бронированию.

Кроме того, уже сегодня имеются готовые решения гибридных силовых установок, состоящих из теплового двигателя (дизеля или одновального ГТД), встроенного электрогенератора, литий-ионной аккумуляторной батареи большой емкости и тяговых электромоторами. Появляется возможность перенести тяговые двигатели вместе с бортовыми редукторами в носовую часть корпуса, равномернее распределив нагрузку по длине опорной поверхности (учитывая большой объем, занимаемый отделением управления и малый вес экипажа из двух человек). При этом дублированные силовые кабели, связывающие электрогенератор с электромоторами, в отличие от карданного вала танков Второй мировой войны, могут быть проведены вдоль надгусеничных спонсонов корпуса, не приводя к увеличению его высоты.

Танк с подобной компоновкой уже был разработан в 2009 году в рамках американской программы FCS, но не пошел в серию из-за неготовности выбранной системы активной защиты Quick Kill к перехвату высокоскоростных кинетических бронебойных снарядов. Однако, учитывая прогресс в области развития подобного типа защиты, в настоящее время велика вероятность, что эта компоновка будет использована в американском аэромобильном танке, концепция которого разрабатывается командованием TRADOC Армии США, и израильском основном боевом танке Rakiya, предназначенном для замены устаревшего танка «Меркава» в бронетанковых частях Армии обороны Израиля, начиная с 2020 года.

Современные и перспективные трансмиссии бронетанковой техники ВС зарубежных стран

Подвижность является одним из главных свойств основных боевых танков (ОБТ) и других боевых бронированных машин (ББМ). Она способствует решению боевых задач и оказывает существенное влияние на живучесть боевых машин на поле боя. Так, при удельной мощности 22 кВт/т ОБТ и ББМ достигают ускорения 1,6 м/с 2 и бокового ускорения относительно линии визирования 4 м/с 2 .

Одной из важнейших составляющих повышения подвижности боевых машин является совершенствование их трансмиссий. С этой целью на машины, проходящие очередной этан модернизации, устанавливаются усовершенствованные гидромеханические трансмиссии, а для перспективных образцов разрабатываются принципиально новые, в том числе электромеханические.

В настоящее время наибольшее развитие получили гидромеханические трансмиссии, в конструкции которых используются не только гидродинамические (гидрокинетические), но и гидростатические (гидрообъемные) передачи. Последние применяются главным образом в дополнительном приводе механизма передачи поворота для бесступенчатого регулирования его радиуса. Важным элементом гидромеханической трансмиссии является гидродинамический замедлитель, усиливающий эффективность торможения и динамические характеристики машины в целом.

Проводимые работы по совершенствованию трансмиссий направлены на решение проблем, связанных с устранением повышенной теплоотдачи при их работе в первую очередь в регионах с жарким климатом. Автоматизация процесса управления трансмиссиями осуществляется с помощью микропроцессоров, задающих наиболее рациональный режим работы и определяющих соотношение скорости движения и нагрузки. Для контроля состояния трансмиссий создается встроенное диагностическое оборудование, сопряженное с информационно-управляющей системой танка.

Типичной по уровню использования современных технических решений является гидромеханическая трансмиссия ESM 500 с автоматическим управлением, установленная на французском ОБТ «Леклерк». Эта трансмиссия разработана в Германии фирмой «Ренк» и выпускается по лицензии французской компанией SESM. Она включает однореакторную комплексную гидропередачу с блокировочным фрикционом, двухпоточный механизм передачи поворота (гидрообъемная аксиально-поршневая передача с гидрозамедлителем) дифференциального типа, пятиступенчатую планетарную коробку передач с остановочными тормозами сухого трения и два бортовых редуктора. Накладки тормозов, выполненные из волокнистого углеродистого материала, имеют высокую износостойкость.

Помимо германских фирм, ведущими разработчиками и производителями трансмиссий для бронетанковой техники являются «Эллисон» и «Дженерал дайнэмикс» (США), «Браун» (Великобритания). Перечень основных серийных гидромеханических трансмиссий и боевых машин, на которых они установлены, приведен в таблице.

ОСНОВНЫЕ СЕРИЙНЫЕ ГИДРОМЕХАНИЧЕСКИЕ ТРАНСМИССИИ
Марка трансмиссии Фирма-разработчик (страна) Марка машины Принадлежность машины, страна
HSWL 106 «Ренк» (ФРГ) БМП «Пизарро»
БМП «Улан»
Испания
Австрия
HSWL 123 То же ПТРК «Ягуар» ФРГ
HSWL 194 БМП «Мардер» -«-
HSWL 184C -«- Самоходная гаубица PzH-2000 -«-
HSWL 184M -«- Минный трал «Кайлер» -«-
HSWL 295TM -«- ОБТМ1А2 «Абрамс»
ОБТ «Леклерк»
БРЭМ «Леклерк»
ОБТ «Челленджер-2Е»
(экспортный вариант)
США
Франция
Тоже
Великобритания
HSWL 354 -«- ОБТ «Леопард-2А5»
БРЭМ «Буффел»
ФРГ
То же
HSWL 224 -«- ОБТ АМХ-30 Франция
ENC 500 -«- ОБТ Т-72 Финляндия
ESM 350 -«- ОБТ «Леклерк» Франция
RK 304A -«- ОБТ «Арджун» Индия
CD-850-6A «Эллисон», США ОБТ М60 США
CD-850-6BX То же ОБТ «Меркава» Mk3 Израиль
Х-1100-ЗВ -«- ОБТ М1А2 «Абрамс» США
MT-653-DR -«- БТР «Пирана» Швейцария
НМРТ-500-ЗЕС «Дженерал дайнэмикс» (США) Разведывательный танк М8 США
НМРТ-500 То же БМП М2 «Брэдли»
БМП «Байоникс»
То же
Сингапур
TN37 «Браун» (Великобритания) ОБТ «Челленджер-1» Великобритания
TN54 То же ОБТ «Челленджер-2» То же

Ведутся научно-исследовательские и опытно-конструкторские работы по созданию электромеханических трансмиссий как для колесных, так и для гусеничных боевых машин. Основными элементами таких трансмиссий являются: дизель-генератор, накопители большой емкости, преобразующее электронное оборудование и силовые электродвигатели, вращающие ведущие колеса. Отсутствие жестких механических связей между источниками и потребителями энергии увеличивает надежность трансмиссии, а бесступенчатое изменение крутящего момента улучшает подвижность машины на поле боя. Кроме того, применение электромеханической трансмиссии, по мнению зарубежных специалистов, значительно увеличит полезное заброневое пространство, что позволит решить многие проблемы, возникающие при проектировании перспективных боевых систем.

Использование накопителей большой емкости обеспечит аккумулирование генерируемой при торможении и движении под уклон энергии для последующего питания потребителей в экстренных случаях, а также для движения с помощью силовых электромоторов при неработающем основном двигателе (для достижения высокой скрытности). Благодаря кабельному подключению органов управления каждый член экипажа при необходимости сможет управлять движением машины; возможно также и дистанционное управление с помощью выносного пульта.

Так, в США фирмой «Теледайн» создана и проходит испытания экспериментальная гусеничная машина ATR (Automotive Test Ride) с электромеханической трансмиссией компании «Каман электромаг нетикс». На машине установлен двигатель мощностью 1235 л.с., приводящий в действие генератор жидкостного охлаждения с ротором на основе постоянных магнитов. Электрический ток, вырабатываемый генератором, после трехступенчатого преобразования (переменный — постоянный постоянный) подается на два тяговых электродвигателя, соединенных с ведущими колесами. Тяговый электродвигатель состоит из трех идентичных модулей. Благодаря автоматическому подключению разного числа модулей с него может сниматься мощность до 500 кВт. Управление крутящим моментом двигателей, в соответствии с действиями механика-водителя осуществляется электронным блоком, с помощью которого также проводится их диагностика, а в аварийных случаях — отключение.

Одновременно с работами, выполняемыми в интересах сухопутных войск, фирма «Юнайтед дефенс» проводит НИОКР по созданию машины с электромеханической трансмиссией для морской пехоты. На базе плавающего бронетранспортера LVTP7 разработана экспериментальная машина APS (Advanced Propulsion System). Она оснащена силовой установкой мощностью 750 л.с., приводящей в движение генератор переменного тока с воздушным охлаждением. Вырабатываемый генератором электрический ток передается на силовые электродвигатели асинхронного типа, которые по своим массогабаритным характеристикам уступают электродвигателям с постоянными магнитами. Однако благодаря меньшей стоимости, простоте устройства, более широкому диапазону частот вращения и способности развивать большой крутящий момент можно использовать эти электродвигатели в электромеханических трансмиссиях гусеничных машин.

В ФРГ фирмой МАК на базе гусеничной машины «Визель» разработана экспериментальная — LLX с электромеханической трансмиссией. Скорость движения этой машины регулируется за счет изменения крутящего момента силовых электродвигателей, а поворот осуществляется благодаря вращению ведущих колес с разными угловыми скоростями в результате увеличения крутящего момента на силовом электродвигателе забегающей гусеницы.

В США для морской пехоты разработана малогабаритная высокомобильная аэротранспортабельная боевая разведывательная машина (БРМ, 4 х 4) RST-V (Reconnaissance, Surveillance and Targeting Vehicle) нового поколения. Экипаж состоит из трех-четырех человек, боевая масса около 4 т. На БРМ установлена комбинированная трансмиссия. Кроме обычного способа, передача крутящего момента на ведущие колеса может осуществляться от электрических двигателей, размещенных в ступицах колес и работающих от аккумуляторных батарей. Поступление на вооружение новой БРМ ожидается в конце 2002 года.

Наряду с преимуществами электромеханических трансмиссий зарубежные специалисты отмечают ряд недостатков, выявленных в ходе испытаний. Основные из них: неудовлетворительные массогаба-ритные показатели систем охлаждения преобразующего электронного оборудования, низкая надежность ею работы в условиях жаркого климата, а также высокая стоимость электрических агрегатов трансмиссии в целом. Тем не менее финансирование НИОКР, предусматривающее освоение до 2008 года около 1 млрд долларов, предполагает возможность производства для боевых машин электромеханических трансмиссий с требуемыми характеристиками после 2012-го.

Таким образом, перспективными направлениями НИОКР в этой области являются дальнейшее совершенствование гидромеханических трансмиссий с системами автомагического управления и проведение работ по улучшению качества электромеханических трансмиссий.

Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: