Вступление
Вопрос о причинах размещения ведущих колес (ВК) спереди или сзади возникает нередко. Очевидно, что ведущие колёса танка располагаются с той же стороны, что и его трансмиссия (во всяком случае, основная её часть). А расположение трансмиссии в первую очередь зависит от решений по общей компоновке машины. Если для БМП-1 было необходимо обеспечить лучшую защиту десанта и выход на корму, то и моторно-трансмиссионное отделение (МТО) разместили спереди. Если у довоенных танков совмещенное МТО значительно удлиняло машину, то его разносили, устанавливая двигатель в кормовой или иногда в носовой части, а трансмиссию совмещали с отделением управления. Соответствующим образом устанавливались и ВК.
Но иногда интересует такой вопрос: а с точки зрения работы самого гусеничного движителя (ГД), где лучше устанавливать ВК, спереди или сзади? Какие у этих вариантов преимущества и недостатки?
Здесь сразу скажу, что обычно при конструировании машины ответы на этот вопрос не принимаются во внимание. По той причине, что условия работы ХЧ имеют второстепенное значение по отношению к вопросам обеспечения общей компоновки. Здесь играет роль расстановка приоритетов, условия работы гусеничного движителя в которых не имеет первоочередного значения. И только если у нас имеются два проекта с передними и задними ВК, которые в целом совершенно равноценны (что возможно, разве, в теории), то только тогда оценка влияния расположения ВК на работу ходовой части может повлиять на выбор одного из этих в целом равноценных проектов.
Формулировка проблемы
В декабре 2012 г. читатель 13thdeus задал вопрос Ю. Пашолоку в его ЖЖ:
почему в классической немецкой схеме танкостроения предусмотрено переднее расположения трансмиссии? Проходимость? Защита экипажа модулем (как в танках "Меркава")?
Пашолок ответил:
Это не только в немецкой, но и во многих других школах.
Расположение ведущих катков спереди обусловлено резким снижением вероятности спадания гусеничной ленты. Платой за это является перенос трансмиссии вперед со всеми вытекающими последствиями.
Заметим, здесь условия работы гусеничного движителя Пашолок выпячивает на передний план и утверждает, что переднее расположение ВК резко снижает вероятность спадания гусеницы. Более того, это утверждение носит не частный, а обобщающий характер. Ниже это утверждение будет проанализировано и опровергнуто.
Далее в обсуждении этого странного утверждения он добавил масла в огонь:
Если бы вы все же читали профильную литературу, то знали, что немцы долго не хотели _возвращаться_ к заднему расположению трансмиссии, которое у них было до La.S.. Более того, не они являются новаторами введения переднего расположения трансмиссии - это они подсмотрели у англичан. Повышенные нагрузки на гусеничные ленты, ведущие к более быстрому износу, а также бОльшая вероятность спадания были причиной, по которой они пришли к переднему расположению трансмиссии.
Свои утверждения Юрий подкреплял отсылкой на издания «Panzer Tracts» и на выбор схемы компоновки немецких танков по результатам испытаний опытного немецкого танка Leichttractor.
Резюмируем, по Пашолоку преимущества переднего размещения ВК:
- резкое снижение вероятности спадания гусеницы;
- меньше износ из-за меньших нагрузок на гусеничную ленту.
Оба утверждения, как и многие оценочные суждения Пашолока, ложны. Рассмотрим их.
Рассмотрение по сути.
Износ
Начну со второго утверждения, как наиболее простого и не требующего никаких глубин.
Посмотрим на примерную, достаточно грубую, но демонстрирующую закономерности схему распределения силы тяги по периметру гусеничного обвода (кто из читателей изучал сопромат, для того это эпюра напряжений).
Серым цветом схематично показан гусеничный обвод. Расстояние от гусеничного обвода до красной линии — создаваемая на ведущем колесе сила тяги, которая через нижнюю ветвь гусеничной ленты передаётся на грунт.
Для гусеничного движителя с задними ВК свободная часть гусеницы, через которую не передается тяговое усилие, составляет верхнюю и переднюю наклонную (от направляющего колеса до первого опорного катка) ветви, это примерно половина периметра гусеницы. Для ГД с передними ВК свободная часть гусеницы состоит только из передней наклонной ветви — тяговым усилием нагружена большая часть периметра гусеницы.
Вопрос школьного уровня: шарниры какой гусеницы будут изнашиваться быстрее?
Даже не буду приводить множество цитат из «профильной литературы», где про износ гусениц с разным размещением ВК говорится то же самое.
Справедливости ради, следует отметить, что само ВК с передней установкой изнашивается менее интенсивно, так как из-за самоочищения верхней ветви гусеницы подвергается меньшему абразивному воздействию. Но это преимущество меркнет в сравнении с проблемой износа пальцев и проушин траков в 1930-е годы.
Рассмотрение по сути.
Вероятность сброса гусеницы
Анализ источников
Забавный казус случился в последующем обсуждении данного вопроса на ВИФе. Пашолок, как обычно без указания ссылки на источник, привел копии трёх страничек из советского послевоенного издания (какого именно — неизвестно), сопровождая его комментарием:
На такое понятие, как компоновка, в разных странах имеется разная точка зрения. Например, по поводу размещения трансмиссии у нас в первое послевоенное десятилетие было такое мнение:
Казус заключается в том, что среди недостатков носового расположения трансмиссии указан:
гусеничная цепь удлиняется больше, чем при кормовом расположении, что способствует её спаданию.
А теперь рассмотрим вопрос, являлась ли на самом деле вероятность потери гусеницы причиной (или одной из) использования переднего размещения трансмиссии на немецких танках периода второй мировой войны.
Для начала заглянем в заявленные источники серии «Panzer Tracts».
Цитата первая относится к «секретным испытаниям в России» (1930-32) вариантов Leichttractor (Л-трактор) от Круппа. Весной 1931 г. отмечено [1, с. 3-19]:
The tracks tend to climb off because of the rear drive and the sprung idler wheel.
(Гусеницы имеют тенденцию сползать из-за заднего привода и подпружиненного направляющего колеса)
В самом деле, немецкие специалисты указывали заднюю установку ВК одной из причин спадания гусеницы, для конкретно указанной машины:
Особенности конструкции гусеничного движителя этого танка рассмотрим позже, а пока цитата вторая о том, к какому в итоге пришли решению [2, с. 1-4]:
Based on their poor experience with the Leichttraktor throwing tracks (blamed on the rear drive and track tensioner with springs), Wa.Prw.6 decided to redesign the Kleintraktor with a front drive and rear-mounted engine. In addition, Wa.Prw.6 decided to copy the latest light tank suspension design from Vichers-Carden-Loyd in England. These decision resulted in the birth of the chassis for a light tank that would later be called the Pz.Kpfw.I.
(Основываясь на отрицательном опыте сброса гусениц на Л-тракторе (проблему списывали на задний привод и подпружиненный механизм натяжения гусеницы), Wa.Prw.6 (6-й контрольно-экспериментальный отдел АБТ Управления вооружений) решил изменить компоновку Kleintraktor — двигатель перенести в корму, а трансмиссию вперед. К тому же, Wa.Prw.6 решил скопировать новую ходовую часть легкого танка, разработанную Виккерс-Карден-Лойд в Англии. В результате на свет появилось шасси для легкого танка, названного позднее Pz.Kpfw.I.)
Смешались люди, кони... Сначала решили поменять двигатель с трансмиссией местами, потом решили туда же британскую ходовую часть поставить с передним же ВК. Здесь, очевидно, или страдает логика изложения, или подгоняются факты под известный ответ.
Тем не менее, по-крайней мере пока цитаты в пользу того, что переднее размещение ВК из-за снижения вероятности сброса гусениц. Но смотрим далее.
По контракту от 10 ноября 1931 г. купили шасси легкого танка Виккерс-Карден-Лойд, оно и послужило основой для создания шасси Pz.I [2, с. 1-5].
В отличие от британского прототипа ходовая часть Pz.I Ausf.A получила дополнительный передний опорный каток индивидуального подрессоривания и поддерживающие ролики. В остальном общая компоновка (двигатель сзади, трансмиссия впереди) самой машины и компоновка гусеничного движителя (с передним свободным ВК и задним несущим НК) остались теми же.
Кстати, интересный факт: Pz.I Ausf.A — двоюродный брат советского опытного плавающего танка Т-33, который был практически полной копией своего британского «папы».
И после того как утверждалось, что передние ВК немцы использовали, чтобы снизить вероятность сброса гусеницы, вдруг выясняется, что Pz.I Ausf.A с передним ВК... страдали от сброса гусеницы!
Цитата третья [2, с. 1-21]:
На напечатанных в руководстве по эксплуатации Крупп-Трактора изображениях, показано как сбрасывалась гусеница, когда направляющее колесо накатывалось на гребни траков...
Цитата четвёртая про Pz.I Ausf.B со свободным (приподнятым) направляющим колесом (НК) [2, с. 1-83]:
As explained later by Hauptmann Orlovius (Wa.Prw.6): The main reason for going to a lengthened suspension ase a) more stable ride with the associated improvement in firing weapons and b) less danger of throwing a track with a fixed position idler wheel.
(Капитан Orlovius (Wa.Prw.6) позже пояснил: основными причинами перехода к удлиненной ходовой части были а) повышение плавности хода и, как следствие, точности стрельбы б) снижение опасности сброса гусеницы благодаря фиксированному положению направляющего колеса)
Краткое обобщение выше изложенных фактов:
- Л-трактор страдал от сброса гусеницы. Сброс гусеницы немецкие специалисты связывали с а) задним расположением ВК и б) подпружиненной установкой НК.
- Проблему сброса гусениц Л-трактора для Pz.I Ausf.A решали рокировкой двигателя и трансмиссии с установкой ходовой части, подобной таковой британского легкого танка Виккерс-Карден-Лойд.
- На самом же деле проблему сброса гусениц для Pz.I Ausf.A не решили и он продолжал страдать ею.
- Проблема сброса гусениц была решена на Pz.I Ausf.B, где было жестко установлено свободное направляющее колесо.
Выводы и пояснения
1. По гусеничному движителю Л-трактора
Рассмотрим особенности конструкции ГД Л-трактора.
Опорные катки малого диаметра; гребни траков очень низкие; интервал между гребнями траков сравним с диаметром средних опорных катков; подпружиненная установка НК; ВК с цилиндрической опорной поверхностью и одним центральным зубчатым венцом.
Независимо от расположения ВК, такая ходовая часть как специально выполнена, чтобы терять гусеницы.
Чтобы значительно снизить вероятность сброса гусениц, в гусеничном движителе:
— должны быть как можно более высокие гребни траков (чтобы при попадании посторонних предметов между катком и траком снизить возможность накатывания катка на гребень). На Л-тракторе наоборот;
— опорный каток всегда должен быть во взаимодействии по крайней мере с одним гребнем. На Л-тракторе интервал между гребнями сопоставим с диаметром катка, что исключает постоянный контакт катка с гребнями;
— гусеница должна быть достаточно натянута. Здесь же при торможении в повороте гусеницы отстающего борта подпружиненное НК будет поджиматься, увеличивая свободно провисающую часть гусеницы между ВК и последним опорным катком, повышая тем самым вероятность схода последних опорных катков с беговой дорожки гусеницы;
— конструкция ВК должна обеспечивать снижение вероятности сброса гусеницы, это достигается использованием двух зубчатых венцов с большим пустым пространством между ними, специальными углублениями между зубьями ВК для выдавливания посторонних предметов и грязи. На Л-тракторе попадание предметов между барабаном ВК и траками может вызвать выход зубьев ВК из зацепления с траками и сход гусеницы с ВК.
Гусеничный движитель Л-трактора, вне зависимости от заднего расположения ВК, изначально спроектирован так, что он не может не терять гусеницы.
Если бы эта проблема была связана с задним расположением ВК, то именно эта конструкция, выполненная задом наперед, не должна была бы терять гусеницы. Однако, при развороте на 180 только один из выше указанных недостатков частично решится (из-за самоочистки верхней ветви гусеницы улучшатся условия работы ВК), но значительно возрастет влияние другого: подпружиненное ВК большее время работы будет находиться под максимальной нагрузкой с поджатой пружиной и, как следствие, снижением натяжения гусеницы.
Из «Конструкции и расчета» издания 1943 года [3, с. 712]:
2. По гусеничному движителю Pz.I Ausf.A
Утверждение, что для Pz.I Ausf.A ВК перенесли вперед для уменьшения вероятности сброса гусеницы не проходит проверку логикой и реальными фактами.
Во-первых, потому что в сравнении с Л-трактором у него совершенно иная конструкция ходовой части. Если бы имелась машина с ходовой частью Л-трактора и передними ВК с меньшей вероятностью сброса гусениц, то это утверждение было бы верным. При сравнении совершенно разных конструкций нельзя и ненаучно делать выводы о влиянии расположения ВК на сброс гусениц.
Во-вторых, прототипом выступал Виккерс-Карден-Лойд, а у него ВК уже стояли впереди! Поэтому о переносе ВК речь вообще не идет — они установлены ровно так, как на реальном прототипе, который разрабатывался британцами независимо от Л-трактора.
В-третьих, Pz.I Ausf.A имеет сравнительно малые размеры и для обеспечения достаточной длины опорной поверхности направляющее колесо одновременно выполняет функцию опорного катка, а в таких случаях ВК всегда размещаются впереди [4, с. 400]
Направляющее колесо, выполняющее одновременно роль опорного катка, подрессоривают, оно подвижно.
Преимущество — увеличение опорной поверхности. В остальном сплошные недостатки — несущее подрессоренное направляющее колесо не только передает часть веса машины на грунт, но и воспринимает огромные усилия со стороны натянутой ведущим колесом верхней ветви гусеницы. Последняя создает дополнительные нагрузки на рессору НК и стремится вывернуть его. Это требует дополнительного усиления конструкции. Более того, подвижное НК создает все условия для сброса гусеницы. Что мы и наблюдаем по приведённым выше цитатам.
Пример: современная немецкая легкая боевая машина Wiesel имеет очень короткую базу. Для обеспечения достаточной длины опорной поверхности компоновка её ходовой части аналогична компоновке ХЧ Pz.I Ausf.A, а диаметр несущего НК больше диаметра опорных катков.
3. Реальные причины
Почему же источники утверждают, что причиной установки трансмиссии и ВК впереди было снижение вероятности сброса гусеницы?
Поскольку трудно заподозрить немецких конструкторов в глупости, а среди буржуйских управленцев такие если не большинство, то не редкость, то лично мне очевидно, что сброс гусениц не был условием (причиной), но вполне мог послужить... поводом. Хорошим поводом отказаться от неудачной в целом конструкции в пользу намного более подходящей для нового лёгкого танка.
Нередко управленцы не могут вовремя оторваться от заведомо неудачного проекта, просто потому, что в него уже вложены какие-то средства и усилия. Они не понимают, что отказ от такого проекта не откатывает на исходные позиции — это реальный опыт, который будет учтён в следующем варианте. Чтобы протолкнуть новое решение, таким управленцам, возможно, «поездили по ушам» якобы неустранимой при заднем размещении ВК проблемой, хотя на самом деле проблема сброса гусениц Л-трактора связана вовсе не с установкой ВК сзади, а была присуща конструкции в целом.
Прошёл почти век и точно такие же, как упомянутые управленцы-манагеры, всерьез транслируют чушь про снижение вероятности сброса гусеницы при установке ВК впереди.
Автор: В. Чобиток
Источники информации
- T. L. Jentz, H. L. Doyle. Panzerkampfwagen III Ausf. A, B, C und D development and production from 1934 to 1938 plus the Leichttraktor and Krupp’s M.K.A. — Boyds, MD: Panzer Tracts, 2006. — 72 p. — (Panzer Tracts № 3-1)
- T. L. Jentz. Panzerkampfwagen I. Kleintraktor to Ausf.B. — Boyds, MD: Panzer Tracts, 2002. — Vol. 1. — 100 p. — (Panzer Tracts № 1-1)
- Танки. Конструкция и расчет / Под ред. проф. Н. И. Груздева. — Ташкент : ВАММ им. Сталина, 1943. — 792 с.
- В. А. Балдин. Теория и конструкция танков. — М. : МО СССР, 1975. — 443 с.