ПУТИ ПОВЫШЕНИЯ ПОДВИЖНОСТИ ТАНКОВ

(в порядке дискуссии)

В. А. КОЛЕСОВ

Вестник бронетанковой техники №10. 1988

Подвижность танков — основное боевое свойств, включающее такие частные свойства как быстроходность, проходимость и автономность. На формирование подвижности оказывают влияние все составные части шасси, в том числе трансмиссия и системы управления движением.

Требования к подвижности танков длительный период формулировались как требования к быстроходной транспортной гусеничной машине высокой проходимости. Оговаривалась средняя скорость движения по дороге, возможность преодоления различных препятствий, нормировались тягово-динамические характеристики, запас хода, т. е. задава­лись параметры так называемой оперативной по­движности, характеризующие способность танков совершать марши по дорогам в составе подразде­лений.

В 60-х гг. за рубежом к танкам начали предъяв­лять требования, выполнение которых обеспечива­ет возможность маневра на поле боя с целью умень­шения вероятности поражения, т. е. тактическую подвижность. Высокая тактическая подвижность требует повышенной удельной мощности для быст­рого разгона, значительной управляемой скорости движения задним ходом (до 0,5 v_max ), возможности разворота на месте вокруг центра тяжести тан­ка с высокой угловой скоростью (не более чем за 10 с, на 360°), дублированного управления движе­нием и огнем (от командира), автоматического пе­реключения передач, мощных тормозов и системы подрессоривания, обеспечивающей точную стрель­бу с ходу на высоких скоростях.

До недавнего времени такие требования к оте­чественным танкам не предъявлялись. Некоторым составляющим подвижности (особенно управляе­мости, входящей в быстроходность) в отечествен­ном танкостроении уделялось недостаточно внима­ния, поскольку совершенствование составных ча­стей трансмиссии, требующее усложнения их конст­рукции и освоения новых технологических процес­сов, сдерживалось возможностями промышленно­сти. В период второй мировой войны отечественные танки уступали немецким в управляемости прямо­линейным движением и поворотом, однако это не помешало признать танк Т-34 лучшим массовым танком. В тот период решение военно-промышлен­ных проблем за счет некоторого ухудшения пока­зателей подвижности (в частности управляемости) было вполне оправданно.

Отставание наших танков от зарубежных по не­которым показателям подвижности, сохранившееся в послевоенные годы, стало особенно заметным, когда в конце 40-х гг. в США было разработано семейство гидромеханических трансмиссий (ГМТ) типа «Кросс-Драйв», в которых нашли применение новые трансмиссионные элементы:      комплексные гидротрансформаторы (ГТ); металлокерамические диски трения (МКД), работающие в масле и имею­щие стабильный коэффициент трения; гидравличе­ская система, осуществляющая смазку, охлаждение трансмиссии и полное сервирование управления.

Переход от механических трансмиссий (MT) к ГМТ определялся рядом преимуществ последних. Гидротрансформаторы существенно расширили си­ловой и скоростной диапазоны в пределах одной передачи, что позволило уменьшить число передач, облегчить управление и упростить его автоматиза­цию; возможность плавного приложения тягового усилия к ведущим колесам повысила проходимость танков по грунтам с низкой несущей способностью; демпфирующие свойства ГТ существенно снизили динамические нагрузки и повысили надежность как трансмиссии, так и двигателя [1].

В США ГМТ устанавливались на серийные ВГМ всех категорий по массе. В 60-е гг. ГМТ устанавли­вались на ВГМ и в ФРГ; в 80-е гг. ГМТ применя­ются во всех 14 капиталистических странах, разра­батывающих танки.

В отечественном танкостроении первые работы по созданию ГМТ и их элементов были закончены в начале 50-х гг. Отечественные опытные ГМТ по своим характеристикам (в том числе по КПД) пре­восходили трансмиссии типа «Кросс-Драйв», т. к. имели более совершенные кинематические схемы. В них применялись гидротрансформаторы, превосхо­дящие по характеристикам американские. Опытные ГМТ обеспечивали танкам более высокие показа­тели подвижности, чем американские ГМТ «Кросс-Драйв» типа CD-850-2. Аналогичные кинематиче­ские схемы ГМТ появились в США значительно позже в трансмиссиях серии XT (XTG-411, XTG-250). Однако ГМТ не были внедрены в то время в отечественные танки. В конце 50-х гг. КБ, возглавляемое Морозовым А. А., было предложено моторно-трансмиссионное отделение (MTO)¹ с планетарными бортовыми коробками передач (БКП) и специальным дизельным двигателем (ти­па 5ТД), расположенным между ними. Это MTO отличалось минимально возможным объемом, что, наряду с другими мерами по минимизации агрега­тов и систем, позволило существенно сократить массу шасси и использовать для усиления защиты. Новая компоновка была реа­лизована в танках Т-64 и Т-64А, создание которых на долгие годы обеспечило превосходство наших танков по боевой эффективности над танками ка­питалистических стран.

¹MTO — пространство в корпусе танка, ограниченное крышей, днищем, бортами, моторной перегородкой и кормо­вым листом.

Таблица 1. Характеристика МТУ танков 70-х гг.

В последующие годы с БКП были разработаны танки Т-72 и Т-80.

Из табл. 1 видно, что у отечественных танков объем МТУ¹ составляет 38...57 % зарубежных, а их объемная мощность выше зарубежных в 1,9— 2,9 раза.

Объем МТУ танка Т-72 больше, чем танка Т-64А, из-за установки двигателя типа В-2, который нельзя разместить между БКП, подобно двигателю типа 5ТД, поэтому он сдвинут вперед и соединен с БКП входным редуктором; т. е. в этом танке ут­рачено главное преимущество компоновки с БКП. Минимальный объем МТУ в танке Т-80 получен за счет размещения между БКП газотурбинного дви­гателя (ГТД) без теплообменника.

¹В МТУ входят только трансмиссия и двигатель с системами охлаждения, воздухоочистки, пуска и т. д., т. е. объем МТУ меньше объема МТО.

Трансмиссия с БКП имеет еще ряд преиму­ществ: более высокий КПД, чем в ГМТ; часть теп­лоты, выделяемой в трансмиссии, поглощается кор­пусом танка, разгружая систему охлаждения. Кро­ме того, в связи с тем, что фрикционные элементы и планетарные ряды БКП рассчитываются на пере­дачу повышенной мощности при повороте, они бо­лее долговечны, чем центральная механическая трансмиссия. Однако совмещение функций коробки передач, механизма поворота и остановочных тор­мозов на одних и тех же элементах БКП, а также недостатки кинематической схемы привели к огра­ничению показателей оперативной подвижности танка из-за недостаточной управляемости прямо­линейным движением и поворотом и высокой ди­намической нагруженпости MT.

Скорость движения задним ходом танков Т-64А и Т-72 составляла всего 4,2 км/ч , танка Т-80 — 10,7 км/ч ; автоматика, дублированное управление движением от командира и возможность разворота на месте отсутствовали.

Недостатком трансмиссий этих танков являлась также сложность монтажа в связи с раздельным расположением БКП, бака, насосов, составных частей гидросистемы управления, связанных трубо­проводами и механическими приводами [1, 2].

Требования обеспечения тактической подвижно­сти к танкам Т-64А, Т-72 и Т-80 не предъявлялись.

Основные танки США, Англии и ФРГ, выпускае­мые в одно время с Т-64А, имели весьма совершен­ные трансмиссии. Так, в английский танк «Чифтен» устанавливалась механическая трансмиссия «Мер­рит-Вильсон» (ΤΝ-12), имеющая центробежный главный фрикцион с автоматическим управлением (обеспечивающим плавное трогание с места), пла­нетарную К.П с полуавтоматическим управлением и многорадиусный МП. Оперативная подвижность танков с трансмиссиями CD-850 и TN-12 ограничи­валась только низкой удельной мощностью; требо­вания по тактической подвижности к этим танкам также не предъявлялись.

Танк ФРГ «Леопард-1» был первым, в котором реализованы требования тактической подвижности. Этот танк начали серийно производить практически одновременно с танком Т-64А; на него устанавли­валась ГМТ 4НР-250, которая имела электрогидравлическую систему управления, автоматическое переключение передач, дублированное управление движением от командира. Танк обладал достаточ­но высокой удельной мощностью и имел высокую скорость движения задним ходом ( 25 км/ч ). Пре­восходя танк Т-64А по всем видам подвижности, танк «Леопард-1» уступал ему по защите и воору­жению, хотя имел массу на 5 т больше.

Таким образом, и новое поколение отечествен­ных танков, существенно превосходя все зарубеж­ные танки по боевой эффективности, уступало им по некоторым показателям подвижности, как и в начале Великой Отечественной войны, хотя такое положение уже не диктовалось ограниченными воз­можностями промышленности; оно стало возмож­ным только в связи со стремлением получить минимальный объем МТУ.

Возник вопрос: нельзя ли при достигнутых объ­емах MTO получить высокие показатели подвижно­сти? Еще в начале 70-х гг. была завершена работа по созданию опытного образца ГМТ для MTO тап­ка Т-72. В MTO танка T-64A ГМТ нельзя было установить, так как с двигателем типа 5ТД цент­ральная трансмиссия не компонуется, такие двига­тели приспособлены для МТУ только с БКП.

Сравнительные испытания макета с опытной ГМТ (индекс ГМТ-69021) и танка Т-64А показали полное преимущество ГМТ над БКП. Макет (опыт­ный танк) с ГМТ-69021 имел более высокую управ­ляемость поворотом, более совершенное управле­ние тормозами и более высокую топливную эконо­мичность. Высокая тактическая подвижность обес­печивалась полнореверсивной коробкой передач, автоматическим переключением передач и блоки­ровкой ГТ, дублированным управлением движени­ем от командира и разворотом вокруг центра тя­жести танка.

По показателям подвижности опытный танк с ГМТ-69021 ни в чем не уступал танку «Леопард-1», а ГМТ-69021 превосходила ГМТ 4НР-250 по КПД при меньшей на 380 кг массе. Объем МТУ опытного танка с ГМТ-69021 был таким же, как у танка Т-72.

Таким образом была доказана реальная возмож­ность разместить современную ГМТ в уменьшенном объеме МТО, что может обеспечить танку высокую подвижность как оперативную, так и тактическую [2].

При создании ГМТ-69021 не удалось решить один вопрос — создать быстросъемный трансмисси­онно-силовой блок, т. к. двигатель типа В-2 не поз­волил создать блочную с ГМТ конструкцию.

Несмотря на достигнутые успехи, внедрить ГМТ-69021 на танк Т-72 не удалось; в целях уни­фикации с танком Т-64А на нем была установлена трансмиссия с БКП.

Несколько позже возможность размещения в малогабаритном MTO современной ГМТ была под­тверждена созданием блока ГМТ с двигателем ти­па 2В-16.

Надо было решить и другой вопрос: насколько можно повысить показатели подвижности танков с БКП при сохранении их основного преимущества — минимального объема МТО.

Наибольшее внимание при этом было уделено совершенствованию управляемости поворотом. Из­вестно, что на танках с БКП имеет место дискрет­ное управление, т. к. использованию следящей си­стемы препятствуют следующие факторы: запаз­дывание заполнения бустеров БКП в связи с боль­шим их объемом и высоким сопротивлением гидротрасс; разные коэффициенты запаса фрикционных элементов БКП, существенно изменяющие от пере­дачи к передаче зону регулирования радиуса пово­рота по ходу рычага; кинематическая схема БКП, не позволяющая получить рациональное значение радиусов поворота [3]. Испытания, проведенные в различных условиях, показали, что у танка с БКП при повороте скорость снижается на 50 % в то вре­мя как у танка с центральными гидромеханически­ми трансмиссиями скорость снижается значитель­но меньше (опытного танка с ГМТ-69021 — на 10 %, М-60А1 с трансмиссией CD-850 — на 15%).

Экспериментально установлено, что имеется возможность несколько повысить управляемость поворотом танков с БКП. Для этого необходимо увеличить площадь проходных сечений гидротрасс в БКП, изменить конструкцию и характеристику механизмов распределения и повысить подачу на­ гнетающего насоса, чтобы сократить время запол­нения бустеров до 0,2 с. Сложнее обеспечить тре­буемые радиусы поворота, расчетные значения ко­торых на III и IV передачах (танков Т-64А и Т-72) не обеспечивают вписывания танка в поворот. Из­менение расчетных радиусов БКП требует измене­ния разбивки передач, что невозможно, а поиск но­вой кинематической схемы БКП пока не увенчался успехом. Однако, если будет обеспечено управле­ние поворотом за счет пробуксовки фрикционных элементов (при использовании рассмотренных вы­ше технических решений), то на высших передачах управляемость существенно повысится (на III и IV передачах ограничения останутся [3]).

Наиболее эффективным средством повышения управляемости поворотом танков с БКП является внедрение механизма поворота (МП) с гидрообъ­емной передачей (ГОП), что показали сравнитель­ные испытания танка Т-80 и ВГМ промежуточной категории по массе с ГМТ и МП с ГОП (табл. 2).

Таблица 2. Результаты сравнительных испытаний танка Т-80 с БКП и ВГМ с ГМТ и МП с ГОП на бетонной дороге

Из таблицы видно, что, несмотря на меньшую удельную мощность ВГМ с ГМТ и МП с ГОП, по­следняя показала большую скорость движения за счет меньшего ее падения при повороте.

Для трансмиссии с БКП была предложена но­вая схема МП с ГОП с размещением всех элемен­тов МП на входе в БКП. Испытания этого МП на танке Т-80 показали, что на отдельных поворотах скорость движения возросла на 33, при гололеде — на 40, по совокупности трасс — на 10...12%. Кро­ме того, число переключений передач в БКП умень­шилось в 30—50 раз, что повышает долговечность БКП в 1,5—2 раза.

Улучшение управляемости прямолинейным дви­жением танка с БКП может быть осуществлено за счет введения в трансмиссию устройства програм­много включения фрикционных элементов (устройство плавности). Такое устройство успешно работает на танке Т-80 и проверено в ходовых условия; на танке с БКП и с поршневым двигателем. При­менение устройства плавности упростит управление уменьшит потери скорости при переключении передач, позволит автоматизировать весь процесс управления БКП при прямолинейном движении, что не только облегчит управление, но и повысит топливную экономичность на 10...20 %.

Автоматизация переключения передач потребу­ет разработки специального устройства, обеспечи­вающего электрогидравлическое управление рас­пределителями.

Требует существенной переделки и привод к тор­мозам. В связи с тем, что педаль тормоза имеет большой ход и требует большого усилия, пользова­ние тормозами неудобно. Введение на танке Т-72 кнопки подтормаживания, которая не только подключает тормоза, обеспечивая рабочее подтормаживание, но и приводит педаль тормоза в удобное положение, повысило среднюю скорость движения на 4%. При удобном расположении педали и при соответствии усилия медико-техническим требова­ниям управление станет аналогичным всем транс­портным машинам [4].

Реализация перечисленных технических реше­ний позволит улучшить управляемость поворотом и прямолинейным движением, т. е. повысить опера­тивную подвижность. Для улучшения тактической подвижности необходимо внедрить дублированное управление движением от командира танка. Дру­гих показателей тактической подвижности (вклю­чая высокую скорость движения задним ходом и разворот вокруг центра тяжести) достигнуть с су­ществующими БКП не представляется возможным; необходимо найти другую кинематическую схему БКП.

Не может быть улучшена ремонтопригод­ность MTO с БКП. Наоборот, по мере совершенст­вования управления в MTO будут появляться до­полнительные устройства, трубопроводы и приво­ды, что повлечет за собой ухудшение ремонтопри­годности. Кроме того, введение МП с ГОП для БКП, автоматизация и другие усовершенствования требуют не только усложнения конструкции МТУ, но и увеличения объема МТО.

Таблица 3. Характеристика МТУ новых зарубежных танков

Из вышеизложенного видно, что дальнейшее со­вершенствование трансмиссий с БКП, требующее большей конструкторской работы, не позволит до­биться высоких характеристик подвижности, кото­рыми должны обладать современные танки.

Чтобы противостоять нашим танкам Т-64А, Т-72 и Т-80 по боевой эффективности, зарубежные спе­циалисты пошли на существенное увеличение мас­сы танков (до 55...60 т). Для сохранения высокой подвижности были использованы более мощные двигатели (1100 кВт) и гидромеханические транс­миссии с ГОП в МП. Объемы МТУ танков нового поколения, как и предыдущего, остались большими:

у танка «Леопард-2» — 6,8 м³ , у танка M-1 —5,8 м³.

В настоящее время отставание наших танков по подвижности стало очевидным, т. к. теперь не толь­ко серийные танки M-1, «Леопард-2», «Челленджер», но и опытные танки «Леклерк» (Франция), «90» (Япония) по характеристикам подвижности вышли на более высокий уровень. Меньшую массу танков едва ли можно считать существенным преи­муществом, если они близки по защите и вооруже­нию зарубежным, уступая им по подвижности.

Зарубежные специалисты ведут интенсивные работы по «обжатию» агрегатов и систем с целью уменьшения объема МТУ (табл. 3). Можно ожи­дать появления новых зарубежных танков с мало­габаритной МТУ (объемом 4,0...4,5 м³) и с более высокими показателями подвижности, чем M-1 и «Леопард-2». Например, в США принята програм­ма AIPS, по которой к середине 90-х гг. должно быть создано МТУ для танка M-1Al (с поперечным расположением двигателя объемом 2,9.. 4,6 м³ ) с уменьшенным расходом топлива на 20...50 % [5].

Проводимые ранее и ведущиеся у нас сейчас ра­боты по новым МТУ дают возможность прогнози­ровать их объем.

Анализируя данные табл. 4, можно сделать вы­вод, что только «классическое» сочетание специа­льного двигателя и БКП позволяет сохранить не­большой объем МТУ. Внедрение МП с ГОП и дру­гие мероприятия по повышению подвижности, в том числе повышение мощности двигателя, приводят к увеличению объема МТУ примерно до 4 м³ , что не­сколько превосходит объем МТУ с центральными ГМТ без МП с ГОП. Таким образам, совершенство­вание МТУ с БКП приводит к утрате его преиму­щества по объему над МТУ с центральными ГМТ при сохранении ряда присущих им недостатков.

Дальнейшее повышение мощности двигателя до 1100 кВт ( 1500 л . с.) и внедрение МП с ГОП уве­личит объем МТУ и с ГМТ.

Объем МТУ с ГТД во многом зависит от путе­вого расхода топлива. Использование ГТД без теп­лообменника позволяет создать МТУ с БКП и МП с ГОП почти такого же объема как у танка Т-80 ( 2,5 м³ ). Повышение же топливной экономичности (за счет использования теплообменника, вспомога­тельной энергоустановки и др.) приведет к увели­чению объема МТУ. Если же топливная экономич­ность ГТД все же будет уступать поршневому дви­гателю, то для компенсации повышенного расхода топлива в MTO необходимо дополнительно занять объем топливом, который придется отнести к объ­ему МТУ (при сравнении с силовой установкой, включающей поршневой двигатель). Можно пред­положить, что объем МТУ с ГТД при условии внед­рения всех мероприятий по повышению подвижно­сти (в том числе топливной экономичности) будет достигать 3,0...4,0 м³.

Taблица 4. Характеристика опытных отечественных МТУ

Надо также отметить, что МП с ГОП размеща­ется в редукторе ГТД, что способствует экономии объема МТУ, как и размещение ГТД между БКП. Применение центральной трансмиссии с ГТД при­ведет к некоторому увеличению объема МТУ, хотя и позволит устранить многие недостатки, присущие БКП.

Таким образом, наиболее существенный выиг­рыш по объему МТУ был получен в комбинации БКП со специальным двигателем типа 5ТД ( 2,6 м³ ). Использование других двигателей ведет к проигры­шу в объеме МТУ ( 3,1 м³ ), делая его таким же, как при использовании центральной ГМТ (ГМТ-69021), которая позволяет обеспечить луч­шие показатели подвижности.

Внедрение в трансмиссию с БКП МП с ГОП, гидрозамедлителя и др. при одновременном повы­шении мощности двигателя приводит к увеличению объема МТУ примерно до 4 м³ , что соответствует объему МТУ с центральной ГМТ, имеющей МП с ГОП и обеспечивающей более высокие показатели подвижности и более высокую ремонтопригодность.

Сопоставление объемов разрабатываемых оте­чественных и зарубежных МТУ показывает, что в ближайшее время можно ожидать их сближения (в пределах 4,0...4,5 м³), т. е. наше преимущество по объему МТУ будет утрачено. В этом случае совершенно недопустимо уступать зарубежным тан­кам по подвижности.

Выводы: 1. С целью повышения подвижности, представляется целесообразным разрабатывать и внедрять ГМТ для основного танка. 2. Для выбора типа трансмиссии с ГТД и компоновки МТУ тре­буется исследование различных вариантов с ана­лизом получающихся объемно-массовых показате­лей, характеристик подвижности и ремонтопригодности.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Антонов В. М., Зайцев В. А., Колесов В. А., Степа­нов В. А. Состояние и перспективы развития трансмиссий и систем управления движением // Вопросы оборонной техники. Сер. XX. Вып. 50—51. 1974.
2. Вопросы оборонной техники. Сборник статей по ГМТ-69021 / Под ред. В. А. Иванова и В. А. Колесова. Сер. XX. Вып. 59—60. 1975.
3. Колесов В. А. Управление поворотом современных оте­чественных гусеничных машин // Вестник бронетанковой техники. 1972. № 6.
4. Саблин К. Л. Некоторые пути совершенствования тан­ковых тормозных систем // Вопросы оборонной техники. Сер. XX. Вып. 50—51.
5. Army, 1987. № 7. AEVEngine: One More Round in Diesel-Turbine Contretemps.           

Статья поступила в редколлегию 19.04.88.