РПЗ (Сборник неизвестных вариантов)

1 ТЕХНИЧЕСКОЕ ЗАДАНИЕ

Разработать компоновочную схему сочленённой гусеничной машины, предназначенной для использования в качестве основного боевого танка. Башню с пушкой установить на втором звене. Экипаж три человека. Удельное давление на грунт не должно превышать 80 кПа. Обеспечить защиту в пределах безопасного угла маневрирования от бронебойных подкалиберных снарядов на дистанции 1200 м. Центр масс обоих звеньев в пределах их опорной поверхности. Масса машины и габариты не более предельных по железнодорожным перевозкам.

2 КОМПОНОВОЧНОЕ РЕШЕНИЕ И КОНСТРУКЦИЯ

2.1 Конструкция сочленённой гусеничной машины, её влияние на компоновку

Сочленённая гусеничная машина отличается от гусеничной машины классической компоновки конструкцией из двух звеньев, соединённых поворотно-сцепным устройством, и кинематическим способом поворота машины. В однозвенчатых машинах поворот осуществляется засчёт разной скорости перематывания гусениц (бортовой способ поворота). Центр поворота располагается со стороны борта отстающей гусеницы. Такой способ позволяет осуществлять поворот с малыми радиусами (минимальным радиусом является половина колеи машины, когда гусеницы перематываются с одной скоростью в разном направлении), но чтобы сохранить скорость движения, бывшую до входа в поворот, необходимо увеличить скорость перематывания забегающей гусеницы, что характеризуется большими затратами мощности. При кинематическом способе поворота скорость всех гусениц остаётся неизменной и равной скорости машины до входа в поворот, а поворот осуществляется засчёт складывания звеньев в плоскости опорной поверхности. Поворот сочленённой гусеничной машины напоминает поворот колёсной машины, у которой колёса передней оси поворачиваются относительно колёс задней, и поворот происходит из-за увода в сторону носовой части относительно кормовой части, движущейся в исходном направлении.

Перед бортовым способом поворота кинематический способ имеет следующие преимущества:

• Скорость перематывания гусениц обоих бортов остаётся неизменной.

• Процессы проскальзывание удалённых траков менее интенсивны.

Последнее происходит из-за того, что при равной длине двухзвенчатой и однозвенчатой машины, звенья двухзвенчатой машины изгибаются по окружности поворота. Это позволяет увеличить длину машины как минимум вдвое, а следовательно и её массу при том же давлении на грунт.

Недостатком кинематического способа поворота являются меньшие возможные радиусы поворота. Основным для сочлененной гусеничной машины является кинематический способ поворота, однако если сохранить в конструкции возможность отдельно изменять скорости вращения ведущих звездочек обоих бортов, то останется и возможность поворачиваться при помощи бортового способа, и, более того, возможна комбинация бортового и кинематического способа поворота, когда при сгибании звеньев происходит и увеличение скорости перематывания гусениц на одном борту.

Складывание звеньев возможно как в плоскости опорной поверхности, так и в продольной плоскости, и второе позволяет за счёт больших углов складывания преодолевать значительно более высокие препятствия, чем способны преодолеть однозвенчатые машины. В однозвенчатых машинах высота преодолеваемых препятствий ограничивается высотой гусеничного обвода, а именно высотой расположения направляющего колеса (или ведущей звёздочки для машин с передним расположением моторно-трансмиссионного отделения), но увеличение этой высоты связано как с увеличением массы, так и с увеличением общей высоты машины, а следовательно со снижением её защищённости. В сочленённых гусеничных машинах преодоление препятствия происходит засчёт принудительного поднятия носовой части, и чем больше угол подъёма, тем на более высокий барьер может взобраться машина. Вообще лучшая проходимость сочленённой гусеничной машины не ограничивается преодолением препятствий, созданных засчёт возвышений рельефа местности. Так принудительная фиксация звеньев и большая длина сочленённой машины позволяет преодолевать более широкие канавы, возможность сгибания звеньев и соответствующее изменение контура машины позволяет преодолевать множество препятствий связанных с формой рельефа местности.

2.2 Электрическая трансмиссия

Цепочка трансмиссии состоит из следующих элементов:

1. Дизельный двигатель

2. Генератор постоянного тока

3. Двигатель постоянного тока на каждом борту каждой секции

4. Бортовой редуктор

Момент подводится через четыре электродвигателя (два в передней секции на каждом борту и два в задней секции) к ведущим звёздочкам обоих секций. Механик-водитель может регулировать напряжение на каждом отдельном двигателе, таким образом, независимо меняя скорости вращения ведущих звездочек. Электрическая трансмиссия позволяет осуществлять поворот бортовым способом, возможно также осуществлять перематывание гусениц только одной секции.

2.3 Поворотно-сцепное устройство

Поворотно-сцепное устройство состоит из шарнира, обеспечивающего взаимное перемещения секций с тремя степенями свободы (складывание звеньев в продольной плоскости и плоскости опорной поверхности, поворот звеньев в поперечной плоскости) и гидроцилиндров, при помощи которых возможно осуществлять принудительное складывание звеньев.

Шарнир состоит из четырёх труб, образующих ферму. Две трубы соединены цилиндрическим шарниром с первой секцией, и позволяют осуществлять поворот в плоскости опорной поверхности, а две другие соединены таким же шарниром со второй секцией, и позволяют осуществлять сгибание звеньев в продольной плоскости. Ферма крепится ко второй секции через внутреннее кольцо подшипника, который позволяет осуществлять взаимный поворот звеньев в поперечной плоскости.

Все перечисленные допустимые перемещения звеньев, кроме вращения в поперечной плоскости, можно осуществлять и принудительно при помощи гидроцилиндров. Гидроцилиндры работают в гидросистеме, состоящей из бака, насоса, клапанов, золотников, демпферов и самих гидроцилиндров. Гидроцилиндры представляют собой цилиндры, заполненные водой, и разделённые поршнем на две секции. Гидроцилиндры крепятся к шарниру, и жидкость к ним подводится через бронированные шланги. Чтобы осуществить складывание звеньев жидкость при помощи насоса подаётся в одну из секций. Давление жидкости заставляет перемещаться поршень (при этом жидкость из второй секции вытесняется обратно в бак), и шток в зависимости от того, в какую секцию была подана жидкость, выдвигается или задвигается. Два гидроцилиндра установлены в продольной плоскости машины по обе стороны от шарнира и крепятся к сцепному устройству одним концом и к корпусу второго звена другим. Таким образом поворот машины в плоскости опорной поверхности не вызовет сложения цилиндров, так как они развернутся вместе со вторым звеном, не будучи жестко соединёнными с первым. Для принудительного сложения в поперечной плоскости шток цилиндра, который расположен выше шарнира, задвигается, а шток второго цилиндра задвигается. Аналогично два гидроцилиндра, осуществляющих поворот в горизонтальной плоскости, крепятся к шарниру и корпусу первой секции.

При помощи демпферов, расположенных в корпусе машины, гидроцилиндры, осуществляющие сложение в продольной плоскости, могут работать в качестве амортизаторов, уменьшая амплитуду продольно-угловых колебаний. Стопорением жидкости в гидроцилиндрах можно осуществлять фиксацию звеньев в заданном положении.

2.4 Концепция установки башни во второй секции

Установка башни во второй секции при расположении моторно-трансмиссионного отделения в первой имеет как достоинства, так и ряд существенных недостатков перед альтернативной компоновкой, когда башня расположена в первой секции. Среди достоинств следует отметить высокую универсальность первой секции. Она может быть использована как в качестве первой секции основного боевого танка, так и в качестве первой секции любой другой сочленённой гусеничной машины (например, БМП и тягача). При этом установка электродвигателей во второй секции необязательна, она может быть ведомой.

Точным складыванием звеньев в продольной плоскости в направлении поднятия поворотно-сцепного устройства (нос второго звена поднимается, кормовая часть остаётся на опорной поверхности) можно значительно увеличить угол возвышения пушки без разворота башни.

К недостаткам относятся:

• Необходимость поднимать пушку или отводить её в сторону, чтобы при складывании звеньев не происходило удара пушки о первое звено.

• Малый угол склонения пушки по той же причине, что и в первом случае. Без увеличения высоты башни больший угол может быть обеспечен только при повороте башни.

• Экипаж разделён по секциям (механик-водитель в первой секции, командир и наводчик – во второй).

• Жалюзи воздушного тракта не могут быть расположены за эффективно забронированной башней и понижают защищённость танка.

2.5 Окончательное компоновочное решение

Машина состоит из двух секций, соответствующих двум звеньям сочленённой машины. В первой секции находятся:

• Механик-водитель (место механика водителя расположено у носа машины). При помощи оптических приборов наблюдения механик-водитель имеет хороший обзор. Над местом механика водителя предусмотрен люк для выхода.

• Моторно-трансмиссионное отделение, состоящее из двух дизель-генераторов, двух электродвигателей в корме машины. Момент подводится через электродвигатели и гитару и задней звездочке первого звена.

• Радиаторы и вентиляторы.

Радиаторы и вентиляторы выполнены в одном корпусе (кольцевой радиатор охватывает вентилятор). Вентилятор засасывает воздух через впускные жалюзи и продувает им кольцевой радиатор. Воздухом также продувается и всё моторно-трансмиссионное отделение. Выпускные жалюзи находятся в корме первого звена.

Во второй секции находятся:

• Башня с пушкой (Д-81 ТМ) и автоматом заряжания.

• Командир и стрелок-наводчик.

• Дополнительная боеукладка.

• Электродвигатели. Электродвигатели питаются током от дизель-генераторов первой секции. Момент подводится к задним звездочкам второго звена.

Автомат заряжания расположен по схеме размещения боеукладки в корпусе машины (автомат заряжания основных танков Т-72 и Т-90). Боеукладка на 22 выстрела размещена во вращающемся транспортере. На линию досылания выстрел выводится при помощи механизма подъёма. Досылание осуществляется цепным досылателем. Улавливание стреляных поддонов происходит при помощи механизма улавливания, установленного на пушку, удаление происходит через специальный лючок в корме башни.

Дополнительная боеукладка состоит из 17 выстрелов (11 выстрелов расположены рядом с топливным баком, 6 выстрелов вдоль бортов машины).

Звенья машины разной длины. Длина первого звена 5340 мм, длина второй – 4240 мм. Изначально предполагалось использовать звенья равной длины, но с целью уплотнения компоновки длина второй секции была сокращена. Уменьшение объёма машины позволило увеличить толщину броневых листов при равной массе. Вместе с сокращением длины второй секции уменьшилось и число катков по бортам этой секции с четырёх до трёх. Уменьшение длины гусеничного обвода при равной массе ухудшило давление на грунт, что потребовало увеличения длины опорной поверхности.

3 РАСЧЕТ ТОЛЩИНЫ БРОНЕВЫХ ЛИСТОВ

Расчет броневой защиты ведется при помощи номограммы, на которой указана зависимость необходимой для непробития толщины брони от дальности выстрела и угла встречи.

Угол встречи вычисляется по геометрической зависимости и равен:

, где:

• b – угол наклона детали по отношению к вертикали.

• g – угол подворота детали – угол между нормалью и продольной осью машины.

• q_р – расчетный курсовой угол.

Расчетный курсовой угол выбирается в зависимости от угла безопасного маневрирования (для корпуса он равен 20°, для башни 35°) и курсового угла обстрела (угол между вектором скорости и продольной осью машины) и равен меньшему из них:

если g < q_бм ,то q_р = g ;

если g > q_бм ,то q_р = q_бм .

3.1 Расчет броневых листов корпуса

На рисунке номерами обозначены расчетные броневые листы. Толщина броневых листов, не обозначенных на рисунке, принимается равной 40 мм, что обеспечивает защиту от автоматических пушек. Не расчётной является броня крыши, кормы и днища, в которую попадание выстрела основного танка при соблюдении угла безопасного маневрирования является наименее вероятным. Не рассчитываются также листы, защищённые экраном местности. Не рассчитывается лобовой лист второй секции, защищённый расположенной спереди второй секцией.

1. Расчет броневого листа №1 (лобовая броня)

Угол безопасного маневрирования:

q_бм = 20°;

Угол подворота детали:

g = 0°;

Угол наклона листа к вертикали: