книги из ГПНТБ / Никитин А.О. Теория танка учебник

воздухоочистителем возрастает в данном случае не на величину разрежения в машине, а на меньшую величину. Это объясняется тем, что при повышенном разрежении в танке через воздухоочисти­ тель будет проходить меньшее по весу количество воздуха (весовой заряд) и, следовательно, на данном скоростном режиме работы двигателя сопротивление воздухоочистителя будет меньше.

Влияние разрежения в машине на снижение мощности двига­ теля будет проявляться по-разному в зависимости от типа установ­ ленного в тайке двигателя.

Поскольку воздухоочистители танковых дизелей в обычных ус­ ловиях эксплуатации создают большое разрежение на всасывании, то относительно небольшое его увеличение вследствие разрежения в танке не может заметно сказаться на развиваемой двигателем мощности. Некоторое уменьшение коэффициента наполнения дви­ гателя хотя и наблюдается при увеличении разрежения в машине, однако у дизеля это практически не приводит к снижению мощно­ сти.

Таким образом, потерн мощности двигателя в связи с созда­ нием разрежения в танке при подводном вождении для дизеля не­ существенны и ими можно пренебречь.

При наличии карбюраторного двигателя влияние разрежения в машине на снижение мощности будет уже ощутимым, что обуслов­ ливается прежде всего уменьшением коэффициента наполнения

двигателя.

Противодавление выхлопу, как известно, зависит от конструк­ ции выхлопных устройств, возрастая с увеличением нагрузочных и скоростных режимов работы двигателя. Работа двигателя в танке под водой сопровождается дополнительным увеличением противо­ давления на выхлопе, тем большим, чем больше погружение тан­ ка. Установка клапанов на выхлопных патрубках для предотвра­ щения попадания воды в двигатель при его остановке под водой также увеличивает противодавление выхлопу.

Дополнительные потери мощности двигателя, связанные с уве­ личением противодавления на выхлопе, при подводном вождении танка могут быть определены для четырехтактных поршневых дви­ гателей по известной общей зависимости v

д,/ _ Р' ВЫ-Х^Л»

В»1Х 900

где р ' — дополнительное противодавление выхлопу, обусловлен­

ное погружением танка в воду и постановкой предохра­ нительных клапанов на выпускных патрубках.

В свою очередь величина рвь|Х определяется выражением

549

/;.кл —высота расположения предохранительных клапанов на выхлопных патрубках от уровня грунта в см\

ркл — возрастание противодавления на выхлопе от сопротив­ ления пружин предохранительных клапанов в кг\см‘К

Поскольку сопротивление ркл незначительно возрастает с уве­ личением оборотов двигателя, то дополнительные потери мощности

на противодавление выхлопу (A'Bblx) при работе двигателя под

водой можно принимать изменяющимися от оборотов по линейной зависимости.

Затраты мощности на приводные вентиляторы (центробежные и осевые) системы охлаждения танка, занимающие в балансе рас­ хода мощности двигателя существенное место, в условиях загерме­ тизированного корпуса машины снижаются. Это объясняется уменьшением количества воздуха, просасываемого вентилятором. Вследствие разрежения в танке уменьшается плотность воздуха, а герметизация корпуса сказывается на производительности (и за­ траты мощности на привод) вентилятора так же, как и перекрытие впускных и выпускных воздухопритоков системы охлаждения в обычных условиях эксплуатации танка (см. часть I, глава 2 , § 1 ), а именно: резко сокращается производительность вентилятора и сни­ жается мощность, затрачиваемая на его привод.

Попадание внутрь танка даже относительно небольшого коли­ чества воды, неопасного по условиям затопления машины, может привести к значительному снижению развиваемой двигателем мощ­ ности и даже к заглоханию двигателя. Это объясняется следующи­ ми причинами. Обычно при движении под водой вследствие умень­ шения отвода тепла в окружающую среду значительно повышает­ ся температура агрегатов моторно-трансмиссионного отделения. Разбрызгивание (распыление) вентилятором попадающей в маши­ ну воды на мелкие частицы при высокой температуре в моторно­ трансмиссионном отделении приводит к сильному повышению влажности воздуха, поступающего в двигатель, а это, как известно, уменьшая коэффициент наполнения-^ , вызывает снижение мощно­

сти двигателя тем большее, чем больше влажность и температура воздуха.

Если лопатки вентилятора расположены вблизи днища, то даже при небольшом количестве воды в танке интенсивное раз­ брызгивание ее приведет к попаданию воды в воздухоочистители, а оттуда в камеры сгорания, что может вызвать заглохание двига­ теля. Погружение ло'паток вентилятора в поду на значительную глубину, наиболее вероятное при наклонах танка, например при выходе из реки, оказывает непосредственное сопротивление его вращению. При этом возможна поломка самого вентилятора или его привода.

Таким образом, преодоление танком водных преград под водой на глубине 4—5 м, хотя и сопровождается изменением затрат мощ­ ности в моторной установке, но не приводит к существенному сни-

550

.жению мощности двигателя вследствие повышения давления на вы­ хлопе и создания разрежения в машине. Дизели в этом отношении имеют преимущества перед карбюраторными двигателями. Про­ никновение же воды в танк можно свести к такому количеству, ко­ торое не будет вызывать серьезных отрицательных последствий.

Более значительные трудности при подводном вождении возни­ кают в связи с необходимостью обеспечения надлежащего темпера­ турного режима работы силовой установки танка.

Последнее обстоятельство, как правило, ограничивает время движения танка под водой, а следовательно, и проходимый им путь.

Для преодоления этих недостатков на немецко-фашистских тан­ ках «Пантера» и «Тигр» при движении под водой отключались вен­ тиляторы, а радиаторы системы охлаждения охлаждались заборт­ ной водой.

В н е ш н и е силы, действующие на танк при движении под во­ дой по дну горизонтального участка водоема, показаны на рис. 228.

Движение принимаем равномерным, поскольку переключения передач, как и остановки танка в процессе преодоления водных пре­ град по дну, нежелательны из-за высоких внешних сопротивле­ ний и опасности заглохания двигателя. Обеспечение же надлежа­ щего сцепления гусениц с грунтом делает нежелательным резкое изменение оборотов двигателя и тем самым скорости танка на включенной передаче в коробке передач.

Учесть угол наклона плоскости движения к горизонту при не­ обходимости не составит затруднений.

В рассматриваемом случае движения к танку, помимо тех сил, которые действуют на него на суше, приложены следующие силы:

Rw — сила сопротивления воды; D' — поддерживающая сила.

Сила сопротивления воды Rw обусловлена такими свойствами жидкости, как вязкость и весомость (подробно см. § 4 данной гла­ вы) и при движении под водой является результирующей сил со­ противления трения и сопротивления формы.

Для тел, имеющих плохо обтекаемую форму, какими являются танки, основную часть общего сопротивления Rw составляет сопро­ тивление формы.

В случае неполного погружения танка в воду, помимо сопротив­ лений трения и формы, действует еще волновое сопротивление, вы­ зываемое затратами энергии на образование волн. Поэтому в Неко­ тором диапазоне неполных погружений танка сила сопротивления воды Rw оказывается большей, чем при движении машины с та­ кой же скоростью под водой (рис. 229). При большом слое воды над танком волновое сопротивление становится ничтожно малым.

Для определения величины силы Rw при движении танка под водой можно воспользоваться известной зависимостью

-7/ 3

Rw=c' F,

551

Рейнольдса, формы поверхности и некоторых других факторов;

Р — плотность воды в кг сек2/мА\

Из последнего выражения следует, что сопротивление воды дви­ жению танка возрастает пропорционально квадрату относительной скорости танка.

Поддерживающая сила D', согласно закону Архимеда, равна весу вытесняемого танком объема воды, т. е.

D' = -rBVn,

где 7 В— удельный вес воды;

V„ — полный объем танка, включая ходовую часть и все на­ ружное оборудование.

Поддерживающая сила всегда направлена вертикально вверх и приложена в центре тяжести вытесненного танком объема воды. Точку приложения этой силы принято называть центром водоизме­ щения (Ц. В.), или центром давления (Ц. Д.).

В результате погружения танка в воду нормальная реакция грунта при движении на горизонтальном участке равна

N = G — D',

где G — вес танка.

552

Если плоскость движения находится под углом я к горизонту, то нормальная реакция будет

N = (G - D') cos а.

Для современных средних и тяжелых танков при полном погру­ жении в воду величина

(G - £>') = ( 0 , 5 5 0 , 6 ) 0 ,

что указывает на значительное снижение нормальной реакции грун­ та и удельного давления гусениц на грунт, особенно в случае дви­ жения с углом наклона к горизонту. Соответственно уменьшается нагрузка на опорные катки и сила сопротивления качению танка. В то же время под действием упругих элементов подвески корпус танка несколько приподнимается, сильно увеличивая предваритель­

где Р — потребная для движения танка сила тяги; R — сила сопротивления качению.

Сила R, как и при движении по суше, принимается пропорцио­ нальной нормальной реакции грунта, т. е.

R —f Л/\

Значения коэффициента f при движении танка по дну водоема, по результатам испытаний1, можно принимать равными:

По сравнению с движением по суше сила R при движении танка под водой уменьшается вследствие действия поддерживающей си­ лы D' и возрастает из-за увеличения сопротивления грунта, предва­ рительного натяжения гусеничных цепей и сопротивления воды пе­ рематыванию гусениц, а в целом несколько увеличивается.

Таким образом, из уравнения (273) следует, что потребная для движения танка под водой сила тяги Р по сравнению с движением по суше возрастает. Резкое увеличение силы Р наступает при воз­ растании относительной скорости движения машины свыше 6 -— 8 /ои/ч за счет сопротивления воды.

В то же время при движении по дну водоема происходит значи­ тельное снижение силы тяги по сцеплению Ясц = <pN вследствие уменьшения нормальной реакции грунта и снижения величины ко­ эффициента сцепления ср.

1 Движение танков под водой происходит на малых скоростях. Полученные методом буксировки танка под водой значения коэффициента / в данном случае включают в себя также и сопротивление воды при перематывании гусениц.

5 53

По опытным данным значения коэффициента » сцепления гусе­

Из изложенного выше и соблюдения известного условия,

движения по силе тяги, когда сила тяги по двигателю будет боль­ ше потребной силы или равна ей (Рд Яп), наибольшие затруд­ нения по выполнению условий движения под водой связаны с реа­ лизацией развиваемой двигателем силы тяги сцеплением гусениц с грунтом, т. е. с соблюдением требования Рсц > Рп. Обеспечение движения дополнительно затрудняется еще тем, что при выходе из водоема всегда надо преодолевать подъем, а при этом значение нормальной реакции N (а следовательно, и силы Рсц) еще более уменьшается. В то же время потребная для движения сила тяги Рп вследствие необходимости преодоления появляющейся в этом случае скатывающей силы должна увеличиться.

§3. ПЛАВУЧЕСТЬ

1.Основные определения. Запас плавучести

Плавучестью танка называется его способность плавать при оп­ ределенном погружении в воду и заданной нагрузке.

Рассматривая танк как тело, частично погруженное в воду и на­ ходящееся в положении статического равновесия, на основании за­ конов гидростатики можно установить следующие положения:

1. Вес танка G равен равнодействующей суммы противополож­ но направленных вертикальных составляющих сил гидростатиче­ ского давления (рис. 230), что, согласно закону Архимеда, можно записать так:

(274)

G G

d =V7b

Рис. 230

554

здесь l7 — объем погруженных в воду частей танка, называемый объемным водоизмещением.

Величину Vув называют силой плавучести, или поддерживаю­ щей силой, и обозначают буквой D\ таким образом, D — V'7 B.

2. Равнодействующая сил веса танка G, приложенная в его центре тяжести (точка g), и равнодействующая сила плавучести D, приложенная в центре тяжести объема погруженных в воду частей танка (точка С0), называемым «центром величины» (Ц. В.), лежат на одной вертикали и направлены в противоположные стороны.

Для того чтобы при движении на плаву танк не зарывался но­ сом в воду, так как это вызывает увеличение сопротивления дви­ жению и ухудшает обзорность механика-водителя, положению тан­ ка на воде придают небольшой'наклон назад, или, как говорят, диф­ ферент на корму, который достигает 2 4- 3°. Это осуществляется таким распределением весов и объемов танка, при котором в слу­ чае горизонтального положения ганка центр величины располагает­ ся несколько ближе к носу, нежели центр тяжести. Тогда при по­

корму также повышает устойчивость движения на курсе, уменьшаярысканье машины.

Линию соприкасания корпуса танка с уровнем воды при пол­ ном боевом весе танка называют грузовой ватерлинией, а пло­ скость, проходящую через эту линию, плоскостью грузовой ватер­ линии.

Важное значение для плавающих танков, как и для всех типов судов, имеет запас плавучести, т. е. то количество груза, которое может быть дополнительно принято до допустимого погружения в воду по условиям незатопления. В случае попадания воды внутрькорпуса через пробоины или вследствие какой-либо неисправности осадка танка увеличивается и он некоторое время может оставать­ ся на плаву за счет запаса плавучести.

Запас плавучести характеризует также возможности использо­ вания плавающих танков в качестве транспортных средств для пе­ ревозки десанта, боеприпасов, различного вооружения ' (например, орудий) и других грузов. Запас плавучести определяется объемом водонепроницаемого корпуса танка выше грузовой ватерлинии и простирается, как правило, до крыши корпуса при условии герме­ тизации люков и опоры башни. В этот объем, кроме основного кор­ пуса, включаются и дополнительные водонепроницаемые над­ стройки.

Очевидно, что запас плавучести будет тем больше, чем большерасстояние от грузовой ватерлиний до крыши танка, за счет чего, казалось бы. его можно значительно увеличивать. Но такое реше­ ние ограничивается рядом других требований к танку как к боевой машине и в первую очередь требованием уменьшения высоты кор­ пуса, вследствие чего обеспечение большого запаса плавучести пла­ вающим танкам является сложной задачей.

555-

Обычно запас плавучести составляет 15-у20% боевого веса ганка.

Для решения ряда практических вопросов, связанных с обеспе­ чением плавучести и остойчивости танков на воде, необходимо знать положение грузовой ватерлинии, центра величины и центра тяжести этих машин.

2.Определение положения грузовой ватерлинии, центра величины

ицентра тяжести плавающего танка при проектировании

Внешние формы танков всех типов, в том числе и плавающих, можно .считать симметричными относительно вертикально-продоль­ ной плоскости, делящей танк по длине на равные части, в которой, таким образом, находится центр величины, как центр тяжести по­ груженного в воду объема танка.

Если начало координат выбрать в точке пересечения оси веду­ щих колес с продольной плоскостью симметрии танка (рис. 231), то положение центра величины определится его координатами Л'с п z c, так как координата по поперечной оси ус при этом равна нулю.

Способы определения положения центра величины для тел сложной формы достаточно хорошо разработаны в теории корабля, ими и целесообразно пользоваться в случае необходимости.

Подводная часть корпуса танка часто имеет простую форму, по­ этому при определении координат центра величины можно приме­ нять более простые способы.

Так, если ширина погруженной в воду части корпуса одинакова по всей длине танка, то центр величины (без учета объема, зани­ маемого деталями ходовой части) будет находиться в центре тяже­ сти площади продольного сечения танка ниже грузовой ватерли­ нии.

5 5 6

Следовательно, прежде чем приступить к определению коорди­ нат центра зеличины, необходимо установить положение грузовой, ватерлинии. Для этого в масштабе вычерчивается продольное сече­ ние корпуса танка (см. рис. 231), на котором после установления требуемого по условиям движения дифферента танка на корму и прикндочного расчета проводится в первом приближении началь­ ная грузовая ватерлиния. После этого площадь продольного сече­ ния корпуса тайка ниже нанесенной грузовой ватерлинии разби­ вается на простые геометрические фигуры и вычисляются их пло­ щади Fu F2, F3, . . ., FK.

Объемное водоизмещение танка определится из соотношения (274), которое, в свою очередь, без учета объема, занимаемого де­ талями ходовой части, должно быть равным

V — B F 0)

где В — постоянная по длине танка внешняя ширина корпуса;

Пусть положение начальной грузовой ватерлинии было опре­ делено неправильно и после подсчета площади F0 оказалось, чтопроизведение BF0 не равно требуемому объемному водоизмещению танка V. Тогда во втором приближении положение новой грузовой ватерлинии определится прямой, проведенной параллельно началь­ ной ватерлинии и отстоящей от нее на расстоянии толщины попра­ вочного слоя $п

V - B F о

(2751

ВL'

где L' — длина сечения корпуса танка по начальной ватерлинии.

Если V > BF0, то новая грузовая ватерлиния проводится вышеначальной, если V<BF0, то — ниже.

Как правило, для практических расчетов при проектированиивторое приближение оказывается вполне достаточным.

В той стадии проектирования, когда определяется положение грузовой ватерлинии, уже с достаточной точностью можно оценить объем погруженных в воду деталей ходовой части. В самом грубомприближении это можно сделать, пользуясь статистическими дан­ ными по доли веса деталей ходовой части в полном весе машины по известным выполненным конструкциям танков. Уточнение в основ­ ном должно быть произведено в отношении конструкции опорных катков, имеющих иногда у плавающих машин специфическую форму.

557

Поскольку расположение деталей ходовой части можно считать симметричным по бортам танка и равномерно распределенным по длине корпуса, влияние их водоизмещения на положение грузовой ватерлинии скажется уменьшением подсчитанной выше толщины поправочного слоя s0 на величину

,1/х.ч

делять толщину поправочного слоя с учетом объема деталей ходо­ вой части

V - B F 0— Ух. ч

(275а)

BL'

После того, как установлено положение грузовой ватерлинии, по чертежу уточняются новые значения элементарных площадей F\, F2, Fз, . . F К) находятся центры тяжести этих фигур и определя­

■моментов составляющих площадей моменту суммарной площади относительно поперечной оси определяются координаты центра ве­ личины

i — k

/—ft

i-l

Подсчет веса и определение координат центра тяжести танка яв­ ляется весьма трудоемкой работой, так как при этом необходимо знать веса многочисленных составляющих элементов танка и поло­ жения их центров тяжести. Для упрощения расчетов веса отдель­ ных узлов конструкций, механизмов, оборудования и броневой за­ шиты, в соответствии с расположением на танке, сводят в группы (Gu Go, G3, . . ., GK ) и определяют расстояния их центров тяже-

558