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

1тде с — коэффициент сопротивления воздуха, зависящий от фор­ мы тела и качества поверхности;

о — плотность воздуха в кгсек-/м1;

Д— площадь проекции танка на плоскость, перпендикуляр­ ную к направлению его движения, или лобовая пло­ щадь сопротивления в м %\

vв — относительная скорость воздуха в м/сек.

Иногда сопротивление воздуха подсчитывают по формуле

■где с' = 2с.

При наличии ветра расчетная скорость v„ представляет собой геометрическую сумму из скорости танка и составляющей скорости ветра на направление движения танка.

С достаточной для практики точностью лобовую площадь F можно определять как произведение колеи танка на его высоту.

Учитывая, что на уровне земли плотность воздуха изменяется незначительно, обычно принимают ср = k, где k — так называемый приведенный коэффициент сопротивления, или коэффициент обте­ каемости, зависящий главным образом от формы тела.

Тогда

Для танков величину коэффициента /е можно принимать в пре­ делах его значений для грузовых автомобилей и бронетранспорте­ ров, т. е. k = 0,05-^0,07 кг сек2/м\

Поскольку максимальные скорости движения современных тан­ ков относительно невелики, то и сопротивление воздуха движению танка по сравнению с другими сопротивлениями оказывается незна­ чительным, составляя, как правило, не более 5% общего сопротив­ ления при максимальной скорости танка.

Т а к , н а п р и м ер , д л я с о в р е м е н н о г о с р е д н е г о т а н к а при зн а ч ен и я х л о б о в о й п л о ­ щ а д и со п р о т и в л ен и я / • '= 6 м-, ск о р о ст и v B— 5 0 км/ч и к о эф ф и ц и е н т е k = 0 ,0 6

п ол уч и м

Поэтому при проведении тяговых расчетов танков силу сопро­ тивления воздуха не учитывают.

При создании танков с высокими скоростями движения тяговые расчеты надо будет проводить с учетом сопротивления воздуха, так как оно растет пропорционально квадрату скорости.

5. Нормальная реакция грунта

Нормальная реакция грунта N представляет собой равнодейст­ вующую всех элементарных нормальных реакций, действующих со стороны грунта на опорные поверхности гусениц.

-60

В общем случае движения танка величина нормальной реакции: определится из уравнения проекций сил на плоскость, перпендику­ лярную к поверхности пути

В то же время

Лг = м г + м г,

где Mi и Л/, — нормальные реакции грунта, действующие наопорные поверхности левой и правой гусениц.

Точка приложения нормальной реакции N грунта определяется из уравнения равновесия танка под действием приложенных к нему всех внешних сил и моментов.

6. Сопротивление грунта движению танка

При движении танка по грунтовым дорогам и по местности с де­ формируемыми грунтами качение нагруженного частью веса танка опорного катка по гусеничной цепи вызывает перемещение грунта под траком вниз, вперед и в стороны (рис. 27, А и Б). Основная:*

JQk

Р и с . 27

масса грунта перемещается вниз, уплотняясь под воздействием траков. Перемещение грунта в стороны и вперед оказывает влияниена несущую способность дороги. Чем больше частиц грунта уходит

6Ь

из-под гусеницы!, тем хуже несущая способность дороги. В резуль­ тате деформаций и перемещений грунта создается сопротивление качению опорного катка по гусенице, физическую природу которого можно представить следующим образом.

На рис. 28 показан участок гусеничной цепи, расстеленный на горизонтальной поверхности деформируемого грунта. По цепи в указанном направлении катится опорньий каток, нагруженный си­ лой Qk-

V

При положении оси катка над шарниром смежные траки 1 и 2 занимают положение, обозначенное на рисунке сплошной линией. При наличии остаточной деформации грунта будем иметь Очевидно, что для качения катка по траку 2 к оси катка необходи­ мо прикладывать толкающую силу, преодолевающую сопротивле­ ние подъему 1до тех пор, пока этот трак не займет горизонтального положения.

В то время как задний по движению катка край трака 2 будет по причине упругого отпора грунта подниматься вверх, передний его край, деформируя грунт, станет опускаться вниз. При этом угол наклона трака 2 к горизонту на рассматриваемом первом этапе дви­ жения катка будет уменьшаться от значения ?! до 0.

Вследствие остаточных деформаций грунта, механические свой­ ства которого считаем лостоянны.ми по длине трака, очевидно, что горизонтальное положение трак 2 может занять лишь после того, как каток пройдет путь первого этапа 1\, больший половины длины

•62

На втором этапе качения катка по траку со стороны катка на его ось действует составляющая силы QK, направленная в сторону перемещения катка. При этом угол наклона трака к горизонту (в другую по сравнению с первым этапом сторону) будет изменяться от 0 до TfaКак видно из рис. 28, значение угла у2 меньше угла Если на первом этапе на качение катка по траку необходимо затра­ тить работу, то на втором этапе от катка на корпус танка передает­ ся толкающая сила, направленная по ходу тайка, и, следовательно, по отношению к движению танка совершающая положительную ра­ боту. Разность этих работ, отнесенная к полной длине трака, будет являться средней силой сопротивления грунта качению опорного катка по расстеленной на горизонтальной поверхности гусенице.

При качении следующего катка по этому же участку гусеничной пепи явление протекает аналогичным образом, с той лишь разни­ цей, что деформация грунта после его уплотнения предыдущим кат­ ком становится меньшей, а следовательно, меньше по своей величи­ не будет и среднее сопротивление качению катка.

Экспериментальные исследования показывают, что изменение сопротивления грунта качению одинаково нагруженные опорных катков по одному и тому же участку расстеленной гусеничной цепи происходит по зависимости, приведенной на рис. 29. Здесь цифры 1. 2, 3 и т. д. обозначают номер опорного катка, последовательно проходящего участок гусеничной цепи, а ординаты определяют среднее сопротивление качению данного катка.

Р и с . 2 9

Сила сопротивления грунта качению всех опорных катков по одной (левой или правой) гусеничной цепи будет

63

где RK — сила сопротивления грунта качению г-го опорного кат* ка;

и —число опорных катков одного борта танка.

Равнодействующую всех касательных реакций грунта, действую­ щих через гусеничные цепи и опорные катки на корпус танка в сто­ рону, противоположную движению, называют силой сопротивления грунта движению танка, или силой сопротивления грунта качению; танка, R гр

Как показывают испытания, сопротивление грунта качению танка зависит от конструктивных параметров гусеничного движи­ теля, качества грунта и скорости движения, уменьшаясь при умень­ шении среднего и фактического удельного давления гусениц на грунт, увеличении шага гусеницы, диаметра опорного катка и плот­ ности (твердости) грунта.

С увеличением скорости движения уменьшается деформация грунта и его сопротивление качению. Однако наличие неровно­ стей вызывает удары и в связи с этим дополнительные потери, в ре­ зультате чего сопротивление возрастает. Так, например, при движе­

Учесть все факторы, влияющие на ерпротивлеиие грунта дви­ жению танка, весьма затруднительно. На основании большого ко­ личества проведенных опытов силу Rrp в расчетах можно прини­ мать пропорциональной нормальной реакции грунта или сцепному весу танка, т. е.

Определяемые опытным путем применяемыми в настоящее время способами силы сопротивления грунта Rrp включают, поми­ мо сопротивлений грунта, часть внутренних сопротивлений в агре­ гатах и механизмах танка (главным образом в агрегатах ходовой части). В этом случае суммарное сопротивление грунта и агрега-

64

7. Сила тяги танка

Ведущие колеса при вращении стремятся переместить нижние участки гусенпчньих цепей относительно грунта в сторону, обратную направлению движения танка. Но эти участки цепей прижаты к грунту сцепным весом танка, передаваемым через опорные катки.

Силы трения, возникающие между опорными поверхностями гу­ сениц п грунтом, а также силы зацепления грунтозацепов траков с почвой препятствуют перемещению гусениц относительно грунта. При этом на гусеничные цепи со стороны грунта действуют каса­ тельные реакции Ргр и P3im, направленные в сторону движения танка (рис. 30).

V

Равнодействующую этих касательных реакций грунта, прило­ женных к тракам гусеничной цепи, направленную в сторону движе­ ния танка, называют силон тягп гусеницы. Не делая существенной ошибки, можно считать, что сила тяги гусеницы приложена в пло­ скости соприкасания ее опорной поверхности с грунтом.

I Сумма сил тяги, развиваемых обеими гусеницами, называется силой тяги танка Р и равна

P = P i + P„

где Р I и Р2— силы тяги левой и правой гусениц.

Заметим, что, как правило, силы Р i и Р2 не равны между собой. Проследим на примере кормового расположения ведущих колес, как сила тяги Р передается на корпус тапка и тем самым вызы­

вает его движение (рис. 31).

Предварительное натяжение гусеничных цепей, так же как и на­ тяжение цепей от действия центробежных сил, не может быть при­ чиной самопередвижения танка. Эти натяжения являются по отно­ шению к танку внутренними силами и поэтому их действие на кор­ пус танка в кормовой части уравновешивается натяжениями цепей со стороны носовой части. В соответствии с этим при рассмотрении поставленного вопроса можно считать, что при передаче ведущими колесами крутящих моментов гусеничные ветви между задними

66

Таким образом, при натяжении гусеничной цепи тяговым уси­ лием Р на ось ведущего колеса танка параллельно поверхности пути действует сила Р cos (3, которая, передаваясь через опоры ве­ дущего колеса на корпус танка, толкает его по направлению дви­ жения.

Сила Р (1 — cos /3), приложенная к оси заднего опорного катка, передаваясь через балансир подвески, также действует на корпус танка по направлению движения.

Сумма этих сил равна силе тяги танка

Pcos {3-j- Р(1 — cos [3) = Р.

Итак, сила тяги Р передается на корпус танка через детали под­ вески задних опорных катков п опоры ведущих колес в корпусе тан­ ка, вызывая движение последнего. Пользуясь подобными же рас­ суждениями для случая переднего расположения ведущих колес, можем установить, что сила тяги передается на корпус через де­ тали подвески задних опорных катков и оси направляющих колес, расположенных при этом в кормовой части танка.

Потребная для движения танка сила тяги Р определяется из уравнений движения (см. главу 4).

Сила Psin (3, приложенная к оси ведущего колеса, и момент па­ ры М = Ргв, к действуют на подрессоренный корпус танка, вызы­ вая смещение нормальной реакции грунта N назад и дифферент (наклонение) корпуса на корму. При этом по сравнению со статиче­ ским положением корпуса происходит перераспределение нагрузок на рессоры опорных катков — передние разгружаются, задние на­ гружаются. Кроме того, сила Psin J3 создает дополнительное поджатие рессор подвески. Центр тяжести корпуса танка при этом сме­ щается вниз.

Сила Psin (3, приложенная к оси заднего опорного катка, уменьшает давление его на грунт, хотя рессора этого катка имеет наибольшее сжатие по сравнению со всеми остальными рессорами подвески танка. Определение дифферента корпуса на корму и .пе­ ремещение центра тяжести корпуса будут рассмотрены в теории подрессоривания танка в части III.

8. Моменты касательных сил инерции

При неравномерном вращении деталей силовой передачи и гу­ сеничного движителя возникают моменты касательных сил инер­ ции, равные произведению моментов инерции этих деталей (отно­ сительно своих осей вращения) на угловые ускорения.

Если оси вращения деталей параллельны продольной оси танка, то моменты касательных сил инерции этих деталей, передаваясь на корпус танка через опоры крепления агрегатов, действуют на него в поперечной плоскости в сторону, обратную направлению их

68

углового ускорения, и вызывают перераспределение' натрузокот вёса танка между катками левого и правого бортов.

- При исследовании устойчивости танка влиянием моментов ка­ сательных сил инерции, действующих в поперечном направлении, пренебрегают, так как они по своей величине относительно неве­ лики. Так, например, при разгоне танка (в схемах с продольным расположением двигателя) момент касательных сил инерции в по­ перечной плоскости не может быть больше максимального крутя­ щего момента двигателя, При торможении танка пробуксовка фрикционных элементов трансмиссии также ограничивает значе­ ние момента касательных сил инерции.

Моменты касательных сил инерции деталей, оси вращения ко­ торых перпендикулярны к продольной плоскости симметрии танка, действуют на его корпус в продольной плоскости, вызывая пере­ распределение нагрузок от веса танка на опорные катки по длине опорной поверхности гусениц. Направление действия этих момен­ тов обратно направлению угловых ускорений вращающихся дета­ лей. Если все вращающиеся детали гусеничного движителя имеют моменты касательных сил инерции одного знака, то детали поперечньих валов силовой передачи при их вращении в разные стороны имеют различное направление моментов касательных сил инерции.

При исследовании продольной устойчивости танка действие этих моментов можно заменить суммарным результирующим моментом /кГусум, приложенным к корпусу танка в продольной плоскости.

Помимо сказанного, моменты касательных сил инерции всех вращающихся деталей, связанных по кинематической цепи с колен­ чатым валом двигателя, оказывают влияние на силу тяги, разви­ ваемую двигателем, что необходимо учитывать при определении си­ лы тяги в случае неравномерного движения танка. Подробно этот вопрос будет рассмотрен в главе 4.

9. Сцепление гусениц с грунтом

Рассмотрим более подробно физическую сторону образования

С И Л Ы 1 тяги.

Как уже отмечалось ранее, для натяжения гусеничных цепей силами тяги, развиваемыми на ведущих колесах, необходимо соз­ дание для цепей внешней опоры, что обеспечивается сцеплением нижних ветвей гусениц с грунтом', прижатых к нему силой, равной нормальной реакции N.

Очевидно, что сила тяги Р всегда равна силе сцепления гусениц

сгрунтом Р'сц, которая складывается из следующих сил:

1)сил трения опорных поверхностей гусениц с грунтом

т

где р/ — коэффициент трения между опорной поверхностью трака и грунтом;

69