Системы рулевого управления танка позволяют танку или другой машине с непрерывной гусеничной платформой поворачивать. Поскольку гусеницы не могут быть наклонены относительно корпуса (в любой оперативной конструкции), рулевое управление должно осуществляться путем ускорения одной гусеницы, замедления другой (или ее реверсирования) или комбинации того и другого. Полугусеничные машины избегают этого, комбинируя управляемые колеса и гусеницы с фиксированной скоростью.
Ранние системы рулевого управления были заимствованы у гусеничных рабочих машин, обычно с использованием сцепления для снижения мощности на одной гусенице, что приводило к ее замедлению. Такие конструкции имеют множество проблем, особенно при подъеме на холмы или движении на высокой скорости, поскольку снижение мощности приводит к снижению общей скорости. Подача мощности на обе гусеницы при их повороте с разной скоростью является сложной проблемой проектирования.
Был представлен ряд более продвинутых конструкций, особенно во время Второй мировой войны , которые поддерживали мощность на обеих гусеницах во время рулевого управления, концепция, известная как рекуперативное рулевое управление . Некоторые также позволяли одной гусенице двигаться вперед, пока другая — назад, позволяя танку вращаться на месте, концепция, известная как нейтральное рулевое управление . Первой по-настоящему успешной системой была британская конструкция с двойным дифференциалом 1924 года, которая была скопирована как Соединенными Штатами, так и Германией.
Большинство современных западных конструкций используют вариант двойного дифференциала, в то время как советские конструкции предпочитали использовать две отдельные трансмиссии в одном корпусе. Системы, использующие электродвигатели с регулируемой скоростью, были опробованы в ряде случаев, но не получили широкого распространения.
Одним из решений проблемы рулевого управления является использование двух отдельных трансмиссий, каждая из которых приводит в движение одну гусеницу. Это поддерживает мощность обеих гусениц во время рулевого управления, обеспечивает широкий диапазон радиусов поворота и даже позволяет одной гусенице двигаться задним ходом, пока другая движется вперед, позволяя танку поворачивать на месте. Это можно сочетать с тормозами для дальнейшего контроля радиуса поворота. [1]
Очевидным недостатком этой конструкции является стоимость и сложность двух приводных цепей, а также повышенная нагрузка на техническое обслуживание, которая подразумевается. Другим недостатком является то, что если один двигатель выходит из строя, другой не может использоваться для привода обеих гусениц. Обе эти проблемы были значительно уменьшены в случае паровой энергии , где большую часть двигателя по размеру и весу составляет котел , а цилиндры, которые извлекают эту энергию, намного меньше по сравнению с ним. Он также может обеспечивать переменную производительность, контролируя количество пара, направляемого в каждый цилиндр. Он намного сложнее при использовании с двигателями внутреннего сгорания . [1]
Менее очевидная проблема заключается в том, что очень сложно поддерживать движение такого транспортного средства по прямой линии. Хотя регулятор может использоваться для обеспечения одинаковой скорости двух двигателей, нагрузки на гусеницы не будут одинаковыми при движении по разной местности, заставляя более загруженную гусеницу замедляться, а танк поворачивать в этом направлении. Это приведет к тому, что танк будет блуждать при движении по неровной поверхности. Это не является проблемой на очень низких скоростях, и эта система иногда используется на бульдозерах и других гусеничных строительных машинах. Для танков требуются значительные навыки водителя и постоянная корректировка, даже на относительно низких скоростях, которые наблюдались в ранних конструкциях. [1]
Примеры настоящих систем двойного привода не распространены, но существовали на протяжении большей части истории танков. Примерами могут служить британский средний танк Whippet времен Первой мировой войны.
Простым шагом вперед от концепции двойного привода является использование одного двигателя и разделение выходной мощности на две трансмиссии. Рулевое управление осуществляется путем переключения передач на одной гусенице, а не на другой. Это снижает сложность системы двойного привода в сочетании с современным двигателем. Это также вводит новое поведение: дополнительная нагрузка на одну гусеницу заставляет другую также замедляться. Это на самом деле улучшение по сравнению с решением с двойным приводом, поскольку оно заставляет весь танк замедляться, а не поворачиваться в сторону загруженной гусеницы. [2]
Недостатком этого подхода является то, что мощные трансмиссии являются устройствами, подверженными отказам, особенно в эпоху Второй мировой войны. Они также являются сложными и трудоемкими в изготовлении и ремонте устройствами. Хотя это исключает второй двигатель, по сравнению с концепцией двойного привода, это все еще относительно сложно по сравнению с решениями, которые следуют за ними. [2]
Системы двойного привода широко использовались с самых первых дней гусеничных машин, включая трактор Holt 75 , который широко использовался в Первой мировой войне . [3] Японцы переняли эту концепцию в 1925 году, и все их последующие танки во время Второй мировой войны использовали ее. Британцы также продолжали использовать ее на легких танках, таких как Covenanter и Crusader раннего периода войны. Чешский LTH также перенял эту систему, обслуживаясь у немцев как Panzer 38(t) . [2]
Советы внедрили эту систему для своего экспериментального танка КВ-13, и это привело к ее использованию в семействе танков ИС . Более поздние версии ввели больше передач для создания нескольких радиусов поворота, включая реверс одной гусеницы. Т-64 представил новую модель с семью скоростями, и эта базовая система использовалась на Т-72 , Т-90 и китайском Типе 98. [ 2] [4]
Простейшая система рулевого управления с одним двигателем в механическом смысле, которая почти повсеместно использовалась в ранних конструкциях танков, представляла собой комбинацию тормоза и сцепления, соединенных с органами управления рулевым управлением. Органы управления обычно представляли собой пару вертикальных ручек, по одной на каждую гусеницу. Потянув за ручку, можно было отключить сцепление, освободив гусеницу и заставив ее замедлиться. Дальнейшее движение ручки все больше включало тормоз на этой гусенице, позволяя регулировать радиус поворота. [2]
Главным недостатком этой конструкции является то, что при использовании рулевого управления мощность двигателя отводится от гусеницы. Это замедляет танк, даже если тормоз не задействован. Если танк поднимается или находится на мягкой поверхности, движение вперед может полностью остановиться. Другим недостатком является то, что тормоза постоянно рассеивают огромное количество тепла при рулевом управлении, что очень неэффективно с точки зрения мощности. Тормоза, подходящие для управления большим транспортным средством, также непрактично велики. [2]
Торможение сцеплением было введено французами в 1916 году во время Первой мировой войны . Большинство легких танков использовали его в 1920-х и 30-х годах, а также некоторые более крупные танки, такие как британский экспериментальный Vickers Independent и советский T-35 . Последними крупными конструкциями, которые использовали его, были советский T-34 и немецкие Panzer III и Panzer IV . [2]
Системы дифференциального торможения (или тормозного дифференциала) удаляют муфты на гусенице и добавляют дифференциал на выходе трансмиссии. Дифференциал позволяет гусеницам вращаться с разной скоростью, оставаясь при этом под напряжением. Затем рулевое управление осуществляется путем замедления одной гусеницы тормозом. Преимущество этой конструкции в том, что мощность сохраняется на обеих гусеницах даже во время рулевого управления. Еще одним преимуществом является абсолютная простота; система рулевого управления подключается непосредственно к тормозу и ни к чему другому, что создает очень простую механическую конструкцию. [2]
Главным недостатком, как и в случае с тормозной системой со сцеплением, является то, что рулевое управление рассеивает тепло через тормоза. Однако, в отличие от системы со сцеплением, в этом случае все повороты требуют торможения. Это можно использовать на более легких танках, но количество кинетической энергии в более крупных танках делает требуемые тормоза непрактично большими. Другим недостатком является то, что дифференциал позволит гусеницам поворачиваться с разной скоростью, независимо от причины. Это может быть применением торможения, но также происходит, когда танк движется по местности; если одна сторона танка входит в более мягкую местность и замедляется, танк естественным образом поворачивает в эту сторону. Поступательный импульс имеет тенденцию компенсировать этот эффект, поэтому это в основном проблема на низких скоростях. [2]
Дифференциальное торможение на самом деле предшествует торможению сцеплением на гусеничных машинах, будучи первоначально представленным Richard Hornsby & Sons в 1905 году на первой в мире гусеничной машине. Торможение сцеплением стало популярным только из-за своей механической простоты. Дифференциальное торможение можно было найти на многих небольших танках, особенно в эпоху до Второй мировой войны. Британские танки начали использовать их во время Первой мировой войны и продолжали во Вторую мировую войну . Одним из распространенных примеров был Bren Carrier . [2]
Дифференциальные тормозные системы по сути являются планетарной трансмиссией с одним фиксированным передаточным отношением, передаваемым через промежуточные шестерни . Управляемый дифференциал добавляет расширение к рейке, удерживающей промежуточные шестерни, и устанавливает обычный тормоз на это расширение. При включении тормоза промежуточные шестерни блокируются, и система работает как обычная планетарная. Когда тормоз отпускается, промежуточные шестерни вращаются, уменьшая скорость вращения на этой стороне. Это приводит к замедлению выхода на этой стороне на фиксированную величину. [2]
Преимущество этой конструкции в том, что тормоз не применяется для замедления транспортного средства, он просто включает или выключает второй набор передач. Это означает, что он не рассеивает энергию, за исключением короткого периода, когда он применяется или отпускается. Более плавное рулевое управление может быть достигнуто частичным применением тормоза, но затем он начинает рассеивать энергию, как тормозной дифференциал. Главный недостаток заключается в том, что существует только один радиус поворота. Как и стандартное дифференциальное решение, эти системы также подвержены самоповороту при движении по местности. [2]
Система была изобретена Cleveland Tractor Company в 1921 году и иногда известна под торговой маркой Cletrac Differential. Она использовалась большинством французских танков в межвоенный период, а также на немецком Grosstraktor . Она была наиболее распространена в американских конструкциях, использовалась на всех легких и средних танках с 1932 года до конца Второй мировой войны. Позднее ее использовали французский AMX 13 , японский Type 61 и широко производимый американский M113 APC . [2]
.2.jpg/1280px-Bundesarchiv_Bild_101I-299-1805-16,_Nordfrankreich,_Panzer_VI_(Tiger_I).2.jpg)
Более сложная система двойного дифференциала похожа на управляемый дифференциал в базовой концепции, в том, что она управляет скоростью гусениц, управляя вращением холостых колес. Однако в этом случае используются два полных дифференциала, по одному на каждую гусеницу, и холостые колеса управляются не тормозом, а вторым валом привода, рулевым валом . [2]
Обычно рулевой вал напрямую соединен с двигателем, а не с выходом трансмиссии. Это означает, что он вращается в относительно узком диапазоне оборотов в минуту по сравнению с главным приводным валом. Рулевой вал разделен на два выходных вала через систему сцепления, которая позволяет выходам вращаться вперед, назад или не вращаться вообще. Натяжной ролик меняет направление на одной стороне, поэтому они всегда вращаются в противоположных направлениях. [2]
При выключенном сцеплении, когда вал не вращается, холостые колеса в двух дифференциалах зафиксированы на месте. Это похоже на управляемый дифференциал с включенным тормозом. Когда включается рулевое сцепление, вал вращает один из холостых комплектов вперед, а другой назад, заставляя одну гусеницу ускоряться, а другую замедляться. [2]
Поскольку разница в скорости двух гусениц не зависит от выбора коробки передач, это делает эффект рулевого управления менее выраженным на более высоких скоростях; это означает, что танк имеет больший радиус поворота на более высоких скоростях, что, как правило, и требуется. Однако система выдает только один радиус для любого выбранного выбора коробки передач. [5]
Система полностью рекуперативная: вся мощность двигателя достигает гусеницы либо через главный приводной вал, либо через рулевую систему; никакая энергия не теряется на тормозах или сцеплениях. Кроме того, поскольку мощность подается вокруг трансмиссии в рулевую систему, в некоторых конструкциях танк может поворачиваться или даже вращаться на месте, даже когда главная коробка передач не задействована, функция, известная как нейтральное рулевое управление. Ограничением этой функции является прочность рулевого вала, который должен быть достаточно прочным, чтобы перемещать танк, если эта функция желательна, но в противном случае его можно сделать легче, если это не нужно. [5]
Двойные дифференциалы впервые были использованы в экспериментах во Франции, начавшихся в 1921 году, и были обнаружены на многих тяжелых танках Второй мировой войны, включая немецкие Tigers . Добавление бесступенчатой выходной мощности с использованием гидростатической трансмиссии использовалось на Char B1 , обеспечивая плавное изменение радиуса поворота, что устраняло главный недостаток системы. Низкая эффективность этой системы означала, что она не получила широкого распространения, но быстрое усовершенствование гидродинамических гидромуфт сделало ее распространенной в послевоенную эпоху. Большинство западных конструкций танков с 1960-х годов использовали вариацию этой конструкции, в частности M60 Patton и M1 Abrams . [5]
Эта система была разработана доктором Х. Э. Мерриттом , директором отдела проектирования танков в арсенале Вулвич , и произведена компанией David Brown Ltd.
Тройной дифференциал — это модификация двойного дифференциала, заменяющая рулевые муфты на один тормозной дифференциал, аналогичный управляемому дифференциалу. Этот третий дифференциал создает любую желаемую выходную скорость на рулевом валу, по сравнению с двойным дифференциалом, где скорость вала фиксирована. Этот выход приводит в движение направляющие ролики рулевого управления в остальном неизменного двойного дифференциала, создавая бесступенчатое рулевое управление. Он обладает всеми преимуществами двойного дифференциала, в то время как единственным недостатком является то, что тормоз на третьем дифференциале рассеивает некоторую энергию при пробуксовке, но это зависит только от количества энергии, используемой для управления транспортным средством, а не от общей энергии, подаваемой на гусеницы. [5]
Тройной дифференциал использовался в основном на британских танках военного и послевоенного времени, сначала на танке Churchill , а затем на танке Cromwell и его последующих конструкциях. Он давал этим конструкциям непревзойденную маневренность и способность преодолевать подъемы, которые не были достигнуты другими конструкциями вплоть до холодной войны . Базовая версия продолжала использоваться на британских конструкциях до TN 10 Conqueror и TN 12 Chieftain . Эта система, как правило, не используется сегодня в пользу улучшенных гидродинамических трансмиссий в двойном дифференциале, начиная с трансмиссии Challenger . [ 5] [6]
.jpg/1280px-Bundesarchiv_Bild_101I-244-2321-34,_Ostfront-S%C3%BCd,_Panzer_V_(Panther).jpg)
Система Maybach по сути является упрощенной версией двойного дифференциала или, точнее, в механических терминах, двойного управляемого дифференциала. Она заменяет передний и обратный рулевой вал и систему сцепления двойного дифференциала на один вал, который вращается в одном направлении и тормозит на направляющих колесах. Как и в управляемом дифференциале, тормоза обычно применяются для удержания направляющих колес в фиксированном положении. Рулевые входы отпускают один или другой тормоз, заставляя направляющее колесо вращаться, а гусеницу замедлять. В отличие от полного двойного дифференциала, другая сторона не ускоряется, поэтому система не является полностью рекуперативной, и поскольку оба набора направляющих колес вращаются в одном направлении, она не обеспечивает нейтрального рулевого управления. Радиусы рулевого управления фиксированы и определяются выбором передачи в главной трансмиссии. [2]
Система Maybach использовалась только в одной конструкции — танке Panther . Состояние экономики Германии в конце войны, особенно возможности обработки и поставки прочных материалов, означало, что можно было производить только небольшое количество сложных двойных дифференциалов. Для Panther, предназначенной для массового производства, Maybach разработал трансмиссию AK7-200 с рядом конструкторских замечаний, призванных упростить производство.
Хотя гусеницы не могли быть наклонены полностью, можно было деформировать гусеницу так, чтобы гусеничная машина шла по изогнутой траектории. Передние тележки на британском универсальном транспортере были установлены на поперечной трубе, которая проходила через корпус. Поворот рулевого колеса смещал тележки влево или вправо, вызывая небольшой поворот. Дальнейший поворот колеса включал торможение с одной или другой стороны. Легкий танк Mk VII Tetrarch использовал похожую систему, но передние колеса и два средних колеса с каждой стороны поворачивались, вызывая перекос. [7]
Ранние системы рулевого управления были неэффективны и теряли так много мощности, что они были неэффективны для тяжелых транспортных средств. Holt Manufacturing Company (предок Caterpillar Inc. ), чья конструкция гусениц повлияла на ранние танки, экспериментировала с бензиново-электрической трансмиссией в своем газоэлектрическом танке Holt . Схожая конструкция использовалась на французском Saint-Chamond и, в свою очередь, была адаптирована для установки в один британский тяжелый танк Mark II , чтобы конкурировать с другими разработками трансмиссии, включая Mk II, оснащенный британским бензиново-электрическим приводом Westinghouse , и оригинальный прототип тяжелого танка «Mother» с бензиново-электрическим приводом Daimler. Победителем стала обычная конструкция с планетарными коробками передач. [8] Ни одна из них не была особенно успешной, хотя было произведено несколько сотен единиц Saint-Chamond. [9]
Несмотря на относительный успех, эти ранние системы были большими и чрезвычайно тяжелыми; система в «Сен-Шамон» добавила пять тонн. [9] [10] Другие конструкции и последующие разработки, использующие похожую систему, были в целом отклонены как непрактичные. [10]
Некоторые из первых попыток создания новых электрических трансмиссий были предприняты британцами в ранний период войны для тяжелого танка TOG1 (бензиновый двигатель приводил в действие два генератора, которые питали один электродвигатель на гусеницу), а также немцами в рамках экспериментов с тяжелыми танками в середине войны. Наиболее заметной среди немецких попыток была VK 4501 (P) , проект тяжелого танка Porsche , который проиграл Henschel. [11] Около 100 шасси из этого отклоненного проекта были переделаны в самоходную противотанковую пушку Elefant (первоначально «Ferdinand») Panzerjäger . [12] Этот тип трансмиссии также использовался в сверхтяжелом Panzer VIII Maus . На практике силовая передача конструкций Porsche оказалась даже менее надежной, чем традиционная, и к концу войны поставки меди были слишком ограничены, чтобы рассматривать возможность использования такого количества в двигателях трансмиссии. [13]