ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ
ТРАНСМИССИИ ДЛЯ БРОНИРОВАННЫХ МАШИН
По теме:
Конструкция
бронированной боевой машины может быть создана только сочетанием основных
свойств: огневой мощи, броневой защиты и подвижности. Для обеспечения
надежной защиты экипажа, танк должен обладать тяжелым бронированием. Это
снижает его тактическую подвижность, делая его легкоуязвимой целью.
С другой стороны,
тяжелое и мощное вооружение увеличивает вес машины, и этим вступает в
противоречие с обеспечением необходимой подвижности и броневой защиты. Этим
руководствуются для того, чтобы отклонить ошибочные концепции в
танкостроении. Большая масса и размеры меры также значительно затрудняют
транспортировку на большие расстояния.
Что касается
бронетранспортера, то эта проблема является комплексной, потому что для этого типа машин необходимы
не только места для экипажа, но также максимальное количество посадочных мест
для личного состава с обеспечением необходимого комфорта. С другой стороны,
для уменьшения его уязвимости необходимо иметь по возможности низкий силуэт.
Эти противоположные требования, компактность и обитаемый объем, позволяют
военным инженерам выбирать компромиссные направления.
Так как человека
нельзя уплотнить, то ему необходимо достаточное пространство для обитания и ведения
боевых действий внутри машины. Очевидным решением уменьшения ненужной массы
и объема, является освобождение от ненужных механических частей.
Электрическая передача мощности к ведущим колесам представляет интересную
альтернативу преодоления многих конструктивных недостатков, которыми обладают
механические трансмиссии.
Механическая
трансмиссия обычной гусеничной бронированной машины состоит из
автоматической или полуавтоматической коробки передач, дифференциалов или
преобразователей крутящего момента, валов, универсальных разъемов, бортовых
редукторов и ведущих колес. Это устройство налагает многочисленные
конструктивные проблемы в весе и размерах, а также вызывает многообразие
отказов и поломок.
В противоположность,
электрические трансмиссии ликвидируют проблемы массы и объема основных
частей, обладая рядом конструктивных преимуществ.
Электрический ток от
генератора предпочтительней чем механический крутящий момент, подается по
кабелю к электрическим моторам на каждом ведущем колесе, и этим достигается
значительный выигрыш в массе и объеме. Это позволяет улучшить силуэт и
компактность машины. Изменяя существующее направление в танкостроении можно
достичь следующих преимуществ:
малый объем позволяет
достичь необходимой защиты от баллистических средств поражения при уменьшении
массы и сохранении достаточного бронирования.
Уменьшение массы
приводит к снижению удельного давления на грунт, это позволяет улучшить
подвижность машины на слабонесущих грунтах. На машине с меньшей массой
имеется возможность установки подвески с наружными спиральными пружинами.
Такая подвеска легче, дешевле и удобнее в обслуживании, позволяет
использовать более легкую гусеницу, чем торсионная подвеска.
При малой массе
машина необходима меньшая удельная мощность, что
позволяет выбрать более легкий, экономичный и малоразмерный двигатель.
Малый двигатель
требует малый объем топлива. В результате этого баки меньше и легче, что
обеспечивает требуемую дальность действия.
Следующими преимуществами
электрической трансмиссии являются:
высокая подвижность;
полная автоматизация
системы;
легкое управление и
модульная концепция.
Недавно стало
возможным расположить двигатель внутреннего сгорания в передней части
машины, а электрические моторы сзади или наоборот, что позволяет не только
оптимально распределить массу машины,
но также использовать те же самые узлы силовой передачи для различных типов
машин одного семейства.
ИДЕЯ НЕ НОВАЯ
Идея оснащения танков
электрическими трансмиссиями является практически также старой как сами
танки. В 1917 году французская компания FAMH (Forges at Aciries de
la Marine
at Homecourt") построила 400 танков
"Sairt Chamond "массой 24т с
установленной электрической трансмиссией "бензино-электрического типа" - "Crochat Collendeau" (Рис.1). Танковый двигатель
"Панар" соединялся непосредственно с
компаудным генератором. Этот
генератор питал током два электромотора, каждый из которых соединялся с
ведущим колесом и гусеничным движителем. Педаль основного управляющего
реостата двух тяговых электромоторов позволяет изменять скорость движения, а
также управлять дроссельной заслонкой карбюраторного двигателя.
С помощью
дополнительного реостата управления тяговыми электродвигателями
осуществляется поворот. Переключатель полюсов дает возможность реверсировать
ток, чтобы изменить направление вращения тяговых электродвигателей.
Также в 1917г. танк прошел испытания в
Великобритании с электрическими трансмиссиями компаний "Даймлер" и "Бритиш вестингхауз". Первый
танк назывался "Mother" ранней конструкции, другой
был переименован "Даймлер петрол электрик машин" и оснащался
улучшенным двигателем "Даймлер" (
125 л
.с.) и был непосредственно соединен с генератором.
Ток поступал к двум электродвигателям последовательного возбуждения, каждый
из которых мог независимо управляться перемещением щеток.
Рис. 1. Схема трансмиссии танка времен 1-й мировой войны с
бензиноэлектрической установкой " Crochat Collendeau" 1 - двигатель
"Панар"; 2 - генератор; 3 - электромотор; 2-двухскоростная коробка
передач
Каждый
электродвигатель через двухскоростную коробку передач с червячным понижающим
редуктором, передает крутящий момент на дополнительный понижающий редуктор,
а затем с помощью цепной передачи к ведущим колесам. Соединение двух валов
червячных колес с кулачковой муфтой, образует механизм блокировки
дифференциала.
Во-первых, эта
трансмиссия казалась перспективной, что бронетанковый комитет сделал заказ
на 600 комплектов. Однако, на испытаниях
тяговый эффект был так низок, что танк не смог выехать из воронки от разрыва
снаряда. После многих дискуссий и испытаний комитет отклонил трансмиссию
фирмы "Даймер петрол электрик" и аннулировал весь заказ.
Обычно используемая
на британских троллейбусах электрическая трансмиссия фирмы "Бритиш
вестингхауз", переименованная в бензино-электрический механизм фирмы
"Бритиш вестингхауз", была
установлена на танк "Марк IV" с двигателем фирмы "Даймлер" (
115 л
.с.). Этот двигатель, перемещенный вперед с кормы
танка, освободил пространство для двух генераторов, установленных в ряд
впереди его с одной обмоткой возбуждения, для обоих электродвигателей. На
каждом борту устанавливался электродвигатель за двигателем внутреннего сгорания.
Каждый электродвигатель приводился в действие собственным генератором (Рис.
2.).
Рис. 2. Схема трансмиссии фирмы
"Бритиш вестингхауз": 1 - генератор; 2 - двигатель; 3 -
электромотор; 4 – редуктор
Перематывание
гусеницы осуществлялось от этих электродвигателей через двойной понижающий цилиндрический
редуктор, цепную передачу и ведущие колеса. Управление осуществлялось
реостатом обмотки возбуждения каждого электродвигателя и специальными
реверсивными переключателями. Эти переключатели имеют взаимную блокировку и
управление током может осуществляться только когда включены оба.
Рассмотренная
бензино-электрическая трансмиссия фирмы "Бритиш вестингхауз"
являлась в некоторой степени удовлетворительной, однако, была тяжелой, шумной и громозкой для практических целей.
В 1918г. США провели испытания
экспериментального образца "Хольт газ-электрик танк", разработанного в сотрудничестве с фирмами
"Хольт мануфактуринг" и "Дженерал электрик".
Высокооборотный двигатель "Holt" приводил в действие
генератор, который питал током два электродвигателя на каждом борту. Изменяя
величину тока на тяговых электродвигателях, управляли танком. Торможение
осуществлялось с помощью тормозов, установленных на выходных валах тяговых
электродвигателей. С этой трансмиссией танк "Хольт" имел масс более 20т (предельно-допустимый вес для его
габаритов).
Во Франции фирма
"Пежо" в
1918 г
. создала опытный образец танка с трансмиссией
"Петролеум-Электрик", а между 1919 и 1921 гг. фирма "Societe der Foreces et Chantries de
la Hoditerrance
" Недалеко от Тулона выпустила
десять 70 т танков типа 2С, с более
совершенной конструкцией электрической трансмиссии.
Электрическая
трансмиссия для танка
2C
, разработанная фирмами "Sautter-Harle" и "Alsthom", была довольно оригинальной и очень
тяжелой. Она имела запасные генераторы, чтобы компенсировать при необходимости недостаток мощности. Два шестицилиндровых
бензиновых двигателя приводили в действие два генератора постоянного тока, через упругую муфту. Если один из танковых
двигателей вышел из строя, то с немощью экипажа обеспечивался привод не обе
гусеницы от оставшегося работающего двигателя.
Электродвигатели, которые питались напряжением 300 В,
позволяли танку осуществлять прямолинейное движение и повороты, несмотря на
большое уменьшение мощности и скорости. Небольшой вспомогательный двигатель
вращал генератор. Этот генератор возбуждал основные генераторы, которые во
время пуска выполняли роль стартеров двух бензиновых двигателей.
Электрическая трансмиссия для танка
2C
имела массу около 23% массы танка.
После 15-летнего
застоя в этом вопросе французская фирма "Societe d'Edudes et d'Aplications Mecaniques "(SAEM) воскресила идею такой
трансмиссии. В 1936г. был создан экспериментальный танк "Poniatowski".
В 1917 году в рамках программы "char de forteress " предусматривалось создание макета
в натуральную величину танка Г-1 фирмы ГСМ с электрической трансмиссией
"Aisthom", который был бы способен преодолеть гиденбургскую
линию укреплений под огнем её огневых средств.
Вооруженный длинноствольной
105-мм и 75-мм пушками в двух башнях, он должен был иметь массу 145 т. Вторая мировая война приостановила
другие проекты танков с электрическими трансмиссиями, включая штурмовой танк API.
ОПЫТ ВТОРОЙ МИРОВОЙ
ВОЙНЫ
Однако
во время второй мировой войны возобновились исследования в этой области за
пределами Франции.
В
Великобритании фирма "British Electric" Разработала электрическую
трансмиссию для 65-тонного танка "TOG", созданного фирмой "William Foster and Co" в 1940г. (РИС.3).
Рис. 3. Британский танк "TOG" периода второй мировой войны с
электротрансмиссией. В боевых действиях участия не принимал
Приводным двигателем
двух основных генераторов являлся дизельный двигатель, который был связан с
генераторами механически. Генераторы питали током электродвигатели каждого
борта. Изменение скорости движения машины осуществлялось педалью подачи
топлива дизельного двигателя. Ручным рычагом изменения сопротивления тока,
питающего электродвигатель и генератор, обеспечивалась дополнительная регулировка
скорости движения машины. Поворотом руля, связанного с потенциометром,
изменялось сопротивление тока в обмотках возбуждения двух генераторов. В
результате поворота руля в ту или иную сторону увеличивалась выходная
мощность электродвигателя противоположного борта (противоположного поворота
руля) из-за увеличения в его обмотках напряжения. Другой электродвигатель,
питаясь от своего генератора, передавал мощность на ведущее колесо другого
борта, помогая осуществлять поворот. Это являлось одним из способов независимого
реверсирования одного из электродвигателей и осуществления разворота танка
на месте (разворот вокруг своей оси). Для осуществления поворота с радиусом
равным ширине танка, затормаживалась одна из гусениц с помощью пневматических
тормозов.
В Германии, Фердинанд
Порше разработал проекты электрических трансмиссий УК-3001(Р), УК-4501(Р) (P), УК-4502 (Р), УК-4504 (P).
В 1943г. его фирма
выпустила девяносто 65-тонных истребителей танков "Elefant "
(семейство "Фердинанд"), которые были оснащены электрической
трансмиссией фирмы " Siemens-Schuckert ".
Генератор с двумя
параллельно расположенными приводными двигателями "Maybach", мощностью
300 л
.с., выргбатывал ток для двух электродвигателей.
Они были установлены
в трансмиссионном отделении и соединялись с соответствующими задними ведущими
колесами гусениц через зубчатую передачу. Эти коробки передач с
электрическим, управлением имели три передачи вперед и назад, а максимальная
скорость при этом составляла
20 км/ч
. Электрическая система управления с
пневмогидравликой обеспечивала конечное понижающее передаточное отношение 16,5 : 1.
В 1943г. в Германии испытали опытный образец
188-тонного громадного танка, получившего название "Mous" ("Мышонок") (Рис.4). Он был также оснащен огромной
электрической трансмиссией "Siemens-Schuckert", которая включала последовательно расположенные генератор,
весящий
3885 кг
, и два электрических двигателя, весящих
3770 кг
, которые вращали простые понижающие редукторы,
которые могли быть приспособлены как к движению по шоссе, так и по
пересеченной местности, обеспечивая "подвижному броневому колпаку
Порше" максимальную скорость движения
20 км/ч
. Воздушным потоком от вентилятора двигателя обеспечивалось
охлаждение генераторов, электродвигателей, понижающих редукторов и тормозов.
Рис. 4. Схема сверхтяжелого танка
"MOUS " массой 188 т с электротрансмиссией
Так как имелось очень
мало мостов способных выдержать такой вес, "MOUS " создавался способным преодолевать
водные преграды по дну глубиной до восьми метров.
Устанавливаемая на
танк одна большая труба служит в качестве воздухопитающей, а также запасного
выхода экипажа и для охлаждения электродвигателей. Когда "MOUS" должен был преодолевать
водную преграду, то электроэнергией его обеспечивал другой танк, находящийся
на берегу, по кабелю. Предполагалось, что после преодоления водной преграды,
первый танк "Mous" с помощью того же кабеля обеспечивал бы электроэнергией
второй танк во время форсирования им реки.
США также провели
исследования этих идей на серии экспериментальных танков: тяжелый Т 1Е1 и
средних Т 23, Т 23ЕЗ, Т 25 и Т 26. У них была электрическая трансмиссия фирмы "GE". 250 танков, изготовленных с этими трансмиссиями никогда не
принимали участия в боевых действиях (бою).
В 1944г. Советская армия провела испытания
опытного образца тяжелого танка ИС-1Е "Сталин" с электрической
трансмиссией и измененной ходовой частью.
До этого времени
электрические трансмиссии оказывались значительно тяжелее, - к примеру электрическая трансмиссия
британского танка "TOG" весила 3 тонны, - чем эквивалентные механические
трансмиссии, хотя были легче в управлении и более приспособлены к применению
в качестве механизма поворота на гусеничных машинах.
В середине 1960-х
годов корпорация FMC провела эксперименты с электрическими трансмиссиями типа
"АС" и "ДС", установленных на БТР М 113.
Десять лет назад
бельгийская электрическая и инженерная компания АСЕС взялась за разработку и
производство электрических трансмиссий для бронированных гусеничных машин.
Эта компания занималась исследованиями в области электрических трансмиссий
для локомотивов и трамваев. Предварительные эксперименты, проведенные этой
компанией с электрической трансмиссией легкого танка М-24 "chaff", а затем установленной на БТР
АМХ-10Р, - убедили инженеров, что
только совершенно новая конструкция способна будет полностью реализовать
потенциальные возможности электрической трансиссии.
Это послужило началом
для создания боевой машины пехоты "Кобра", на которой с
1976 г
. начались исследования. Первый опытный
небронированный образец (Р) появился в мае 1978г. через
пятнадцать месяцев после создания эскизного проекта. Два других бронированных
образца БМП "Кобра" (Р2 и РЗ) появились в 1980г. с различными техническими усовершенствованиями (гусеницы,
кондиционер, бортовая передача).
Военный совет
сухопутных войск Бельгии наблюдал за испытаниями БМП "Кобра" (РЗ)
на полигоне бельгийской армии в Брэсшате. Результатом испытаний БМП
"Кобра" (РЗ) явился опытный образец машины (Р4), который был создан
в конце 1983г. В сентябре 1984г. специалисты из автобронетанкового
командования армии США посетили фирму ''АСЕС'' с целью проверки и испытания
этой машины. С середины 1984г. по май
1985г. "Кобра" (Р4) прошла официальные испытания в Брасшате и на
маневрах в Marche-en-Famenne.
В октябре 1985г. опытная партия БМП
"Кобра-41" (Рис. 5) была изготовлена на заводе фирмы "АСЕС" в Hent.
Рис. 5. Боевая машина пехоты "Кобра-41"
Эта БМП выпускалась
до августа
1986 г
. как машина огневой под-держки затем на её базе был создан легкий танк "Кобра - 90", вооруженный 90-мм пушкой (Рис.6).
Рис. 6. Легкий танк "Кобра - 90"
ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ
ТРАНСМИССИЯ ФИРМЫ "АСЕС"
Электрическая
трансмиссия фирмы "АСЕС'' для боевых машин "Кобра" является
очень легкой и эффективной, которая состоит из генератора переменного тока,
выпрямителя и двух электродвигателей на ведущих колесах (Рис. 7).
Рис. 7. Электрическая схема трансмиссии для бронированных машин фирмы
"АСЕС"
Генератор переменного
тока является маховикового типа, без крышек подшипников. Ротор клиновидного
типа с кольцевой обмоткой возбуждения. На его валу установлен оригинальный
маховик с зубчатым венцом. Эта конструкция не имеет крышек и соединительных
муфт. Она довольно простая надежная и легкая. Выпрямитель, встроенный в статор генератора, состоит из
двойного силиконового диодного моста (шесть
элементов) охлаждаемого вентилятором генератора. Эта дизель-электрическая
силовая установка занимает такой же объем, что и обычный дизельный
двигатель.
Два включенных
последовательно электродвигателя питаются током от генератора через
выпрямитель. Ток всегда течет в одном и том же направлении через обмотки
возбуждения (Е/Е). Направление тока может изменяться на противоположное в
двигателе с помощью выключателей. G1- G4 и Д1-Д4,
если машина поворачивается на месте, на 180^, или если происходит переключение с
переднего хода на задний ход, управление машиной осуществляется контакторами
1G и 1Д.
Мощность двигателей
регулируется широтно-импульсной модуляцией. Для обеспечения движения по шоссе
и пересеченной местности на валах тяговых электродвигателей установлены
двухступенчатые, понижающие планетарные редукторы с гидравлическим приводом,
встроенным маслобаком и многодисковым тормозом. Так как износ дисков незначительный,
эти тормоза не требуют ремонтных и регулировочных работ.
У водителя немного
органов управления: два рычага управления поворотом и акселератор. Водителю
нет надобности выбирать передачу, трансмиссия автоматически изменяет
передаточное отношение на ведущие колеса во время движения. Эта конструкция
чрезвычайно проста и требует минимального времени для обучения водителей. При
необходимости любой другой член экипажа может выполнять обязанности
водителя.
ПОДВИЖНОСТЬ
Значительное уменьшение веса и объема за счет исключения
ряда узлов и агрегатов приводит к снижению боевой массы машины: боевая машина
пехоты "Кобра-41" весит 8,5т,
машина огневой поддержки "Кобра-90" - 9,5т. Это намного меньше боевой массы БТР LAV (12,3т) с колесной формулой 8х8 для корпуса морской пехоты США, который
имеет эквивалентную защиту. Тем не менее, в состав боевого расчета БМП
"Кобра-41" входят 2 члена
экипажа и десять пехотинцев. Обе иностранные
машины более компактны, чем машина LAY. Она имеет обитаемое отделение
объемом семь кубических метров, т.е. соотношение полезного используемого объема к общему
объему 7,5 : 10 (к примеру на БТР М113 это соотношение 4,9 : 10). С другой стороны, экипаж боевой машины огневой
поддержки (БМОП) "Кобра-90" состоит из трех человек. На этой машине
установлена башня, разработанная фирмой "Mecar ", с 90-мм пушкой "Kenerga". Привод башни
электромашинной фирмы "АСЕС". На обеих машинах применены одинаковые
автомобильные узлы и агрегаты.
По
своим характеристикам транспортный самолет С-5А "Гэлэкси" способен
перевезти 16 БТР пехотной роты и ещё
иметь 60т. взлетного веса в запасе.
Транспортный самолет С 141А способен перевезти четыре "Кобры", а
С-130 "Геркулес" - две.
Оснащенный
дизельным двигателем "Cummins" с турбонаддувом мощностью
190 л
.с., БМП "Кобра-41" и БМОП
"Кобра-90" могут достигать скорости
46 км/ч
по шоссе и иметь запас хода
600 км
. Скорости переднего и заднего хода одинаковые.
На
БМП "Кобра-41" заднее расположение ведущих колес, а на БМОП
"Кобра-90" - переднее.
Подвеска БМП "Кобра-90" усилена гидравлическими амортизаторами на
передних и задних катках.
На
машинах "Кобра-90" установлена обрезиненная гусеница с параллельным
резиново-металлическим шарниром (РМШ). Эти гусеницы с минимальным трением "сталь
по стали", разработанные фирмой "ACEC", на 30% легче гусениц с ОМШ. Эта гусеница не сняла проблемы,
связанные со сбросом гусеницы, которые очень часто имели место в течение
1960-х годов на БТР М114 США. Они также
делают машины менее шумными и обеспечивают им необходимую свободу действий
при ведении разведки, борьбы с танками противника, противодействии
выполнению задач по артиллерийскому наблюдению противника. Легкий вес машин
обеспечивает проходимость по слабым и песчаным грунтам с удельным давлением
на грунт менее 0,4кг/см.
БМП
"Кобра-41" способна преодолевать водные преграды без специальной
подготовки, благодаря двум гидрореактивным движителям электрического типа с
рабочим колесом с автоматическим регулируемым шагом. С другой стороны,
"Кобра-30" для форсирования водных преград на плаву имеет
встроенный плавучий экран. Компактный силуэт, подвижность и маневренность
значительно повышают их уровень защиты. Они также легко маскируются.
РЕАЛЬНОСТЬ
До недавнего времени
применение электрических трансмиссий на бронированных и гусеничных машинах
оставалось нереализуемой идеей. Благодаря открывшимся возможностям
современных технологических достижений, теперь это уже реальность. Фирма
"АСЕС" созданием удачной реальной и легкой по массе электротрансмиссии
открывает новую эру в разработке и производстве гусеничных бронированных
машин, создавая их легче для выполнения некоторых конструктивных требований.
Они будут так же обеспечивать по соотношению
"стоимость/эффективность" превосходство над другими типами
трансмиссий. Таким образом, электрические трансмиссии боевых машин
становятся, в определенной мере, довольно заманчивыми, сокращая время
на подготовку специалистов, облегчая
техническое обслуживание, и делают более экономичной и менее энергоемкой
боевую машину.
Раймонд Селемонт. Armor, 1938,Jan./Feb., p. 34-39.
|