追風猶可到天涯:我國坦克行走機構與西方有多大差異?

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坦克自誕生到21世紀的今天,一直是陸軍中不可缺少的中堅力量。而坦克的行走機構雖然並非有火力和裝甲那樣為大眾津津樂道,卻也是決定了坦克火力與防護的根本保障。而行走裝置的好壞,除了懸掛裝置,還要考慮到履帶和負重輪的設計。可以說,一輛坦克的性能能發揮出幾成,能不能開到戰場,履帶和負重輪的設計好壞也有很大的發言權。

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先說履帶的誕生,在火車出現後,便有人希望這種重型運輸車輛能出現在任何地方。但是稍有常識的人都知道,讓我們想去的所有地方都有鐵路是一件完全不可能的事情。而這時一個童話故事便蘊含了解決方案,一個國王發現光腳走路很難受,於是下令全國的路上都需要鋪上牛皮以避免傷腳。但發現全國沒有這麼多牛的大臣給了國王一個更實際的意見:為什麼不試著用牛皮直接把腳裹住呢?不知道是不是回家帶孩子的工程師受到這則童話的啟發,在19世紀的下半葉,俄、英、波蘭等國的科學家提出了兩個新名詞“無畏輪”和“無限鐵軌”。前者可以看出是在輪子外面加上可以旋轉的鋼板,讓輪胎最終與地面接觸都是一塊平板,而後者的設計則是將鋼製的平板擴大到整臺車輛的長度,並通過將鋼板設計為一條皮帶的樣子,實現了“拆了後面的軌道鋪到前面”。

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這種設計一出現便在拖拉機上體現出了極大的價值,而武裝化的履帶式拖拉機則有了一個我們更為熟悉的名字——坦克。這之後,坦克的負重輪和履帶設計開始成為每一個坦克設計師的必修課。一般來說,坦克是先將重量通過懸掛分散到各個負重輪上,再由負重輪分散到輪下的履帶上,而履帶又通過各自的緊密連接將壓力均勻的分散到地面上(雖然往往負重輪正下方的壓強會稍大些)。這種獨特的多層分攤壓力結構使得坦克實際是“趴”在地上。而由於坦克是通過主動輪“抽動”履帶進行前進而非傳統輪式車輛的靠一兩個動力輪,這就使得只要是與地面緊貼的履帶,都是坦克事實上的“腳”與動力輪。因此,坦克也有了超出尋常的越障能力,就和蜈蚣與蛇一樣。

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當然,坦克的行走裝置設計原理簡單歸簡單,設計時還是一個需要結合使用情況和材料學能力進行取捨的妥協藝術。一般來說,履帶越寬大,對地面的壓強就越小,而對地壓強小就意味著越不容易被泥潭束縛,意味通過能力就越強;但是過寬的鋼履帶卻也使得坦克質量直線上升,有時反而得不償失。例如美國M1系列主戰坦克的T156履帶一條就有2050公斤,相比之下蘇聯T-72、T-80等坦克一條履帶的重量僅有1700~1800公斤。而較窄的履帶雖然對地壓強高,但是其行進時的阻力也更小,加上較低的質量讓坦克整體質量更小,可以提升坦克的單位功率。因此,其在硬化地面上可以獲得更大的速度。

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因此,一般設計師往往會根據本國假想使用環境進行履帶寬度的設計,例如二戰早期德國的一號到四號坦克都是較窄的履帶,很適合西歐環境,在閃擊法國時的確有著極強的地形適應性;但是蘇聯則對寬履帶青睞有加,因為在東歐的“無路季”,窄履帶往往寸步難行。因此,德軍早期的窄履帶設計在脫離了預期戰場後很快陷入了東線的泥潭,吸取經驗的德軍不但為三/四號配備了冬季履帶(一種直接裝在履帶上的加寬鐵片)和專門的東線履帶,還放寬了虎式坦克的履帶設計寬度(720毫米)。當然,這就帶來另一個問題,過寬的履帶雖然方便了戰術機動,但是對戰略機動卻是致命的傷害——由於虎式過寬的車體加上過寬的履帶超出了鐵路運輸上限,因此鐵路戰略機動的虎需要臨時拆掉最外側負重輪並換用520毫米的窄履帶。

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聰明的美國設計師很快提出了一個解決方案:二戰末期美國人研製的T-95超重型坦克就在傳統的履帶外側安裝了兩條可整體拆卸的履帶。在“硬地”上行走時,可以把最外側的兩條履帶拆下來拼成一個拖車拖著走,當遇到“泥地”時,再把這兩條履帶裝回來。不過新的問題也就此誕生:我怎麼知道啥時候會遇上泥地?要是打起來了我難道還要頂著敵軍的炮火,花三個小時時間把拖車變成履帶?

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因此在T-95之後,雖然也出現過4履帶坦克,但沒有一輛4履帶坦克繼續使用這種“可拆卸”設計。比如蘇聯的279工程,就為了降低自身的對地壓強而採用了4條履帶。而事實證明279的確堪稱“輕如鴻毛”:60噸戰鬥重量的279工程對地壓強只有0.6千克/平方釐米,僅相當於主流主戰坦克的60%~70%上下。不過,雖然履帶不需要拆裝了,但4履帶車輛的可靠性問題還是沒有得到根本的解決:試想如果內側的履帶、負重輪或懸掛系統被擊毀,想要維修這輛坦克將是一個多麼巨大的工程。因此,後來的坦克往往通過控制總重的方法控制對地壓強,而沒有再繼續使用多履帶設計。

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除了履帶,負重輪的多寡對坦克的影響同樣巨大,畢竟履帶不是一整塊,因此坦克的姿態不可避免的受每個負重輪接地壓力的影響。這就使得越多的負重輪相對而言對地面的接觸支點越多,坦克就越平穩。這中間有兩個代表,一個是可能由於材料不過關的英國人在二戰重坦上的嘗試。單個懸掛和單個負重輪無法承受巨大壓力怎麼辦?那就多加幾對,但是多加幾對塞不下怎麼辦呢?那就把每個負重輪都做的特別小。這就使得丘吉爾、TOG2、土龜等英國重坦都有著數量堪比蜈蚣腳的負重輪數量。

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當然,英國人這麼做不代表這麼設計就很好,畢竟英國人二戰期間的重坦設計很難說比反面教材德國人更好,至少德國的虎式、虎王還能開的出去。畢竟多一對負重輪就多一點死重,而坦克的負重輪並不提供動力,多出的負重輪會極大的增大坦克阻力。英國重坦的公路速度往往比不過大學肥宅也從側面驗證了這一道理。德國人則是走了另一條路——與其拉長車體塞下更多輪子,不如加寬車體,橫向佈置更多的負重輪,也就是我們熟知的後勤噩夢——交錯式佈局。而到了現代,英國爬蟲和德國交錯負重輪這兩大噩夢終於被刪除。但是坦克行走裝置的設計卻在細節上仍然有著較大的不同和不斷進化,在履帶上,自二戰後出現了滾道掛膠與著地面掛膠等設計。而在負重輪上,也遠非外行看上去“哦1 2345,0 1 2345,差不多嘛”。

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例如,T-64採用的小直徑負重輪有著重量輕的優勢(T-64的負重輪不但直徑小,寬度也極窄),而且需要注意的是,負重輪和履帶屬於簧下質量,減重效益比給車體減重高出數倍。除此之外,這種小直徑負重輪還有扭杆懸臂動量大,所以行駛平穩的優勢。同時其還有利於塞更多的扭杆和負重輪進一步提升平穩性。在這個角度來說,T-64的人機工效堪稱當時的領先者。這一點在我國63式裝甲車的改進中得到了體現,531A底盤採用了4對直徑為760mm的單負重輪,而531B則是使用了5對650mm的雙負重輪,並添加了3對託帶輪。後來531B的行走裝置被用在了85式裝輸身上,這種行走裝置在只把車體拉長了20釐米的同時極大提升了車輛的平穩性。

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而T-64的小直徑負重輪特色的行走裝置並未被T-80繼承,因為小直徑負重輪最大的優勢減重這點在T-72上就開始採用的鋁合金負重輪面前變得非常尷尬,鋼製負重輪再小也很難比鋁合金的負重輪比重。此時,反而暴露了小直徑薄負重輪掛膠磨損和扭杆損耗都較大的缺點。而且最尷尬的是小直徑負重輪的T-64因為極小的直徑使得扭杆懸臂過長,這屬於設計的胎裡病,壽命低且可靠性差,其在高速情況下故障極多。後來蘇聯在T-80研製中,綜合比較進行取捨後還是使用了中型負重輪,既保證了扭杆懸臂不會過長,提升了可靠性,又避免了大直徑負重輪帶來的平穩性較低影響人員體驗和射擊精度問題。

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而我們的坦克設計師在上世紀70年代也注意到了傳統大直徑負重輪的種種問題而在80、85、88、96式坦克的設計中使用了類似T-80的中尺寸加寬負重輪。但在另一方面,由於我國二代、三代坦克幾乎是同步開始設計的,互相之間沒有太大的繼承關係,因此99式坦克並沒有採用80家族的設計方案,而是充分參考了手頭的T-72主戰坦克設計,又將負重輪直徑恢復到了59式坦克的760毫米。

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說來有趣的一點是:T-72坦克之所以要確定這麼一個負重輪直徑,主要還是沿用了之前烏拉爾坦克廠的習慣,即T-54、T-55、T-62坦克的“祖宗之法”。而這種較大直徑負重輪的優勢,主要在於其越野性能極佳且行駛阻力較小,這也比較符合我國幅員遼闊、地形地貌複雜的特點。不過,同樣由烏拉爾廠設計製造的新一代T-14“阿瑪塔”主戰坦克也已經參考T-80坦克,採用了700毫米直徑的中型負重輪,我國在未來的坦克設計中是否應該繼續使用760毫米大直徑負重輪同樣值得商榷(隨著阿瑪塔的出現,99A成為了各國最新型號主戰坦克中負重輪直徑最大的)。

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隨著我軍新一代坦克的誕生,我們的坦克在行走裝置的設計上也面臨著諸多的挑戰,例如96B就曾在坦克跑圈大賽中磕掉了負重輪,雖然並沒有導致趴窩,但也確實反應了結構在優化減重時沒有考慮跑圈大賽的需求進行加強。而99A坦克作為大幅度重新設計的重大型號,在早期增加防禦時也出現過因為超重導致扭杆斷裂的事故。

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此外在行走裝置的設計與製造上,我們的觀念與西方的坦克大國還有一定的差異,在我國,坦克的履帶通常有三種形態,即雙面掛膠、單面掛膠和不掛膠。由於新型坦克履帶的膠層都是可拆卸的,所以我軍在實際應用坦克時經常會根據實際情況更換履帶的不同狀態。比如滾道掛膠(內掛膠)可以顯著提升坦克行駛的平穩性和速度,因此在坦克大賽上我國96B坦克通常會選擇滾道掛膠;雙面掛膠不僅可以提升坦克的平穩性,還能減小對鋪裝路面的損耗,因此閱兵時我國的坦克通常使用雙面掛膠的形態。另一方面,履帶膠又貴又嬌弱,非常容易磨損,壽命只有履帶的零頭。因此,“勤儉持家”的我軍很少在在野外訓練時掛膠(當然外側不掛膠也有助於提升坦克在野外的抓地力)。

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相比之下,雖然西方主流主戰坦克也都採用了可拆卸履帶膠,但不管是美國、德國還是法國,都更願意一直掛著膠開坦克,這一方面能夠提升坦克的舒適性,另一方面也節省了大量拆裝履帶膠的時間,這不僅更加“土豪”、也更加貼近實戰。


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