Направления развития ходовой части зарубежных ВГМ.

Совершенствование практически всех элементов ходовой части зарубежных ВГМ в настоящее время происходит естественным эволюционным путем постоянного улучшения известных конструкций и технологии их изготовления и только в области систем подрессоривания наблюдается резкое повышение активности многих западных фирм в направлении создания гидропневматических, а в перспективе и управляемых систем.

Гидропневматическая система подрессоривания на ВГМ впервые была применена в ходовой части английского легкого авиадесантируемого танка «Тетрарх» МК VII …..1938г.) фирмы Виккерс. Однако проблемы, возникшие в связи с низкой надежностью узлов гидропневматических подвесок (ГПП)[2], температурной нестабильностью применяемых жидкостей, сложностью производства и дороговизной, длительное время сдерживали процесс их дальнейшего развития и распространения. Вместе с тем преимущества ГПП, обусловленные значительным улучшением плавности хода за счет нелинейных («прогрессивных») характеристик упругих элементов, экономией внутреннего объема машины, простотой обслуживания и замены подвесок, перспективностью реализации идей управления колебаниями корпуса, постепенно стали превалировать над недостатками, которые с развитием технологии производства оказались потенциально разрешимыми.

Так, основной недостаток ГПП – нагрев азота упругого элемента дросселирующим маслом амортизатора, приводящий к увеличению жесткости подвесок, клиренса машины и ухудшению плавности хода – устраним путем разделения упругой и демпфирующей полостей («Кадиллак Гейдж») или применения автономных систем охлаждения (SAMM). Другой недостаток, заключающийся в трудностях обеспечения герметичности между маслом и азотом (пористость разделительной мембраны или «риски» на цилиндропоршневых поверхностях), устраняется подбором материалов уплотнений.

«Возрождение» гидропневматических систем подрессоривания началось в 1957 году, когда фирма «Frieseke und Hoepfner Erlagen» (ФРГ) опубликовала описание изобретения на свою подвеску «Хидроп-Федер». Эта подвеска была испытана на западногерманском танке КР-70 и сравнивалась с моделью 2812 американской фирмы «Нэшнл Уотерлифт», установленной на танке МВТ-70. Эти системы не были внедрены, поскольку в то время не могла быть решена проблема нагрева упругих элементов. Вместе с тем гидропневматические системы подрессоривания все же были установлены на шведском танке «S» в 1967 году и японском «74» в 1973 году, а после почти 20-летнего периода изучения опыта на двух новых серийных танках Запада – «Челленджер» (Великобритания) и «Леклерк» (Франция).

Моноцилиндровая ГПП для танка «Челленджер» (см. рис. 9) создана фирмой «Лазер Энжиниринг Дивелопмент Лимитед» совместно с фирмой «Роял Орднанс Лидс» и танковым НИЦ «Милитари Виклэ Экспериментал Истэблишмент» (MVEE).

Рычаг этой подвески передает вертикальные усилия от опорного катка на поршень, который перемещается в цилиндре ГПП. Сжимаемое масло перетекает из первой во вторую камеру через дросселирующее устройство 6. Дроссель с фильтрующим элементом масла обеспечивает амортизацию. Во второй камере масло сжимает азотный аккумулятор через поршневой разделитель 5. За счет сжатия газа обеспечивается упругость. Максимальное давление – около 800 кгс/см².

Гидропневматическая подвеска SHB3 танка «Леклерк» была разработана фирмой SAMM. Подвеска двухцилиндровой конструкции (см. рис. 11), в которой ось рычага подвески приводит в действие два оппозитных силовых поршня. Подвеска имеет массу 250 кг, номинальное давление 900 кгс/см² и рассчитана на работу в диапазоне температур окружающей среды от -40ºС до +50ºС.

У ряда разработчиков в ГПП вышли из стадии исследовательских разработок и их начинают предлагать на рынке сбыта. Командование армий многих стран серьезно думает о том, чтобы установить их на танках 90-х годов. Такая эволюция обусловливается еще и тем, что с разработкой лопастных амортизаторов возникает столько же проблем. Сколько и при разработке ГПП.

Кроме упоминавшихся, существует еще несколько фирм разработчиков ГПП, ориентированных на бронетанковую технику.

Американская фирма «Кадиллак Гейдж», специализирующаяся на разработке гидроприводов башен. Недавно переориентировала свою деятельность на разработку подвесок, встроенных в балансир, за счет пополнения своего штата специалистами фирмы «Нэшнл Уотерлифт». В противоположность другим ГПП данной фирмы содержат отдельно упругие и демпфирующие элементы, что сводит к минимуму передачу к газу тепла, генерируемого при демпфировании, и уменьшает расширение последнего. Не менее интересной особенностью данной подвески является то, что усилия демпфирования значительно ниже при высоких скоростях, чем при низких. При более высоких скоростях рассеивается меньше тепла, а усилия, передающиеся на корпус в моменты ударов о препятствия на высоких скоростях движения машины, являются меньшими, чем при установке обычных гидравлических амортизаторов. Следует отметить, что при установке на танке MI ГПП рассматриваемой конструкции вместо торсионной достигается экономия по массе около 1000 кг, и высвобождается забронированный объем 0,3 м³.

В рамках программы разработки французского перспективного танка «Леклерк» французская фирма МАI конкурировала с фирмой «SAMM» в разработке опытного образца ГПП. В подвеске фирмы МI предусмотрены разделение масла и азота при помощи поршня и система охлаждения масла.

Отделение «Дженерал Продактс» представляет серию ГПП, получивших обозначение HSS (Hydropneumatic Suspension System). Эта фирма выделилась из фирмы «Нэшнл Уотерлифт» - одной из старейших в области производства ГПП. Модель HSS 2866 была разработана для танков М48 и М60. На сравнительных испытаниях в одних и тех же условиях серийный танк М60АI с ГПП показал среднюю скорость 38.5 км/ч. Подвеска модели 2869 предложена для модернизации танков «Центурион». Она была принята для установки на иорданских танках «Центурион»-293», получивших название «Tarig».

В ближайшее время возможно появление на серийных танках и БМП управляемых систем подрессоривания. Принципиально управление может быть реализовано двумя путями:

- регулированием характеристик упругих или (и) демпфирующих элементов для изменения величин частот «собственных» колебаний корпуса (частот, при которых наблюдаются максимумы амплитудно-частотных характеристик колебательной системы «корпуса-устройства» его подрессоривания»). Здесь возможно, например, изменять величины проходных сечений клапанов амортизаторов или использовать «электровискозные» жидкости, которые под влиянием электромагнитного поля практически мгновенно изменяют свою вязкость. Гидропневматические подвески фирм «MAI» и «Лазер Энжиниринг» уже запланированы для подобных систем, так как клапаны их амортизаторов сведены в одно место, легко заменяются и ими можно управлять снаружи;

- созданием восстанавливающих на осях балансиров моментов с помощью силовых гидроцилиндров, что исключает накопление системой подрессоривания потенциальной энергии при движении ВГМ и приводит к стабилизации ее корпуса.

Оба эти направления предполагают наличие измерителей параметров колебаний корпуса (перемещений, скоростей и ускорений) или профиля пути под гусеницами. Кроме того, для управления исполнительными механизмами требуются вычислители (аналоговые или цифровые), работающие по достаточно сложным алгоритмам. Разработка таких алгоритмов является одним из наиболее трудных вопросов, требующих применения математической теории оптимального управления.

В настоящее время управляемыми системами подрессоривания целенаправленно стали заниматься фирмы «Лукас Аэроспейс» (Великобритания), MAI (Франция) и НИЦ MVEE (Великобритания).

По оценкам специалистов, стоимость управляемых систем подрессоривания не менее чем в три раза превышает стоимость «обычных» (неуправляемых) систем, а обеспечение стабилизации корпуса, например, потребует дополнительных затрат мощности двигателя (около 10 – 15% от максимальной).

Оригинальным и весьма перспективным решением в направлении улучшения плавности хода гусеничных машин с неуправляемыми системами подрессоривания являются фрикционные амортизаторы танка «Леопард-2», устанавливаемые соосно торсионным валам в районах соединений балансиров с торсионными валами на 1, 2, 3, 6 и 7-й подвесках. Силы сопротивлений таких амортизаторов возрастают с увеличением углов закрутки торсионов, то есть пропорционально перемещению опорных катков. Поэтому увеличение скорости движения гусеничной машины не приводит к появлению ускорений тряски, что возможно на машинах с гидравлическими амортизаторами, создающими силы сопротивления, пропорциональные скорости перемещения опорных катков. Кроме этого, размещение фрикционных амортизаторов в стенках броневого корпуса танка, обладающего большой теплоемкостью, в значительной степени решает проблему охлаждения амортизаторов.

В конце 70-х годов на опытных американских танках XMI устанавливались трубчато-стержневые системы подрессоривания. В то время на них возлагались большие надежды при поиске резервов повышения энергоемкости подвесок, однако, оказалось, что трубы добавляют лишь 20 – 22% потенциальной энергии, наряду со значительным усложнением конструкции и использованием дефицитного забронированного объема корпуса танка. Серийные танки семейства MI поэтому имеют обычные торсионные системы подрессоривания.

На зарубежных ВГМ применяются в основном гусеницы с открытыми (ОМШ) или резинометаллическими шарнирами.

Гусеницы ОМШ несложны в изготовлении и обслуживании, характеризуются небольшим весом и простотой конструкции. Они недолговечны из-за быстрого износа проушин и пальцев, особенно при эксплуатации на абразивных грунтах. В условиях грунтов средней абразивности их ресурс не превышает 2 – 3 тыс. км. Для перематывания таких гусениц требуются большие затраты энергии. Которые прогрессивно возрастают с увеличением скорости движения.

Гусеницы с РМШ отличаются значительно большей долговечностью, которая практически мало зависит от абразивных свойств грунта, и имеют меньшие потери на перематывание (по сравнению с ОМШ). За счет упругости шарниров уменьшаются динамические нагрузки на моторно-трансмиссионную установку, возникающие из-за звенчатости гусеницы и несколько повышается проходимость машины по слабым грунтам. К недостаткам этих гусениц следует отнести увеличенный вес, сложность изготовления и большую трудоемкость в обслуживании.

Выбор того или иного типа шарнира для гусениц конкретной машины диктуется взглядами на характер военных действий и связанной с этим возможной протяженностью маршей танковых частей, скоростью движения танков и экономическими соображениями, которые особенно важны для стран, поставляющих танки на экспорт.

Исходя из этого, в ВГМ Великобритании используются гусеницы с траками ОМШ, а в ФРГ и США – РМШ.

Тенденциями дальнейшего развития конструкций гусениц ВГМ являются:

• повышение ресурса, о чем свидетельствуют, например, сообщения о проводимых в США работах по шарнирам гусениц на основе качения;
• снижения веса, что особенно существенно для плавающих и авиадесантируемых машин за счет применения высокопрочных алюминиевых и титановых сплавов для силовых деталей;
• снижение трудоемкости технического обслуживания, прежде всего путем увеличения долговечности шарниров и повышения износостойкости других деталей;
• дальнейшая стандартизация и унификация.

Развитие остальных элементов ходовой части зарубежных ВГМ вероятнее всего будет происходить эволюционным путем совершенствования известных конструкций в направлении снижения их себестоимости и повышения эксплуатационно-технических показателей. Возможно, однако, появление автоматических механизмов натяжения гусениц, компенсирующих их удлинение от действия растягивающих сил (центробежных, сопротивления повороту и других), что позволит существенно снизить уровень потерь в ходовой части и уменьшить вероятность схода гусениц с обода, однако о серьезных работах по применению их за рубежом не сообщалось.

[1] Вопрос о причинах использования «тянущего» типа остается открытым. С нашей точки зрения, трудно объяснить, почему на практически всех зарубежных ВГМ применяется «тянущий» тип, несмотря на очевидные недостатки.

[2] Следует иметь в виду, что термин «гидропневматическая подвеска (ГПП)» не совсем правильно отражает сущность большинства применяемых в настоящее время и рассматриваемых устройств, в которых используются упругие энергоаккумулирующие свойства сжимающегося газа и демпфирующие энергопоглощающие свойства, прокачиваемой черзе узкие отверстия жидкости. Так как по определению система подрессоривания – это совокупность подвески, демпферов и ограничителей, а подвеска включает упругие элементы, на которых подвешен корпус гусеничной машины, то уместнее было бы говорить о «гидропневматической системе подрессоривания» и «пневматических подвесках». В данном пособии используется термин «гидропневматическая подвеска» (в смысле «пневматическая»), учитывая его широкое использование в современной технической литературе, но это только дань сложившимся традициям.

Гидропневматическая подвеска конструктивно возможна, если принцип работы упругого элемента будет основан на сжимании как жидкости. Так и газа. Однако такие подвески еще не распространены.