Испытания мобильности, проведенные с использованием испытательных стендов

Симпозиум по мобильности США/Германия, который состоится с 8 по 11 апреля 1975 года

D. HAUG

Уважаемые господа, Мобильность (рис. 1) является одним из четырех основных элементов, определяющих боевую ценность основного боевого танка (ОБТ). На рис. 2 показана удельная мощность двигателя, необходимая для достижения уровня мобильности, требуемого для ОБТ в период с 1930 по 1980 годы. Эта диаграмма ясно демонстрирует тенденцию к увеличению удельной мощности двигателя. Исследования операций показали, что при использовании текущей оперативной тактики значительного повышения боевой ценности только за счет этой меры достичь невозможно.

рис. 1

рис. 2

Поэтому одной из целей нашего исследования, которым мы в Федеративной Республике Германии занимаемся с начала 60-х годов, является прояснение следующих вопросов: в какой степени можно увеличить мобильность гусеничного наземного транспортного средства с технической точки зрения и как эту мобильность можно оптимально использовать на поле боя для значительного повышения ударной мощи ОБТ при столкновении с вражеской бронетехникой или противотанковыми средствами?

Аналитические математические исследования показали, что движущиеся по прямой траектории машины в открытой местности могут быть поражены с высокой вероятностью с помощью будущих средств управления огнем, таких как системы сопровождения цели, вычислители упреждения и т.д., даже при движении на высокой скорости. Эти исследования также показали, что транспортное средство может достичь высокой выживаемости, если движется в направлении противника по зигзагообразной траектории (рис. 3) с высоким поперечным ускорением, например, выполняя повороты в пределах 60˚ по курсу.  Значение и величина угловой скорости цели быстро меняются, что затрудняет наводчику противника отслеживать цель и выбирать правильное упреждение.

рис. 3

При использовании орудий с нарезным стволом это применимо на боевых дистанциях до 1 секунды времени полета снаряда. На рис. 4 показана вероятность попадания в зависимости от дистанции до цели. Поперечное ускорение, определяемое как отношение квадрата скорости транспортного средства к среднему радиусу поворота, использовано в качестве параметра. Например, на дистанции 1500 м вероятности попадания составляют:

• 3 м/с²: 33%
• 7 м/с²: 8%

рис. 4

На рис. 5 показаны кривые вероятности попадания для обычного танка, возможного ОБТ 80-х годов с мощностью около 40 л.с./т и высокоманевренного танка будущего с мощностью около 60 л.с./т. Вы заметите, что поперечное ускорение оказывает значительное влияние на вероятность попадания, в то время как влияние скорости является второстепенным.

рис. 5

Эти теоретические выводы были подтверждены как с использованием орудий с нарезным стволом в симуляции на полигоне с камерой для наведения на цель, так и реальными стрельбами с управляемыми ракетами первого и второго поколения. Планируются дальнейшие испытания.

Ключевые аспекты включают:

• управляемость;
• операции на поле боя;
• возможность создания высокомобильного боевого транспортного средства с высокой огневой мощью полуфиксированных спаренных орудий и мощной лобовой броней в сочетании с оптимальной защитой других поверхностей машины.

Эти размышления и исследования привели к частично нестандартным новым решениям. Теперь я хотел бы представить различные испытательные стенды, с помощью которых проводились или планируются указанные исследования и полевые испытания (рис. 6). Мы различаем машины первого и второго поколения. Пять машин первого поколения основаны на шасси американского легкого танка M41, тогда как десять машин второго поколения основаны на шасси прототипеов MBT 70 и шасси Leopard 1. В настоящее время у нас есть 15 испытательных стендов. Теперь я хотел бы кратко описать эти машины:

• Лазерный испытательный стенд (LVT) используется для проверки работоспособности метода совмещенной стрельбы с использованием лазера и полуфиксированной системы вооружения.
• Испытательный стенд подвески и шасси (FVT) используется для тестирования первой модели торсионной подвески.

рис. 6

Кратко изложив наши основные соображения относительно повышения мобильности и ее влияния на боевую ценность машины, я хотел бы перейти к испытаниям мобильности, проведенным с использованием испытательных стендов. Как я уже упомянул, теоретические исследования показали, что эффективная защита за счет мобильности может быть достигнута, если машина движется по зигзагообразной траектории со скоростью от 10 до 15 м/с и поперечным ускорением от 5 до 7 м/с². Испытания с Leopard 1 показали, что при удельной мощности Leopard (примерно 20 л.с./т) можно достичь скорости только 7-8 м/с при поперечном ускорении 2,0-2,5 м/с², то есть мы не смогли провести испытания с имеющимся оборудованием и были вынуждены создать подходящие испытательные стенды.

Поскольку нашей целью было доказать возможность создания полностью функционального, высокоманевренного боевого транспортного средства, мы не могли ограничиться мобильностью, основанной только на удельной мощности или подвеске, но должны были расширить наши исследования и испытания на другие компоненты и функции машины, чувствительные к эффектам мобильности, такие как:

• управляемость экипажем;
• быстрая и точная стрельба как в статическом положении, так и в движении;
• система хранения энергии в подвеске, которая в настоящее время используется для тестирования метода совмещенной стрельбы и концепции видимости.
• Первые испытания мобильности, испытания стрельбы управляемыми ракетами, а также испытания дымовой завесы были проведены с использованием RVT-1 (ракетный испытательный стенд).
• Испытания мобильности, начатые с RVT-1, продолжаются с RVT-2 (ракетный испытательный стенд №2). Эта машина оснащена силовой установкой мощностью 1800 л.с. Я подробнее расскажу о динамических испытаниях, проведенных с этой машиной, в ходе моего выступления. ARPA запросила использование этой машины на условиях аренды. Этот испытательный стенд, вероятно, будет доступен в США для демонстрации во второй половине этого года.

Для продолжения динамических испытаний в диапазоне мощности двигателя до 2300 л.с. планируется создание еще одного испытательного стенда на основе модифицированного корпуса Leopard 1 – так называемого стенда для испытаний мобильности. Тогда RVT-2 будет использоваться преимущественно для дальнейших испытаний стрельбы.

• Для KVT (испытательный стенд с комбинированной силовой установкой) или HVT (испытательный стенд с дополнительным двигателем) планировалась установка комбинированной силовой установки с газовой турбиной и дизельным двигателем. В настоящее время в этом стенде установлен двигатель с жидким кислородом, работающий независимо от внешнего воздуха.
• Концепция высокомобильного транспортного средства с двумя полуфиксированными орудиями калибра 105 мм была реализована в VT 1-1 (испытательный стенд 1-1).
• ET 703 используется на начальном этапе для проведения испытаний маневренности и был переоборудован в VT 1-2 (испытательный стенд 1-2), оснащенный двумя гладкоствольными орудиями калибра 120 мм и автоматом заряжания.
• Первые испытания совмещенной стрельбы проводились с ET 706 с заблокированной башней.
• ET 707 оснащен гидропневматической системой хранения энергии в подвеске. С этим транспортным средством проводились сравнительные испытания мобильности и подвески.
• В ET 708 установлена торсионная система хранения энергии в подвеске. Эта машина также используется для проведения сравнительных испытаний мобильности.

В моем предыдущем докладе я уже сообщил о результатах, полученных с подвесками ET 703, 707 и 708.

• Концепция пяти машин GVT 01-GVT 05 очень похожа на VT 1-1 и VT 1-2. Эти машины используются для проведения боевых испытаний с целью отработки оперативной тактики и тестирования управляемости высокомобильных боевых машин на поле боя.

После обзора испытательных стендов я хотел бы подробнее рассказать о тестах мобильности, проведенных с RVT-2. Учитывая, что ни надежных теоретических, ни практических данных не было, нам пришлось исследовать неизведанную территорию. Мы стремились прояснить два основных вопроса:

a. До какого предела гусеницы могут выдерживать боковые силы на различных грунтах, то есть, какое максимальное поперечное ускорение может быть достигнуто.

b. Требуемая мощность на ведущих звездочках при различных конфигурациях машины.

В качестве базового транспортного средства использовался модифицированный корпус американского разведывательного танка M41, оснащенный силовой установкой мощностью 1800 л.с. Для тестирования (рис. 7) влияния передаточного числа рулевого управления на требования к мощности при постоянном давлении на грунт 0,8 кг/см² машина может опираться на 4, 5 или 6 опорных катков с каждой стороны. Это обеспечивает три передаточных числа рулевого управления: 0,93; 1,24 и 1,55.

рис. 7

Технические характеристики этих трех версий машины показаны на рис. 8. При мощности двигателя 1800 л.с. и давлении на грунт 0,8 кг/см² достигаются удельные мощности 87,4 л.с./т, 65,5 л.с./т и 52,4 л.с./т. Никаких изменений в компонентах подвески, таких как гусеницы, опорные катки, регуляторы гусениц и подвеска, не производилось. Только амортизаторы, установленные на последней паре опорных катков, были заменены на более эффективные гидравлические амортизаторы, используемые на MICV Marder.

Из-за устаревшей геометрии подвески (положительное отклонение пружины 160 мм при общем отклонении пружины 250 мм) и некоторых устаревших компонентов результаты испытаний, полученные с этой машиной, не могут быть напрямую применены к гусеничным машинам, которые в настоящее время находятся в стадии планирования или строительства.

рис. 8

рис. 9

Благодаря изменяемой конфигурации машины и ее компонентов в серии испытаний можно варьировать следующие параметры:

a. Три различных передаточных числа рулевого управления: 0,93; 1,24; 1,55.

b. Мощность двигателя, плавно регулируемая до 1800 л.с.

c. Две разные конечные скорости машины: 59 км/ч и 69 км/ч.

d. Пять различных фиксированных радиусов в механической трансмиссии с разделением мощности.

e. Изменение статического натяжения гусениц.

f. Удельное давление на грунт от 0,75 до 1,15 кг/см².

g. Свойства грунта: суглинистый и песчаный грунт с различной степенью влажности и типами растительности, уплотненный грунт (бетон, композитное покрытие).

При варьировании различных параметров программа испытаний (рис. 9) включает следующие индивидуальные тесты:

• тесты накатом;
• движение по прямой с постоянной скоростью;
• ускорение по прямой;
• повороты на месте;
• дуговые траектории;
• зигзагообразные траектории;
• нагрузка во время имитации боевых операций.

Для сбора данных во время различных испытаний была создана комплексная система обработки данных, включающая следующие основные точки измерения:

• крутящий момент и частота вращения, достигнутые главной трансмиссией и конечными приводами;
• скорости и ускорения в продольном и поперечном направлениях;
• угловые скорости крена, тангажа и рыскания.

Данные (рис. 10) передавались по телеметрии с испытательного стенда на мобильную приемную станцию.Указанные испытания предоставили обширный материал данных, который в настоящее время оценивается. Полные результаты испытаний на данный момент представить невозможно. Однако на основе уже проанализированных результатов и опыта, полученного во время испытаний, можно сделать следующие утверждения:

• Зигзагообразные траектории с поперечным ускорением от 6 до 7 м/с² могут выполняться как на связных песчаных, так и на суглинистых грунтах.
• Для этого требуются удельные мощности на ведущих звездочках от 40 до 45 л.с./т при скоростях машины до 40 км/ч.
• По сравнению с оригинальным M41, испытательный стенд выдержал тестовые пробеги, в ходе которых было пройдено более 1000 км при относительно чрезмерной нагрузке без значительных повреждений.
• Тестовые водители, управляющие машинами с подпружиненного сиденья грузовика, оснащенного ремнями безопасности, выдержали эти пробеги без физических травм.
• Способность к ускорению по прямой у высокоманевренных гусеничных машин может быть значительно увеличена также на бездорожье.

рис. 10

С помощью фильма, который будет показан после моего выступления, я хотел бы дать вам визуальное представление о ходовых качествах испытательного стенда RVT-2. В начале моего доклада об испытаниях с RVT-2 я упомянул, что результаты испытаний служат для установления общих тенденций и процедур и не могут быть напрямую применены к гусеничным машинам, находящимся в стадии планирования или строительства. Большая часть данных, полученных с RVT-2, представляет собой максимальные значения, которые могут быть значительно улучшены в машинах, построенных с использованием более современных компонентов. Вот некоторые из возможных улучшений:

• Подвеска с увеличенным ходом пружины, улучшенным поглощением вибраций и меньшими потерями мощности за счет использования системы хранения энергии в подвеске.
• Снижение потерь мощности при движении в поворотах за счет уменьшения бокового трения между направляющими гусениц и ведущими кромками опорных катков.
• Снижение статического натяжения гусениц и улучшение динамического натяжения гусениц за счет использования полуактивных регуляторов гусениц.
• Оптимизация гусениц с целью передачи высоких боковых направляющих сил на грунт и снижения потерь мощности при движении в поворотах.
• Оптимизация рулевого механизма машины для обеспечения плавно изменяемых малых радиусов, чтобы минимальный радиус поворота, необходимый для достижения максимального поперечного ускорения, мог быть достигнут при любой скорости машины.

И теперь позвольте мне, пожалуйста, в конце моего выступления обратить ваше внимание на последний момент. В зависимости от тактической ситуации, время, необходимое для высокомобильных тактических маневров на поле боя, оценивается как максимум 5% от общего пробега будущей боевой машины, так что высокая удельная мощность привода должна рассматриваться лишь как краткосрочная пиковая производительность, которую должны обеспечивать силовая установка и связанные с ней компоненты. В остальное время машина будет работать при значительно меньшей нагрузке, что благоприятно скажется на ее долговечности.

Благодарю вас за внимание.