Среднее удельное давление на грунт — показатель, который мало чего показывает
В ходе изучения характеристик того или иного танка в различных публикациях, в том числе в специализированной технической литературе, практически гарантированно можно встретить строку с показателем среднего удельного давления на грунт, обычно выраженного в килограммах на квадратный сантиметр. Принято считать, что величина этого параметра позволяет однозначно судить о проходимости боевой машины на грунтах со слабой несущей способностью. Но так ли это на самом деле?
Если говорить в целом, то проходимость танка — один из важнейших его параметров. Важнейших потому, что даже самое мощное вооружение боевой машины, её электроника и бронирование не имеют абсолютно никакой значимости, если она завязнет в каком-нибудь чернозёме или болотистом грунте, не доехав до противника и, соответственно, не реализовав свои возможности в боевых условиях.
Но что же влияет на этот показатель?
На самом деле очень многое, начиная от конструкции гусеничного движителя и заканчивая даже удельной шириной корпуса танка, если он днищем сел на грунт. Однако зачастую именно среднее давление воспринимается как некое универсальное мерило, по которому можно с большой точностью оценить проходимость техники и, как это нынче модно, распределить её по категориям в стиле: «этот танк легче, значит, проедет везде, а тот, что потяжелее — завязнет при любом удобном случае и к войне не пригоден».
Что же, отрицать не будем, среднее удельное давление действительно используется в том числе в конструкторских расчётах при разработке боевой техники и вариантов её модернизаций. Только величина эта по факту жутчайше условная — сродни средней температуре по больнице — и может дать лишь очень отдалённое представление о проходимости условного танка. В большинстве случаев настолько отдалённое, что с практикой оно не сходится чуть менее, чем полностью.
Расхождение это связано с тем, что среднее удельное давление на грунт вычисляется по очень простой формуле: берётся масса танка и делится на опорную площадь гусениц — никаких дополнительных вводных нет. Как результат, на выходе мы имеем значение, которое справедливо разве что для неподвижного тела, чья масса распределяется равномерно по всей площади.
Образно говоря, это то же самое, как если бы вместо машины массой 40 тонн с опорной площадью гусениц по полтора кв. м каждая взять два блока по 20 тонн с той же площадью и поставить их на тот же болотистый грунт, наблюдая, насколько глубоко они утопнут в нём. Ведь формула больше ничего не учитывает.
В итоге возникают, как кажется, парадоксальные ситуации, когда танки разных конструкций со сходным средним удельным давлением ведут себя по-разному на слабых грунтах, а тяжёлые машины преодолевают бездорожье лучше, чем лёгкие. Примером последнего, к слову, служит немецкая «Пантера», оставлявшая в два раза меньшую по глубине колею, чем лёгкий американский танк М5А1.
Распределение давления по длине опорной поверхности гусениц: 1 — с открытым шарниром, 2 — с резино-металлическим шарниром
Трудности, а точнее, полное несоответствие с реальностью, среднее удельное давление создаёт и в ходе теоретических расчётов, что прекрасно показывают испытания японской САУ SS3 (прототип «Тип 60»). Этому изделию инженеры, основываясь на указанном показателе, прочили среднюю глубину колеи на пластичных грунтах плотностью 1,25-1,38 грамм на куб. см в районе 4 сантиметров, а на практике получили аж 13,4 сантиметра. То есть фактически в три раза больше.
Причина кроется в том, что гусеница подвижна и состоит из траков, а танк опирается на неё с помощью опорных катков, распределяющих давление не равномерно, а локально. Поэтому результат нехитрых вычислений среднего удельного давления — этакий «сферический конь в вакууме» (нечто умозрительное, переупрощённое и оторванное от реальности), который может завести не туда, куда нужно.
Для того чтобы убедиться в том, насколько сильно на глубину колеи и, соответственно, проходимость танка влияют количество и диаметр опорных катков, а также конструкция гусеницы, можно взглянуть на два исследования, проведённых ещё в Советском Союзе.
В рамках первого эксперимента по болоту гонялся танк Т-26 массой 10 тонн с диаметром опорных катков 305 мм и гусеницами шириной 254 мм с шагом в 100 миллиметров. Его среднее удельное давление на грунт составляло 0,69 кг на кв. сантиметр и в течение испытаний не менялось, поскольку ширина и длина гусениц оставались неизменными. А вот с количеством катков поигрались — устанавливали от двух до десяти штук на борт.
Результаты этих экзекуций оказались вполне ожидаемыми. Они приведены на прикреплённом ниже рисунке (z — глубина колеи).
Как видим, чем больше катков на борт имела ходовая часть испытуемого Т-26, тем меньшую глубину колеи он оставлял. И никакого секрета здесь нет, поскольку таким образом масса танка более эффективно распределялась по всей опорной поверхности. Так что уповать только на среднее удельное давление на грунт, очевидно, нельзя.
Однако на глубину колеи влияет не только количество опорных катков — немаловажное значение в этом деле играет и их диаметр, а также ширина шага гусеницы. Чтобы это доказать, приведём второе советское исследование, в ходе которого испытывался макет массой 8,5 тонны с возможностью изменения размеров его ходовой части. Гоняли его по песку глубиной 0,5-0,7 метра со скоростью 4 километра в час.
На макет устанавливались катки диаметром 515 и 700 миллиметров, а также сдвоенные катки диаметром 360 мм. Ширина гусеницы с открытым шарниром — 300 мм, ширина шага 123 и 250 мм. В качестве главного показателя использовался коэффициент сопротивления грунта — чем он больше, тем больше глубина колеи, и наоборот.
Результаты, как и в прошлый раз, оказались предсказуемыми:
Из представленного в таблице можно сделать однозначные выводы о том, что диаметр опорного катка напрямую влияет на уменьшение коэффициента сопротивления грунта, и, соответственно, уменьшение глубины колеи. Иными словами, чем больше диаметр, тем больше опорная площадь катка и равномернее распределение массы танка. То же самое складывается и с шириной шага гусеницы — чем он больше, тем выше проходимость.
Но это, скажем так, просто факты, о которых можно догадаться и без особых пояснений. Вопрос в том, каким же образом можно получить хотя бы приблизительное представление о проходимости того или иного танка, учитывая, что среднее удельное давление на грунт ничего конкретного дать не может?
Универсальных методов, учитывающих все моменты, не существует, ведь, как мы уже упоминали, проходимость зависит от множества факторов. Например, даже наличие гусеницы с резино-металлическим шарниром уже меняет показатели давления на поверхность, по которой движется танк. Но одна интересная формула всё-таки есть.
Она была предложена советскими исследователями в 1979 году и по сути является «наследницей» опробованной на практике формулы Д. Роланда, определяющей математическое ожидание среднего максимума эпюры давлений под катками движущейся машины. В ней учитывается не только масса танка, но и количество и диаметр опорных катков, а также ширина и шаг гусеницы.
Обозначения, используемые в ней: G — масса машины, n — число опорных катков на один борт, b — ширина гусеницы, D — диаметр опорного катка, t — шаг гусеницы.
Формула показывает пиковое давление под катками, и с помощью неё, как минимум, можно более продуктивно сравнивать проходимость гусеничных машин. Да, там вводных побольше, чем в вычислении среднего удельного давления, но и результат куда точнее — не пальцем в небо тыкать.
Источники:
Л.А. Клушин. Комплексный показатель опорной проходимости танка/ Л.А.Клушин // Вестник бронетанковой техники. – 1980. – № 4.
А.П. Белов, В.И. Красненьков, Ю.И. Ловцов. Распределение нормальных давлений по длине опорных поверхностей гусениц/ А.П. Белов, В.И. Красненьков, Ю.И. Ловцов // Вопросы оборонной техники. – 1979. – № 88.
Вместо введения
Если говорить в целом, то проходимость танка — один из важнейших его параметров. Важнейших потому, что даже самое мощное вооружение боевой машины, её электроника и бронирование не имеют абсолютно никакой значимости, если она завязнет в каком-нибудь чернозёме или болотистом грунте, не доехав до противника и, соответственно, не реализовав свои возможности в боевых условиях.
Но что же влияет на этот показатель?
На самом деле очень многое, начиная от конструкции гусеничного движителя и заканчивая даже удельной шириной корпуса танка, если он днищем сел на грунт. Однако зачастую именно среднее давление воспринимается как некое универсальное мерило, по которому можно с большой точностью оценить проходимость техники и, как это нынче модно, распределить её по категориям в стиле: «этот танк легче, значит, проедет везде, а тот, что потяжелее — завязнет при любом удобном случае и к войне не пригоден».
Что же, отрицать не будем, среднее удельное давление действительно используется в том числе в конструкторских расчётах при разработке боевой техники и вариантов её модернизаций. Только величина эта по факту жутчайше условная — сродни средней температуре по больнице — и может дать лишь очень отдалённое представление о проходимости условного танка. В большинстве случаев настолько отдалённое, что с практикой оно не сходится чуть менее, чем полностью.
Несоответствие расчётов и практики
Расхождение это связано с тем, что среднее удельное давление на грунт вычисляется по очень простой формуле: берётся масса танка и делится на опорную площадь гусениц — никаких дополнительных вводных нет. Как результат, на выходе мы имеем значение, которое справедливо разве что для неподвижного тела, чья масса распределяется равномерно по всей площади.
Образно говоря, это то же самое, как если бы вместо машины массой 40 тонн с опорной площадью гусениц по полтора кв. м каждая взять два блока по 20 тонн с той же площадью и поставить их на тот же болотистый грунт, наблюдая, насколько глубоко они утопнут в нём. Ведь формула больше ничего не учитывает.
В итоге возникают, как кажется, парадоксальные ситуации, когда танки разных конструкций со сходным средним удельным давлением ведут себя по-разному на слабых грунтах, а тяжёлые машины преодолевают бездорожье лучше, чем лёгкие. Примером последнего, к слову, служит немецкая «Пантера», оставлявшая в два раза меньшую по глубине колею, чем лёгкий американский танк М5А1.
Распределение давления по длине опорной поверхности гусениц: 1 — с открытым шарниром, 2 — с резино-металлическим шарниром
Трудности, а точнее, полное несоответствие с реальностью, среднее удельное давление создаёт и в ходе теоретических расчётов, что прекрасно показывают испытания японской САУ SS3 (прототип «Тип 60»). Этому изделию инженеры, основываясь на указанном показателе, прочили среднюю глубину колеи на пластичных грунтах плотностью 1,25-1,38 грамм на куб. см в районе 4 сантиметров, а на практике получили аж 13,4 сантиметра. То есть фактически в три раза больше.
Причина кроется в том, что гусеница подвижна и состоит из траков, а танк опирается на неё с помощью опорных катков, распределяющих давление не равномерно, а локально. Поэтому результат нехитрых вычислений среднего удельного давления — этакий «сферический конь в вакууме» (нечто умозрительное, переупрощённое и оторванное от реальности), который может завести не туда, куда нужно.
О катках и гусеницах замолвим слово
Для того чтобы убедиться в том, насколько сильно на глубину колеи и, соответственно, проходимость танка влияют количество и диаметр опорных катков, а также конструкция гусеницы, можно взглянуть на два исследования, проведённых ещё в Советском Союзе.
В рамках первого эксперимента по болоту гонялся танк Т-26 массой 10 тонн с диаметром опорных катков 305 мм и гусеницами шириной 254 мм с шагом в 100 миллиметров. Его среднее удельное давление на грунт составляло 0,69 кг на кв. сантиметр и в течение испытаний не менялось, поскольку ширина и длина гусениц оставались неизменными. А вот с количеством катков поигрались — устанавливали от двух до десяти штук на борт.
Результаты этих экзекуций оказались вполне ожидаемыми. Они приведены на прикреплённом ниже рисунке (z — глубина колеи).
Как видим, чем больше катков на борт имела ходовая часть испытуемого Т-26, тем меньшую глубину колеи он оставлял. И никакого секрета здесь нет, поскольку таким образом масса танка более эффективно распределялась по всей опорной поверхности. Так что уповать только на среднее удельное давление на грунт, очевидно, нельзя.
Однако на глубину колеи влияет не только количество опорных катков — немаловажное значение в этом деле играет и их диаметр, а также ширина шага гусеницы. Чтобы это доказать, приведём второе советское исследование, в ходе которого испытывался макет массой 8,5 тонны с возможностью изменения размеров его ходовой части. Гоняли его по песку глубиной 0,5-0,7 метра со скоростью 4 километра в час.
На макет устанавливались катки диаметром 515 и 700 миллиметров, а также сдвоенные катки диаметром 360 мм. Ширина гусеницы с открытым шарниром — 300 мм, ширина шага 123 и 250 мм. В качестве главного показателя использовался коэффициент сопротивления грунта — чем он больше, тем больше глубина колеи, и наоборот.
Результаты, как и в прошлый раз, оказались предсказуемыми:
Из представленного в таблице можно сделать однозначные выводы о том, что диаметр опорного катка напрямую влияет на уменьшение коэффициента сопротивления грунта, и, соответственно, уменьшение глубины колеи. Иными словами, чем больше диаметр, тем больше опорная площадь катка и равномернее распределение массы танка. То же самое складывается и с шириной шага гусеницы — чем он больше, тем выше проходимость.
Но это, скажем так, просто факты, о которых можно догадаться и без особых пояснений. Вопрос в том, каким же образом можно получить хотя бы приблизительное представление о проходимости того или иного танка, учитывая, что среднее удельное давление на грунт ничего конкретного дать не может?
Универсальных методов, учитывающих все моменты, не существует, ведь, как мы уже упоминали, проходимость зависит от множества факторов. Например, даже наличие гусеницы с резино-металлическим шарниром уже меняет показатели давления на поверхность, по которой движется танк. Но одна интересная формула всё-таки есть.
Она была предложена советскими исследователями в 1979 году и по сути является «наследницей» опробованной на практике формулы Д. Роланда, определяющей математическое ожидание среднего максимума эпюры давлений под катками движущейся машины. В ней учитывается не только масса танка, но и количество и диаметр опорных катков, а также ширина и шаг гусеницы.
Обозначения, используемые в ней: G — масса машины, n — число опорных катков на один борт, b — ширина гусеницы, D — диаметр опорного катка, t — шаг гусеницы.
Формула показывает пиковое давление под катками, и с помощью неё, как минимум, можно более продуктивно сравнивать проходимость гусеничных машин. Да, там вводных побольше, чем в вычислении среднего удельного давления, но и результат куда точнее — не пальцем в небо тыкать.
Источники:
Л.А. Клушин. Комплексный показатель опорной проходимости танка/ Л.А.Клушин // Вестник бронетанковой техники. – 1980. – № 4.
А.П. Белов, В.И. Красненьков, Ю.И. Ловцов. Распределение нормальных давлений по длине опорных поверхностей гусениц/ А.П. Белов, В.И. Красненьков, Ю.И. Ловцов // Вопросы оборонной техники. – 1979. – № 88.