Литий-ион в современных танках

Литий-ион в современных танках

Компоновка танков

Танк как инженерная конструкция представляет собой комплекс вооружения, броневой защиты, несущей основы, силовой установки и ходовой части. Танк должен обеспечивать возможность передвижения как вне дорог (удельное давление на грунт, не превышающее давление стопы человека) так и по существующей дорожной сети с искусственными сооружениями (вес с полной нагрузкой, не превышающий несущую способность пролетов мостов).

К ходовой части танка предъявляются общие требования к гусеничному движителю, в первую очередь обеспечение равномерной нагрузки опорных катков шасси. Игнорирование этих требований ведет к следующим отрицательным последствиям:
- уменьшению проходимости в связи с неравномерным удельным давлением на грунт;
- повышенным вертикальным колебаниям корпуса при движении по пересеченной местности,
- снижению скорости движения;
- уменьшению точности стрельбы из пушки из-за меньшей эффективности работы её стабилизатора;
- росту утомляемости экипажа;
- увеличенному износу упругих элементов подвески опорных катков и гидроамортизаторов.

Поэтому компоновка танка должна отвечать требованию весовой сбалансированности его составных частей относительно центра опорной поверхности гусениц. В состав основных массивных элементов конструкции танка входят орудийная башня, пушка, боекомплект пушки, двигатель, трансмиссия и топливо, а также броневая и динамическая защита. Экипаж, обладающий на порядок меньшим весом, но занимающий большой внутренний объем, также оказывает непосредственное воздействие на весовую сбалансированность. Взаимное расположение этих элементов и предопределяет эффективность компоновки боевой машины.

Первые типы танков, разработанные в Великобритании и Германии в годы Первой мировой войны, имели простейшую компоновку – общий каземат корпуса с вооружением, размещенным в передней части (по бортам и/или в лобовой детали), и двигателем с трансмиссией, размещенными в задней части. Боекомплект и топливо располагались в центре корпуса. Многочисленный экипаж и броневая защита были равномерно распределены по всему корпусу. Орудийная башня как таковая отсутствовала, вместо неё применялись казематные полубашни, симметрично расположенные по бортам корпуса. Гусеничный движитель имел шасси с малым ходом опорных катков, что видно на примере немецкого танка AV7.

Опыт боевого применения танков простейшей компоновки выявил их конструктивные недостатки:
- слабую броневую защиту казематного корпуса с развитой внешней поверхностью;
- наличие больших мертвых зон обстрела из пушек, установленных в казематных полубашнях;
- низкую скорость передвижения по пересеченной местности в связи с малым ходом подвески.

В связи с этим в конце Первой мировой войны во Франции была выработана оптимальная компоновка для нового ударного боевого средства, ставшая с тех пор классической, повторенной в сотнях образцов опытных и серийных машин во множестве стран мира. Корпус танка «Рено» FT-17 имел очень плотную компоновку, впервые раздельную на четкие функциональные зоны – носовое отделение управления, центральное боевое отделение и кормовое моторно-трансмиссионное отделение. В центре корпуса со смещением в нос была установлена башня кругового вращения с 37-мм пушкой. В отделении управления размещался механик-водитель, в боевом отделении - командир танка и боекомплект, в моторно-трансмиссионном отделении – двигатель, трансмиссия и топливо.

Развитием этой компоновки стала конструкция советского танка КВ-1 начала Второй мировой войны, башня которого имела развитую кормовую нишу, в которой располагалась значительная часть боекомплекта пушки. В конце войны подобную башню получила последняя модификация самого массового советского танка Т-43-85.

Танки во Второй мировой войне в наступательных операциях использовались в соответствии со своей уникальной боевой специализацией – как средство прорыва укрепленной обороны, действующее в прямом огневом контакте с противником. При этом основная угроза поражения танка исходила со стороны фронтального ракурса. Это обусловило необходимость дифференциации защиты с увеличением толщины брони лобовых деталей корпуса и башни и соответствующим уменьшением толщины брони бортовых и кормовых деталей. Центр тяжести сместился вперед относительно центра опорной поверхности гусениц.

С целью восстановления оптимальной весовой балансировки танка необходимо было сместить назад его башню. С этой целью в классическую компоновку была внесена ещё одна новация: все немецкие танки и американский танк «Шерман» М4 имели разнесенную силовую установку – коробка перемены передач и бортовые редукторы располагались в носовой отделении корпуса, а двигатель и топливо – в кормовом. Двигатель был связан с трансмиссией карданным валом. Это решение позволило сместить назад тяжелую башню ценой переноса вперед относительно легкой трансмиссии.

Последний вариант компоновки танка обладал двумя крупными недостатками:
- наличие карданного вала вынуждало увеличивать высоту, объем и площадь поверхности корпуса, уменьшая степень защищенности танка (отношение заброневого объема к весу брони);
- вынесенные на лобовую поверхность бортовые редукторы гусеничного движителя были крайне уязвимы не только для бронебойных снарядов, но также осколков и ударной волны от взрывов осколочно-фугасных снарядов, в отличие от классической компоновки, где корпус экранирует кормовые бортовые редукторы от фронтального обстрела.

Решение проблемы было найдено в конце войны советскими разработчиками в конструкции танка Т-44. Не изменяя классической компоновки, они уменьшили длину кормового отделения за счет поперечного расположения двигателя и трансмиссии, связанных между собой зубчатой передачей. Центр опорной поверхности гусениц сместился вперед в направлении смещения центра тяжести танка. В дальнейшем это инженерное решение (уменьшение габаритов силовой установки) в сочетании ранее реализованным вариантом компоновки (башня с развитой кормовой нишей) было повторено в конструкциях основных боевых танков США, Германии, Франции, Японии и Южной Кореи, в том числе состоящих на вооружении в настоящий момент.

Однако отступление от классической компоновки «Рено» FT-17 с выносом боекомплекта в кормовую нишу привело к ослаблению степени защиты танка за счет роста заброневого объема при одновременном возникновении излишков пространства в боевом отделении корпуса. Причиной было то, что высота корпуса не могла быть уменьшена ниже уровня двигателя в сочетании с его системой охлаждения (примерно 1 метр). При этом высота башни определяется крайними точками опускания ствола (вплоть до касания кромки верхней лобовой детали) и подымания казенника пушки (вплоть до касания потолка башни) при вертикальной наводке орудия (примерно 0,8 метра). При размещении командира и наводчика в основном в башне в подбашенном пространстве образуется объем, достаточный для хранения всего боекомплекта.

Единственная проблема – как обеспечить подъем выстрелов из подбашенного пространства и досылание их в пушку. В 1964 году указанная проблема была решена в советском танке Т-64 путем установки автомата заряжания под вращающимся полом боевого отделения. Все последующие советские, российские, украинские и китайские танки по настоящее время используют эту компоновку.

Другим путем попытались пойти в 1958 году американские разработчики опытного танка Т92. Его оригинальная компоновка была основана на переносе моторно-трансмиссионного отделения в нос корпуса и совмещении с отделением управления, отгороженным броневой перегородкой. Вес лобовой брони, двигателя и трансмиссии уравновешивался весом башни и боекомплекта. Однако совмещение по длине сразу двух отделений корпуса вынуждало увеличивать его высоту с целью вертикальной компоновки оборудования силовой установки. В итоге у танка возрастали заброневой объем и площадь поверхности корпуса при снижении степени защиты. Несмотря на явный недостаток подобной компоновки и отказ от неё американских разработчиков, она была повторена в израильском серийном танке «Меркава» и швейцарском опытном танке «NKPz», что, скорее всего, объясняется отсутствием опыта конструирования танков в указанных странах.

Увеличение эффективности современных бронебойных и кумулятивных снарядов вынудило разработчиков сделать очередной шаг в совершенствовании конструкции танков. В рамках развития классической компоновки в 1980-х годах в СССР и США проводились работы по созданию опытных танков с необитаемыми башнями - соответственно «Боксер/Молот» и ASM Block III. Доведенные до высокой степени готовности эти работы были прекращены в связи с отсутствием на тот момент надежных электронных средств наблюдения и прицеливания для экипажа, полностью расположенного в корпусе.

Работы в этом направлении были возобновлены только в 2012 году в рамках проекта создания нового российского танка «Армата». Опираясь на современные достижения в области автоматических систем детектирования и сопровождения целей в проекте предусматривается сокращение экипажа танка до двух человек, расположенных в отделении управления. Кроме необитаемых боевого отделения и башни, существенным отличием компоновки «Арматы» от компоновки «Рено» FT-17 является увеличение длины носовой оконечности корпуса с целью размещения навесных модулей броневой или динамической защиты. Возросшая длина корпуса положительно сказывается на смещении назад центр опорной поверхности гусениц. Размеры носовой оконечности можно оценить по фотографии опытного танка «Объект 187», использующегося в качестве прототипа «Арматы».

Прогнозируемое развитие функциональности перспективных систем активной защиты танков вплоть до перехвата высокоскоростных кинетических снарядов делает возможным в ближайшем будущем снижение требований к пассивной броневой защите танка, а также к его динамической защите, в настоящее время с успехом применяемой против низкоскоростных реактивных гранат и противотанковых ракет. Причем количество пусковых установок поражающих элементов активной защиты, устанавливаемой на каждый танк, будет обеспечивать одновременный перехват двух и более целей, подлетающих с одного или разных направлений. На основании данного прогноза можно предполагать отказ от динамической защиты, уменьшение толщины бронирования до противоосколочного и переход к всеракурсному недифференцированному бронированию.

Кроме того, уже сегодня имеются готовые решения гибридных силовых установок, состоящих из теплового двигателя (дизеля или одновального ГТД), встроенного электрогенератора, литий-ионной аккумуляторной батареи большой емкости и тяговых электромоторами. Появляется возможность перенести тяговые двигатели вместе с бортовыми редукторами в носовую часть корпуса, равномернее распределив нагрузку по длине опорной поверхности (учитывая большой объем, занимаемый отделением управления и малый вес экипажа из двух человек). При этом дублированные силовые кабели, связывающие электрогенератор с электромоторами, в отличие от карданного вала танков Второй мировой войны, могут быть проведены вдоль надгусеничных спонсонов корпуса, не приводя к увеличению его высоты.

Компоновка основных боевых танков

Танк с подобной компоновкой уже был разработан в 2009 году в рамках американской программы FCS, но не пошел в серию из-за неготовности выбранной системы активной защиты Quick Kill к перехвату высокоскоростных кинетических бронебойных снарядов.

Однако, учитывая прогресс в области развития подобного типа защиты, в настоящее время велика вероятность, что эта компоновка будет использована в американском аэромобильном танке, концепция которого разрабатывается командованием TRADOC Армии США, и израильском основном боевом танке Rakiya, предназначенном для замены устаревшего танка «Меркава» в бронетанковых частях Армии обороны Израиля, начиная с 2020 года.

Автор: Андрей Васильев