О жесткости днища Т-64А

Как бы перекликаясь с предыдущей публикацией, основанной "всего лишь" на личных воспоминаниях, предлагаю вам, уважаемый читатель, ознакомиться со статьей раскрывающей один из аспектов проблемы с танками типа Т-64, научно обосновывающей наличие проблемы и предлагающей пути ее решения.

НЕКОТОРЫЕ ПУТИ ПОВЫШЕНИЯ ПРОЧНОСТИ И ЖЕСТКОСТИ

ДНИЩ ТАНКОВ

Канд. техн. наук Б. А. АБРАМОВ. В. П. ДОРОНИН, О. М. ЛАЗЕБНИК, д-р техн. наук В. Б. ПРОСКУРЯКОВ

Современные основные танки должны сохра­нять боеспособность при воздействии ударной вол­ны ядерного взрыва с избыточным давлением во фронте Δp_ф= 3÷4 кГ/см². Следует отметить, что, как показали многочисленные натурные и модель­ные испытания, а также расчетные исследования, корпуса и башни современных отечественных и за­рубежных основных танков не разрушаются при воздействии ударной волны ядерного взрыва с та­кими параметрами. Однако жесткостные характеристики тонкобронных элементов, в частности - днищ танков, таковы, что прогибы этих элементов достигают величин, при которых неизбежен выход из строя ряда узлов и агрегатов моторно-трансмиссионного (МТО) и боевого (БО) отделений, что приводит к потере боеспособности танка.

На рис. 1 приведены величины прогибов и на­пряжений днища среднего танка в сечении, совпа­дающем с центром боевого отделения и график из­менения прогибов и напряжений в центре днища в этом сечении при воздействии на танк ударной волны ядерного взрыва мощностью 30 кТ [1]. Танк при этом считался расположенным бортом к эпи­центру взрыва. Изменение прогибов центра днища по длине танка показано на рис. 2 (кривая 1).

Как видим, при давлениях во фронте Дрф = Δp_ф= 3÷4,0 кГ/см² напря­жения в отдельных точках днища превзойдут предел текучести и воз­никнут остаточные деформации. Наибольшие прогибы при этом в зоне боевого отделе­ния составят 100 мм, остаточные прогибы, как по­казывают натурные испытания, 20—25 мм, прогибы в зоне сидения механика-водителя достигают 40—60 мм, в зоне установки двигателя 30—40 мм.

Исследования [1] показывают, что при таких прогибах корпуса невозможно предотвратить ги­бель механика-водителя, обеспечить живучесть бескабинного автомата заряжания (A3) и агрега­тов МТО, особенно при их разобщенной компо­новке.

Для сохранения боеспособности танка необхо­димо: исключить возможность появления остаточ­ных прогибов днища; довести упругие прогибы до определенных величин, допустимых с точки зрения работоспособности приборов и агрегатов внутрен­него оборудования.

Поставленная задача может решаться двумя путями: путем повышения прочности и жесткости днища без изменения конструкции существующих узлов и агрегатов; за счет изменения конструкции агрегатов с тем, чтобы они могли воспринять ука­занные выше прогибы днища без нарушения рабо­тоспособности.

Наиболее рациональным является, очевидно, со­вокупное решение этой задачи обоими путями, так как абсолютизация каждого из них может приве­сти либо к ухудшению весовой характеристики ма­шины, либо к усложнению приборов и оборудова­ния (и, таким образом, к снижению их эксплуата­ционной надежности).

Рассмотрим некоторые возможные пути повы­шения прочности и жесткости днища танка.

С точки зрения строительной механики днище танка представляет собой вытянутую полигональ­ную оболочку, жестко заделанную в носовой и кор­мовой частях и упруго защемленную на бортах. Отношение длины днища к его ширине >2, по­этому сечения в средней части (по длине) в зоне боевого отделения испытывают цилиндрический из­гиб. Существенным в работе днища является то, что при действии ударной волны днище распирает нижние кромки бортовой брони на величину поряд­ка 10—15 мм, что приводит к сущест­венному уменьше­нию жесткости са­мого днища. Таким образом, для уже­сточения днища пре­жде всего необходи­мо: разбить весь пролет по длине на несколько частей, с тем, чтобы умень­шить вытянутость пролетов; умень­шить развал бортов.

       При исследова­нии       рассматри­вались различные способы ужесточения днища с учетом вышеуказан­ных факторов. Наиболее приемлемым с точки зре­ния компоновки современных танков оказался ва­риант, включающим в себя две полуперегородки по длине машины: одну совпадающую с моторной пе­регородкой, но существенно мощнее ее, вторую — за сиденьем механика-водителя (рис. 3). Расчеты и экспериментальные исследования показывают, что высота таких полуперегородок в средней части должна быть порядка 200-250 мм с последующим выходом на бортовые броневые листы при толщине порядка 10-12 мм. Тогда жесткость днища в зоне БО возрастет на 30—35%, наибольшие прогибы (при Δp_ф= 4 кГ/см²) снижаются до 60—65 мм (см. кривую 2 рис. 4 по сравнению с кривой 1 - для штатного днища).

Как видно из рис. 4 (кривая 2), прогиб днища в МТО при этом составит 10-12 мм, в зоне сиде­нья механика-водителя 8-10 мм, что дает возмож­ность обеспечить его защиту от деформаций корпуса достаточно простыми конструктивными мероприятиями. При наличии A3 кабинного типа и блочной компоновке агрегатов МТО, как то имеет место в современном серийном отечественном тан­ке (Т-64А – прим. G.Kh.), прочность и жесткость корпуса можно считать достаточными для обеспечения боеспособности танка при воздействии ударной волны ядерного взрыва с Δp_ф= 3÷4 кГ/см². Заметим, что вес кор­пуса в этом варианте увеличивается на 50—75 кГ.

Однако для бескабинных (разобщенных) A3 прогибы в 60—65 мм являются недопустимыми. Анализ различных конструктивных вариантов по­казывает, что без существенного усложнения кон­струкции существующих разобщенных A3 можно добиться сохранения их работоспособности при однократных упругих прогибах днища порядка 20-25 мм. Проработка многочисленных вариантов дальнейшего ужесточения днища в зоне БО пока­зывает, что при существующей форме днища невозможно повысить его жесткость до такой вели­чины без существенного увеличения веса корпуса.

Одним из возможных путей увеличения жест­кости корпуса в зоне БО без существенного увели­чения его веса является изменение формы днища с плоской на арочную. Арочное днище имеет форму цилиндра, направляющая которого представляет собой арку с борта на борт выпуклостью наружу с постоянной, либо плавно меняющейся ненулевой кривизной одного знака. За счет своей формы арочное днище имеет принципиально другой харак­тер работы по сравнению с плоским. Если плоское днище работает в основном на изгиб, то в работе арочного днища существенным является наличие цепных усилий в срединной поверхно­сти. Цепные усилия положительно сказы­ваются на работе дни­ща, однако они вызы­вают еще большее распирание бортов, поэто­му без поперечных по­луперегородок арочное днище имеет даже меньшую жесткость, чем плоское (см. кривую 3 рис. 4). Введение полупере­городок, уменьшающих развал бортов, вызывает существенное увеличение жесткости арочного дни­ща (кривая 4, рис. 4). Как видно из рис. 4 наличие арочного днища толщиной 20 мм с двумя полупе­регородками снижает наибольшие прогибы при Δp_ф= 3÷4 кГ/см² до 20 - 25 мм. Однако это увеличи­вает вес примерно на 100 кГ.

Заметим, что арочное днище имеет большой ре­зерв для дальнейшего ужесточения. Так, введение двойного дна в районе боевого отделения (рас­стояние между днищем танка и вторым дном 60 мм, ширина второго дна 1200 мм, толщина 6 мм) приводит к снижению максимальных проги­бов до 13—15 мм при Δp_ф= 4 кГ/см² (см. вариант 5 рис. 4), введение 4 ребер высотой 60 мм и толщи­ной 12 мм с равномерным шагом в зоне БО (см. вариант 6 рис. 4) снижает максимальный прогиб при Δp_ф= 4 кГ/см² до 9—11 мм. Увеличение жест­кости арочного днища, возникающее при установ­ке ребер жесткости связано с увеличением величин цепных напряжений из-за наличия сдвигающих усилий в месте приварки ребра к днищу. Однако применение этих вариантов также существенно увеличивает вес машины.

        Большое увеличение жесткости арочного днища из-за введения двух полуперегородок и низких ре­бер жесткости позволяет уменьшить толщину дни­ща с 20 до 16 мм. Эксперименты показывают, что арочное днище толщиной 16 мм с двумя полупере­городками и пятью ребрами жесткости высотой 60 мм и толщиной 12 мм (рис. 5) при действии ударной волны с Δp_ф=3кГ/см²получает прогибы, не превышающие 25 мм (см. вариант 7 рис. 4), при этом напряжения в нем не превзойдут предела текучести материала. Заметим, что в этом случае до­стигается экономия в весе до 70 кГ. Исследования показывают, что жесткость арочного днища толщи­ной 16 мм с двумя полуперегородками и низкими ребрами на сосредоточенные воздействия несколь­ко выше, чем жесткость плоского днища толщиной 20 мм (примерно 25 Т/см вместо 20 Т/см).

На рис. 2 показано изменение прогибов центра днища по длине танка в случае штатного днища (кривая 1), плоского днища с двумя полуперего­родками (кривая 2), днища с двумя полуперего­родками и арочной вставкой толщиной 20 мм в зоне БО (кривая 5) и, наконец, днище с двумя полуперегородками, арочной вставкой толщиной 16 мм и рядом низких ребер жесткости в зоне БО (кривая 4).

Проведенные исследования позволяют сделать следующие выводы:

Прочность и жесткость днищ современных тан­ков недостаточна для обеспечения их боеспособ­ности при воздействии ударной волны ядерного взрыва с Δp_ф= 3÷4 кГ/см² Для обеспечения бое­способности современного среднего танка с кабинным A3 и блочной компо­новкой агрегатов МТО необходимо ввести две полуперегородки, отделя­ющие механика-водителя от БО, а БО - от МТО (согласно рис. 3).

Для обеспечения бое­способности танков с бескабинным A3 необходимо повысить прочность и же­сткость их днищ с тем, чтобы прогибы днищ в зоне БО не превышали 20-25 мм и носили бы упругий характер. С точ­ки зрения весовой харак­теристики, наиболее рациональным является повы­шение жесткости днища путем изменения его фор­мы с плоской на арочную.

.Введение в танке с бескабинным A3 в зоне БО арочного днища с двумя полуперегородками и ря­дом (местных жесткостей позволит выдержать воз­действие ударной волны с Δp_ф= 3 кГ/см² при тол­щине днища в 16 мм. В этом случае необходимое повышение жесткости и прочности днища дости­гается не только без повышения, но даже с некото­рым снижением веса по сравнению с существую­щим днищем.

ЛИТЕРАТУРА

1. Отчет «Разработка экспериментальных и расчетных ме­тодов исследования устойчивости объектов БТТ, прочности их корпусов и перегрузок узлов и агрегатов внутреннего оборудования при действии ѵдарной волны ядерного взрыва». Предприятие п/я А-7701, Л., 1970.

Журнал «Вестник бронетанковой техники» №1 / 1972г. стр.15-18

От себя замечу, что к моменту публикации статьи, танки типа Т-64 выпускались уже 7 лет, год как выпускался танк Т-64А. Как и почему в войска сдавались негодные машины - история умалчивает, но догадаться не сложно. Более того, проблема жесткости днища на Т-64 так и не была решена - ни на Т-64А, ни на более позднем Т-64Б. Если поклонники Т-64 хотят мне в этом что-то возразить, - пожалуйста пусть приводят номер и дату соответствующего извещения на внесение изменений в конструкцию. В известной степени, данная проблема естественным образом коснулась и танкостроителей из Нижнего Тагила и Ленинграда - танки Т-72 и Т-80 в части корпуса невольно унаследовали дефектные "гены" прародителя. Однако тагильчане и питерцы своевременно внесли изменения в конструкцию как корпуса, так и ходовой части своих машин, приведя их характеристики к соответствию ТЗ. Более того, не знаю как в Ленинграде, но в Тагиле работа по днищу и улучшению стойкости к подрыву велась регулярно, изменения вносились в несколько этапов. В результате на сегодняшний день, по данным контрольных испытаний 2009-10гг серийного танка Т-90А, конструкция днища корпуса и ходовая часть выдерживают минные подрывы и воздействие волны ядерного взрыва со значительным превышением параметров, заданных ТЗ - тут уж если хотите, то верьте мне на слово, если не хотите - не верьте - ваши проблемы.