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主题:说几种中古坦克的散热 -- epimetheus

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家园 说几种中古坦克的散热

活跃活跃气氛,骗骗花花草草

t-26

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使用的是仿制自英国自由的气冷发动机。冷空气从发动机舱前部中央吸入,流经发动机舱左侧水平布局的气缸上部,流经气缸散热片来到气缸下部的空间,再向后、向上从尾部左侧的开口离开。一直没有看到过散热风扇的描述。

谢尔曼

总的来说,从动力仓的前部吸入冷空气,再从发动机舱尾部的折叠的开口排出热空气。然后就是由于发动机的不同而又小区别

使用航空星形发动机的谢尔曼

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发动机轴和风扇直接连接,然后直接吹向气冷的气缸散热器片。热空气在残余压力下从尾部开口排出。

使用五兄弟的

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这回是液冷了,但是风扇还是一样。前部的风扇向后吹风,吹到散热器上,再流经发动机,最后从尾部开口向下向后排出

使用V8的

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这一会,风扇布置到了后面。对着散热器冷排吹,立即来到尾部排气的曲折部分离开。空气还是来自前部的小开口。

这种布局也出现在了M10上。当然,m10、m36本来就是m4车体的轻量化,也分汽油V8、柴油6X2版

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使用柴油机的

和使用V8的类似,但是顶部进气窗加大

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用柴油机的M3也是类似

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星形柴油机

其实我最感兴趣的是柴油的m4a6,使用星形柴油机,体积重量似乎是除了最初975汽油机之外最小的,应该是风冷但是增加了滑油冷却冷排面积挺大,马力450和V8相似,机械增压,可以相信扭矩更好。而且增加了齿轮箱,传动轴高度明显降低。

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地狱猫的发动机就有这种齿轮箱降低了轴高度,但是发动机还是975

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类似的排气曲折,不仅出现在谢尔曼上,也出现在KV、3号上

panzer III

3号也是这样的。发动机舱左右有滑油冷却器,也负责冷气进气。进气也来自几乎整个顶部。

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KV-1

散热器则是“包围”了发动机,空气从顶部窄缝开口进入,流经散热器冷排、流经发动机表面、被离合器前的风扇拉动,直到从排气曲折离开。发动机、变速器位于不同的仓段,中间存在隔板。下文中的苏联坦克都是这样的。

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注意,风扇使用的是轴流式,不仅如此,还是两级风扇转子中间加了一级定子

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显得有点夸张啊

T_34

T34的散热器于此类似,但是离合器前的风扇是离心式的,从发动机舱、传动变速器仓之间的隔板上方的窗口离开,这里好像还有滑油散热器,和99算是很相似了。

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KV-13、T-50

另外,基洛夫厂的KV13、T50原型车,则是使用了和T34“相反”的设计,主散热器不是在离心风扇之前,而是在之后,被风扇甩出去的空气吹着散热器。

参见这个示意图,这是来自IS-2坦克

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下面这个是基洛夫厂的T50项目方案,在这个项目中进度滞后输给了174厂,尽管评价略好一点。铸造的车头看起来是IS的设计语言,但是车尾使用排气曲折开口则是KV设计语言,在41年这显然是一种设计进化的中间形态。

设计人员在方案落败时曾经强调散热器的“马蹄”型设计是值得骄傲、保留的设计要点,也就是区别于t34的风扇后直接受风。实际上直到IS-2都能看到,都是科金一派的嘛。

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kv13“基本型”,类似t34的初期型号,双人炮塔,单一大舱盖,对于前方半球使用单一可转动潜望镜观察,对于侧面后面则像是KV一样使用固定潜望镜。

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kv13“发展型”

第一个算是战斗型,增加了有舱盖的车长指挥塔,内部空间也明显宽敞,相当于迷你版的IS-2.。传闻中上也似乎是这样,据称KV13的想法在重型的KV1上后续发展,炮塔放大、火炮升级,就有了KV-85.。KV-85修改底盘的设计,就是IS-1,换上更大的炮就是IS-2.。不过我觉得应该不是,kv13的“设计语言”基本就是IS系列,而不是KV系列,KV85应该不是“串”在这个序列的。

第二个则是安装122炮的

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细节区别在于,kv13直接就将热空气向上排放,而t50方案(基洛娃)中则是继续向后吹,从排气曲折开口离开

和KV13同厂的IS也差不多

使用85mm炮的IS-1

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使用122mm炮的IS-2

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这个应该更加清楚。注意,离心风扇几乎是T-34的两倍大小,而空气离开车体的开窗也是在IS系列上明显大于T-34

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通宝推:ziyun2015,陈王奋起,GWA,白玉老虎,阴霾信仰,三笑,桥上,史文恭,北纬42度,豪哥的江湖,
家园 基洛夫厂很有通德嫌疑

基洛夫厂的T-50

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这个是基洛夫厂参与T50项目设计的原型车图样,采用了典型的德国风格的车长在炮尾后面、左右是炮手装填手的布局。此外车长使用一圈潜望镜、潜望镜上面一个圆形的护圈,这更德国,现在的豹2还能看到。炮塔前部的切角同样也很德国。不过从正面看,还似乎能感到“慈父的凝望”

VK3001H

下面这个是德国的某个设计,车体研制代号是vk3001H,出自哼舍尔公司的手笔点看全图

后续发展最终就是虎式,代号都是6号,尽管图上看着更像3号一点。哦对了,散热风道和3号基本一样的。

一个不知名设计

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这是另一个基洛夫厂的设计,出自实习生的手笔,德国味更浓,怎一个像字了得

家园 一个平行世界中量产的谢尔曼

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出自克莱斯勒的一个画册。没有搞到这个画册,相关信息在网上也没有找到。时间上,至少43年中了吧。

克莱斯勒生产m4谢尔曼,就是a4型,使用感觉很荒唐的5兄弟的那个。虽然荒唐,但是作为具体单一型号产量是第二大的,排在使用柴油机的a2之后。使用星形发动机的a1型以及没有后缀的原始型有将近两万辆、使用柴油机的a2有一万多辆、使用V8的a3有一万两千多辆。他们都是系列,有很多分型号。作为分型号最多的是a2“基础型”,8000多,继而有使用76炮的a2、使用76炮且改进悬挂的a2。a4作为分型号,生产了7千5,第二多,但有趣的是,没有衍生型号。显然要维护五兄弟,基层是骂娘的。5具民用6缸发动机攒成的啊,具有30个气缸、5套曲轴……

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图片里似乎部件、子系统还是看到的老谢尔曼。

发动机应该是克莱斯勒研究的一种V12汽油机,性能指标是要超过福特的v8。可惜没有最终成功。大概是因为和福特V8相比,性能增加不多但是后勤又要来一套。图片中仔细看深色的排气管就发现不是4路而是6路。

如果不是对于汽油心存芥蒂的话,v8似乎是那时谢尔曼用过的最好的机器(不过克莱斯勒对于使用福特发动机,可能有想法)。论功率是最大的,450马力。论扭矩,号称能够达到1400牛米。而a2上的柴油机扭矩也就是1600的样子,相比之下a2的柴油机最大功率似乎是370马力。可能聊以自慰的,就是汽油机扭矩曲线没那么平坦,还要吃转速。最为值得一提的,v8发动机使用铝制,重量似乎不到1吨,而a2上的柴油机是两个2冲程直列6缸柴油机平行并联的,总重两顿多。当然,在苏联人b2面前都是弟弟,两千多牛米500马力(重型坦克上调试到600多)的铝制轻量柴油机。

V8还有值得芥蒂的一点,就是化油器和进气歧管的细节。V8有两个化油器,位于发动机两端。中间有一个桥梁一样的进气管,这个桥的中间开口,通向空滤。这本身没什么,但是化油器、桥形进气管向上要空间,高出许多,仿佛不是V型发动机,而是中间有多了一排气缸似的。这和苏联的V2明显不同,苏联的是很明显的两排气缸体,这个发动机则是两排气缸之间的空间不知道进气气管怎么回事是满满的,化油器都容不下。这在前文的谢尔曼截面图中也有展示。

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使用齿轮箱令传动轴继续下沉到贴着地板。这样炮塔吊篮也随之大大降低。最终大大降低了车体高度。这既意味着减少的被弹面积、被发现的可能性,也同时减小重量、降低重心(苏联对于支援的谢尔曼的抱怨之一就是高度、重心)。

唯一怀疑的是90mm炮弹的装填了。这点子空间怎么看怎么不够。图片里面疑似是直接裁切使用了75炮塔的图片,炮尾到最后的电台之间的空间,显然小于所描绘的炮弹长度。

实际上,使用76炮的谢尔曼,炮塔也是加大了的。当然啊,老炮塔也塞过76炮作为实验,也塞下了17磅炮。

散热的风道嘛,差求不多的布局。不过不是通过曲折开口向下排出,而是向上了。

即使换回75炮,是不是也很合理呢?要是这样,有人问我二战时代最佳坦克是什么,我大概率说这个矮谢尔曼。虽然75炮真的有点平庸。

75炮是40倍口径长度的,他的前身,31倍口径长度安装在m3坦克。有传说在北非,英美将缴获的德国75毫米穿甲弹弹头掰下来替换m3上的穿甲弹弹头。按照资料,使用相同的穿甲弹的时候,40倍径和31倍径比较,炮口初速从588提升到了619,速度增加到1.05倍、动能增加到1.1倍。反坦克能力恐怕不能指望这1.1倍的动能。

谢尔曼m4这个家伙,虽然一般评价不太高,但是是个晚辈年轻人。欧洲大陆上那些坦克出现的时候,民主的坦克厂还在玩dan,即使是鬼子的97式也比他们看着正经

还有一点,这里的绘画中展示的负重轮间距是正确的,尽管这不是真正的实车。克莱斯勒生产的谢尔曼是加长车体的,是各个厂商、型别中最明显的差异。而前文中的M4A4型截面图中,则并没有反应这一点。点看全图

外链图片需谨慎,可能会被源头改

通宝推:hansens,桥上,
家园 朝鲜阅兵了 -- 有补充

一时嘴痒想说道说道。

一种莫名的幽默感。换装的迷彩服、装具宛若回到了一年前。原来弹跳的步伐没有了,看到了俄式的不摆臂行进、中式的正步行进。

坦克打扮成了美国m1的模样、装甲车打扮成了美国mgs的模样。想来,一旦开打美国人会很迷糊,友军??

仅有的一点照片看着我也迷糊。

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外链图片需谨慎,可能会被源头改

(炒饭熊是个关于坦克做了不少东西的自媒体)

坦克疑似就是加了个壳子:左右角开窗伸出的三个管子,疑似是主动防御系统。这也证明了就是个壳子修型。

主动防御系统,相当高级哦。80年代苏联有过安装“鸫”的t55,前几年出现了似乎将主动防护作为标配的t14阿玛塔、库尔干步兵战车。剩下的,除了以色列的梅卡瓦有一批,虽说很多国家都有发展、展示、演示,包括南朝鲜,但是都似乎不是标配。

主动防御的弹药有了,那么传感器在什么地方?t14上面的4面雷达、4组光电传感器还是很明显、对称的、显眼的。这里没有更加详细的图片。初步怀疑是看到的炮塔左前、右前的那样的小盒子,可能就是毫米波雷达。

坦克是几人车组呢?按照之前坦克发展显示的和t62的渊源,这也十分可能是t62的后继。可是分明右边成员对应了更多的观察、瞄准装置。炮左边一个大洞,似乎是原本特莎镜的位置,可是另一边没有并列机枪的痕迹。那这个大洞是并列机枪似乎有有点太大,除非这就是个外加的壳子,需要更大的范围让开枪口。

也就是说,暂且这么定案:炮塔3人车组,但是和苏式设计相反的是,车长、炮手在炮塔左侧、装填手在炮塔右侧

这不是西方坦克的布局习惯么?

是滴,尽管看着不大清楚,看得到炮塔左侧成员位置有可以转动的转塔,右面成员位置除了有两个阶梯状布局的大箱子,还有一个小潜望镜,和从t55到t90的辅助观察镜一样。大箱子上面还有可以开启的保护门,也是瞄准镜的标配。

那么剩下的,右边成员位置还有一个大箱子,这就不认识了。大概是主动防御系统的扫描雷达?

坦克外部携带了导弹,大概率是远程进行反坦克的,不知道能不能打飞机。据说俄罗斯用炮射导弹曾经大量失的,但是也曾命中率很高。这样外面携带两个,就有点怕万一了

进一步,看这个炮,应该还是朝鲜能够消化了的115炮。之前还想过115会不会有自动装弹。因为t62时代曾经实验过。但是对于朝鲜而言,多研究这么个转盘、提升机不要紧,弹药再来一套是真麻烦。

法国为了军火生意,弄过苏式115的弹药(就像弄过苏式坦克改装动力的升级套件一样),性能也是现在不落伍的水平。毕竟口径、发射药容积在那儿放着呢。

老59系列上的100炮,发射药容积也是大于105系列的,这么想也可能存在平行宇宙,中国引进105的技术之后,回头升级发展100炮

分装的125炮也有人力装填的,例如出口的“妈也不认识的59改”。同时我也关心的是中国是不是存在过自动装填的105炮,因为见到过85式、两人车组,但是炮是105的管子的照片,还是两个。

通宝推:北纬42度,
作者 对本帖的 补充(1)
家园 装填手那里的大箱子 -- 补充帖

应该是榴弹发射器。确切的说是榴弹的弹药箱,上面是榴弹发射器。照片看不清楚,也没有仔细看。

倒是看不到高射机枪了,那么面对对方直升飞机,要么动用导弹,要么就是并列机枪升级口径了,比如是14.5mm

见前补充 4560333
家园 我的身上还是有着浓郁的民科气息的

业余时间拿来搞了一个注定没用的“发明”

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聊以自嘲

这个年头,履带车辆(也就是坦克)转向机构都是液压泵液压马达构成的,新的设计都没有纯机械的了。当然存量的装备上使用纯机械转向机构的还是不少,从理论上已经全部退役了的59系列坦克到数量上大多数的老96、不老不新的96式坦克、步兵战车里的86式系列。原理上叫做二级行星转向,也就是转向的时候一边履带经过一个“二档变速箱”减速,实现转弯。

另外还有老的99、不老不新的99系列坦克,也算式纯机械的转向原理。不过区别在于,每边不再是"二档",而是多个档,同步换挡当做主变速箱,转向的时候一侧降档来转向。

这几个机械转向的不足,大概是仅仅存在一个“规定”转向半径,在这个半径下转弯,没有制动器、离合器的滑动摩擦,而想要实现别的半径的转向,就需要某些离合器、制动器的滑动摩擦下,令相关元件运动速度在负载和摩擦力之间达成某个平衡转速,从而体现不同的实际转速。

显然滑动摩擦是不好的,那么就想办法增加更多的“规定”转向半径。上面的绘制中,第一第二个有5个转向半径,而且简单计算了下,某些参数设定下能够有比较合适的转向半径组合,第二个相比第一个能够更好的进行左右切换,第三个可能实现高达17个半径,呵呵,已经怀疑缺乏操作性了。

通宝推:李根,北纬42度,GWA,
家园 一个民科的严谨与讲究

昨日厕上忽然想到,前面贴子里图片表现的设计是很不严谨、很不讲究的。一个行星排能够实现两个档位,而前面使用两个行星排实现了3个档位,其中左转右转各一个,原样传递速度的一个。原样传递的档位似乎能够用来保证直线行驶,但是实际上没有必要。将一侧输出半轴和辅助输出轴通过离合器结合到转向变速箱的相同一侧就可以保证直线行驶了。总之这样浪费,使用两个行星排、两个离合器两个制动器实现了简单的左右转向选择。这个功能完全能够使用一半的部件实现。

不过区别在于,使用两个行星排得到了传动比严格对称的两个转向用档位。而二档行星变速环节,要么是原样传递转速,要么是一个加速或是减速,取决于怎么定义输入输出。而用于转向则是需要对称的两个传动比。那么,就增加一个固定的变速环节,作为“基底传动比”,正好这个基底传动比可以通过两侧的离合器和转向变速器之间的齿轮实现。

也就是这么个样子(5个转向半径的基本设定,更多的就当没有必要了)。希望在造价、重量、体积、以及维护性、可靠性上有所改善。

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家园 其实啊

之前的不仅是不讲究不严谨,行星轮的设定还存在错误的地方

之前的设计中,应该是太阳轮作为控制元件,在齿圈、行星轮架之间建立输入输出关系,这样传动比例将是1到2之间,或者反过来是1到1/2之间。若是图中的以齿圈为控制元件,在行星轮架、太阳轮之间建立输入输出关系,则传动比将是大于2,或者反过来小于1/2。

通过数值模拟,左右两边的转速比例暂时定为1.7左右,显然最早是画错了嘛,本应使用齿圈----行星轮架的配置。

而后面修改的设计中,存在一个由固定齿轮决定的“基底传动比”,取值也就是这个1.7左右的数值。当行星排环节传动比选定直接档,那么左右半轴之间的转速比例就是1.7;行星排变换形态成为减速\加速模式,传动比设定为1.7的平方,那么两边半轴转速比例就是1.7/(1.7^2),对称反过来了,于是整车以相同的转向率向另一个方向转向。而1.7的平方,几乎是3了,大于2,应当使用太阳轮---行星轮架的配置。

旧的就不画修正版本了,反正浪费部件

家园 图看不懂

不过对设计目的感到迷惑:有滑动磨擦故然不好,复杂化转向机构带来的故障,相比滑动磨擦导致的故障,哪个机率更高?更难处理?

这个相当于有级调速吧?

家园 所以说民科嘛……

这些个玩意是纯粹的自娱自乐的,不比临高500废有多大区别。(说到临高,旧时河友镭射在20年初总结了工业党之后,似乎只在知乎写写临高世界的蒸汽机了)

比方说机械式的多半径转向,真实世界中好像也就是3个半径的。德国的LSG3000型,用在韩国的K1坦克上,80年代中国的90-II也试装过。可是人家原理上完全不同,能够实现不同档位不同的实际半径,结合4个档位实际相当于12个半径。咱这里凑出5个半径(咬咬牙也能凑出更多),纯属凑乎给自己看。

美国人70年代设计的XT1400传动,机械实现的单半径,但是每个档位实现不同的实际半径,更有特点的是,增加了一个飞轮,利用转动惯量强化保证滑动摩擦的产生,这个找谁说理去啊。

这儿还涉及到一个概念,单流和双流传动。我这里绘制的是单流,就当它便宜吧。单流是动力经过变速箱后分到左右两边履带,例如中国的96式是两边各一个独立的二级行星转向机,就当2档变速箱吧;双流则是还有一路动力走旁路绕过变速箱直接来到左右两侧,和来自变速箱的动力在两侧通过行星排汇合,转向是在控制两侧行星排位置汇合的转向动力流的左右差异,不影响变速箱之后的功率流,也因此产生了不同变速箱档位下转向半径不同的特点。实现多半径就是在旁路上设置简单变速机构,例如三个档位,而现在当下主流的则是使用液压泵液压马达的无极传动。

我之前的那些,要说优点嘛,也能强行说出来,不止是针对滑动摩擦一点而言的。比如高速下显然不需要进行大转向率小半径的转弯,那么中苏传统的纯粹的单半径转向原理,就有操作失误的风险。16年还是哪年俄罗斯的坦克运动会,某国的坦克就开翻车了,而前两个车次的中国坦克也甩尾侧滑、暂时静止了。当然了,根子在于车速过快没有减速,转向原理是个次要的因素。

单半径转向,转弯的时候,若是粗暴的不经过活动摩擦直接“抱死”,消耗的功率倒是少了,但是速度差异的突然产生,对于整车是一个冲击,车速越高冲击越大,不仅更容易诱发侧滑甩尾,也影响大量部件的寿命、可靠性。划分多个半径,相当于原本一个大的阶跃冲击分解成为了多步骤多个台阶的冲击,更别说按需可能不用走全部的台阶。

而使用滑动摩擦,问题还不仅是消耗功率、造成热量累积(印象里面大多应用的设计中,最坏情况下消耗的功率也就是20%的样子,似乎不算太大的问题),还有问题是这个摩擦是受到制动力、外部负载的双重影响的,车重越大,控制越难。40年代末美国的m26潘兴坦克重量46吨,比中国现在的96式还要重,转向机也叫做“克利夫兰转向机”,其实就是我那个设计的基础(论消耗的功率,常用工况基本上都比96式的高)。不过现在似乎也没有听说过通过计算机自动控制这种滑动摩擦的,想象这样的算法,接收离合器两端的转速信号、当前控制力强度,按照用户输入的相对滑磨率目标,控制施加到离合器的压力。要是处理摩擦带来的热量累积不是问题,靠谱地利用滑动摩擦也算是美哉。

通宝推:北纬42度,
家园 作为补充

机械转向机时代,不少还是单半径转向机配合双流实现实际的多半径,比如战后的大部分西方坦克、以及苏联的一些装甲车、轻型坦克的设计草图(坦克上不见用双流设计,这个比较迷)。

双半径、三半径的好像都是德国的,比如豹1上是双半径的、专门用于出口的lsg3000是三半径的。这个也许就是德国式的“轴”(是不是在这个上赞美德国人,我保留意见),早在二战时候,虎1、虎2是双半径双流的,双半径加上8个档位,凑起来能有16个半径;黑豹坦克是单半径双流的,7个档位7个实际转向半径。问题是虎豹的传动故障不少。而德国二战时代一些图纸车、实验车更是三个转向半径的,不过都失败了。

这些激进的二战设计,疑似是缺啥补啥的心理反弹,因为使用量最高的从1号到4号,转向机是“威尔逊式”,一个行星排作为减速机,三个元件里某一个(绝大多数情况下是太阳轮)在制动力下静止,撤销制动力之后这个元件在负载作用下自由转动,动力就不再在另外两个元件之间传递了。这个时候一般还要对于输出轴加上刹车减速来转向。而其镜像设计,则是苏联在t34上的离合器制动转向,直接通过离合器断开动力,再通过制动器减速。原理上、效率上论,是一样的,最糟糕情况转向中都会由于制动减速消耗掉大约50%的功率,可苏联的还不用以精密的要求去制造行星齿轮,直接多片离合器铁片子套在一起。

家园 傻逼的一天

假期最后两天有点难熬。下大雨团在家里,想去公司做做事情,出门雨就加大,灰溜溜回家继续团着了。然后就做了颇为值得后悔的事情,在知乎上和人讨论坦克,变成了对线battle,相互攻击冒犯(主要是被冒犯)。与傻子争短长,自己也基本是傻子了。

互联网上的主题,似乎就是傲慢。只有个“楼主”的论坛时代这种傲慢还比较淡,有着明显地盘意识的博客时代、自媒体时代这种傲慢就很冲了。无他,表达方式的不对称----这是我的老观点了。

当然,我觉得西河这群人相对而言还是个人素质更好那么一些的,没有统计没有证明,只有感觉。

家园 维基坦克转向词条纠错

简单讲讲上个月那次当傻逼吧。根源,还是不少老兄拿着维基上的知识当真理,而实际上维基很呵呵。所以就写了这么个维基的纠错。关键重点,就是有人不懂还拿着“再生”两个字装逼

我也是闲的无聊,西西河又没人和我聊这个

正文开始

坦克的转向系统,令坦克或是别的“连续轨道车辆”能够转向。由于履带不能相对于车体发生转动(几乎所有的实用的设计都是如此,尽管曾经存在过可转向的前置第三履带),转向需要通过令一侧履带加速、另一侧履带减速、或是同时两侧分别加速减速(有单纯加速的么?)半履带车辆不用这样,有可以转向的轮子实现转向,并使用定速的履带(并不是定速,绝大多数半履带车使用被动自适应的差速器例如美国M3系列,另有少量能主动产生履带的速度差,例如德国Sdkfz251系列、美英仿制Sdkfz的某个原型车)

Early steering systems were adopted from tracked work vehicles, generally using a clutch to reduce power to one track, causing it to slow down. These designs have numerous problems, notably when climbing hills or running at high speed, as the reduction in power causes the overall speed to slow. Delivering power to both tracks while turning them at different speeds is a difficult design problem.

早期转向系统来自于履带工程车辆,通过离合器将一侧履带同动力断开,令其减速。这样的设计有着很多问题,尤其是在上坡或是高速下,因为会有整车速度的下降(真正的问题是需要制动增加阻力,仅仅通过离合器、履带滚动阻力无法有效控制转向,而车速下将反而不是重要的)。转向中同时向两个履带以不同的速度输出动力是个难题(实际情况,更多的条件下也不是“输出”动力,而是回收动力。除非是想要在极低速度下进行转向,就像工程车辆一样)

A series of more advanced designs were introduced, especially through World War II, that maintained power to both tracks during steering, a concept known as regenerative steering. Some also allowed one track to move forward while the other reversed, allowing the tank to spin in place, a concept known as neutral steering. The first really successful system was the British double differential design of 1924, which was copied by both the United States and Germany.

逐渐出现了一系列更加高级的转向系统设计,尤其是在二战时代,转向中能够同时向两侧履带同时输出动力,于是出现了一个新的概念“再生转向”。(再次强调,往往不是同时“输出”,而是回收能量\功率,这也是再生的含义)。更有的设计中,允许一侧正向另一侧反向转动,实现原位转向,或是中心转向。第一种成功的设计是英国1924年的双差速设计,之后被美国、德国模仿(??那个时候维克斯中型坦克Mk2等等还是威尔逊转向,尚且没有查到24年具体是什么设计)

Most modern Western designs use a variation of the double differential, while Soviet designs preferred to use two separate transmissions in a single housing. Systems using electric motors with variable speed controls have been tried on a number of occasions, but have not entered widespread service.

更加现代的西方设计使用双差速转向的变种发展,而苏联设计中偏爱放在一起的双侧传动。(in a single housing似乎一般指做成一个总成,这并不成立)。利用电机的可变速度控制有很多实验,但是并没有广泛使用。

Dual drive双侧独立驱动

One solution to the steering problem is to use two separate drivetrains, each driving one track. This maintains power to both tracks while steering, produces a wide range of turning circles, and even allows one track to be reversed while the other moves forward, allowing the tank to turn in place. This may be combined with brakes to further control the steering radius.[1]

早期的转向问题的解决办法是使用两侧独立的驱动系统。两侧履带在行进转向中都有独立的动力系统驱动,能够实现几乎任意的转向,包括能够一侧前进一侧倒转的原位转向。这需要使用制动来控制半径。(由需要制动可以看出,本身可控性也并不理想)

The obvious disadvantage to this design is the cost and complexity of two drive trains, and the increased maintenance load that implies. Another is that if one engine fails, the other cannot be used to drive both tracks. Both of these problems were greatly reduced in the case of steam power, where the majority of the engine in terms of size and weight is the boiler, and the cylinders that extract that power are much smaller in comparison. It can also provide variable output by controlling the amount of steam sent to each cylinder. It is much more complex when used with internal combustion engines.[1]

显然使用两套动力系统,其造价、复杂性、维护性都不理想。而一旦一套系统出问题,整车将失去行驶能力。不过在早期的蒸汽动力时代这个问题并不关键,左右两侧动力来源蒸汽机,能够使用共用的锅炉,而两套蒸汽机带来的重量、控制、复杂性的增加则是可以容忍的,蒸汽机的动力通过控制进入气缸的蒸汽来实现,而使用内燃机则麻烦多了。(蒸汽机的输出特性曲线要比内燃机宽泛,而内燃机不能简单通过油门风门控制)

A less obvious problem is that it is very difficult to keep such a vehicle moving in a straight line. Although a governor can be used to ensure the two engine speeds are similar, loads on the tracks will not be the same as it moves over different terrain, causing the more heavily loaded track to slow and the tank to turn in that direction. This will cause the tank to wander when moving over uneven ground. This is not an issue at very low speeds, and the system is sometimes used on bulldozers and other tracked construction vehicles. For tanks, considerable driver skill and constant adjustment are needed, even at the relatively low speeds seen on early designs.[1]

另一个不那么明显的问题是,这样的车辆很难保持直行。尽管使用阀门控制两侧的动力、速度尽量相近,但是复杂地形中则很难做到,一侧履带遇到更大的阻力会自动降速,导致向这边转向。于是在复杂地形上车辆的行驶将会是左右乱晃的。在很低速度下,这个问题也能够容忍,于是在推土机等工程车辆上也有这样的应用。对于坦克,则需要更高的驾驶技巧、更加频繁的调整。

Examples of true twin-drive systems are not common, but have existed through much of tank history. Examples include the World War I-era British Whippet medium tank,[2] and the M5 Stuart.

这一类很少见,例如一战时代的英国小猎犬、M5斯图尔特(M5不是!!!尽管有两个发动机、两套液力耦合的行星变速器,却是并联起来交给一个2档减速器的,转向还是通过2档减速器之后的单一克利夫兰转向机实现的!!!德国的A7V、法国的圣沙蒙属于这一类,前者是内燃机驱动,后者是电力驱动)

Twin transmission, or geared steering双侧传动,或齿轮传动

Soviet tanks, like this T-72, use advanced variants of the dual transmission system to this day.

苏联的例如T72使用更加高级的双传动系统。(T72的先进程度十分有限,实际上麻烦更多)

A simple step up from the dual-drive concept is to use a single engine and split the power output into two transmissions. Steering is accomplished by changing the gear on one track and not the other. This reduces the complexity of the dual-drive system when combined with a modern engine. It also introduces a new behaviour; additional load on one track causes the other to slow as well. This is actually an improvement over the dual drive solution, as it causes the entire tank to slow, not turn towards the loaded track.[3]

在双侧独立驱动基础上,(恐怕也不是所谓基础,尽管出现也很早)就是共用发动机,将动力分给两个传动系统。转向则是通过两侧档位不同实现的。这样和使用内燃机的双侧独立驱动相比,复杂性降低。这样带来了新的特性,当一侧负载增加(阻力加大?)整车都会降速,而不是向一侧转向。这是相对于双独立动力的一个优越的改进。

The downside to this approach is that high-power transmissions are failure-prone devices, especially in the World War II era. They are also complex and time-consuming devices to build and repair. Although it eliminates a second engine, compared to the dual-drive concept, it is still relatively complex compared to the solutions that follow.[3]

不足在于,高功率的传动系统是易损的,尤其在WW2时代。这样的系统也较为复杂、难以维修。尽管省去了第二台发动机,依旧是较为复杂的。(???从行星轮控制的角度,并不比别的更加复杂;从维修的角度,也不见的比离合制动更加麻烦很多)

Dual-drive systems were widely used since the earliest days of tracked vehicles, including the Holt 75 tractor that saw widespread use in World War I.[4] The Japanese adopted the concept in 1925, and all their subsequent tanks through World War II used this. The British also continued to use it on light tanks like the Covenanter and Crusader of the early war period. The Czech LTH also adopted the system, seeing service with the Germans as the Panzer 38(t).[3]

作为一种出现很早的系统,得到了广泛的使用,包括WW1时代的霍尔特75(不是!!!霍尔特75本身是典形的两侧有离合器的半履带车辆,经过简单改装之后成为去掉转向前轮的离合制动转向!!!)日本在1925年起采用这类系统,一直用到了WW2时代。英国的盟约者、十字军也使用了。杰克的38t也是。(显然这里指的是二级行星转向,变速并不包括在内,因此双传动并不准确)

The Soviets introduced this system for their KV-13 experimental tank, and this led to its use in the IS tank family. Later versions introduced more gears to produce multiple turning radii, including reversing one track. The T-64 introduced a new model with seven speeds, and this basic system has been used on the T-72, T-90 and Chinese Type 98.[3][5]

苏联在KV13上最先应用,之后用于IS系列上(42年底kv13得到负面评价,但是43年有了新炮塔原型车,43年中生产了kv1s)。后来将每侧转向机增加更多的档位代替变速箱,实现更多的半径包括一侧倒车(这显然就是在说T72为代表的双侧变速兼转向设计。而实际情况是工作中真正有用的半径还是一个,只能下将一个档位,且有的状态下半径并不合适,需要活动摩擦机件。一侧倒档也没有实际实现,仅仅是存在可能)T64上使用了7速,这一类系统用于T72、T90、中国98式(呵呵98式)

Clutch braking离合制动

The T-34 was one of the most successful tanks designed specifically to use the clutch steering system.

T34是最有名的使用离合制动转向的。

The simplest single-engine steering system in mechanical terms, and almost universally used on early tank designs, was the combination of a brake and a clutch connected to steering controls. The controls were normally a pair of vertical handles, one for each track. Pulling on a handle disengaged the clutch, releasing that track and causing it to slow down. Further motion of the handle increasingly applied the brake to that track, allowing the turning circle to be adjusted.[3]

机械上最简单的转向系统,广泛用于早期坦克,将每侧履带安装离合器、制动器实现转向控制。操作通常通过拉杆实现,断开一侧离合器,利用自然阻力令这一侧主动轮实现单侧减速。进一步继续拉杆进行制动,按需制动得到想要的转弯半径。

The main disadvantage of this design is that when steering is applied the engine power is removed from the track. This makes the tank slow down, even if the brake is not applied. If the tank is climbing, or in soft terrain, forward motion may stop entirely. Another disadvantage is that the brakes constantly dissipate vast amounts of heat when steering, which is very power-inefficient. The brakes suitable to steer a large vehicle are also impracticably large.[3]

最大的不足是,一侧断开动力。这样车辆会减速,即使不施加制动。上坡中,或是软质路面上,甚至可能断开的一侧完全不再前进(也就是滚动阻力本身就很大,那么半联离合不就可以了么?好吧半联本身是比较麻烦的做法,和制动一样由于滑动摩擦产生热量累计,还更加不容易散热)。另一个问题是转向中的持续制动将会产生大量的热量,大大降低了效率。对于大型车辆,需要的制动器也十分大。(从再生的角度,这种转向完全没再生能力)

Clutch braking was introduced by the French in 1916 during World War I. Most light tanks used it through the 1920s and 30, as well as some larger tanks like the British experimental Vickers Independent and Soviet T-35. The last major designs to use it were the Soviet T-34 and German Panzer III and Panzer IV.[3]

最先出现在1916年的法国(应该指施耐德,但是之前霍尔特上已经实验性地使用了)在轻型坦克上时候用直到30年代,另外还有一些大型的也使用了,例如英国独立、苏联T35。最后的使用是苏联T34、德国3号4号(3号4号本质上是离合制动式,这是正确的,尽管形式上是行星排,和一战的MK5一样,这也是mono说过的“一战水平”说法的来源。最后的军用可能还是60、70年代的BMD1/2,尽管是轻型车辆)

Differential braking

The Universal Carrier used braked differential system as well as track warping.

差速器制动转向。英国的通用载具用了(不用猜就知道,一堆英国小坦克都用)

Differential braking (or braked differential) systems remove the clutches on the track and add a differential on the transmission output. The differential allows the tracks to turn at different speeds while remaining powered. Steering is then accomplished by slowing one track with a brake. The advantage to this design is that power is maintained to both tracks even while steering is taking place. Another advantage is outright simplicity; the steering system connects directly to the brake and nothing else, producing a very simple mechanical arrangement.[3]

这也是一种十分简单的系统,仅仅需要一个差速桥、两侧两个制动器。和离合制动转向相比,仅仅有两个动作操作元件,而离合制动系统还有多出来的两个离合器。

The main disadvantage, like the clutch braking system, is that steering dissipates heat through the brakes. Unlike the clutched system, however, in this case all turning requires braking. This can be used on lighter tanks, but the amount of kinetic energy in larger tanks makes the required brakes impractically large. Another disadvantage is that the differential will allow the tracks to turn at different speeds no matter what the cause may be. This may be the application of braking, but also occurs as the tank travels over terrain; if one side of the tank enters softer terrain and slows down, the tank will naturally turn towards that side. Forward momentum tends to offset this effect, so it is mainly a problem at low speeds.[3]

主要的问题不足,就像离合制动系统,转向中制动器消耗太多的功率(实际上远多于离合制动)。不同于离合制动转向的是,这时所有的转向都需要制动(应该指没有利用一侧自然阻力的转向)。这种系统能够用在轻型车辆上,但是由于需要制动消耗的能量、动能太高,在更重的车辆上制动器就需要十分巨大。另一点是这种差速器制动的差速、转向经常不可控,可能是由于制动力产生的人为速度差,也可能是由于地面地形、阻力,可能在没有制动操作情况下由于地面阻力、坡度而自动转向。若是速度足够高,车身自身的动量/惯性可能一定程度上弥补这种自转向,但是低速下这就是很大的问题。(为什么不考虑差速锁?没有听说过差速锁。轻型车辆通过飙到高速能够避免自转向问题,但是从低速加速到高速的过程本身就是难以达到的、修正代价较大的。)

Differential braking actually predates clutch braking on tracked vehicles, having been initially introduced by Richard Hornsby & Sons in 1905 on the world's first tracked vehicle. Clutch braking became popular only because of its mechanical simplicity. Differential braking could be found on many smaller tanks, especially in the pre-World War II era. British tanks began using them during World War I, and continued into World War II. One common example was the Bren Carrier.[3]

差速器制动转向要早于离合制动转向,在1905年就取得专利。离合制动更加受欢迎仅仅是因为其简单(不是!!在转向效率也就是制动器消耗的能量上、在提供的牵引力上离合制动都更加优越!!!)差速器制动转向在很多小坦克上使用,尤其是二战前。应该在一战开始使用知道二战(一战时代的哪个是差速器制动的???MK1到4的蜗杆减速器内部到底有没有差速器?若是有,两侧的变速机构不就废了??难道存在差速锁???)典型的例子是布伦通用载具,(以及一系列维克斯轻型坦克,再加上领主、放大版的霍普金斯……)。

Controlled differential控差速系统,克利夫兰转向机

The M113 is the most widely used military example of the controlled differential system.[citation needed]M113是产量最大的这一类(8w辆)

Differential braking systems are essentially an epicyclic transmission with a single fixed gear ratio transmitted through idler pinions. The controlled differential adds an extension to the rack holding the idlers, and puts a conventional brake on that extension. With the brake applied, the idlers are locked and the system works like a conventional epicyclic. When the brake is released, the idlers spin, reducing the speed of rotation on that side. This causes the output on that side to slow down by a fixed amount.[3]

差速器制动转向系统,本质上是一种行星传动,其中的固定齿比的齿轮通过“惰轮”小齿轮左右咬合实现。(这里显然排除了锥形齿轮的差速桥)。而克利夫兰转向机则是在差速桥基础上扩展,中央旋转的小齿轮架上延伸了一重同轴小齿轮,(形成了一种双联外啮合行星排)并对扩展出来的部分(多出来的太阳轮)进行制动控制。制动之后,这个系统就像是行星排一样。释放制动之后,“惰轮”恢复继续旋转(这里的惰轮应该指扩展出来的一重太阳轮)。制动抱死之后,这一侧半轴也会保持一定的转速。

The advantage to this design is that the brake is not being applied to slow the vehicle, it is simply clutching the second set of gears in or out. This means it does not dissipate energy, except in the brief period it is being applied or released. Smoother steering can be accomplished by partial application of the brake, but then it begins to dissipate energy like the braked differential. The main disadvantage is that there is only one turning radius. Like the standard differential solution, these systems are also subject to self-turning when travelling over terrain.[3]

最大的优点在于,这个制动器不会造成车速的下降,仅仅是令第二组齿轮参加传动,这意味着不会损失功率。更加平滑的转向可以通过部分制动实现,这个时候就会消耗功率,就像差速器制动一样。最大的不足是仅有一个转向半径。就像是标准的差速制动方案一样,这个系统也存在越野中自转向的现象(制动器位置上发生滑动摩擦造成的损失是不可忽略的、和二级行星相比要更大的。制动器吃掉功率之后,剩下的部分功率用于驱动车辆,机动性显然不会保持。加上外侧履带牵引力作用更加重要,在制动器吃掉相同功率条件下,外部速度更高而扭矩更低的克利夫兰转向要比二级行星更加难以保持机动性)

The system was invented by Cleveland Tractor Company in 1921, and is sometimes known by the trademarked name Cletrac Differential. It was used by most French tanks in the inter-war era, as well as on the German Grosstraktor. It was most common on US designs, used on all light and mediums from 1932 until the end of World War II. Later uses included the French AMX 13, Japanese Type 61, and the widely produced US M113 APC.[3]

发明专是21年克利夫兰拖拉机公司得到的(有说法是出现于16年或是18年,且是从贝斯特公司购买的,存疑。不过贝斯特的产品是使用差速器的半履带拖拉机,也应该需要降低导向轮磨损、减小转向半径的)。间战期很多法国坦克使用过,德国大型拖拉机(莱茵金属?)也用过。作为发明地,美国从30年代的轻型坦克开始使用,著名的就是M4。最后是使用包括了法国的AMX13、日本61、美国M113.。

家园 part2

Double differential双差速

The Tiger was one of the first tanks to make widespread use of the double differential.

第一种广泛使用双差速的应该是虎式,(尽管不是严格的第一种,或是广义的第一种,但是最为著名的)

The more complex double differential system is similar to the controlled differential in basic concept, in that it controls the speed of the tracks by controlling the rotation of the idlers. However, in this case two complete differentials are used, one for each track, and the idlers are controlled not by a brake, but a second power shaft, the steering shaft.[3]

双差速转向系统是更加复杂的(和二级行星相比,需要有来自发动机、或者说来自变速箱之前的一路动力;需要连接两侧行星排的横轴,以及一侧反向惰轮),在理念上则是和控差速转向相同的(?),即通过控制一套惰轮来实现两侧转速的不同(克利夫兰可以广义地理解为使用双联外啮合行星排、以独特方式实现左右差动连接的双差速)。这需要两套差速装置,对应两套履带,而被控制的惰轮不是通过制动实现的,而是另一套转向流,转向传动轴。(这显然描述的是双行星汇流排实现的,下文中就有例外,即双中央差速桥实现的)

Normally the steering shaft is connected to the engine directly, instead of the output from the transmission. This means it spins at a relatively narrow range of RPM compared to the main drive shaft. The steering shaft is split into two output shafts through a clutch system that allows the outputs to spin forward, backward, or not at all. An idler reverses the direction on one side, so they always spin in opposite directions.[3]

通常转向传动轴连接到发动机,而不是传动的输出(变速器的输出),这样和直驶一路相比,转向流转速变化很小。通过离合器,这个转向流的传动轴以不同方式接通两侧的转向副轴,令其正传、反转、或是不转。两侧的“惰轮”是差动动作的,旋转方向相反(所谓的惰轮,往往是行星排的太阳轮。这里描述的是零差速的,实际上还能细分,可是既然下文中零独立单独分列出来,这就当是仅限于零差速的)

With the clutch off, so the shaft does not spin, the idlers in the two differentials are fixed in place. This is just like the controlled differential with the brake on. When the steering clutch is engaged, the shaft spins one of the idler sets forward and the other backward, causing one track to speed up and the other to slow down.[3]

离合器断开,则转向流的轴不会转动,两个差速器的“惰轮”将会是静止的,就像是控差速设计中制动器抱死一样(??不应该是不施加制动么?brake的on、off难道含义特殊?)。离合器连接,这个轴令一侧“惰轮”前进、另一侧反转,令一侧输出轴加速另一侧减速。

Since the speed difference of the two tracks is independent of the gearbox selection, this makes the steering effect less pronounced at higher speeds; this means the tank has a longer turning radius at higher speeds, which is generally what is wanted. The system, however, produces only one radius for any given gearbox selection.[6]

由于两侧履带的速度差是档位无关的(从绝对转速的角度衡量,的确速度差是恒定的。行星排三个元件之间的角速度是线性加权关系,用于控制转动的太阳轮转速变化范围是档位无关的。之前的习惯是以转速比例表示的,犯了思维定势的错误。),这样在高速(高档位下)转向作用没有那么明显,也就是说高速的转向半径更大,这是一种很好的特性。不过这样的系统在一个档位下仅仅产生一个转向半径(取决于转向流本身有没有变速功能。S35是单一半径的机械实现,而虎式就不是,有两个半径,战后的HP250等等有两个、LSG3000有三个)

The system is fully regenerative: all of the engine's power reaches the track either through the main driveshaft or the steering system; none of the energy is being lost to brakes or clutches. Additionally, since power is fed around the transmission to the steering system, in some designs the tank can be turned even when the main gearbox is not engaged. The limitation on this feature is the strength of the steering shaft, which has to be strong enough to move the tank if this feature is desired, but otherwise can be made lighter if this is not needed.[6]

这种系统是完全再生的,所有的发动机动力通过主直驶路径或是转向路径来到两侧驱动轴,没有通过离合器被隔离或是被制动器消耗(然而再生的含义本身并不是动力输出到两侧驱动轴,而是内侧回收的功率的再利用!!例如双侧独立动力传动的再生问题就很值得推敲。没有再生能力的情况中,这个回收的动力或是被离合器隔离后消耗,或是和输入一起被制动器消耗。而动力的回收也要求内外两侧具有完全的连接,因此往往两个描述是伴生的,想要回收就有动力的连接传递。但是立意不同,需要强调的是,内侧经常是能量/功率流入而不是输出的)另外在某些设计中,由于双流的特性,即使主直驶一路不传递动力,动力也能通过转向流来到两侧,不过这一点需要转向的传动轴足够强壮,若是不需要这一特性,(也就是等同于原地转向),转向传动部分可以更加轻量化一些。(例如BMP3上的静液转向机就是较为羸弱的)

Double differentials were first used in experiments in France starting in 1921, and found on many heavy tanks of World War II, including the German Tigers. The addition of a continuously variable output using a hydrostatic transmission was used on the Char B1, providing smooth changes in turning radius that eliminated the system's main drawback. The low efficiency of this system meant it was not widely used, but rapid improvement in hydrodynamic fluid couplings made it common in the post-war era. Most Western tank designs since the 1960s have used a variation on this design, notably the M60 Patton and M1 Abrams.[6]

1921年法国首先实验双差速系统(前文不是还说英国1924年发明的吗???疑似是双中央差速桥的那个设计,而不是双汇流排实现的,其大量细节将不符合前述的描述),并且出现在很多二战重型坦克上,例如虎式(好像当时除此之外并不是很多啊)。使用连续可变液压\静液传动作为转向流,最早出现在法国的CharB1上,能够进行平滑的无极的转向(这是典型的双中央差速桥的设计,没有行星汇流排,尽管前文中的“惰轮”说法也没有明确表示行星排)。这个系统的低效的不足,意味着没法得到广泛的应用,但是到了战后,静液传动技术的发展快速弥补了这一不足。从60年代起,大量西方设计使用了这类设计,尤其是M60、M1(M60不是!!CD850是一种梅里特三差速系统,通过制动器控制转向!!!见下文)

Merritt–Brown triple differential梅里特布朗三差速

The Churchill was the first tank to use the triple differential steering system.

最先用在丘吉尔上

This system was devised by Dr. H. E. Merritt, Director of Tank Design at Woolwich Arsenal, and manufactured by David Brown Ltd.

设计者是woolwich兵工厂坦克设计部门负责人亨利爱德华梅里特博士,生产方是大卫布朗公司

The triple differential is a modification to the double differential, replacing the steering clutches with a single braked differential similar to a controlled differential. This third differential produces any desired output speed in the steering shaft, compared to the double differential where the speed of the shaft is fixed. This output drives the steering idlers of an otherwise unchanged double differential, producing continuously variable steering. It has all the advantages of the double differential, while the only disadvantage is that the brake on the third differential dissipates some energy while slipping, but this is dependent only on the amount of energy being used to steer the vehicle, not the total energy being delivered to the tracks.[6]

这是一种修改的的双差速转向系统,将原本通过离合器控制的转向流以制动控制的差速器取代,就像是控差速系统一样(意思应该是仅仅需要操作两个制动器)。第三个差速器能够为转向流提供任意的转速,而不是双差速那种固定的速度。这个增加的制动的差速器两端的动力,驱动双差速系统中两个差速器的“惰轮”,产生任意连续变化的转向速度差。这种设计几乎具有双差速的所有优点(再生能力、较高的效率、转向行为和速度的匹配),而其主要的缺点是第三个差速器关联的制动器上滑动摩擦的损耗。但是这个缺点和这个差速器上需要传递的能量大小相关,整体上的效率还是较好的(威尔逊在40年代的报告中就曾经指出,在低速低档位下,三差速系统效率要比二级行星转向还差,而t54为例这时效率再低也基本是80%左右,这显然是因为低速下更多的能量从这个差苏桥传递,而此时本质上是大比例的功率通过一个差速器制动原理的环节传递,差速器制动环节消耗的能量很高、效率很低,典形的情况效率远低于50%,整体上拉低了转向系统效率。而又重又慢的“土龟”尽管能够做出较为灵活的动作,背后恐怕是深踩油门、拉杆拉到底)

The triple differential was used primarily on war-time and post-war British tanks, first on the Churchill tank and later on the Cromwell tank and its follow-on designs. It gave these designs unparalleled maneuverability and the ability to climb that was not matched by other designs until well into the Cold War. The basic version continued to be used on British designs until the TN 10 of the Conqueror and the TN 12 on the Chieftain. This system is generally not used today, in favour of improved hydrodynamic transmissions in the double differential, starting with the transmission in the Challenger.[6][7]

三差速系统主要应用在二战以及战后的英国坦克上,首先出现在丘吉尔,之后是克伦威尔……。这些坦克具有当时最好的操控性、最好的爬坡性能,直到冷战持续深入。最后的设计是征服者的TN10、酋长的TN12(蝎的TN15)。现在这些系统基本不使用了(海峡对岸还有,也就是前文中错误归类的CD850),现在设计的偏好是有着液力变速环节的双差速转向系统,英国从挑战者开始使用新设计。

Maybach double differential迈巴赫双差速

The Panther was the sole operational user of the Maybach system.使用迈巴赫双差速的基本上只有黑豹

The Maybach system is essentially a simplified version of the double differential, or more accurately in mechanical terms, a double controlled differential. It replaces the double differential's forward and reverse steering shaft and clutch system with a single shaft that spins in one direction, and brakes on the idlers. Like the controlled differential, the brakes are normally applied to keep the idlers fixed. The steering inputs release one or the other brake to cause the idler to spin and that track to slow. Unlike the full double differential, the other side is not sped up so the system is not fully regenerative, and since both idler sets spin in the same direction, it does not offer neutral steering.[3]

迈巴赫双差速系统基本上是一种简化了的双差速系统,或者从机械的角度是一种双可控差速系统(问题是人家是左右独立变化的)。取代了双差速系统中可以正向或是反向旋转的副轴、离合系统,而仅仅使用一个单向旋转的轴、两侧“惰轮”的制动器。和控差速转向一样,直行中制动器发挥作用令“惰轮”固定。转向中,一侧的制动器释放,令“惰轮”开始旋转,这一侧的履带减速。不同于完整的双差速系统,另一侧的速度不会变化,因此,不是完全再生的。此外由于两侧的“惰轮”旋转方向相同,也不具有中心转向能力。(这里对于再生的理解还是存在分歧。再生的本意应该是功率\能量的回收,而不是整体速度的保持。黑豹进行规定半径的转向,这时从内侧回收的能量全部用于驱动外侧了,是完全再生的。此外,尽管黑豹没有中心转向能力,理论上当变速箱是空档,动力仅仅从一侧的太阳轮输入,负载作用下另一侧的齿圈会自动反转,还是可能实现中心转向的,尽管实际上黑豹转向流可能过于羸弱,强度不足以驱动整车)

The Maybach system was used only on a single design, the Panther tank. The late-war state of Germany's economy, especially machining capability and supply of strong materials, meant that only small numbers of the complex double differential could be produced. For the Panther, intended to be mass-produced, Maybach designed the AK7-200 transmission with a number of design notes intended to simplify production.

迈巴赫双差速系统仅有一个应用案例,即黑豹。战争后期德国的经济能力、尤其是机加工能力、高强度金属生产能力的制约,限制了复杂双差速系统的生产(最大的制约是在侧传动/终端减速器部分,而不是转向机本身,尽管转向机自身的参数不合适造成了这个问题的放大)。黑豹在设计的时候就强调生产性,其AK7-200传动系统设计中也有明显简化的意图。(相比于双差速的简化;或者说相对于基于行星排的等效离合传动的最小修改,在变速箱参数设计上与转向系统解耦)

Track warping履带扭曲

While tracks could not be angled in their entirety, it was possible to put distort the track so that the tracked vehicle took a curved path. The front bogies on the British Universal Carrier were mounted on a crosstube that ran through the hull. Turning the steering wheel displaced the bogies to the left or right inducing a modest turn. Further turning of the wheel engaged braking on one side or the other. The Light Tank Mk VII Tetrarch used a similar system but the front wheels and two middle wheels on either side pivoted to induce the warp.[8]

UC载具使用车底横轴连接的悬挂组左右平移实现履带扭曲。而使用大轮子的郡主等等则是轮子自身的转动 (可以想象轮子和诱导齿之间的切割摩擦很厉害)。显然作为一种轻度的、大半径的转向方式,更小的半径还是需要进行施加制动力(从传承上是差速器制动模式,那么是不是有必要加上差速锁?)。

Electric transmissions电传动

The Char Saint-Chamond used a petrol-electric transmission.Porsche's Elefant tank destroyer used a petrol-electric transmission, but proved highly unreliable.

Early steering systems were inefficient and lost so much power that they were ineffective for heavy vehicles. Holt Manufacturing Company (the ancestor of Caterpillar Inc.) whose track design influenced early tanks, experimented with a petrol-electric transmission in their Holt gas electric tank. A comparable design was used on the French Saint-Chamond and in turn adapted to be fitted in one British Mark II heavy tank to compete against other transmission developments including a Mk II fitted with a British Westinghouse petrol-electric and the original prototype heavy tank "Mother" with a Daimler petrol-electric drive. The winner was a conventional design with epicyclic gearboxes.[9] None of these were particularly successful, although several hundred units of the Saint-Chamond were produced.[10]

早期的转向系统效率不高,损失功率很大,于是不适用于重型车辆。霍尔特制造公司的履带设计影响了早期坦克,再其霍尔特油电坦克上实验了汽油电传系统。相似的角色是法国圣沙蒙,并且进一步影响了英国Mk2上的试装实验,和同时Mk2平台上的别的传动设计进行比较,保罗了威斯丁豪斯的油电传动、戴姆勒的油电传动。最后的胜利者是威尔逊的常规机械的行星排设计。那些油电传动在30吨级的英国坦克上面并不成功,尽管在法国圣沙蒙产量达到数百。

While moderately successful, these early systems were large and extremely heavy; the one in the Saint-Chamond added five tons.[10][11] The other designs, and follow-ons using a similar system, were generally dismissed as impractical.[11]

尽管仅仅是部分的成功,早期的电传系统体积很大、重量很重,例如圣沙蒙达的传动部分到了5吨。同时、后续的一些设计,也因此被认为无法实用。(齿轮的确可以在这个层面做到最好,后来的也是在齿轮基础上增加液压调速)

Some of the first attempts at new electric transmissions were made by the British in the early-war period for the TOG1 heavy tank design (a petrol engine drove twin generators which powered one electric motor per track), and by the Germans as part of mid-war experiments in heavy tanks. The most notable among the German efforts was the VK 4501 (P), a design by Porsche for a heavy tank which lost out to Henschel.[12] The 100 or so chassis from this rejected design were converted to a self-propelled anti-tank gun, the Elefant (initially "Ferdinand") Panzerjäger.[13] This style of transmission was also used in the super-heavy Panzer VIII Maus. In practice, the powertrain of the Porsche designs proved even less reliable than the traditional type, and by the late war era the supply of copper was too limited to consider using so much in drivetrain motors.[14]

在二战前英国TOG1上实验了新的电传动系统,含有一台汽油机带动两台发电机、驱动两侧的两个电机。德国在战争中期为重型坦克进行了实验,典形的是vk4501P,竞争虎式项目的垂直装甲的设计。虎式最后还是选择了亨舍尔的设计。大约提前生产的100辆的地盘被改装成为自行反坦克炮\歼击车,初期叫做斐迪南,后期叫做象。超重型的鼠式也实用了电传动。应用中,保时捷的设计要比亨舍尔的常规机械设计更加不可靠。等到战争后期铜的短缺也令电传动的生产变得不可能。

(保时捷电传动的可靠性到底怎么样??按照找到的说法,最初比较中,即希特勒生日的那次,保时捷的4501由于转向中履带铲起过多泥土而陷车,这本身和传动无关,而同一天斐迪南上面是出现过发动机过热、机械故障等较多的问题,亨舍尔设计貌似并不优越。象式的过热问题,是不是加强散热风道就可以解决??是不是存在电气损坏和机械损坏??铜到底是不是42年战争中期制约电传动的主要因素??)

家园 battle核心版

观点的冲突,主要是我认为使用在从中国的59到96的“二级行星转向”原理要强于用在美国M4谢尔曼的克利夫兰转向原理,而对家则抓着“再生”两个字装逼。一方面说二级行星没有再生能力,另一方面说克利夫兰有很好的机动性。而这两点都值得怀疑

再生

首先,什么是再生?做一个头脑实验:一侧履带通过离合器撤销了动力,动力继续从另一侧传递,且不施加制动。发动机动力全部走另一侧,输出的速度、扭矩都不变,只是负载全部集中在这一侧了。

那么在“自然”滚动阻力下,只可能转并不大的弯。(而且接地长和中心宽的比例越大,越不容易转,例如苏联的T35;而1号F行这种履带中心宽度大于接地长的,就“灵活”太多了)

也就是说,外侧履带拖动车体整体前进,地面又拖动内测履带被动、随动滚动。

(顺便说一句这个“拖着走”,数次看到这样的视频片断,一侧履带已经抱死,还是被拖着,履带中心速度不是0,画了一个小圈圈。理论中的0.5倍半径并没能实现

T35算是最为典形的。30年代红场镜头就有一侧履带不怎么转,车身相对于背景同样也不怎么转的;现代也有修复的T35的视频,履带在水泥地上拖着剋着冒着烟尘;爆1也有、咱们的空降战车也有)

那么,像是二级行星转向一样,内测履带位置增加一个“降档”传动环节连接到外侧,不妨假设这里还存在一个柔性环节,例如耦合器、橡胶联轴器、一层润滑油的摩擦盘……或者就是一个离合器,会看到什么?

被拖动的内测履带经过这个传动环节反向驱动、将转速放大,在这个柔性环节会看到什么呢,是来自内侧的动力超前于外侧,也就是能够\正在驱动外侧传动轴!

自然不会对于外侧真正的出现加速,否则整车速度增加,能量就不守恒的悖论了。但是,内测对于外侧的超前驱动作用,是存在的。内测履带会通过这个连接失去能量,“瞬间降速”到匹配的转速,也就有了特定的转向半径。

既然外侧速度不会增加,又发生了什么呢?是扭矩的增加了。

也就是说,离合制动转向的外侧驱动扭矩不变,二级行星转向的外侧驱动扭矩更强。

而外侧驱动扭矩的变化,就是在相同道路条件下发动机是不是更容易降速、死火的差异,也是转弯的时候是不是需要更深踩油门的差异。换句话说,才是机动性的来源。这也就是所谓的动力再生、功率循环的价值。

也可以想,同样是通过两侧履带速度差而转向,为什么没有听说过外侧履带加速、内侧履带保持速度的做法?就是因为外侧履带的牵引力是重要的。

那种“二级行星传动外侧驱动情况不变仅仅是内测增加了扭矩”(这个扭矩还没啥用)、“两侧功率平均分配”的说法不对的,这是孤立看待两个履带,仿佛在独立驱动两个不同的机械,没有考虑共同连接的地面的反馈作用。

当然若是地面是沼泽烂泥,外侧内测都在各自刨坑,这就不说了。什么传动转向都是一样。

克利夫兰转向的再生

克利夫兰名字里面有个再生,是相对于那个年代而言的,霍尔特公司开始的离合转向不会再生;洪斯比公司的差速器制动转向不仅不再生还会吃掉外侧功率。

克利夫兰是差速式的,转向的时候一边加速另一边减速。二级行星转向则是独立的,一边减速另一边不便。再生和差速不是同义词。非差速的也能再生,比如二级行星;差速的也能不再生,例如差速器制动方式转向原理!!!差速相当于“速度再生”,但并不一定等于“功率再生”,尤其不一定等于“牵引力再生”。实际使用中也并不保证速度的保持。

克利夫兰在外侧的驱动力是不是加大(规定半径或是更大条件下),还没有仔细分析清楚。但是初步定性比较,似乎能够确定,还不如二级行星转向:

一个固定的转弯半径下,从内测流入车体系统内部的功率是一定的,和转弯半径、地面情况相对应,而和传动系统转向系统无关(两个履带接触面上的动力学)。那么,流入车身系统内部的功率,多少被制动器消耗、多少传递到了外侧、而制动器上又消耗了多少的直接来自传动的能量?这才是评判的关键。

克利夫兰和二级行星相比,在制动器消耗直接来自发动机的动力这一点上是劣势的,制动器对应的“自由轮”是受到驱动力的,是在驱动力下自动“回正”趋向的。若在这里施加制动力令其减速,是和输入动力发生抗衡的,也就是消耗来自发动机的动力的。

外侧履带上的有效动力,是来自发动机的动力被制动器消耗之后剩下的部分+来自内测回收动力被消耗剩下的部分,是两部分的和。

而这制动器上消耗功率大小,来自内测多少、来自发动机多少,两边是不是一样,这个细节、比例还需要计算(我是指建模、仿真)。通过内侧的主动轮回收的能量,能有多少变成外侧的输出呢?这是关键。具体的比例不知道,但是知道cletrac中,额外消耗了来自发动机的动力。

所谓克利夫兰平均“转速快”、二级行星平均“转速慢”。那么就一定意味着克利夫兰的机动性更好吗?难道不是一种想象么?

机动性也要遵守基本法----能量守恒,机动性来自付出的能量(功率),而功不唐捐。二级行星转向机外侧转的慢,那么损失速度之后得到了什么?答案是扭矩。确切的说,外侧履带的扭矩。那么想想,为什么没有见到过仅仅通过外侧履带加速实现转向的设计?因为绝大多数转向中,是外侧履带拖着整车前进(提供驱动)、内侧履带被拖着从地面回收能量(提供阻力)。

大半径下,克利夫兰是劣势的,制动平均消耗更多,这在一些材料上的图表比较中很明显

二级行星减速明显的区间是什么区间?是中小半径转向。

履带不是轮式,转向中发生很多不同。作为履带车辆,转向半径越小,履带的横向摩擦越大。也就是需要克服的阻力越大。

这也是为什么二级行星转向在进行内测制动的原地转向时,外侧要进一步切换到减速模式,增加扭曲、驱动力。相同的功率,轮子上面转速越高,扭矩就越低。转弯中阻力变大,发动机不会受到对应的回馈吗?最终速度不会变化吗?

车辆上的发动机并不是一个理想中的提供恒定转速的机器。更不会自动保持速度而增加扭矩(可以,但是程度相当小,这是内燃机的一个不理想的特点)

当轮上能够输出的扭矩不同,遇到阻力的时候,发动机受到的影响也不同。否则坡上起步也不用注意多给点油门了。

当克利夫兰“保持档位”面对增大行驶阻力的时候,同时二级行星“偷偷降档”面对增大的行驶阻力。那么克利夫兰的发动机转速下降大,还是二级行星车辆上发动机转速下降大?那么车速还能保持么??机动性更高的说法还对么?

克利夫兰还是香的

当然了,也看具体配置、情况。富裕的扭矩输出能力也会“唐捐”,就好比用一档跑高速,扭矩输出能力浪费了的。

履带在直行的时候,可以理解为基本上对付了滚动阻力,履带内部的摩擦力……然而发生转向的时候,需要克服的阻力发生了质变:履带接地的块上发生了横向的滑动摩擦。

首先,这个摩擦,和地面材质相关。

继而,既然是动摩擦,那么摩擦力大小和压力成正比,也就是和车重成正比。车越重,需要克服的阻力就越大; 越轻,需要克服的阻力越小。

第三,几何的角度,履带中心宽度和接地长度形成的矩形,绝大多数情况下,长度大于宽度,这个比例约接近正方形,相同的差速比例下,履带不同部位的相对滑动程度不同,当车宽度差不多的时候,长度越大,需要克服的阻力越大; 长度越小,需要克服的阻力越小。

有了上面三点,看很多例子,就了然了。

例如,出于道路上摩擦力的原因:

在平坦坚硬路面上,转向带来的阻力变化不那么大,独立转向带来的扭矩优势就不明显了;若是松软路面,那么差速式的发动机就需要多咆哮了

同理,出于车体、行走机构设计的原因:

若是履带中线宽度和接地长度的比例更加接近方形,转向时发生在履带上的横向滑动更小,例如极端的像是1号F型“mini老虎”那种宽度大于长度一丢丢;或是自身重量很小的,那么转向带来阻力增加不那么重要(例如鼬鼠、94豆,这俩同时也挺短)。这样使用克利夫兰就很合适

而若是履带接地长度明显大于中心宽度的,转向中横向侧滑更大,以及重量很大的,导致转向中增加的阻力更大的。例如IS2、例如乌克兰增加了一对负重轮的T72“步兵战车”、例如比“参考样本”T72更长的99(80年代存在过更短的模型)。那么使用独立转向就更有价值一些。T35就不要来凑热闹了,又重又长,HSWL354也救不了你。同样难兄难弟的“国际”MK8也一样。其实看看英国的一战没有悬挂的铁箱子,履带接地部分没有做成直的,而是存在“凸肚皮”,也是在试图减少接地长度。

恐怕这也是克利夫兰早早告别主站坦克、告别军用车辆的真正原因吧。大半径下损失功率更大的同时,在中小半径下外侧的扭矩还可能不足。

越重(造成地面的变形破坏越大)、履带越长,缺点越明显。你M26还能只挑好风水打仗?46吨那么重,这个和通过能力的压强不是一回事。更大的接地面积、更小的压强也不会挽救需要克服的阻力。

60年代10多吨的M113算是最后绝响(足够轻,他的履带接地长度也不算长,而90年代增长到6对轮的则并不受欢迎),同时代不到30吨的M109(也不算太重)就选择了二级行星。德国空降的鼬鼠太轻,不算“绝响”的统计范围,是例外

再香还是臭的

当然了,在断水流大师兄面前,大家都是乐色:现代的坦克,都是使用液压传动的转向流,本身在任意半径下制造转向流的过程中,功率损失都远远小于克利夫兰或是二级行星。还基本是零差速的。

差速转向中,外侧因为加速而扭矩(相对)降低也不是问题,因为和独立转向的耳机行星相比,几乎全部功率用来驱动。外侧输出的功率是几乎所有发动机功率加上从内测回收的功率,依旧明显大于克利夫兰或是二级行星转向的功率。那么转速高一丢丢、扭矩降一丢丢,都不是问题。在中小半径下,足够大的范围内,外侧转速相对于独立模式增加的程度(反过来就是扭矩减少程度),还是小于二级行星的功率损耗程度。也就是即使外侧转速更高,牵引力依旧更大。这就是先进的含义。

二级行星转向机、克利夫兰转向机处于规定半径转向时,所有功率都用来转向了,而这种小半径只能是慢速的,转向的平均速度相差20%倒是意义不大。

再说这年头谁还没个液力变矩器啊,老99都据说有,有一种方式优雅的适度的“降档”,为外侧增加牵引力,而不是真正的降档。

似乎唯独法国给T72的改装方案中,倒是没有变矩器,还是零差速的,可人家是液压传动的转向流,本身就高效。实在实在不行就降档,倒是档位多,档间比例不过大,弥补外侧扭矩之后浪费也不大。再说,谁还不会轰一脚油门啊。

不知道有没有“知音”看出来了,前面那个民科设计,就是在克利夫兰转向机基础上,额外增加了4个(也可以更多)无损耗的工作模式,对应增加了4个转向半径。加上原本的转向模式,总共有5个转向半径。在这5个工作模式下,理论上不存在转向机位置上消耗发动机功率,全部发动机功率用来驱动车辆,外侧牵引力足够。

啊,知音何在……

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