Еще один пост про подвеску.

Originally posted by t_bone_wowp at Еще один пост про подвеску.
Предыдущий пост поднял большую и важную тему, которая вполне заслуживает дальнейшего рассмотрения. Заслуженный автозоводской школьник коммуны kedoki проделал большую работу, однако часть его выводов не бесспорна, а часть откровенно притянута за уши.
Короче, котаны, я расскажу вам еще одну охуительную историю про Пантеру, и почему она так красиво ездит.

Вообще, с чего стоит начать - многие рассуждения о технических решениях (предыдущий пост не исключение) страдают общим недостатком: их авторы сосредотачиваются на описании окончательного результата, и не дают ответа на вопрос - а почему сделали именно так. А ведь этот важный момент для понимания, и вести разговор без ответа на него - примерно то же самое, что предложить читателям оценить решение математической задачи в ситуации, когда никто не слышал ее условий.
Поэтому разговор о подвеске Пантеры мы начнем с прояснения двух моментов:
- чего гансы хотели от нее получить; и
- почему конструкция стала именно такой.

Не секрет, что глобальное перевооружение панцерваффе с довоенных четверок и троек планировалось уже после победы в восточной кампании 41-го. Поэтому затормозившийся блицкриг и отбитый зимний раш на Москву принес управлению вооружений рейха два неприятных сюрприза: во-первых, никакой паузы для танковых войск не будет, во-вторых (что более важно), четверка проигрывает советскому Т-34 по нескольким ключевым параметрам. Поэтому новый танк должен не просто заменить старые модели, но и радикально их превосходить. Это обусловило целый ряд требований ко всему спектру ТТХ нового танка, которые в конечном итоге и предопределили облик будущей Пантеры.
В частности, от подвески ожидалось, что она позволит новому танку двигаться на высокой скорости (30 км/ч крейсерской и 40-45 км/ч максимальной) по полю боя, при этом преодолевая препятствия до 450-500 мм в высоту без поломки. Задача оказалась трудной. Соответствующие полигонные испытания четверок с двумя  вариантами подвески (серийный и опытный вариант со спиральными пружинами) показали: при увеличении скорости до 22-25 км/ч вертикальные раскачивания танка становятся настолько сильными, что не позволяют продолжать разгон. Ни подвеска Кристи с Т-34, ни листовые рессоры c VK 3001 (DB) и Шермана не обеспечивали нужных характеристик. Требовалась конструкция, которая одновременно давала бы опорному катку максимально возможный вертикальный ход и обеспечивала требуемую надежность.
Таковой и стала конструкция профессора Эрнста Лёра с двойными торсионами, известная в англоязычной литературе как hairpin torsion bar (букв. "шпилька для волос"). Можно долго объяснять как она работает, но лучше еще раз запощу видео, которое в прошлый раз раскопал sandmann_bk. Все сразу понятно, и схема перестает казаться мешаниной линий.


Обычно на этом моменте принято восклицать "ололо, это полный сон разума, зачем так делать?!" Чтобы это понять вот вам, дорогие мои, характеристики, в сравнении еще с парочкой танков:

Тигр

Т-34

Шерман

Леопард-1

Леопард-2

Пантера

вертикальный ход катка, мм

220

240

111

373

526

510

жесткость подвески, кг/мм
(под статической нагрузкой)

31,3/ 26

20

16

24

21

8

Видно, что "шпилька" по этим параметрам превосходит конкурентов в разы. Фантастический по тем временам ход катка позволяет танку преодолевать неровности местности не снижая скорости. Понадобилось больше тридцати лет развития танкостроения, чтобы достигнуть таких же показателей на Леопарде-2. Мягкость подвески это не только лучшая реакция на неровности, но и снижение нагрузки, передаваемой на торсионы.
Что это дает на практике? Обратимся к отчету о ходовых испытаний на полигоне Куммерсдорф. Дистанция пробега - один километр, на котором через каждые шесть метров установлены бетонные неровности высотой 100 мм. Обращаем внимание на развиваемую скорость.

Примечание 1 - использованная дистанция не позволяет развить большую скорость.
Примечание 3 - [по вертикальной оси] итоговое количество колебаний в зависимости от скорости.
Что можно сказать? Серийный вариант подвески панцерфир несколько выигрывает у спиральных пружин. Подвеска Кристи выглядит получше, но и раскачивается при разгоне сильнее.
Примечание: это как раз тот момент, когда возникает объяснимое желание сказать "врут проклятые фашисты, неизвестно в каком состоянии был тот трофей, да и вообще это судя по всему самоходка". Вполне понимаю, однако у Шеина и Уланова (угадайте где) опубликован отчет о ходовых испытания тридцатьчетверок зимой 1940 года, который помимо прочего отмечает "Значительные и медленно затухающие колебания танка при движении, отрицательно сказываются на меткости стрельбы из пушки и пулеметов". Так что я бы не стал сходу отметать эти данные как неправдоподобные.
В целом "стиральная доска" снизила скорость всех испытываемых танков до примерно одного уровня в 22-25 км/ч. Явный лидер - американский Шерман, он не только едет порезвее, но и раскачивается при этом с меньшей частотой (крайне любопытно было бы глянуть на результаты шерманов с HVSS, но увы).
Пантера - вне конкуренции. Она превосходящий всех конкурентов как по скорости, так и по плавности хода. Особо доставляет сравнение "правильных" одинарных торсионов Тигра и неправильной "шпильки".
Но даже результат Пантеры не самый лучший. Линия (2) - это экспериментальный вариант Пантеры, на котором гидравлические амортизаторы HT 90 установлены на оптимальном месте - т.е. на кронштейнах первого и восьмого катков. На серийных машинах это оказалось невыполнимым из-за технических ограничений, что привело к серьезному ухудшению характеристик. Потом мы еще вернемся к этим демпфирующим элементам.
Кроме упругих элементов, надо упомянуть и о появлении на Пантере "тарелочек" - сдвоенных катков большого диаметра. Истоки решения на самом деле все те же: каток большого диаметра относительно меньше смещается по вертикали при движении через препятствия, что приводит к меньшим потерям мощности и помогает поддерживать высокую скорость. Кроме того, такая конструкция увеличивает срок службы резиновых бандажей, поскольку площадь контакта резины с металлическими поверхностями увеличивается, а ее сжатие уменьшается.
В целом подвеска Лёра удовлетворяла всем выдвинутым требованиям и представляла собой техническое решение высочайшего качества. Расчеты и проводимые опыты показывали, что никакая другая конструкция не в состоянии обеспечить того же качества подвески без существенного прироста массы. Именно это и обусловило ее применение на серийных Панцер-фюнф. При этом "шпилька" не была лишена недостатков, среди которых называли:
- большое объем работ по сверлению корпуса танка для монтажа элементов подвески, что повышало стоимость производства;
- применение торсионов увеличивало высоту танка на 50-55 мм; из-за переднего расположения трансмиссии высота увеличивалась еще на 140 мм, до общего результата в 195 мм;
- из-за повышенных требований к качеству балансиров их производство некоторое время было узким местом, впоследствии с изменением их конструкции проблема была решена;
- торсионы покрывали все дно машины, что делало невозможным наличие эвакуационных и эксплуатационных люков в нем;
- замена двойных торсионов (например после подрыва на мине) представляла собой тяжелую и утомительную работу.
Но качества "шпильки" по сравнению с аналогами были неимоверно высоки. Фактически на тогдашнем уровне технологий они так и остались непревзойденной. Поэтому когда в следующий раз вы встретитесь с классическим кошкинским вопросом "но почему в четыре ряда?!", помните, что у немецких инженеров не стояла задача сделать плохо и непрактично. Их задачей было - сделать лучшую подвеску из существующих. И они с ней успешно справились.
Два из трех - долго, дорого, охуенно. Обычных трех-четырех лет на обкатку танка не было.

Теперь перейдем к претензиям, высказанных уважаемыми оппонентами (ОУ) в прошлом посте. Рассмотрим их по порядку.

>Годная подвеска на двойных торсионах - это шведский L-100, а немцы сделали неправославно.
Повешу-ка для начала фотку этого самого Л-100 - просто чтобы было понятно, о чем разговор.

Действительно, применение двойных торсионов при незначительном весе (пять тонн) позволило шведам добится очень высокой мягкости хода - 5,5 кг/мм. Но как мы помним, ключевым моментом при выборе подвески Пантеры был наибольший возможный ход катка. У Ландверка он составлял вполне приличные, но недостаточные 290 мм, но главное - не мог быть увеличен из-за жесткой сцепки торсионов между собой. Соответственно, ни о каком заимствовании или копировании не может идти и речь.
Мягкость хода сама по себе показатель важный, но надо помнить, что масса Пантеры и Ландверка различаются в восемь раз. При незначительной массе танкетки шведы могли позволить такие решения, которые совершенно не подходят для Панцер-фюнф, как то фактическое сдваивание торсионов и развитые резиновые бандажи на катках малого диаметра.

>В результате, в торсионах возникают очень сложные напряжения от кручений и изгибов, что делает подвеску не слишком надёжной.
Процитируем Шпилбергера, а именно его монографию "Panther and its Variants" (перевод мой):
"Initially this design was quite a risk, since the spring bar was not only subject to torsional stress, but also bent to a certain degree. After extensive testing showed that this double load would be carried remarkably well, this suspension could be introduced on production models. There were virtually no complaints during Panther operations".
"На первый взгляд такая конструкция казалась довольно рискованной, поскольку торсион испытывал нагрузки не только на кручение, но и на изгиб. Всесторонние испытания показали, что такая двойная нагрузка переносится на удивление хорошо, и конструкция может быть рекомендована к применению в серийных моделях. Впоследствии во время боевого применения Пантер на нее практически не было жалоб".
Можно добавить также, что по выдвинутым управлением вооружений требованиям ресурс ходовой должен был составлять 10 000 км, и Пантеры им вполне соответствовали.
Чтобы избежать обвинений в пристрастности (хотя они все равно будут, бгг) сошлюсь еще на один документ - отчет французского министерства обороны о применении своих трофейных Пантер 1947 года разлива. Отчет достаточно известен в сети, его обильно цитирует Коломиец в своей последней книге, и его наверняка читали УО.
Так вот, французы жалуются буквально на все: на слабость механизма поворота башни, на низкий ресурс двигателя, на неполадки в системе отката орудия от частой стрельбы, на фантастическую ненадежность главного привода. Оно и понятно - попавшие к ним Пантеры были старыми, порядком изношенными, да и вообще галлов трудно заподозрить в симпатиях к своему восточному соседу. Но ресурс ходовой тот же отчет определяет в 2000-3000 км. Без упоминания летящих, как спички, торсионов и сминаемых на маршах катков.

>экипаж в Пантере укачивало.
более полно сформулировано в этом комменте
>Это научно установленный факт. Период собственных продольных колебаний Пантеры составляет 1.86 с. Это т.н. чрезмерная плавность хода, когда тряску побороли, а завышенный период колебаний ведет к укачиванию.
Очень жаль, что мне не доводилось читать о подобных проблемах экипажей Пантер ни в мемуарах самих танкистов, ни в попадавшихся мне ислледованиях. Вдвойне жаль, что уважаемый оппонент так и не развеял мое неведение.
Однако это совершенно не повод ставить точку в вопросе. Помните демпфирующие элементы HT 90? Сейчас станет понятно, какую роль они играют. Еще раз обратимся к монографии сами понимаете кого:
Примечание: может возникнуть вопрос - почему я так часто цитирую именно Шпилбергера. Ответ простой - он приводит наиболее полную техническую спецификацию Пантеры из тех ,что мне известны.

Период собственных вертикальных колебаний (в скобках - соотв. частота ), составляет 1,16 сек (0,85 Гц), а продольных - 1,96 сек (0, 51 Гц).
Как видно, демпфирование подвески практически совпадает с оптимальным расчетным уровнем в 0,3-0,4, который обеспечивал бы минимальные вертикальные ускорения на любой скорости движения (см. график внизу слева). Меньший уровень демпфирования гарантировал бы сильную качку при разгоне; больший менее выгоден по мере роста скорости.
Чтобы проследить влияние таких ускорений на физиологию человека, посмотрим на график внизу справа, взят отсюда. Здесь показаны результаты двухчасового воздействия колебаний


Частоты 0,5-0,85 при ускорении близком к 1 м/с2. Выводы по поводу остроты проблемы укачивания на Пантерах делайте сами.

>Из-за сложности подвеска Пантеры много весит
Да, конструкция Лёра не самая простая из возможных. Вместе с тем много/мало - не слишком удобный для восприятия критерий. Проиллюстрируем, о каком приросте массы идет речь - например, в сравнении с Т-34.
Согласно руководству по мат. части Т-34, вес одного катка с балансиром - 200 кг. По борту их пять, поэтому в сумме получается тонна.
Пантера на каждый борт имеет по четыре сдвоенных внешних и внутренних катка 2*4+4*75= 1200 кг. К этому надо добавить массу 16 бандажей - выходит 1488 кг (дотянулся проклятый гитлер, бггг), и восьми балансиров - еще 8*59=472 кг. Итого получается 1488+472=1960 кг.
Уже имеем практически двукратный прирост. Частично он объясняется большим весом немецкого танка вообще (более мощная артсистема, лучшая защита лба, более мощный двигатель и т.д.), но в целом это обратная сторона выбранной конструкции.
Примечание: к сожалению сравнение остальных элементов - ведущих колес, ленивцев и особенно упругих элементов (там провал "шпильки" по массе будет особенно ощутим) пока невозможно из-за крайне разрозненной информации по обеим танкам. Этот вопрос, а также оставшиеся тезисы ОУ оставлю на потом. Итак уже затянуто сверх меры.

Вот как-то так. Надеюсь, я смог дать еще пищи для размышлений и ваша оценка сабжа станет более взвешенной.
А пост Кедоки хороший, чо. Люблю сотрясения ноосферы.
Всем чмоке в этом чате