Двигатели танков. Заблуждения о крутящем моменте

<100 full reads
143 story viewsUnique page visitors
<100 read the story to the endThat's 66% of the total page views
2,5 minutes — average reading time

На самом деле проблема относится к любым двигателям вообще (к любым из тех, что выдают мощность на выходном валу), а не только танковым, но рассмотрим её на примере именно танковых.

Как меньшая сила может уравновешивать большую?! Для понимания этого в школе на уроках физики показывают эксперимент, демонстрирующий работу плеча силы. Как разные силы могут создавать одинаковый момент силы, так и разные крутящие моменты могут соответствовать равной мощности и, соответственно, создавать равное тяговое усилие на равных скоростях.
Как меньшая сила может уравновешивать большую?! Для понимания этого в школе на уроках физики показывают эксперимент, демонстрирующий работу плеча силы. Как разные силы могут создавать одинаковый момент силы, так и разные крутящие моменты могут соответствовать равной мощности и, соответственно, создавать равное тяговое усилие на равных скоростях.
Как меньшая сила может уравновешивать большую?! Для понимания этого в школе на уроках физики показывают эксперимент, демонстрирующий работу плеча силы. Как разные силы могут создавать одинаковый момент силы, так и разные крутящие моменты могут соответствовать равной мощности и, соответственно, создавать равное тяговое усилие на равных скоростях.

Проблема: «Этот двигатель лучше, у него больше максимальный крутящий момент!» — очень часто звучит такая глупость на танковых и прочих автомобильных форумах, когда сравниваются различные машины и их двигатели. Настолько часто, что ссылки на конкретные обсуждения даже не буду приводить — желающие могут воспользоваться поиском.

Я много раз с разными подходами к аргументации объяснял таким знатокам механики, что сравнивать максимальные моменты разных двигателей без учета оборотов неверно и глупо. В большинстве своём люди вменяемы и здравые аргументы принимают, но есть индивидуумы вроде «плоскоземельщиков» — «секта большого момента» — они объявят тебя врагом народа или ещё кем-нибудь, но не признают собственную глупость. Если ты вменяем — читай дальше.

Двигатель любой машины, и танка в частности, призван обеспечить а) движение с определенной скоростью с б) преодолением определенных сопротивлений движению. Иными словами, на ведущих колесах (ВК) должна обеспечиваться заданная скорость вращения и определенный крутящий момент и желательно побольше (на этом месте «плоскоземельщикам» радоваться рано).

Двигатель соединяется с ведущими колесами не непосредственно, а через агрегаты трансмиссии, которые в совокупности имеют определенное передаточное число (если частота выходного вала двигателя 2000, а ведущего колеса 100, то передаточное число будет 2000/100=20). Передаточное число показывает во сколько раз уменьшается частота и во сколько же раз увеличивается крутящий момент. Последний — за вычетом механических потерь в трансмиссии, характеризуемых коэффициентом полезного действия (КПД). Поскольку мы будем сравнивать двигатели, то, исходя из принципа сравнения в прочих равных условиях, примем допущение, что для их сравнения применяются трансмиссии одного технического уровня с равными КПД, поэтому далее для упрощения изложения значением КПД пренебрегаем.

Формулировка условия задачи

Итак, пусть у нас стоит задача получить на ВК 100 оборотов в минуту (значение условное, взято для простоты). Если мы ставим в машину двигатели с разными рабочими частотами выходного вала, то и трансмиссии должны быть с отличающимися соответствующим образом передаточными числами. Например, для двигателей с частотами 1000 и 2000 для получения 100 оборотов на ВК передаточные числа будут 10 и 20 соответственно. Зная крутящие моменты двигателя на заданных частотах, аналогичным образом можно получить крутящий момент на ВК.

Двигатель УТД-20 устанавливался в БМП-1
Двигатель УТД-20 устанавливался в БМП-1
Двигатель УТД-20 устанавливался в БМП-1

Примеры на парах реальных танковых двигателей

Примечание: если в характеристиках двигателя частота максимального момента указана диапазоном, то для расчета берется среднее значение диапазона.

Пример 1

1) Двигатель УТД-20: М = 100 кгс∙м при n = 1550 об/мин; Ne = 300 л.с. [1]

2) Двигатель В-6: М = 110 кгс∙м при n = 1125 об/мин; Ne = 240 л.с. [2]

У второго двигателя крутящий момент больше. А теперь получим передаточные числа и посчитаем момент на ВК при частоте вращения 100 об/мин.

Передаточные числа: 15,5 и 11,25, моменты на ВК: 1550 и 1237,5 кгс∙м соответственно.

Получается, что двигатель с меньшим максимальным моментом выдал на ВК при одной о той же частоте вращения в 1,25 раза больший момент!

Аналогичным образом рассмотрим другие примеры.

Двигатель В-6 устанавливался в плавающем танке ПТ-76
Двигатель В-6 устанавливался в плавающем танке ПТ-76
Двигатель В-6 устанавливался в плавающем танке ПТ-76

Пример 2

1) 5ТДФ (выпуска поле 1968 г.): М = 196 кгс∙м при n = 2050 об/мин; Ne = 700 л.с. [3]

2) В-55: М = 240 кгс∙м при n = 1225 об/мин; Ne = 580 л.с. [4]

Передаточные числа: 20,5 и 12,25 соответственно, моменты на ВК: 4018 и 2940 кгс∙м соответственно.

Основной танк Т-64БВ. Двигатель 5ТДФ устанавливался на танки семейства Т-64
Основной танк Т-64БВ. Двигатель 5ТДФ устанавливался на танки семейства Т-64
Основной танк Т-64БВ. Двигатель 5ТДФ устанавливался на танки семейства Т-64
Средний танк Т-55 с двигателем В-55
Средний танк Т-55 с двигателем В-55
Средний танк Т-55 с двигателем В-55

Пример 3

1) Continental AOS-895-3: М = 133 кгс∙м при n = 2400 об/мин; Ne = 507 л.с. [5]

2) В-44: М = 220 кгс∙м при n = 1150 об/мин; Ne = 500 л.с. [2]

Передаточные числа: 24 и 11,5 соответственно, моменты на ВК: 3192 и 2530 кгс∙м соответственно.

Американский лёгкий танк M41 Walker Bulldog с двигателем Continental AOS-895-3
Американский лёгкий танк M41 Walker Bulldog с двигателем Continental AOS-895-3
Американский лёгкий танк M41 Walker Bulldog с двигателем Continental AOS-895-3
Средний танк Т-44 с двигателем В-44
Средний танк Т-44 с двигателем В-44
Средний танк Т-44 с двигателем В-44

Заключение

В трех приведенных примерах первый двигатель по характеристикам имеет меньший максимальный крутящий момент, но на ведущем колесе на одной и той же скорости для этого двигателя крутящий момент больше!

Как такое может быть?! Ключевое слово — мощность. Крутящий момент двигателя не существует как отдельная абстрактная величина, он неотделим от частоты вращения вала, на которой этот момент получен, а сочетание момента с частотой и есть мощность.

Именно поэтому, когда речь идет о тяговых характеристиках, вполне допустимо в первом приближении сравнивать два разных двигателя только по мощности, но по крутящему моменту исключительно в сочетании с частотой выходного вала.

В завершение замечу, я не сравнивал двигатели трактора и легкового автомобиля, как это делают отдельные альтернативно одаренные граждане в попытках доказать свои странные идеи, мной вполне закономерно сравнивались танковые двигатели. Если даже конкретные примеры отдельным гражданам ни о чем не скажут, останется только развести руками.

P.S. В данной заметке не упоминались такие ключевые понятия из теории двигателей, как внешняя характеристика, коэффициент приспособляемости и другие. По той простой причине, что приведенных примеров для раскрытия темы достаточно, а приспособляемость и внешние характеристики — темы для отдельных бесед.

P.P.S. Кому рассказ про мощности и моменты показался непонятным, рекомендую вернуться к изучению курса физики 7-го класса средней школы.

Автор: В. Чобиток

Источники информации

  1. Боевая машина пехоты БМП-2. Техническое описание и инструкция по эксплуатации. — Ч.1. — М.: Воениздат, 1987. — 248 с.
  2. Танковые дизели. — М. : Воениздат, 1959. — 336 с.
  3. Танк Т-64А. Техническое описание и инструкция по эксплуатации. Кн. 1. — М. : Воениздат, 1984. — 48 с.
  4. Руководство по материальной части и эксплуатации танка Т-55. — М. : Воениздат, 1969. — 676 с.
  5. TM 9-500. Data sheets for ordnance type materiel. — Headquarters, Department of the Army, September 1962.