淺析坦克的轉(zhuǎn)向與越障機(jī)制

張新艷

在陸地戰(zhàn)爭(zhēng)中，坦克的地位不可撼動(dòng)。坦克以其強(qiáng)大的火力、厚實(shí)的裝甲，極大的改變了戰(zhàn)爭(zhēng)模式。但其突出的優(yōu)勢(shì)更在于，在陸戰(zhàn)中它對(duì)地形以及路面狀況要求很低，能夠克服各種障礙，具有極強(qiáng)的越障能力。本文就坦克的轉(zhuǎn)向與越障機(jī)制，進(jìn)行簡(jiǎn)要的探討與研究。

坦克是陸地作戰(zhàn)的核心武器。在戰(zhàn)場(chǎng)上，它猶如碾壓一切的鋼鐵巨獸，所向披靡，有著“陸戰(zhàn)之王”的美稱。坦克裝甲對(duì)其駕乘人員有很好的保護(hù)作用，對(duì)后繼地面作戰(zhàn)的戰(zhàn)士也有一定的掩護(hù)作用；另外坦克具有強(qiáng)大的直射火力以及高強(qiáng)度的越野機(jī)動(dòng)性。強(qiáng)大的火力對(duì)遠(yuǎn)處的固定目標(biāo)以及小型的移動(dòng)目標(biāo)都具有較強(qiáng)的殺傷力。更值得一提的是，坦克對(duì)于地形路面狀況幾乎沒有要求，有的坦克甚至有水下通行能力。作為陸上戰(zhàn)場(chǎng)的突擊主力，越障優(yōu)勢(shì)也十分突出，能夠高速通過各種障礙，掩護(hù)步兵協(xié)同作戰(zhàn)，在占領(lǐng)地面區(qū)域目標(biāo)等作戰(zhàn)任務(wù)中的作用也是無法替代。

1 坦克的轉(zhuǎn)向機(jī)制

坦克是履帶式車輛，其轉(zhuǎn)向系統(tǒng)與輪式車輛完全不同。眾所周知，輪式車輛通過懸掛系統(tǒng)對(duì)導(dǎo)向輪進(jìn)行操控，就可以實(shí)現(xiàn)車輛轉(zhuǎn)向。在此種轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中，兩個(gè)導(dǎo)向輪在同一動(dòng)力系統(tǒng)的輸出下，導(dǎo)向輪行駛距離相同，而在轉(zhuǎn)向時(shí)，外側(cè)導(dǎo)向輪需要行駛更長(zhǎng)的距離，導(dǎo)致輪胎產(chǎn)生平動(dòng)，易造成輪胎過度磨損。為解決此問題，在左右兩個(gè)導(dǎo)向輪輪軸間加裝差速器，用以控制兩個(gè)導(dǎo)向輪轉(zhuǎn)速，在轉(zhuǎn)向過程中，使兩個(gè)導(dǎo)向輪獨(dú)立運(yùn)動(dòng)，讓導(dǎo)向輪在地面上產(chǎn)生滾動(dòng)而非平動(dòng)，以此來避免輪胎的過度磨損。

與輪式車輛的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)相比，履帶式車輛的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)則要更加復(fù)雜。以坦克為代表的履帶式車輛，其主動(dòng)輪、誘導(dǎo)輪和負(fù)重輪均在履帶的覆蓋之下。因履帶的剛性，坦克主動(dòng)輪、誘導(dǎo)輪和負(fù)重輪在同一動(dòng)力系統(tǒng)的帶動(dòng)下，其行駛距離是相同的。同時(shí)，各輪也無法像輪式車輛輪胎一樣，進(jìn)行獨(dú)立控制，因此也無法通過單獨(dú)控制導(dǎo)向輪來完成車輛轉(zhuǎn)向。

坦克等履帶式車輛轉(zhuǎn)向系統(tǒng)最簡(jiǎn)單的方法，就是減慢甚至是停止一次履帶的轉(zhuǎn)動(dòng)，從而讓坦克轉(zhuǎn)向慢的那一邊。

從物理角度具體分析，坦克的轉(zhuǎn)向?qū)嵸|(zhì)上是剛體的平面運(yùn)動(dòng)，由理論力學(xué)知識(shí)可知，任何剛體的平面運(yùn)動(dòng)均可以簡(jiǎn)化為其在運(yùn)動(dòng)平面投影圖形在運(yùn)動(dòng)平面上的運(yùn)動(dòng)，通過確定該物體在運(yùn)動(dòng)平面上的平面投影，就可確定在實(shí)際運(yùn)動(dòng)中剛體的實(shí)際位置。

坦克等履帶式車輛在地平面上運(yùn)動(dòng)，為簡(jiǎn)化模型，更好的研究坦克的轉(zhuǎn)向機(jī)理，我們不妨以坦克在水平面的投影作為對(duì)象進(jìn)行研究。剛體在水平方向上的運(yùn)動(dòng)包括兩種形式，即平動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)。以此對(duì)坦克的轉(zhuǎn)向運(yùn)動(dòng)進(jìn)行分解，將坦克的轉(zhuǎn)向運(yùn)動(dòng)分解為在水平面隨其中心點(diǎn)的平動(dòng)和同時(shí)繞中心點(diǎn)的轉(zhuǎn)動(dòng)，而且坦克轉(zhuǎn)向時(shí)，這兩種運(yùn)動(dòng)是同時(shí)進(jìn)行的，這就會(huì)使坦克出現(xiàn)滑移的現(xiàn)象。

當(dāng)左右兩個(gè)履帶轉(zhuǎn)速相等時(shí)，履帶前進(jìn)距離相同，此時(shí)坦克直行；如果坦克想實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向，以實(shí)現(xiàn)右轉(zhuǎn)向?yàn)槔?，即是坦克圍繞中心轉(zhuǎn)動(dòng)，只需控制左側(cè)履帶的速度v2大于右側(cè)履帶的速度v1，即可實(shí)現(xiàn)右轉(zhuǎn)向；如果要急轉(zhuǎn)向，轉(zhuǎn)動(dòng)中心則更靠近坦克，轉(zhuǎn)向半徑r（轉(zhuǎn)動(dòng)中心與兩履帶中心的距離）減小，兩履帶的速度差就要增大。向左側(cè)轉(zhuǎn)向則相反。當(dāng)內(nèi)側(cè)履帶完全處于被制動(dòng)的剎車狀態(tài)時(shí)，坦克以內(nèi)側(cè)履帶為轉(zhuǎn)向中心進(jìn)行原地轉(zhuǎn)向；當(dāng)坦克兩履帶速度大小相等、方向相反時(shí)，坦克繞其中心轉(zhuǎn)向。

2 坦克的越障機(jī)制

任何車輛的運(yùn)動(dòng)，均是依靠地面的摩擦力實(shí)現(xiàn)的，坦克可不例外。當(dāng)坦克發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)產(chǎn)生動(dòng)力，在通過人為操控的變速箱后，發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力，通過傳動(dòng)裝置帶動(dòng)主動(dòng)輪旋轉(zhuǎn)，主動(dòng)輪通過履帶爬齒便撥動(dòng)下支接地帶，使其有一個(gè)向后的運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)。通過反作用力，地面作用于坦克的摩擦力方向與坦克下支履帶的運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)，產(chǎn)生一個(gè)向前的反作用力，推動(dòng)坦克向前行駛。履帶板上特制的花紋，極大的增強(qiáng)了車輛抓地力，使車輛能夠在地面反向作用力的推動(dòng)下有效前進(jìn)。

生活中可以見到，高速運(yùn)動(dòng)的摩托車可以沖越壕溝，而低速運(yùn)動(dòng)的摩托車遇到壕溝只能望而止步。由此可見，維持地面對(duì)于運(yùn)動(dòng)物體的支撐力的穩(wěn)定，是物體能否越過障礙物的關(guān)鍵。履帶坦克之所以能爬陡坡，越壕溝，涉深水，克垂壁，穿沼澤，過田野，馳騁戰(zhàn)場(chǎng)無所阻擋，是因?yàn)樗袃蓷l “無限軌道”。在通過沙灘、沼澤等軟性地面時(shí)，履帶有效的增加了車輛的接地面積，極大的減小了在單位面積產(chǎn)生的壓力，保障車輛能夠正常通過而不至于陷于地面。

當(dāng)坦克在行進(jìn)過程中遇到垂壁型障礙時(shí)，其頭部將會(huì)壓向垂壁，此時(shí)處于誘導(dǎo)輪處的履帶與垂壁之間便由于摩擦而產(chǎn)生相互作用力。根據(jù)牛頓運(yùn)動(dòng)第三定律，這種情況下履帶給予垂壁向下的作用力，同時(shí)垂壁對(duì)履帶產(chǎn)生一個(gè)向上的反作用力，向上的反作用力從力矩的角度實(shí)際上給坦克的一個(gè)抬頭力矩，從而促使坦克能夠向上爬越。同時(shí)，在坦克接近垂壁障礙物時(shí)，如果駕駛員突然增大發(fā)動(dòng)機(jī)的油門，則坦克將會(huì)在慣性作用下，又產(chǎn)生一個(gè)抬頭力矩，抬頭力矩的作用，便于坦克向上爬坡。當(dāng)坦克的重心越過壁緣時(shí)，便開始向地面傾伏，這時(shí)駕駛員制動(dòng)履帶，坦克便平穩(wěn)的落于水平地段。

坦克是大家所熟悉的軍事武器裝備，我們對(duì)于它熟悉又陌生。對(duì)于坦克的威力耳熟能詳，而坦克的工作原理卻知之甚少。本文將物理學(xué)原理與坦克的性能實(shí)現(xiàn)聯(lián)系起來，從剛體的運(yùn)動(dòng)和力矩的角度闡述坦克的轉(zhuǎn)向機(jī)制和越障機(jī)制，從而更好的了解坦克的威猛之處。

（作者單位：武警工程大學(xué)基礎(chǔ)部物理教研室）