Модернизация Т-26. Масштабирование до уровня Т-34.

 “Панцирь ископаемой морской черепахи получен путем трансформации костей скелета, в то время как панцирь современной морской черепахи  является окостеневшим кожным покровом. При этом конструкция обоих  панцирей настолько совпадает, что даже специалист не всегда может их отличить.”

                                                            — До́ктора! До́ктора! — закричала оторванная голова.

В предыдущей статье (http://alternathistory.com/modernizatsiya-t-26-pochemu-ne-poshel-kolesnyj-hod/)произошли события, в результате которых выпуск танков  БТ в СССР был отменен. Благодаря Интернету руководство РККА знает о необходимости создания танка Т-34. Но как может помочь знание об эволюции БТТ, если в эволюционной цепочке отсутствует самое первое звено?

Как же строить систему БТТ? Опытные коллеги предлагают шире привлекать к конструированию новых образцов вооружения эльфов и гномов. Это, бесспорно, очень ценный совет, но в условиях СССР 30-х годов он трудновыполним.

Во-первых – у средневековых сказочных существ могут быть слишком устаревшие методы решения современных технических проблем.

Во-вторых – эльфийская магия в стране победившего материализма – это антинаучно.

В третьих – это иностранцы, а опираться лучше на собственные кадры.

Поэтому было принято решение задействовать коротышек из Цветочного города. Конечно, ни у кого из коротышек нет опыта проектирования танков. Но они люди добросовестные и непьющие, а некоторые из них широко образованы. Может быть, им удастся, взяв за образец Т-26, разработать средний танк Т-34?

Первое, что сделал Знайка — изучил всю доступную литературу.

В ходе изучения выяснилось, что индексы в названиях Т-26 и Т-34 обозначают вовсе не год разработки или принятия на вооружение, а размеры танков по британской системе измерения.

Зная размеры исходного и проектируемого танков, можно вычислить масштабный коэффициент и спроектировать танк методом масштабирования.

Преимущества этого метода в том, что процесс проектирования резко ускоряется — надо всего лишь умножить на известный коэффициент  все размеры на чертежах. Эта работа может быть выполнена силами небольшой бригады за пару месяцев, в то время как проектирование нового танка с нуля может занять несколько лет.

Доклад Знайки на Научно-техническом Комитете произвел хорошее впечатление.

Непосредственно в процессе доклада выполнялись расчеты при помощи логарифмической линейки — механического вычислительного устройства, которым Знайка владел в совершенстве.

Однако, при первом же рассмотрении эскиза нового танка, стало ясно, что прямое масштабирование не всегда возможно. Так как, например, рост танкистов остается прежним, то нет смысла в чрезмерном увеличении высоты ОУ и БО. Также, при увеличении толщины брони в 1,3 раза получается толщина 19,5 мм. Но промышленность выпускает листы толщиной 20 мм, и придется использовать  их. Это потребует соответствующих изменений в чертежах.

С учетом вышесказанного было принято решение:

1. Подготовить проект танка Т-34, выполненный методом масштабирования. Снабдить проект всеми необходимыми расчетами. Ответственный — т.Знайка.
2. Изготовить и испытать образец опытного танка по проекту т. Знайки.

Расчеты и проблемы масштабирования. Для расчетов используется таблица коэффициентов.

Общая компоновка.

Расчетный вес проектируемого танка возрастает в третьей степени и составит 9 х 2.2 = 20 тон. За счет уменьшения относительной высоты подбашенной коробки может произойти некоторая экономия веса, которую можно пустить на усиление брони или на непредвиденные цели.

Толщина вертикальной брони составит 15 х 1,3 = 20 мм.

Скорость при сохранении оборотов ведущего колеса повысится до 30 х 1,3 = 39 км/ч.

Площадь, доступная для размещения экипажа увеличится в 1,7 раза, что позволит разместить экипаж из 3 х 1,7 = 5,1 пяти человек. В том числе 1,7 человека в ОУ и 3,4 человека в БО. Округляя до ближайшего целого, получаем водителя и стрелка в отделении управления и командира, наводчика и заряжающего в трехместной башне.

Так как наводчика и заряжающего удобнее всего расположить по обе стороны от орудия, то для командира остается место за спиной наводчика. Следовательно, для командира необходима башенка, чтобы он мог наблюдать за обстановкой.

Особо отметим, что необходимость командирской  башенки напрямую следует из результатов масштабирования количественного состава экипажа.

На первоначальной схеме предполагалось оборудовать для командира башенку от Т-24 с пулеметом, но этот вариант препятствует выполнению командиром его прямых обязанностей и не подкрепляется расчетами, поэтому в дальнейшем башенка устанавливается без пулемета.

Вооружение.

Пушка.

Калибр орудия при масштабировании составит 45 х 1,3 = 57 мм.

Изготовление такого орудия облегчается тем, что в России уже производились пушки такого калибра. Но новое орудие в отличие от Гочкисса и Норденфильда, имеет при длине ствола в 46 калибров баллистику пушки 20-К.

Рассмотрим кривые скорости и давления.

Вполне очевидно, что при той же начальной скорости, снаряд в более длинном стволе будет разгоняться большее время. Следовательно, кривая изменения давления газов должна быть растянута во времени в 1,3 раза. Этого можно достичь, отмасштабировав порох на тот же коэффициент. При увеличении размеров гранул пороха площадь поверхности увеличится в квадрате, а объем – в кубе. Значит, время горения увеличится линейно, что нам и требуется.

Итак, получаем 57-мм орудие с начальной скоростью снаряда 760 м/c, что соответствует ранним моделям QF 6-pndr. В середине тридцатых это, возможно, будет самая мощная танковая пушка в мире.

Масса откатных частей возрастет в кубе (от 20-К), но и объем откатных устройств возрастет тоже в кубе. Следовательно, масштабирование возможно.

Устройство горизонтального наведения потребуется доработать. Так как вес орудия (и башни) возрастет в кубе, то одному человеку трудно будет крутить ручку. Придется сделать вторую ручку для заряжающего, чтобы он мог помогать наводчику и/или механический или электрический привод.

В целом, пушка масштабируется вполне успешно.

Пулемет.

Очевидно, что при масштабировании калибр пулемета тоже возрастет. Примерно до 10 мм. Рассчитаем его баллистику. 10-мм пуля весом 26 гр. имеет начальную скорость 770 м/с. У нас нет баллистического калькулятора, но есть параметры трехлинейной пули и логарифмическая линейка.

Из таблицы можно заметить, что потеря энергии трехлинейной пули на дистанции 100 м составляет 16%. То есть график энергии представляет собой убывающую геометрическую прогрессию с декрементом  0,84.

Поперечная нагрузка 10-мм пули в 1,3 раза больше, а баллистический коэффициент во столько же раз меньше. Соответственно, потери энергии на 100 м составляют 12%, а декремент – 0,88. Что позволяет вычислить все остальные параметры.

Для проверки метода выполнен численный расчет параметров пули 7,62 мм (желтая линия). Налицо хорошее совпадение с экспериментальными данными.

Что же касается результата для 10-мм пули, то он очень неплох, так как на дистанции 2 км пуля имеет энергию 600 Дж. То есть, пулемет можно использовать и как пристрелочный для орудия, и для подавления огневых точек на дистанции до 2-х км, и для стрельбы по легкой бронетехнике.

Но тут старшие товарищи объяснили Знайке, что тут вам не Америка, где мистер Джонсон может выпускать на своем частном заводике любые патроны, какие захочет. Здесь система хозяйствования плановая, и даже у НКО нет полномочий для выпуска нового патрона. Такое решение принимается в СНХ, а утверждается Политбюро.  Нарком, будучи членом Политбюро, может поставить вопрос, для чего необходимо изготовить и испытать опытный образец пулемета. Но решение может занять определенное время. И не факт, что оно будет положительным.

Доводы Знайки о целесообразности масштабирования пулемета, однако, парировались тем фактом, что промежуточный патрон 7,62х39R уже не первый год ждет принятия решения. То-же будет и с крупнокалиберным патроном 10х70R.

Поэтому в качестве пулеметного вооружения было решено использовать пулемет Колесникова обычного калибра, но в количестве 3-х штук.

Опытный Т-34 по проекту Знайки. (Фотография публикуется впервые)

Обращают на себя внимание мощное вооружение, командирская башенка и широкие гусеницы. Несмотря на широкие гусеницы, удельное давление на грунт повысилось с 0,53 до 0,7 кг/см2. Такое давление для среднего танка считается приемлемым, а увеличить ширину гусениц можно только за счет уменьшения ширины корпуса, так как общая ширина уже достигла предельного для ж/д габарита 3,2 м. Но, как будет показано далее, возросшее давление на грунт – это далеко не самая серьезная проблема ходовой части.

Ходовая часть.

Рассмотрим тележку подвески.

Нагрузка возросла в третьей степени, то есть в 2,2 раза. Смогут ли увеличенные детали тележки выдержать эту нагрузку?

Трубчатая ось – и моменты инерции и изгибающие моменты увеличились в четвертой степени, следовательно, напряжения не изменились. Масштабирование возможно.

Кронштейн и листовая рессора – аналогично. Масштабирование возможно.

Оси роликов и балансиров – нагрузка увеличена в третьей степени, а площадь сечения осей – во второй. Напряжения увеличились!

Бандажи катков – аналогично. Напряжения и деформации увеличились!

Шарикоподшипники. Если считать, что площадь контакта шариков растет в квадрате, а нагрузка возросла в кубе, то напряжения увеличиваются в 1,3 раза! Но на самом деле, эта задача статически неразрешима, поэтому для расчета подшипников используется эмпирическая формула. Берется табличное значение грузоподъемности подшипника из Анурьева и делится на два. Но, в любом случае, масштабирование подшипника невозможно, так как это стандартное изделие.

Итак, выявлены слабые места – оси, бандажи и подшипники.

Сказанное про оси будет справедливо и для пальцев гусеничных лент и для проушин траков – касательные и растягивающие напряжения в этих деталях увеличатся в 1,3 раза.

Оценка напряжений выполнена, исходя из увеличенной в 2,2 раза статической нагрузки. Но, в случае увеличения скорости танка в 1,3 раза, динамические нагрузки возрастут дополнительно в 1,7 раза. Суммарная нагрузка увеличится в ПЯТОЙ степени относительно коэффициента масштабирования.

Поэтому прямое масштабирование ходовой части невозможно. Необходимо либо оставить скорость на уровне прототипа, изменив передаточное отношение в бортовых редукторах, либо основательно перерабатывать всю конструкцию с целью усиления.

Зубчатые передачи. При масштабировании передаваемый момент увеличится в третьей степени, так как возрастут диаметр зубчатых колес, ширина венцов и модуль зуба. При сохранении скорости танка на уровне прототипа контактные и изгибающие напряжения в зубчатых передачах останутся без изменений. Масштабирование возможно, но увеличится нагрев КПП.

Карданный вал – единственный элемент трансмиссии, допускающий масштабирование почти безо всяких оговорок. Центральный момент инерции сечения вала увеличивается в четвертой степени, что обеспечивает передачу крутящего момента. Однако, с ростом длины вала падает его жесткость на изгиб обратно пропорционально третьей степени масштабирования. Поэтому возможно возрастание динамических колебаний вала. Точный расчет колебания валов относится к области вариационного исчисления и является одной из самых прекрасных математических задач. В принципе, Знайка, располагая справочниками, карандашом и бумагой, может решить эту задачу. Но практически, у него будет слишком много более важных проблем с проектированием танка. Так что возможность увеличения вибрации вала придется просто взять на заметку.

Главный фрикцион. При прямом масштабировании он будет работать. Но – увеличится жесткость пружин в два раза. Соответственно – усилие отжатия сцепления. Водителю будет тяжело. И увеличится нагрев ГФ, что уже и на исходном танке вызывало проблемы. По результатам  испытания опытного танка, конструкцию ГФ придется дорабатывать.

Двигатель.

Иногда увеличивают мощность двигателя за счет большего диаметра цилиндров. Тоже своего рода масштабирование, но не такое радикальное, как в нашем случае. При сохранении литровой мощности масштабирование ГАЗ Т-26 до ГАЗ Т-34 должно дать увеличение мощности с 90 до 200 лс. Даст ли новый двигатель такую мощность и будет ли вообще работать?

Тут очень важно качество сборки. И оно будет обеспечено.

Сразу надо заметить, что даже если удастся выжать из двигателя 200 лс, то энерговооруженность танка останется на уровне прототипа, поэтому увеличить скорость не получится. Более того, скорее всего мощность двигателя окажется не 200, а 150…160 лс.

Так как, во-первых, площадь сечения клапанов увеличится всего лишь во второй степени, а скорость истечения газов почти не увеличится. Значит – увеличится время рабочего цикла, то есть, упадут обороты с 2100 до 1600…1700 об/мин.

Во-вторых – вибрационные нагрузки пропорциональны Mω²r, поэтому при сохранении исходных оборотов, возрастают в четвертой степени, в то время как сечения шпилек и прочих деталей – всего лишь во второй. Динамические напряжения увеличатся! Для сохранения ресурса двигателя придется снижать обороты.

В-третьих, площадь оребрения двигателя и площади проточных частей по охлаждающему воздуху увеличатся всего лишь во второй степени. Этого будет недостаточно для эффективного теплосъема. Значит, двигатель будет страдать от перегрева еще больше, чем его прототип.

Винтик и Шпунтик так намучились с двигателем, что решили по старой памяти сделать ему принудительное водяное охлаждение. Поставили в танке ведерный бачок и систему трубочек для поливания двигателя газированной водой. Годится и обычная вода, но у газированной коэффициент теплоотдачи выше.

Танк ездил, но плохо. Скорость упала до 25 км/ч. Не хватало мощности двигателя.

Тут очень кстати подвернулось следующее обстоятельство. Ввиду отмены программы строительства танков БТ, на заводе образовалась партия невостребованных двигателей М5 мощностью целых 300 лс.  Винтик и Шпунтик обнаружили их валяющимися на заднем дворе завода и договорились взять один попробовать в новом танке Т-34. Двигатель вписался в МО нового танка и позволил резко поднять его подвижность. Теперь танк можно было разогнать до 50 км/ч при 2700 об/мин. Ух!

Двигатель теперь не перегревался, но систему орошения газированной водой решено было сохранить уже в качестве системы пожаротушения.  Это была как бы не первая в мире система централизованного пожаротушения, установленная на танке.  Винтику и Шпунтику за разработку этой системы было присвоено звание Знатных механиков и Ударников соцтруда.

Но сразу начались поломки ГФ, КПП, бортовых редукторов, бортовых фрикционов, осей, подшипников и бандажей роликов, рессор, гусеничных траков и гусеничных пальцев. Стало ясно, что метод масштабирования не сработал.

На очередном НТК Знайка доложил о проблемах с опытным танком, и был вынужден признать неутешительный вывод – метод масштабирования не годится для проектирования танков. И предложил освободить его от занимаемой должности.

Но руководящие товарищи решили по-другому. Им очень понравилось, что Знайка не занимается приписками и не пытается скрыть реальные проблемы. Учитывая, что у коротышек сложился дружный и перспективный коллектив, его решили выделить в отдельное КБ по среднему танку. А Знайку в приказном порядке назначили Главным конструктором Главного танка страны. В порядке партийной дисциплины, так как он уже успел вступить в Партию.

Теперь придется конструировать Т-34 не методом масштабирования, а как следует.

Что из этого получится? Хороший вопрос, но он выходит за рамки данной статьи.

Может быть, кто нибудь напишет продолжение этой истории. А пока можно посмотреть, что получилось в похожей ситуации у итальянцев. Это описано в http://alternathistory.com/kak-skrestit-t-26-i-t-34-i-chto-iz-etogo-poluchitsya-italyanskij-srednij-tank-carro-armato-p2-40/