趣赢平台-坦克炮口摆酒杯只是作秀?可间接检验双向稳定器性能

  最近乌克兰T-80坦克炮口放酒杯,在野外行驶的情况下杯中酒水一滴未洒的视频再次爆红网络,其实早在之前德国的豹二坦克就进行过此类的测试,我军的99式主战坦克也进行过炮口放水杯和扳手的稳定性测试,当然还有玩砸了的日本10式主战坦克。别看这仅仅是一场小小的测试,但是对于坦克来说却是对双向稳定性的一次重大考验。坦克在行进时炮口会随着高低起伏的地面四处摆动,这个摆动会严重影响炮手对目标的捕捉和射击,所以直到二战结束后,坦克只具备短停射击的能力,如何在行进间射击一直都是一个不小的技术瓶颈。

  ▲利用啤酒被测试坦克炮稳定性的乌克兰T-80主战坦克,此外我军的99式也进行过此类的测试

  关于坦克炮的稳定技术最早可以追溯到二战前的苏联T-28中型坦克、美国M3轻型坦克等上面,但是这些坦克只装备简单的单向稳定器,操作火炮瞄准射击时更多地依靠高低机和方向机来完成。直到二战结束以后的60年代,各国才陆续的研制装备了各式各样的双向稳定器(即具备垂直稳定和水平稳定的能力),在一些步战车上面甚至出现了三向稳定器,然后配合先进的火控系统,坦克在行进间能自动保持火炮在一个稳定的空间内,这才具备了行进间开火射击动打静或者动打动的能力,下面我们就来看看什么是双向稳定器。

  ▲最早掀起这阵风的德国豹二坦克,可以看到在野外行驶下,不论车体怎么颠簸,坦克炮在双向稳定技术的加持下始终都处在一个稳定的状态,当然还有下面玩砸了的日本10式主战坦克

  垂直稳定器

  说起稳定平衡装置,就不得不提陀螺仪这个伟大的发明,垂直稳定器的双自由度陀螺仪和火炮摇架的基座固定在一起,陀螺仪的内环和火炮的耳轴轴线相互垂直,外环和耳轴轴线相互平行,这个状态下的火炮角度就可以看作是规定的瞄准角度,当坦克开始运动时会产生颠簸,这种颠簸会在火炮耳轴摩擦力的作用下带动坦克炮颠簸偏转,这时候基座也会随着坦克炮一起偏转同样的角度,但是和耳轴轴线平行的转子外环平面不会发生转动,因为高速转动的陀螺仪具有很强的定轴性,这时候原本相互平行的转子外环平面和基座平面之间就会产生一个失调角度,这个角度就是火炮偏离规定瞄准的角度。

  ▲上图为机械式的陀螺仪,可以看到不论外部基座环如何改变,高速旋转的转子所在的平面不会随着外环基座的改变而改变,不过随着科技的进步,这种机械式的陀螺仪被更加先进的电子陀螺仪所取代了,如下图就是用于导航的电子陀螺仪

  这时候就轮到旋转变压器出马了,旋转变压器的转子和陀螺仪外环轴固定在一起,火炮处于规定瞄准角度并不发生偏转时旋转变压器不会产生信号,当炮瞄准角度发生偏转时固定在基座上的旋转变压器定子也会随之偏转,但是和陀螺仪外环轴固定在一起的转子不会发生偏转,这时候旋转变压器就会发出一个和偏转角度成正比的信号,该信号通过晶体管放大器放大后输出两个电信号并流到控制电磁铁中,最终控制两个油管来改变油缸上下腔的压力产生力矩,从而驱动火炮角度向规定瞄准角度恢复。此外还有一个速率陀螺仪,该陀螺仪会在火炮复位的过程中配合晶体管放大器产生电信号作用于液压装置产生一个和火炮偏转相反的力矩,这个力矩随着火炮偏转速度的增加而增加,这样一来就能避免火炮偏转的过程中冲过了头,因为巨大的惯性而发生振荡。便于火炮快速的稳定。

  ▲上文所述过程可以通过该图介绍一下,火炮偏转带动基座偏转,这时候转子外环平面是不发生偏转的,而固定在外环转子轴上面的旋转变压器转子也是不偏转的,但是旋转变压器的定子会随着基座旋转,这样一来旋转变压器就会产生一个信号经晶体管放大器放大后作用于液压装置产生与火炮偏转方向相反的力矩来使其复位(当火炮偏转角度越小时产生的电信号就越小,这时候复位力矩也会变小),同时在速率陀螺仪的作用下会产生一个和火炮偏转方向相反的力矩(和复位力矩相同),这个力矩随着火炮偏转速度的增大而增大,这样就避免了火炮偏转惯性太大导致的冲击影响,在这两个力矩的作用下火炮就能快速复位(复位时力矩就会消失)

  水平稳定器

  ▲水平稳定器同样也是一个道理,只不过炮塔会随着坦克炮一起调整,而且采用全电式电机产生复位力矩,而不是液压装置

  一般来说坦克在崎岖的野外行驶时炮口的摆动呈现的是图像类似于一个椭圆,双自由度陀螺仪的内环和耳轴轴线平行,外环和耳轴轴线垂直,同样在火炮左右偏转时双自由度陀螺仪的转子外环平面和连接的旋转变压器的转子是不会发生偏转的,而旋转变压器的定子会随着火炮一起转动,产生的信号在晶体管放大器的作用下驱动电机产生一个恢复力矩,而速率陀螺仪则同样在旋转变压器和晶体管放大器的作用下产生一个力矩防止火炮在巨大的颠簸下偏转过大。

  ▲具体可参考此图,陀螺仪和转子平行的那个外环也会上下有小幅度摆动,最后就会产生误差

  但是值得一提的是坦克炮绝对做不到完全稳定,首先陀螺仪存在着精度问题,作为双向稳定器上的核心部件,内外环和转子相互连接的轴承存在着摩擦力,所以与转子在同一平面的外环不可能做到完全不偏转,内环也会在这个摩擦力的作用下产生误差,再比如车体做高低跳动或者是水平摆动时(比如坦克从一个小断崖突然掉下时),内外环和基座之间都存在一个相对运动的问题,误差也会接踵而至。而且恢复力矩是在坦克炮发生偏转后产生的(尽管时间间隔很小,但却客观存在),在坦克炮不断的偏转和力矩的不断地产生这个过程中坦克炮也会出现略微的摆动,这些都是不可避免的。(作者署名:武备营)

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