浅析坦克的转向与越障机制

张新艳

在陆地战争中，坦克的地位不可撼动。坦克以其强大的火力、厚实的装甲，极大的改变了战争模式。但其突出的优势更在于，在陆战中它对地形以及路面状况要求很低，能够克服各种障碍，具有极强的越障能力。本文就坦克的转向与越障机制，进行简要的探讨与研究。

坦克是陆地作战的核心武器。在战场上，它犹如碾压一切的钢铁巨兽，所向披靡，有着“陆战之王”的美称。坦克装甲对其驾乘人员有很好的保护作用，对后继地面作战的战士也有一定的掩护作用；另外坦克具有强大的直射火力以及高强度的越野机动性。强大的火力对远处的固定目标以及小型的移动目标都具有较强的杀伤力。更值得一提的是，坦克对于地形路面状况几乎没有要求，有的坦克甚至有水下通行能力。作为陆上战场的突击主力，越障优势也十分突出，能够高速通过各种障碍，掩护步兵协同作战，在占领地面区域目标等作战任务中的作用也是无法替代。

1 坦克的转向机制

坦克是履带式车辆，其转向系统与轮式车辆完全不同。众所周知，轮式车辆通过悬挂系统对导向轮进行操控，就可以实现车辆转向。在此种转向系统中，两个导向轮在同一动力系统的输出下，导向轮行驶距离相同，而在转向时，外侧导向轮需要行驶更长的距离，导致轮胎产生平动，易造成轮胎过度磨损。为解决此问题，在左右两个导向轮轮轴间加装差速器，用以控制两个导向轮转速，在转向过程中，使两个导向轮独立运动，让导向轮在地面上产生滚动而非平动，以此来避免轮胎的过度磨损。

与轮式车辆的转向系统相比，履带式车辆的转向系统则要更加复杂。以坦克为代表的履带式车辆，其主动轮、诱导轮和负重轮均在履带的覆盖之下。因履带的刚性，坦克主动轮、诱导轮和负重轮在同一动力系统的带动下，其行驶距离是相同的。同时，各轮也无法像轮式车辆轮胎一样，进行独立控制，因此也无法通过单独控制导向轮来完成车辆转向。

坦克等履带式车辆转向系统最简单的方法，就是减慢甚至是停止一次履带的转动，从而让坦克转向慢的那一边。

从物理角度具体分析，坦克的转向实质上是刚体的平面运动，由理论力学知识可知，任何刚体的平面运动均可以简化为其在运动平面投影图形在运动平面上的运动，通过确定该物体在运动平面上的平面投影，就可确定在实际运动中刚体的实际位置。

坦克等履带式车辆在地平面上运动，为简化模型，更好的研究坦克的转向机理，我们不妨以坦克在水平面的投影作为对象进行研究。刚体在水平方向上的运动包括两种形式，即平动和转动。以此对坦克的转向运动进行分解，将坦克的转向运动分解为在水平面随其中心点的平动和同时绕中心点的转动，而且坦克转向时，这两种运动是同时进行的，这就会使坦克出现滑移的现象。

当左右两个履带转速相等时，履带前进距离相同，此时坦克直行；如果坦克想实现转向，以实现右转向为例，即是坦克围绕中心转动，只需控制左侧履带的速度v2大于右侧履带的速度v1，即可实现右转向；如果要急转向，转动中心则更靠近坦克，转向半径r（转动中心与两履带中心的距离）减小，两履带的速度差就要增大。向左侧转向则相反。当内侧履带完全处于被制动的刹车状态时，坦克以内侧履带为转向中心进行原地转向；当坦克两履带速度大小相等、方向相反时，坦克绕其中心转向。

2 坦克的越障机制

任何车辆的运动，均是依靠地面的摩擦力实现的，坦克可不例外。当坦克发动机启动产生动力，在通过人为操控的变速箱后，发动机的动力，通过传动装置带动主动轮旋转，主动轮通过履带爬齿便拨动下支接地带，使其有一个向后的运动趋势。通过反作用力，地面作用于坦克的摩擦力方向与坦克下支履带的运动趋势，产生一个向前的反作用力，推动坦克向前行驶。履带板上特制的花纹，极大的增强了车辆抓地力，使车辆能够在地面反向作用力的推动下有效前进。

生活中可以见到，高速运动的摩托车可以冲越壕沟，而低速运动的摩托车遇到壕沟只能望而止步。由此可见，维持地面对于运动物体的支撑力的稳定，是物体能否越过障碍物的关键。履带坦克之所以能爬陡坡，越壕沟，涉深水，克垂壁，穿沼泽，过田野，驰骋战场无所阻挡，是因为它有两条 “无限轨道”。在通过沙滩、沼泽等软性地面时，履带有效的增加了车辆的接地面积，极大的减小了在单位面积产生的压力，保障车辆能够正常通过而不至于陷于地面。

当坦克在行进过程中遇到垂壁型障碍时，其头部将会压向垂壁，此时处于诱导轮处的履带与垂壁之间便由于摩擦而产生相互作用力。根据牛顿运动第三定律，这种情况下履带给予垂壁向下的作用力，同时垂壁对履带产生一个向上的反作用力，向上的反作用力从力矩的角度实际上给坦克的一个抬头力矩，从而促使坦克能够向上爬越。同时，在坦克接近垂壁障碍物时，如果驾驶员突然增大发动机的油门，则坦克将会在惯性作用下，又产生一个抬头力矩，抬头力矩的作用，便于坦克向上爬坡。当坦克的重心越过壁缘时，便开始向地面倾伏，这时驾驶员制动履带，坦克便平稳的落于水平地段。

坦克是大家所熟悉的军事武器装备，我们对于它熟悉又陌生。对于坦克的威力耳熟能详，而坦克的工作原理却知之甚少。本文将物理学原理与坦克的性能实现联系起来，从刚体的运动和力矩的角度阐述坦克的转向机制和越障机制，从而更好的了解坦克的威猛之處。

（作者单位：武警工程大学基础部物理教研室）