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从板簧到扭力杆,从三号坦克演进看坦克悬挂的发展

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三号坦克的设计始于希特勒刚刚上任时,希特勒一上台就开始秘密发展军备,一步步突破《凡尔赛合约》对德国发展军备的枷锁,1934年初,德国陆军兵器局6科下达了研制一款中型坦克的任务。为了掩人耳目,德国人将其称之为“中型拖拉机”。1935年,德国颁布了新的《国防法》,成立空军,并宣布国防军实行普遍义务兵役制,直接打破了条约的限制,坦克的发现也直接摆到了明面上。

三号坦克木质模型,看得出来与量产的型号已经非常相似了

也就是在同一时间,古德里安的“装甲部队构想”也日趋成熟,他认为德军应该装备两种新的中型坦克,其中一种24吨左右的坦克,应拥有35公里的最高时速,它负责与敌方的坦克交战,另一种稍重的坦克则装备短管榴弹炮,发射高爆弹来支援步兵,前者就是我们本文的主角三号坦克,而后者则是鼎鼎大名的德国军马四号。

三号坦克A型标准照,注意裸露的弹簧悬挂

三号A型的弹簧悬挂

经过潜心的研制,戴姆勒·奔驰公司最终成功中标,1937年5月,第一辆三号坦克A型完工,该型坦克从外观上来看已经与量产型号十分相似了,但是该型车辆的悬挂系统却与量产型三号坦克大相径庭。该型车辆采用5对大直径负重轮和两个托带轮的设计。每个悬挂都有一个暴露在外的垂直弹簧,弹簧的行程比较短,这种悬挂的越野性能不佳,而且容易发生故障,所以在后续设计上就放弃了这一方案。

正在进行涉水实验的三号A型

三号坦克A型只生产了10辆,其中只有8辆是搭载了武器的完成品,另外两辆只有底盘,供越野测试使用。这10辆坦克中,有5辆在文斯多夫装甲兵学校充当教具,另外有四辆分别在第三装甲师五团的第一和第五连服役,剩下的一辆在贝尔根装甲兵学校下属的普特洛斯装甲兵射术学校充当教具。

一辆罕见的三号B型坦克,注意其两组板簧

从B型到D型的板簧悬挂

接着再来说说B型、C型和D型,为什么要把它们放到一起说呢?因为这些后续方案吸取了A型的经验,并没有采用5对负重轮和垂直弹簧的设计,而是采用了八对小直径负重轮和一套相当复杂的板簧悬挂,托带轮也增添至三个。我们先从B型开始说起,B型的负重轮两两一组,共享一个悬挂,每侧的四个负重轮共享一套板簧。由于板簧悬挂能够极大的提升悬挂行程,所以B型的越野能力相较于A型有了巨大的提高。

顺带一提,三号突击炮0型就是在三号坦克B型的基础上研制的,注意其采用的行走结构

不过测试发现,坦克的机动性很大程度上取决于最外两边负重轮的行程,最外侧负重轮的行程越大,坦克跨越障碍的能力就越强。所以B型也很快就退出了现役。随后的C型和D型悬挂再次进行修改,中间的四组负重轮共享一套板簧悬挂,前两组和后两组负重轮各采用一套板簧悬挂,形成2+4+2的布局,这进一步提升了坦克的越野能力,C型和D型参与了入侵波兰和巴尔干的战斗,随后C型之前的型号大回到国内充当训练和实验用坦克,只有D型参与了入侵挪威等后续战斗。

最后来张三号坦克早期悬挂演进,扭杆悬挂出现之前的探索

划时代的扭杆悬挂

如果说前面的三号初期型都是小打小闹,那么从三号E型开始,一种划时代的悬挂将彻底使得三号成为德军的闪击利器,甚至改变全世界坦克悬挂的发展,它就是斐迪南德·保时捷博士发明的扭杆式悬挂。扭杆式悬挂不再采用弹簧或板簧作为弹性支撑,而使用贯穿车底的扭力杆,扭力杆一头固定在坦克底盘侧壁上,另一头穿过坦克底盘与悬挂相连,通过扭力杆的反作用力赋予坦克悬挂一定的弹性。

三号坦克行走结构演进,从使用扭杆开始就基本保持不变了

扭杆悬挂于30年代发明,一直到现代大量坦克仍然采用这种设计,可见其优越性。扭杆悬挂有着非常多的优点。首先是结构简单,仅有一根金属扭力杆作为弹性装置,其次就是能够赋予悬挂相当长的行程,提升坦克的越野能力和机动性。还有就是节省空间,相较于此前流行的克里斯蒂悬挂,扭杆悬挂不占用车体侧面的空间,使得车内空间更大,同时更加便于布置更大的炮塔座圈,相较于板簧悬挂,扭杆悬挂的部件都在车体内,不容易因为敌人的炮火而损坏,导致丧失动力。

三号E型行走结构特写,注意扭杆限位器和第一对负重轮旁的减震杆

当然了,扭杆悬挂也有其缺点,首当其冲的就是对冶金技术的要求非常高,因为扭杆悬挂不仅对扭力杆的硬度有很高的要求,还要求其拥有很高的韧性,弹性和复原性。这在30年代来说还是非常不容易的,激烈的驾驶会导致扭杆断裂。另一方面就是维护非常麻烦,因为扭力杆全部都固定在坦克底盘上,所以相较于外露的板簧悬挂修理起来非常困难,不过扭杆悬挂相较于其他设计的优势仍然非常大,不然也不会一直沿用到现在,直到今天,不论是西方的豹2,M1A2坦克,还是俄罗斯的T-90和先进的T-14,采用的都是扭杆悬挂,可见这种悬挂确实拥有很大的优势。

直到今天,豹2坦克仍然采用扭杆悬挂,图为正在维护的豹2将扭力杆拆出

咱们再来说回三号坦克的行走机构,采用扭杆悬挂后,三号坦克的行走结构已经与现代战车非常类似了。虽然扭杆悬挂的行程巨大,但是在恶劣环境下,悬挂的大行程动作很容易将扭杆损坏,所以三号坦克车体侧面还安装了悬挂限位装置,此外第一对主动轮和最后一对主动轮都安装了额外的减震器,以增强机动性,这套悬挂系统一直从1938年使用到了战争结束,还成功的让三号坦克换上了只有四号才能搭载的75mm炮(三号N型)。

三号坦克第一对负重轮上的减震装置特写,注意旁边的限位装置

创造力惊人的保时捷博士

总的来说,三号坦克的发展伴随着坦克悬挂的发展,从刚开始的短行程弹簧悬挂到划时代的扭杆悬挂,一方面我们要惊异于当时德国的冶金技术,另一方面这也要归功于伟大的斐迪南德·保时捷博士,事实上在战争中他一直致力于推进新技术,例如主动轮和变速箱后置,电传动技术等等。这虽然导致他负责的大量武器最终因为可靠性问题难以服役,但另一方面,也正是这种热衷于新技术的精神,使得德国人在武器设计上取得了极高的成就。

一辆象式坦克歼击车,注意掉落的负重轮后露出了保时捷博士设计的纵向扭杆

虽说保时捷博士发明了扭杆悬挂,并且他发明的扭杆悬挂已经开始大规模应用,但是他并没有满足于这一情况,而是发明了更加复杂的纵向扭杆悬挂,后续的VK4502(P)、斐迪南坦克歼击车、保时捷猎虎和E-50、E-75和E-100等计划全都采用了这种悬挂技术,然而由于电传动技术本身的可靠性问题,再加上德军在1945年已经投降了,纵向扭杆悬挂并没有像扭力杆悬挂那样大行其道。不过斐迪南德·保时捷博士本身在坦克悬挂系统设计上的贡献已经名垂青史,值得被人们所铭记了。

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