戦車操舵システム

戦車の操舵システムにより、戦車やその他の連続履帯車両は方向転換することができます。いかなる運用設計においても、履帯は車体に対して角度をつけることができないため、操舵は、一方の履帯を加速し、もう一方の履帯を減速（または逆転）するか、あるいはその両方を組み合わせて行う必要があります。ハーフトラック車両は、操舵可能な車輪と固定速度の履帯を組み合わせることで、この問題を回避しています。

初期のステアリング システムは、作業用トラックから採用されたもので、通常はクラッチを使用して1 つのトラックへの動力を減らし、速度を落とします。これらの設計には多くの問題があり、特に坂を登るときや高速で走行するときには、動力が減ると全体の速度が遅くなります。異なる速度で回転しながら両方のトラックに動力を供給することは、難しい設計上の問題です。

特に第二次世界大戦を通じて、操舵中に両方の履帯に動力を供給する、より先進的な設計が次々と導入された。これは回生操舵と呼ばれる概念である。また、一部の設計では、一方の履帯が前進する間にもう一方の履帯が後退し、戦車がその場で回転する、ニュートラル操舵と呼ばれる概念もある。最初の本当に成功したシステムは、1924年のイギリスのダブルディファレンシャル設計であり、米国とドイツ両国がこれを模倣した。

西側の現代の設計のほとんどでは、ダブル ディファレンシャルのバリエーションが使用されていますが、ソビエトの設計では、1 つのハウジングに 2 つの独立したトランスミッションを使用することが好まれました。可変速度制御を備えた電気モーターを使用するシステムは、何度も試されましたが、広く普及していません。

操舵の問題に対する解決策の 1 つは、2 つの独立したドライブトレインを使用して、それぞれが 1 つのトラックを駆動することです。これにより、操舵中に両方のトラックに電力が供給され、広範囲の旋回半径が生成され、さらに、1 つのトラックを後進させながらもう 1 つのトラックを前進させることもでき、戦車をその場で旋回させることができます。これをブレーキと組み合わせると、操舵半径をさらに制御できます。^[1]

この設計の明らかな欠点は、2つの駆動列のコストと複雑さ、そしてそれが意味するメンテナンス負荷の増加です。もう1つは、片方のエンジンが故障した場合、もう一方のエンジンを両方の線路を駆動するために使用できないことです。これらの問題は両方とも、蒸気動力の場合に大幅に軽減されました。蒸気動力の場合、エンジンの大部分はサイズと重量の点でボイラーであり、その電力を抽出するシリンダーはそれに比べてはるかに小さいです。また、各シリンダーに送られる蒸気の量を制御することで、可変出力を提供することもできます。内燃機関で使用する場合ははるかに複雑です。^[1]

あまり目立たない問題は、このような車両を直線的に動かし続けるのが非常に難しいことです。調速機を使用して 2 つのエンジン速度を同じにすることはできますが、異なる地形を移動すると履帯にかかる負荷は同じにならず、より重い負荷がかかった履帯が減速し、戦車はその方向に向きを変えます。これにより、不均一な地面を移動するときに戦車がふらつくことになります。これは非常に低速の場合は問題にならず、このシステムはブルドーザーやその他の履帯式建設車両で使用されることがあります。戦車の場合、初期の設計で見られた比較的低速であっても、かなりの運転手のスキルと絶え間ない調整が必要です。^[1]

真のツインドライブシステムの例は一般的ではありませんが、戦車の歴史を通じて存在してきました。例としては、第一次世界大戦時代のイギリスのホイペット中戦車が挙げられます。

デュアルドライブコンセプトから簡単にステップアップするには、単一のエンジンを使用し、出力を2つのトランスミッションに分割します。ステアリングは、一方のトラックのギアを変更することで実現し、もう一方のトラックのギアを変更しません。これにより、最新のエンジンと組み合わせた場合のデュアルドライブシステムの複雑さが軽減されます。また、新しい動作も導入されます。一方のトラックに追加の負荷がかかると、もう一方のトラックも減速します。これは実際にはデュアルドライブソリューションよりも改善されており、タンク全体が減速し、負荷のかかったトラックの方向に曲がることはありません。^[2]

このアプローチの欠点は、高出力トランスミッションは故障しやすい装置であり、特に第二次世界大戦の時代にはそうだったことです。また、製造と修理が複雑で時間のかかる装置でもあります。デュアルドライブコンセプトと比較すると、2つ目のエンジンは不要になりますが、それでも、その後のソリューションと比較すると、比較的複雑です。^[2]

デュアルドライブシステムは、第一次世界大戦で広く使用されたホルト75トラクターを含む、履帯車両の初期の頃から広く使用されていました。 [ 3 ]^日本は1925年にこのコンセプトを採用し、第二次世界大戦を通じてその後のすべての戦車でこれを採用しました。イギリスも戦争初期のコヴェナンターやクルセイダーなどの軽戦車でこれを使い続けました。チェコの軽戦車もこのシステムを採用し、ドイツ軍でパンツァー38(t)として使用されました。^[2]

ソ連はKV-13実験戦車にこのシステムを導入し、これがIS戦車ファミリーでの使用につながった。後期型では、1つの履帯を反転させるなど、複数の旋回半径を生み出すためにギアがさらに導入された。T -64では7速の新モデルが導入され、この基本システムはT-72、T-90、中国の98式戦車に使用されている。^{[2] [4]}

機械的に最も単純な単発エンジン操舵システムであり、初期の戦車設計でほぼ普遍的に使用されていたのは、操舵制御装置に接続されたブレーキとクラッチの組み合わせであった。制御装置は通常、各履帯に1つずつ、一対の垂直ハンドルであった。ハンドルを引くとクラッチが解除され、その履帯が解放されて速度が低下する。ハンドルをさらに動かすと、その履帯にブレーキがかかり、旋回半径を調整できるようになった。^[2]

この設計の主な欠点は、操舵時にエンジンの動力が履帯から取り除かれることである。これにより、ブレーキがかかっていなくても戦車は減速する。戦車が登坂中や軟弱地にいる場合、前進が完全に停止する可能性がある。もう1つの欠点は、操舵時にブレーキが常に大量の熱を放出するため、電力効率が非常に悪いということである。大型車両の操舵に適したブレーキも、実用的ではないほど大きい。^[2]

クラッチブレーキは、第一次世界大戦中の1916年にフランスで導入されました。1920年代から30年代にかけて、ほとんどの軽戦車がこれを採用しました。また、イギリスの実験的なヴィッカース・インディペンデントやソ連のT-35などの一部の大型戦車にも採用されました。クラッチブレーキを採用した最後の主要設計は、ソ連のT-34とドイツのIII号戦車とIV号戦車でした。^[2]

ディファレンシャルブレーキ（またはブレーキ付きディファレンシャル）システムは、トラックのクラッチを取り除き、トランスミッション出力に差動装置を追加します。差動装置により、動力を維持しながらトラックを異なる速度で回転させることができます。次に、ブレーキを使用して一方のトラックを減速することでステアリングが行われます。この設計の利点は、ステアリングが行われている間も両方のトラックに電力が維持されることです。もう1つの利点は、非常にシンプルであることです。ステアリングシステムはブレーキに直接接続され、他には何も接続されていないため、非常にシンプルな機械的構成になっています。^[2]

クラッチブレーキシステムと同様に、主な欠点は、操舵によってブレーキを通じて熱が放散されることです。ただし、クラッチシステムとは異なり、この場合、すべての旋回にはブレーキが必要です。これは軽量の戦車に使用できますが、大型戦車の運動エネルギーの量を考えると、必要なブレーキは実用的ではありません。もう1つの欠点は、差動装置により、原因が何であれ、履帯が異なる速度で旋回できるようになることです。これはブレーキの適用によるものである場合もありますが、戦車が地形を移動するときにも発生します。戦車の片側が柔らかい地形に入り、速度が低下すると、戦車は自然にその側に向かって旋回します。前進運動量によってこの効果が相殺される傾向があるため、主に低速時に問題になります。^[2]

ディファレンシャルブレーキは、実際にはクラッチブレーキよりも古く、 1905年にリチャード・ホーンズビー・アンド・サンズ社が世界初の無限軌道車両に初めて導入した。クラッチブレーキが普及したのは、その機械的な単純さのためだけだった。ディファレンシャルブレーキは、特に第二次世界大戦前の時代には、多くの小型戦車に採用されていた。イギリスの戦車は第一次世界大戦中にディファレンシャルブレーキを使い始め、第二次世界大戦まで使い続けた。一般的な例としては、ブレン・キャリアが挙げられる。^[2]

差動ブレーキシステムは、本質的には、アイドラーピニオンを介して伝達される単一の固定ギア比を備えた遊星歯車伝動装置です。制御差動装置は、アイドラーを保持するラックに延長部を追加し、その延長部に従来のブレーキをかけます。ブレーキをかけると、アイドラーはロックされ、システムは従来の遊星歯車のように機能します。ブレーキが解除されると、アイドラーが回転し、その側の回転速度が低下します。これにより、その側の出力が一定量だけ減速します。^[2]

この設計の利点は、ブレーキは車両を減速させるためにかけられるのではなく、単に 2 番目のギアセットをクラッチで締めたり外したりするだけであることです。つまり、ブレーキをかけたり解放したりする短い期間を除いて、エネルギーを消費しません。ブレーキを部分的にかけることでよりスムーズなステアリングを実現できますが、ブレーキをかけた差動装置のようにエネルギーを消費し始めます。主な欠点は、旋回半径が 1 つしかないことです。標準的な差動装置と同様に、これらのシステムも地形を走行するときに自己旋回する可能性があります。^[2]

このシステムは1921年にクリーブランド・トラクター社によって発明され、商標名クレトラック・ディファレンシャルで知られることもある。戦間期のフランスのほとんどの戦車とドイツのグロストラクト戦車に使用された。アメリカの設計で最も一般的で、1932年から第二次世界大戦の終わりまですべての軽戦車と中戦車に使用された。後にフランスのAMX 13、日本の61式戦車、そして広く生産されたアメリカのM113装甲兵員輸送車にも使用された。^[2]

より複雑なダブルデファレンシャルシステムは、基本的な概念では制御デファレンシャルに似ており、アイドラーの回転を制御することでトラックの速度を制御します。ただし、この場合は、トラックごとに1つずつ、2つの完全なデファレンシャルが使用され、アイドラーはブレーキではなく、2番目のパワーシャフトであるステアリングシャフトによって制御されます。^[2]

通常、ステアリングシャフトはトランスミッションからの出力ではなく、エンジンに直接接続されています。つまり、メインドライブシャフトと比較して、比較的狭い範囲のRPMで回転します。ステアリングシャフトは、クラッチシステムを介して2つの出力シャフトに分割されており、出力は前方、後方、またはまったく回転しないようにすることができます。アイドラーは片側で方向を反転するため、常に反対方向に回転します。^[2]

クラッチがオフの状態でシャフトは回転しないため、2つの差動装置のアイドラーはその位置に固定されます。これは、ブレーキがオンの状態で制御された差動装置と同じ状態です。ステアリングクラッチが接続されると、シャフトはアイドラーセットの1つを前方に、もう1つを後方に回転させ、一方のトラックが加速し、もう一方のトラックが減速します。^[2]

2つの履帯の速度差はギアボックスの選択とは無関係であるため、高速では操舵効果はそれほど顕著ではありません。つまり、戦車の旋回半径は高速では長くなりますが、これは一般的に望ましいことです。ただし、このシステムでは、ギアボックスの選択に応じて1つの半径しか生成されません。^[5]

このシステムは完全に回生可能で、エンジンのパワーはすべてメインドライブシャフトまたはステアリングシステムを介してトラックに伝わり、ブレーキやクラッチでエネルギーが失われることはありません。さらに、動力はトランスミッションを介してステアリングシステムに供給されるため、一部の設計では、メインギアボックスが作動していないときでも戦車を回転させたり、その場で旋回させたりすることができます。この機能はニュートラルステアリングと呼ばれます。この機能の制限はステアリングシャフトの強度で、この機能が必要な場合は戦車を動かすのに十分な強度が必要ですが、必要ない場合は軽量にすることができます。^[5]

ダブルデフは1921年にフランスで初めて実験的に使用され、ドイツのタイガー戦車を含む第二次世界大戦の多くの重戦車に採用された。シャールB1では油圧トランスミッションを使用した連続可変出力が追加され、旋回半径のスムーズな変化が実現され、システムの主な欠点が解消された。このシステムは効率が低かったため広く使用されなかったが、流体力学的流体カップリングの急速な改善により、戦後には一般的になった。1960年代以降の西側諸国の戦車設計のほとんどでこの設計のバリエーションが使用されており、特にM60パットン戦車とM1エイブラムス戦車が有名である。^[5]

このシステムは、ウーリッジ兵器廠の戦車設計部長であるHEメリット博士によって考案され、デビッド・ブラウン社によって製造されました。

トリプルデフはダブルデフの改良版で、ステアリングクラッチを制御デフに似たシングルブレーキデフに置き換えたものです。この3番目のデフは、シャフトの速度が固定されているダブルデフとは異なり、ステアリングシャフトで任意の出力速度を生成します。この出力は、それ以外は変化しないダブルデフのステアリングアイドラーを駆動し、連続可変ステアリングを生成します。ダブルデフの利点をすべて備えていますが、唯一の欠点は、3番目のデフのブレーキが滑っている間にいくらかのエネルギーを消費することですが、これは車両のステアリングに使用されるエネルギーの量にのみ依存し、トラックに供給される総エネルギーには依存しません。^[5]

トリプルデフは主に戦時中および戦後のイギリスの戦車で使用され、最初はチャーチル戦車で、後にクロムウェル戦車とその後継設計で使用された。これにより、これらの設計は比類のない機動性と登坂能力を獲得し、冷戦がかなり進むまで他の設計では実現できなかった。基本バージョンは、コンカラーのTN 10とチーフテンのTN 12までイギリスの設計で使用され続けた。このシステムは現在では一般的には使用されず、チャレンジャーのトランスミッションに始まるダブルデフの改良された流体力学的トランスミッションが採用されている。^{[5] [6]}

マイバッハ システムは、本質的にはダブル デファレンシャルの簡易版であり、機械用語でより正確には、ダブル コントロール ディファレンシャルです。ダブル デファレンシャルの前進および後進ステアリング シャフトとクラッチ システムを、一方向に回転する単一のシャフトとアイドラーのブレーキに置き換えます。コントロール ディファレンシャルと同様に、ブレーキは通常、アイドラーを固定するために適用されます。ステアリング入力により、どちらか一方のブレーキが解除され、アイドラーが回転してそのトラックが減速します。完全なダブル デファレンシャルとは異なり、もう一方の側は加速されないため、システムは完全に回生的ではなく、両方のアイドラー セットが同じ方向に回転するため、ニュートラル ステアリングは提供されません。ステアリング半径は固定されており、メイン トランスミッションのギア選択によって決定されます。^[2]

マイバッハ システムは、パンター戦車という1 つの設計にのみ使用されました。戦後期のドイツ経済、特に機械加工能力と強度の高い材料の供給状況により、複雑なダブル ディファレンシャルは少数しか生産できませんでした。大量生産を意図したパンター戦車用に、マイバッハは AK7-200 トランスミッションを設計し、生産を簡素化するための設計ノートをいくつか作成しました。

履帯全体を角度付けすることはできなかったが、履帯を歪ませて、履帯車両が曲線を描くようにすることは可能だった。イギリスのユニバーサル キャリアの前部台車は、車体を貫通するクロスチューブに取り付けられていた。ハンドルを回すと台車が左右に移動し、適度な旋回が誘発された。さらにハンドルを回すと、片側または反対側のブレーキが作動した。軽戦車 Mk VII テトラークも同様のシステムを使用していたが、前輪と両側の中央の 2 つの車輪が旋回して歪みを誘発した。^[7]

初期の操舵システムは効率が悪く、パワーロスが大きかったため、大型車両には役に立たなかった。初期の戦車にその履帯設計が影響を与えたホルト製造会社（キャタピラー社の前身）は、ホルトガス電気戦車でガソリン電気トランスミッションの実験を行った。同様の設計がフランスのサン＝シャモンで使用され、今度はイギリスのマークII重戦車に搭載され、イギリスのウェスティングハウス製ガソリン電気駆動を搭載したマークIIや、ダイムラー製ガソリン電気駆動を搭載したオリジナルの試作重戦車「マザー」など、他のトランスミッション開発と競合した。勝者は遊星ギアボックスを備えた従来の設計だった。^[8]これらはどれも特に成功しなかったが、サン＝シャモンは数百台生産された。^[9]

これらの初期のシステムはそこそこ成功したものの、大きくて非常に重く、サン・シャモンのものは5トンも重かった。^{[9] [10]}他の設計や同様のシステムを使用した後継機は、一般的に非実用的であるとして却下された。^[10]

新しい電動トランスミッションの最初の試みは、戦争初期のイギリスのTOG1重戦車設計（ガソリンエンジンが2つの発電機を駆動し、1つのトラックにつき1つの電動モーターを駆動）と、戦争中期のドイツ重戦車の実験の一環として行われた。ドイツの取り組みの中で最も注目されたのは、ポルシェが重戦車用に設計したVK 4501（P）で、ヘンシェルに敗れた。^[11]この却下された設計の約100台のシャーシは、自走対戦車砲、エレファント（当初は「フェルディナント」）パンツァーイェーガーに改造された。^[12]このタイプのトランスミッションは、超重量戦車のパンツァーVIIIマウスにも使用された。実際には、ポルシェ設計のパワートレインは従来のタイプよりも信頼性が低いことが判明し、戦争後期には銅の供給が制限され、ドライブトレインモーターにそれほど多く使用することは考えられなくなった。^[13]

• クロスドライブステアリングトランスミッション
• ディファレンシャルステアリング

• Edwards, Phillip (1988年9月). 「差動装置、理論と実践3: 戦車操舵システム」. Constructor Quarterly (1): 47–48. 2019年9月15日時点のオリジナルよりアーカイブ。 2024年1月7日閲覧。
• フレッチャー、デイビッド（2016年）。『イギリスの戦車：第一次世界大戦から1939年まで』ブルームズベリー出版。ISBN 978-1-4728-1756-3。
• オゴルキエヴィチ、リチャード (2015)。『戦車：100年の進化』ブルームズベリー出版。ISBN 978-1-4728-1305-3。

• Johns, WE (2003). 「追跡車両のステアリング」。Gizmology。2020年11月11日時点のオリジナルよりアーカイブ。これらのシステムのほとんどを図とともにリストします。