滚动阻力的估算和测量

1.轮胎车辆

图4.2.1中是汽车车身、车轮及路面的受力分析以及驱动轮胎接触面上力的分布。接触面上力的分布的滞后现象，以及力不是对称分布，而是前部大于后部，导致了力矩MP的产生。

图4.2.1　滚动的车轮受的力与力矩

车轮滚动时有以下运动方程（在平地上）：

式中　FP——垂向载荷（由车的重力而来）；

mR——车轮质量；

ΘR——带制动装置的轮子的转动惯量；

s——车桥与路面的距离，与车速成正比。

如果驱动力矩M＝0，有

FX＝FU，M＝0＝FU s＋MP

滚动阻力为

滚动阻力随轮荷FP而变

式中　fR——滚动阻力系数。

垂向压强的积分值就是FP，它的作用点是离车轮中心为e的压强面积中心，如图4.2.1所示。平移这个力，产生一个力矩MP，因此MP＝FP e，也就有

一部分滚动阻力可以解释为轮胎内部的变形阻力，如图4.2.2所示；另一部分则源于轮胎接地印迹面打滑的现象。假设径向变形时轮胎侧壁中的无数个微小的弹簧－阻尼单元产生连续的变形，滚动阻力就是这些变形与行驶过的路程之比，这些阻力做的功变成热被消耗掉了。

图4.2.2　轮胎径向压缩模式图

表4.2.1的数据可用于估算滚动阻力。

表4.2.1　不同路面的滚动阻力系数(www.xing528.com)

续表

2.履带车辆

坦克在地面上行驶时，地面和履带之间会产生一些阻碍坦克运动的切向力，这些切向力是由地面作用于履带接地段而产生的，其方向与坦克运动方向相反。所有这些切向力的合力称为滚动阻力，以FR表示。

滚动阻力一般由地面变形阻力、推土阻力和摩擦阻力等几种阻力组成。

1）地面变形阻力

在坦克行驶时，负重轮承受坦克的重力，并通过履带作用于地面。由于大部分的越野地面是可变形的，因此在负重轮垂直载荷的作用下，履带板下的土壤发生一定程度的下陷，并将土壤压实。在土壤被压实变形的过程中，会消耗一部分坦克的功率。这种功率损失体现为坦克行驶过程中的一种阻力，称为地面变形阻力，也叫压实阻力。地面变形阻力是坦克越野行驶过程中滚动阻力中最重要的组成部分。

2）推土阻力

坦克在可变形的地面上行驶时，履带前端会出现土壤隆起现象，隆起的土壤对履带形成阻止坦克前进的切向力，称为推土阻力。

3）摩擦阻力

坦克在地面上行驶时，由于路面和履带板之间的摩擦作用而形成的阻止坦克前进的切向力，称为摩擦阻力。

上述3种阻力根据地面性质的不同，可能部分地或全部地存在于坦克行驶过程中。3种阻力的组成比例也是不断变化的，如当坦克在不可变形的路面上行驶时，路面不会变形，此时地面变形阻力和推土阻力可以忽略不计，摩擦阻力则成为滚动阻力的主要组成部分。

滚动阻力的大小和地面性质、坦克重力、行动装置的结构、行驶速度等因素有关。要定量地、准确地计算出每个因素对行驶阻力的影响目前还是很困难的。人们公认滚动阻力主要和地面的性质及附着重力有关，且大致上和附着重力成正比。在工程实际应用中，通常采用下述简化的经验公式来计算滚动阻力，即

式中　Gf——坦克的附着重力，在水平地面上，Gf＝G；

f——滚动阻力系数，它是滚动阻力FR和附着重力Gf的比值。

滚动阻力系数f的物理意义是，坦克行驶时，地面对坦克单位附着重力所产生的行驶阻力。它实际上是包括一切有关地面的物理性质、行驶装置有关参数以及它们之间相互影响的一个综合参数。f的数值通常用实验方法测定。

应该指出，目前所采用的测量滚动阻力的实验方法，得到的地面行驶阻力均包括一部分内阻力，此时所求得的滚动阻力系数以f′表示。因此，在进行坦克滚动阻力计算时应注意，如果利用f′时应适当减少坦克行驶装置的内阻力，履带推进装置效率只考虑传递牵引力有关的功率损失。

表4.2.2为坦克在不同地面上行驶时测得的滚动阻力系数，表中f′值中包含有行动装置内部的阻力，这是由目前实验方法决定的。

表4.2.2　不同地面的行驶阻力系数实验数据

注：表中数据除水稻田数据之外，均取自A.C.尼基金著《坦克理论》译本1961年版。