POZEMNÍ TECHNIKA

V čem je větší lepší
aneb výhody a nevýhody (nejen) tanku Tiger

Nesporné úspěchy tanku Tiger jsou obvykle připisovány silnému pancéřování, na svojí dobu velmi výkonnému kanonu, kvalitní optice a zkušenostem vojáků jež na nich bojovali. Všechny tyto vlastnosti Tiger bezesporu měl, nicméně samy o sobě by neměly až takový význam. Ani není tak úplně pravdou, že pancéřování Tigera bylo na svojí dobu bezkonkurenční. Podobné odolnosti z čelní sféry dosahovaly tehdy i jiné stroje, např. T-34 a celkovou odolností se přibližovaly Tigeru i tanky KV. To co ale na první pohled odlišovalo Tigera od jeho soupeřů, i předcházejících německých konstrukcí, byla jeho velikost. Ta bývá připisována všeobecné oblibě německých vojenských špiček v mohutněji pojatých strojích, jež se nutně projevila v preferencích velkých tanků jako byl Tiger. Podle nich jim měla nadprůměrná velikost těchto strojů zajistit nadřazenost na bojišti. Pokusím se tu ukázat že nadprůměrná velikost tanku, za jistých okolností, dává značné výhody nad protivníky a činí ho bojeschopnějším.

Všeobecně bývá velikost pozdějších německých tanků Panther a Tiger oproti Ruským strojům brána jako značný handicap. Takový tank se přece hůře maskoval a na bojišti byl snáze odhalitelným. Též zasáhnout větší cíl je snazší. Je pravdou, že sama o sobě velikost tanku zvyšovala jeho zranitelnost, jestliže však bereme v potaz nárůst palebné síly, jež se přirozeně s rostoucí velikostí zvětšuje, vychází naopak velikost tanku jako klad. V některých ohledech však značná velikost tanků jako byl Tiger znatelně snižovala jejich bojeschopnost, či sebou přinášela určitá omezení. Pokusím se tu ukázat, v čem přinášela nadprůměrná velikost tanků výhody a v čem byly naopak tanky svojí velikostí znevýhodněny.

Zaměřme se nejdříve na to, v čem je výhodnější kanon větší ráže.

Zvětšením ráže přirozeně značně vzroste hmotnost střely i její rozměry. Právě poměr mezi velikostí nárůstu hmotnosti a rozměrů střely ukazuje v čem tkví výhoda velké ráže. Zvětšíme li např. ráži z 75mm na 88mm, vzroste hmotnost úměrně třetí mocnině nárůstu ráže (88 děleno 75 se rovná 1.17) tedy 1.17 * 1.17 * 1.17=1.61 krát, takže asi o 61%. Čelní plocha střely se však navýší pouze s druhou mocninou ráže, tedy 1.17 * 1.17=1.38 krát. Tedy asi o 38%. To tedy znamená, že poměr mezi hmotností a povrchem střely je u větší ráže o 1.17 násobek větší ve prospěch hmotnosti. Tento jev je zcela obecný, s rostoucími rozměry tělesa roste objem rychleji než jeho povrch. Jelikož setrvačná energie, jež střelu udržuje v pohybu je dána velikostí hmotnosti, kdežto aerodynamický odpor, jež střelu brzdí je úměrný čelnímu průřezu střely, bude mít střela větší ráže menší úbytek rychlosti. Tím bude mít větší dostřel a kratší dobu letu na danou vzdálenost. Dále vzroste její průbojnost,neboť její kinetická energie je koncentrována v relativně menším prostoru.

Poměr mezi hmotností střely a jej čelní plochou se odborně nazývá balistický koeficient, či průřezové zatížení a má vliv na všechny balistické výkony střely.

Podívejme se blíže na to jak zvětšením ráže vzrostou výkony střely:

• Průbojnost: Průbojnost střely o dané rychlosti je přímo úměrná svojí setrvačné energii a nepřímo ploše, na kterou se její energie rozprostře(tedy balistickému koeficientu). Jak už jsem uvedl, s rostoucí ráží roste setrvačná energie rychleji než čelní průřez střely. To tedy znamená, že úměrně nárůstu ráže střely vzroste průbojnost. V našem případě bude mít 88mm střela o 17% (88 děleno 75 = 1.17, neboť hmotnost vzroste o 61% kdežto čelní průřez o 38%) větší průbojnost než stejná střela ráže 75mm. Samozřejmě značně zjednodušeně řečeno. Je tu však ještě jedna věc. V dobách DSV byla průbojnost uznána když 50% hmotnosti střely prošlo pancířem. Podle této definice tedy měla 88mm střela pouze o 17% větší průbojnost. Nicméně je zřejmé, že onen 50% zbytek střely bude mít v případě ráže 88mm větší hmotnost a tedy větší ničivý a průbojný potenciál než u ráže 75mm. To znamená, že buď způsobí v nitru tanku větší zkázu či dodatečně probije tlustší pancíř. Teoreticky se to tedy dá brát tak,že buď střela větší ráže probije úměrně své hmotnosti a průřezovému zatížení větší pancíř (v případě střely 88mm o 61% oproti 75mm) s tím, že do tanku pronikne stejně střepin jako u střely menší ráže. Nebo bude navýšení tloušťky pancíře, které probije, rovné pouze nárůstu průřezovému zatížení (tedy o 17%) střely větší ráže, ale do tanku pronikne podstatně více (o 61%) střepin, jejichž ničivý účinek bude samozřejmě mnohem větší.
• Dostřel: Kromě počáteční průbojnosti bude mít průřezové zatížení též vliv na úbytek rychlosti a tedy i průbojnosti střely. Během letu je střela neustále brzděna odporem vzduchu, čímž ztrácí svojí rychlost a tím i průbojnost. Jelikož aerodynamický odpor je dán, mimo jiné, též čelním průřezem střely, a ten naroste se zvětšením ráže méně než hmotnost(tedy její schopnost setrvávat v pohybu) střely, zachová si větší střela déle svojí rychlost a tím i průbojnost. Takže pokud má střela ráže 88mm na vzdálenost 100m o 17% větší průbojnost než střela ráže 75mm, pak na vzdálenost např.2km bude tento rozdíl už např.36% ve prospěch hmotnější střely.
• Přesnost palby:S menším úbytkem rychlosti souvisí i plošší dráha střely, což má přímý vliv na přesnost kanonu. Pro přesný zásah cíle je nezbytný aspoň přibližný odhad vzdálenosti cíle, podle nějž nastaví střelec příslušný náměr. Ten je přirozeně různý pro různé kanony a je daný jeho balistickými charakteristikami. Střela se k cíli pohybuje po více či méně zakřivené dráze, takže špatný odhad vzdálenosti může způsobit, že střelec cíl přestřelí, či střela k cíli nedoletí. Díky výšce cíle však určení vzdálenosti nemusí být úplně přesné. Střelec se může dopustit poměrně značné chyby a přesto cíl zasáhne. Je to dáno tím, že dráha střely vypálená např. na větší vzdálenost než kde se cíl nachází, protne jeho siluetu i tak i když trochu výše než kam střelec mířil. Je přitom zřejmé, že čím plošší dráhu má střela, tím větší chyby se střelec může v odhadu vzdálenosti dopustit a přesto cíl zasáhne. Je to způsobeno tím, že rozdíl v dráze letu střely (a tedy i v nastavení náměru) na krátké a dlouhé vzdálenosti bude pro kanon s přímou dráhou letu střely menší. (např. střela vypálená na cíl ve vzdálenosti 1250 m protne ještě siluetu cíle ve vzdálenosti 1000m, ačkoli nastavení náměru je pro větší vzdálenost větší). Jelikož větší ráže má menší úbytek rychlosti, bude její dráha přímější, rozdíl mezi dráhou střely vypálenou na krátkou a dlouhou vzdálenost menší a přesnost střelby bude vyšší.
• Přesnost palby na pohyblivé cíle: Střelba na pohybující cíl je mezi odstřelovači považována za nejobtížnější střeleckou techniku. To nejen proto, že cíl může během letu střeli k cíli kdykoli velikost či směr svojí rychlosti změnit, ale i samotný odhad velikosti rychlosti a propočet potřebného předsazení je poměrně obtížný, zvláště pokud je střelec v časové tísni. A to v případě tankového souboje platilo téměř vždy .Pojďme se podívat na základní souvislosti střelby na pohyblivý cíl. Nebudeme se zabývat způsoby odhadu rychlosti, nýbrž se omezíme na některé skutečnosti pro náš výklad podstatné. Je zřejmé, že pokud odhadnu rychlost a vzdálenost cíle přesně a znám dobu letu střely na tuto vzdálenost, pak je pravděpodobnost zasažení cíle poměrně vysoká. Ale i v případě, že neodhadnu rychlost cíle ( jenž se pohybuje např. kolmo k našemu směru )přesně, mohu ho zasáhnout. Tank totiž není bod a pokud např. odhadnu jeho rychlost nižší než je skutečná zasáhnu ho, díky jeho délce, stejně i když samozřejmě v jiném místě než kam jsem mířil(v našem případě více vzadu). Přirozeně čím je doba letu střely k cíli větší, tím přesněji rychlost cíle musím odhadnout, neboť při větší chybě tank "střele ujede". A naopak čím rychleji se střela pohybuje, tím menší vzdálenost tank ujede než k němu střela doletí, a tím nepřesnější může být odhad střelce a přesto cíl zasáhne. Opět platí, že střela větší ráže bude mít zejména na větší vzdálenosti kratší dobu letu k cíli a tím větší šanci zasáhnout cíl.

Střela větší ráže tedy bude na danou vzdálenosti mít ,díky většímu průřezovému zatížení, větší pravděpodobnost zásahu, vyšší průbojnost, kterou si díky menšímu úbytku rychlosti déle zachová a markantnější ničivý účinek na cíl .Přičemž rozdíl ve výkonu větší a menší ráže bude značně stoupat se vzrůstající vzdáleností. Obecně tedy efektivní dostřel kanonu vzroste mnohonásobně více než nárůst ráže střely a dokonce více než by odpovídalo nárůstu hmotnosti.

Vedle navýšení výkonu samotné střely se též zvětšení ráže projeví i v efektivnosti samotného kanonu. Lepší funkčnost a účinnost kanonu opět vyplývá, z nám již známého, poměru mezi objemem a povrchem. Ten je u kanonu větší ráže opět příznivější, což znamená že nárůst objemu je větší než nárůst povrchu. Z toho plynou značné výhody. Jelikož styčná plocha mezi expandujícími horkými plyny a hlavní je menší, je nižší přestup tepla mezi nimi a tedy i ztráta tlaku plynů pohánějící střelu. Kanony větší ráže tak mají obecně lepší účinnost, respektive větší využití tlaku plynů.

Podle mého může hrát roli i menší procentuální ztráta energie plynů vlivem jejich tření o hlaveň. Část plynů je totiž při jejich pohybu hlavní strhávána jejím povrchem čímž dochází k dalším ztrátám. Teto efekt je přirozeně z výše zmiňovaného důvodu opět u kanonů větší ráže menší. Teoreticky tedy dělo větší ráže bude udělí střele o něco větší počáteční rychlost než menší konstrukčně stejný kanon. Dále i tlakové namáhání hlavně bude úměrně menšímu nárůstu povrchu nižší. Nežádoucí přestup teploty expandujících plynů a jejich tlakové působení na hlaveň tedy s rostoucí ráží klesá.

Nyní, když víme, jak stoupá výkon kanonu s nárůstem ráže, můžeme se blíže podívat, jakým způsobem se zvětší bojová hodnota tanku pokud vzrostou jeho rozměry. Už jsem ukázal, že zvětšováním rozměrů jakéhokoli tělesa roste jeho objem rychleji než jeho povrch. Vrostou li např. rozměry o 14%, vnitřní využitelný prostor tanku vzroste o 50%, kdežto jeho silueta pouze o 30%.

Objem motoru,nádrží,prostor pro osádku,velikost kanonu to vše se zvýší s třetí mocninou nárůstu rozměrů tanku. Jeho silueta ale podstatně méně.

Názorná ilustrace rozdílu ve veliklosti těžkého a středního tanku

Zvýšení palebné síly

Jelikož větší vnitřní prostor mi dovolí do tanku nainstalovat kanon větší ráže,jehož výkony tím vzrostou, jak už jsem ukázal, úměrně více než nárůstu třetí mocnině ráže, vzroste dostřel tanku o více než 50%. Naproti tomu vnější plocha, jež znamená zranitelnost tanku, naroste pouze s druhou mocninou navýšení rozměrů tedy zhruba o 30%. To tedy znamená, že účinný dostřel tanku se zvětší více než jeho silueta .

Pokud tedy tank bude střílet na hranici svého dostřelu, bude pro nepřátelské tanky představovat menší cíl. Jinými slovy čím větší tank je, tím menší se bude pro nepřátele jevit a tím bude obtížnější ho odhalit i zasáhnout. To je jednoznačný klad.

Oproti tomu moment setrvačnosti věže (hmotnost věže krát druhá mocnina vzdálenosti hmoty od osy otáčení věže) naroste teoreticky s pátou mocninou zvětšení rozměrů. Výkon motoru pohánějící věž však vzroste nanejvýš s třetí mocninou. Jelikož poměry převodů zůstanou zachovány, sníží se značně rychlost otáčení. Tank tak bude mít větší problémy s palbou na pohybující se cíle. Tento nedostatek více než vyváží větší dostřel, neboť ve větší vzdálenosti bude úhlová rychlost cíle menší (cíle ve větší dálce se zdánlivě pohybují menší rychlostí). Na kratší vzdálenost to však bude znatelný handicap. Menší rychlost otáčení věže též snižovala schopnost tanku rychle zamířit z jednoho cíle na druhý. Opět to však platí pouze pro kratší vzdálenosti.

Dalším aspektem, jež teoreticky sníží palebnou sílu je menší rychlost palby, neboť podstatně vyšší hmotnost a rozměry střeliva kladou větší nároky na nabíječe. Na druhé straně prostor pro tohoto člena osádky a prostor pro manipulaci se střelivem se též značně zvýší, takže snížení kadence u ráže 85 či 88 oproti ráži 75 nebylo přirozeně tak výrazné. Zde hraje velkou roli lidský faktor, jako je zdatnost nabíječe, jež mohla vyrovnat rozdíl v hmotnosti střeliva. U velkorážních kanonů, jako byl D-25T, však šla rychlost střelby prudce dolů, jelikož nárůst hmotnosti a rozměrů střeliva vyžadoval použití děleného střeliva. Nicméně podle některých zdrojů patřil D-25T k nejvýkonnějším kanonům použitým u sériově vyráběného tanku(IS-2) a jako jeden z mála byl schopen čelně ohrozit na větší vzdálenosti i tank TigerII.

Celkově se ale dá říci, že s velikostí tanku se palebná síla zvýší.

Snížení mobility

Pokud by došlo pouze k nárůstu velikosti motoru, jeho výkon by se nezvýšil s třetí mocninou nárůstu rozměrů, neboť značné navýšení hmotnosti pohyblivých součástí(pístů ,klikové hřídele)a malý nárůst průřezu sacího potrubí mi značně sníží maximální otáčky motoru(je to podobné jako u kanonu kde hmotnost střeliva snižuje kadenci,zde to ale nešlo vyrovnat lidským faktorem). Takže výkon motoru se zvýší zhruba s druhou mocninou, kdežto hmotnost tanku s třetí mocninou nárůstu rozměrů. Tank tak bude mít teoreticky menší počet koní na tunu(měrný výkon), čímž se znatelně sníží jeho schopnost akcelerace. Též moment setrvačnosti (mom.setr. v podstatě vyjadřuje odpor který klade dané těleso vůči změnám rychlosti a směru otáčení vzhledem k určité ose) tanku vzhledem k ose otáčení stoupne více než vzdálenost mezi pásy, takže se sníží manévrovací schopnosti tanku (tank nebude schopen tak rychle měnit směr jízdy). Dalším negativním efektem je malý nárůst plochy pásu, která se též zvýší pouze s druhou mocninou zvětšení rozměrů, v našem případě pouze o 30%. Jelikož hmotnost vzroste o 50% , zvětší se měrný tlak na půdu a sníží průjezdnost terénem. Na druhé straně vzroste i poloměr pojezdových kol čímž se částečně zlepší rozložení hmotnosti na pás. Čistě nárůstem rozměrů tanku se tedy podstatně zhorší mobilita. Na druhé straně kapacita nádrží vzroste terciálně, měrná spotřeba motoru mi z důvodu lepšího poměru objemu válců k povrchu klesne, takže tank by teoreticky měl mít větší dojezd ( aspoň na zpevněném povrchu ).

Zvýšení odolnosti

Kromě síly pancéřování ,jež s nárůstem rozměrů přirozeně vzroste,se zvýší odolnost tanku i z jiných důvodů .Např. objem všech potenciálně nebezpečných prvků tanku,jako jsou palivové nádrže či střelivo vzroste opět s třetí mocninou,kdežto povrch pouze s kvadrátem nárůstu rozměrů. Jelikož schopnost absorbovat teplo je úměrné objemu látky ,kdežto vznětlivost látky roste s povrchem (resp. skrz povrch látka teplo přijímá), bude nebezpečí výbuchu munice či nádrží v případě že v tanku vznikne požár o něco menší. Jde o sice spornou, a asi i relativně malou výhodu, nicméně to mohlo osádce dát o něco větší čas k opuštění tanku (v případě že dostal zásah).

Další věcí jež zvýší bojovou hodnotu stroje je výška těžiště. Ta totiž naroste pouze lineárně v rostoucími rozměry,kdežto hmotnost tanku mi vzroste s třetí mocninou nárůstu rozměrů. Tank tak bude při střelbě daleko stabilnější.

Velikost tanku tedy přináší významný zlepšení některých jeho vlastností ,jako je palebná síla,odolnost,schopnost zůstat neodhalen atd. a je jednou z příčin proč mají, resp. Měly, těžké tanky větší bojovou hodnotu a potenciál. Na druhé straně přináší i značná omezení, s nimiž se musí konstruktéři vyrovnat, z nichž za nejvýznamnější považuji malý nárůst výkonu motoru a velikosti pásů. Dá se říci, že s rostoucí velikostí se tank stává těžkopádnějším. Můžeme ho přirovnat k boxerovi s velkou výdrží, jehož rány jsou velmi přesné a mají smrtící účinek,nicméně frekvence jeho úderů a vůbec pohyb v ringu je pomalejší a méně obratný.

K tomu, aby nárůst výkonu motoru odpovídal nárůstu hmotnosti stroje, muselo by se sáhnout po jeho dalších konstrukčních úpravách. Pokud by se podařilo zvýšit otáčky motoru tak, aby jeho výkon stoupl úměrně svému zdvihovému objemu(což ale nemůže být v principu až takový problém) platily by trochu jiné poměry. I zde totiž platí, že vnitřní objem pro instalaci motoru se zvýší úměrně třetí mocnině nárůstu rozměrů, ale povrch tanku jež je nutné opancéřovat naroste pouze s druhou mocninou rozměrů.

Kdybychom tedy zachovali tloušťku pancéřové ochrany (jaká byla u tanku před jeho zvětšením), vzroste hmotnost pancéřového skeletu podstatně méně než výkon motoru. Tak by bylo možné získat lepší poměr výkonu motoru ku hmotnosti, a tím i větší mobilitu, při zachování stejné síly pancéřování. Tím by částečně odpadl problém s měrným tlakem na půdu,neboť hmotnost tanku by narostla přibližně stejně jako plocha pásů.(toho bylo využito např.u tanku Panther,kde síla pancéřování (myšleno skutečná tloušťka,bez násobení sklonem), oproti tanku Pz-IV, příliš nenarostla,výkon motoru však byl téměř dvojnásobný)

Za předpokladu, že by se podařilo zvýšit otáčky motoru tak, aby jeho výkon vzrostl úměrně třetí mocnině nárůstu rozměrů,pak by poměr výkonu ku hmotnosti stroje zůstane zachován,i když mi s rozměry vzroste mi tloušťka pancíře. Tím je možné získat o něco mohutnější pancéřovou ochranu, která se však negativně nepodepíše mobilitě tanku. Aby však zůstal zachován přijatelný měrný tlak na půdu je nutné zvětšit šířku pásů a použít např.prokládaných kol,či větší počet kol menšího průměru. S tím však souvisí přirozeně další znatelný nárůst hmotnosti. Takže i v tomto případě by se měrný výkon motoru o něco snížil.

Pokud se podíváme na konkrétní technické parametry tanku Tiger, zjistíme, že nárůst výkonu jeho motoru odpovídal přibližně zvětšení jeho zdvihového objemu, tedy oproti motoru Panzer IV se jeho výkon přibližně zdvojnásobil ( jeho rozměry však ne což bylo velké plus). Navýšení pancéřové ochrany však bylo na některých partiích dvoj až (téměř)trojnásobné než u "čtyřky". Hmotnost tanku tedy stoupla podstatně více než výkon motoru. I tak měl však Tiger slušný měrný výkon motoru a i jeho měrný tlak na půdu byl srovnatelný např. s Pz-III, i když za cenu zvýšení šířky celého stroje a s tím spojenými problémy při přepravě železnicí. Zvýšení hmotnosti a rozměrů střeliva vyrovnal větší výkon nabíječe, dostřel tanku se oproti Pz-IV podstatně zvýšil: Na vzdálenost 2000 metrů probíjel KwK 36 pancíř silný 84mm při pravděpodobnosti zásahu 51%, oproti Pz IV jehož kanon probíjel 64mm s 15% pravděpodobností zásahu .Připočítáme li větší ničivý účinek střely uvnitř tanku, je to značný nárůst ( Berme li účinnost kanonu jako souhrn průbojnosti, přesnosti a ničivého účinku střely uvnitř tanku, vyjde nárůst výkonu KwK 36, oproti KwK40,,asi jako trojnásobný, silueta tanku však vzrostla jen přibližně o 40%). Zůstalo však pomalé otáčení věže, navíc závislé na aktuálním výkonu motoru (i při 2500 otáčkách motoru asi třikrát pomalejší oproti T-34/76 ), jenž tank handicapovalo v souboji na krátké vzdálenosti. Obratnost tanku byla díky rekuperativnímu řízení a poměru mezi šířkou a délkou korby poměrně slušná, i když kvalit T-34 nedosahovala. Určitá těžkopádnost tedy, i přes všechny vymoženosti Tigeru zůstala. Částečně i díky právě této těžkopádnosti nebyl souboj s Tigerem pro T-34/76 nemožný(a předem ztracený), což se ukázalo např. v případě bitvy u Pochorovky.

Zdroj:
armor.kiev.ua
wwiivehicles.com
Obrněná technika I, Ivo Pejřích