总体布局
KV-2重型坦克采用KV-1坦克底盘，沿用了原车的总体布局布置，由前至后分别为：驾驶室、战斗室和动力舱，为动力-传动装置后置的总布置方案。KV-2重型坦克战斗全重为52吨，乘员为6人：车长位于火炮右侧，左手推弹入膛；炮长和辅助装弹手，位于火炮左侧；驾驶员，位于车体前部中央；前机枪手，位于驾驶员的左侧；后机枪手，位于炮塔内车长的后方[18] 。
武器系统
KV-2重型坦克的火炮口径为缩短身管长度的改型152毫米口径M-10型榴弹炮。弹药基数为36发。该炮可以发射52千克的高爆弹，而海军同口径的1915/28型被帽穿甲榴弹也可由KV-2坦克炮发射，由于该种炮弹一般只有海军使用，而且库存很少。除了高爆弹及被帽穿甲弹外，KV-2重型坦克的M-10榴弹炮还可以使用穿甲弹和反混凝土炮弹。辅助武器为3挺DT-MG型7.62毫米机枪，分别是并列机枪、炮塔后机枪和车体前机枪。机枪采为转鼓供弹方式，最大射速为500发/分，机枪弹的弹药基数为2475~3087发。辅助机枪使KV-2坦克有付步兵的防御能力。
车载观瞄仪器有：炮长用望远式直接瞄准镜、倍率为4倍；回转式潜望观察镜，倍率为2倍；间接瞄准具和象限仪；各机枪用的瞄准具等。火炮的俯仰和炮塔旋转均为手动式
KV-2重型坦克的动力装置为V2K型V型、12缸、水冷、直接喷射式柴油机。该种柴油机和T-34坦克上使用的V2柴油机都是苏联坦克上最早采用的柴油机。V2K型柴油机的缸径为150毫米，气缸排量为38.88升，最大功率为600马力。
KV-2重型坦克的传动装置包括：多片式摩擦离合器、滑动啮合式手动变速箱、转向机构、侧减速器等。这种滑动啮合式变速箱，有5个前进档和一个倒档。坦克的行动装置采用独立扭杆式悬挂装置和单销式履带推进装置，每侧有6个中等直径的负重轮和3个托带轮，诱导轮在前，主动轮在后。坦克的最大速度为26千米/小时，最大行程为250千米(越野)。实际上，由于变速箱的问题，坦克很难跑到最大速度。动力装置上的不足，成为KV-2重型坦克最大的短板[3] [18] 。
防护系统
KV-2重型坦克车体为钢装甲全焊接结构，前方的正面和侧面的基本装甲厚度为75毫米，后期的KV-2坦克正面装甲厚度增加到100毫米，还可以加装30~40毫米厚的附加装甲。该坦克的巨大炮塔采用钢板焊接结构，装甲厚度为75毫米[18] [8] 。
KV-2重型坦克上装有9R型无线电台，利用4米长的天线，通话距离达24千米。车上还有固定式灭火瓶、空气起动系统、冬季用的防滑履带板等[11] 。
参与实战
1942年6月23日，在德国发动入侵苏联的“巴巴罗萨计划”的第2天，KV坦克即在立陶宛境内和德军坦克发生激战。当时驻守的苏联西北方面军的第3机械化军拥有KV-1、KV-2坦克共52辆。部队前往多比萨河方向（Dubissa river）阻击正沿干道奇尔基特-夏维利亚大街前进的德军
毫米炮弹留下的，而37毫米炮弹连一个坑都没有留下。正当德军检查完毕登上KV-2时，坦克炮塔开始旋转。结果德国兵不得不跟着炮塔一起跑，以免被机枪射中。最后，德军工兵撬开了KV-2炮塔舱盖，投入几个手榴弹杀死了乘员，才结束战斗
德军开始调用炮兵轰击，但是KV坦克仍步步紧逼，一门德军150毫米榴弹炮在100米距离击中一辆KV（没有型号说明）坦克，它马上停下了，但是正当德军庆祝胜利时，KV坦克再次启动，并且在目瞪口呆的德国炮兵面前压扁了榴弹炮，继续前进。
1941年6月24日清晨，德军的救援纵队从拉斯叶尼亚市出发企图和桥头堡联系，KV-2坦克首先击毁了12辆德军卡车，它挡住了通往两个桥头堡的道路，同时第2坦克师主力正在和北部桥头堡的德军发生血战，在得到KV-2坦克第一次阻击胜利的报告后，苏军第2坦克师士气大涨，攻势进一步加强。德国第6装甲师立即呼叫友邻王牌部队第1装甲师对阻挡道路的KV-2坦克进行侧面袭击。24日下午，第1装甲师派出6门崭新的50毫米Pak38反坦克炮和精选炮手班组向KV-2隐蔽前进，在550米距离架设阵地开炮猛轰，德军共射击7发，命中率100%，但毁伤效果为零。苏军KV-2坦克随后将这6门火炮全部摧毁。
德军决定使用更大的火炮，位于拉斯叶尼亚近郊的第298高射炮营的一门88毫米炮经过精心伪装后，由牵引车牵引接近KV-2坦克。为了隐藏自己，德国人躲在卡车残骸后面慢慢前进，但是KV2的乘员凭借直觉将炮塔一直跟随他们活动。在接近到900米时，德军炮兵开始布设阵地，此时KV2连续两炮接连摧毁了德军火炮和牵引车。一些德军冲上来试图拖回伤兵，KV-2的机枪顺便将他们也一并报销。24日夜间，德军出动工兵：第57装甲工兵营的一个特遣队趁着夜幕匍匐前进，用双倍于通常用量的炸药对KV-2车体进行爆破。KV-2没有被摧毁，反而机枪猛烈扫射，德军无法抬头只得爬了回去，只有一个工兵前往确认爆炸效果，发现炸药虽然炸断了履带，但是对装甲丝毫没起作用，他在离开前用小型炸药包对KV-2的152毫米火炮进行爆破，但同样收效甚微。
由于北侧的苏军已经失败，德第6装甲师派出一个35T坦克排在1941年6月25日从桥头堡出击，开到了那辆KV-2驻守的十字路口，并隐藏在灌木丛中。此时在十字路口另一侧，德军从拉斯叶尼亚市再次运来一门88毫米高炮，为了分散苏联坦克兵的注意力，35T坦克排在后面不断地向它射击，正面的88毫米炮趁机进入位置并连续6炮命中KV-2坦克。但苏军坦克并没有燃烧，而35T上的德国坦克兵纷纷跳下来确认战果，令他们大惊失色的是：6枚88毫米炮弹只有2枚击穿了KV2的装甲，另外确认到7个很浅的凹坑，这是50毫米炮弹留下的，而37毫米炮弹连一个坑都没有留下。正当德军检查完毕登上KV-2时，坦克炮塔开始旋转。结果德国兵不得不跟着炮塔一起跑，以免被机枪射中。最后，德军工兵撬开了KV-2炮塔舱盖，投入几个手榴弹杀死了乘员，才结束战斗。
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