Проходимость военных машин

Дж.-К.Лармини

Проходимость относится к важнейшим свойствам боевой машины, Не менее важным является это свойство для машин поддержки, хотя в этом случае зачастую исходят из соображений стоимости. Однако проходимость ни потребителями, ни конструкторами или изготовителями не определяется так четко и однозначно, как, другие свойства, такие, например, как огневая мощь или полная масса. Нередко это ведет к тому, что потребитель не имеет ясного представления о возможностях до, проходимости и связанных с ними, тактических ограничениях.

Проходимость зависит от нескольких факторов. Мощность, подведенная к ведущим  колесам, и к.п.д. трансмиссии определяют возможное ускорение в максимальную скорость. Движитель имеет решающее для того, насколько эта скорость может быть сохранена при до неровной местности. Достаточный клиренс предпосылкой к тому, чтобы машина имела возможность преодолевать препятствия, такие как берега водостоков, обломки скал и руины разрушенных зданий, и пользоваться гатями.

И, наконец, необходимо низкое давление на грунт, чтобы не увязала в мягком грунте. Давление на грунт для того, по каким почвам сможет проходить машина и по каким дорогам она может достигать каких целей. Даже если машина не увязнет на мягком грунте, глубокое ее погружение может значительно повысить сопротивление движению и существенно снизить скорость. Машина с низким давлением на грунт погружается на меньшую глубину и поэтому может двигаться быстрее, не имея более мощного или трансмиссии с лучшим к.п.д.

Измерение давления на грунт

Способ для измерения давления машин на грунт должен быть прост в осуществлении и позволять проводить легкую обработку и сравнение колесных и гусеничных машин. Кроме того, давление на грунт должно определяться в отношении к несущей способности почвы  в предполагаемой области боевого использования, чтобы заранее можно было оценить пригодность равнинной местности и склонов для движения.

Широко распространенным показателем является среднее удельное давление на грунт, которое используется прежде всего при оценке проходимости гусеничных машин. Удельное давление на грунт опреде­ляется отношением массы машины к площади опорной поверхности гусе­ниц, но, строго говоря, относится только к твердым грунтам и не учи­тывает ни диаметр и расстояние между опорными катками, ни передавае­мую юли нагрузку, ни конструкцию гусеницы. Кроме того, оно не поз­воляет сравнивать гусеничные и колесные машины. Необходимо отметить, что изготовители шин также работают с понятием удельного давления на грунт, однако в качестве расчетной принимают площадь пятна кон­такта шины с полотном дороги на твердом грунте, которая несоизмерима с площадью опорной поверхности гусеничных машин.

Армия США уже много лет применяет показатель конусного индекса, или показатель VCI (Vehicle Cons Index), который пригоден как для колесных, так и для гусеничных машин и в сочетании с относительным конусным показателем RCI (Rating Cone Index) используется для определения несущей способности грунта и позволяет оценивать пригодность местности для движения. Измерения показателей VCI и RCI образуют вместе показательную и относительно надежную систему для определения ориентировочных значений. Однако проблема состоит в том, что показатель VCI выводится из комплексного уравнения с многочисленными параметрами и должен быть определен с помощью диаграммы. Несмотря на наличие многих коэффициентов, кото­рые входят в уравнение, некоторые важные параметры не учитываются. Поэтому такой способ измерения должен рассматриваться как недостаточный и непрактичный.

Относительный конусный показатель (показатель RCI)

Наиболее простая проверка прочности или несущей способности грунта состоит в определении сопротивления вдавливания стержня в грунт. Более точные результаты измерений получают в том случае, если вместо стержня используют конусный пенетрометр. Это измерительный стержень с коническим острием на нижнем со встроенным динамометром на верхнем; пенетрометр измеряет силу, которую необходимо приложить, чтобы вдавить конусное острие в грунт. Результат обозначается как конусный индекс, или показатель RCI. Если машины движутся по сырому мелкозернистому грунту, то нарушается его структура и вследствие этого изменяется его несущая способность. Это изменение выражается относительным числом, которое называется коэффициентом нарушения. Относительный конусный показатель (кПа)=конусный показатель (кПа)х коэффициент нарушения (без размерностей).

Если фактический коэффициент нарушения невозможно определить, рекомендуется принимать его значение для военных машин равным 0,8: RCI = 0,8 х CI.

Вооруженные силы США и Великобритании накопили богатый опыт с применением конусного пенетрометра и измерением показателя RCI.

Значительно более реалистический и простой метод состоит в измерении эффективного давления на грунт. Государственный центр по НИОКР в области вооружения Великобритании (RARDE) осуществлял многочисленные измерения давления на грунт среди гусеничных машин с различными движителями. При этом не случайно выяснилось, что давление на грунт под опорными катками принимает максимальные значения, величина которых зависит непосредственно от распределе­ния нагрузок по опорным каткам.

За счет усреднения этих максимальных значений получается эффективное давление на грунт, которое хорошо скоррелировано с ходовы­ми качествами. Кроме того, было установлено, что этот параметр мо­жет быть выведен из простого уравнения, в которое входят лишь зна­чения массы машины, ширины и шага гусеницы, количества и диаметра опорных катков.

Равноценный способ был разработан для колесных машин. Этот способ базируется на обоснованных и широко распространенных пара­метрах грунтов, применяемых армией США. При этом эффективное давление на грунт выводится из ширины профиля, диаметра и величины де­формации шины. Эффективные давления на грунт для колесных и гусе­ничных машин сравнимы друг с другом, и с помощью американской сис­темы RCI могут быть установлены их связи  с несущей способностью грунта.

Так как удельное давление на грунт оказалось нецелесообразным показателем, остается только выбор между показателем VCI и эффективным давлением на грунт. Ни один из указанных способов не является совершенным, и их применение на различных машинах ведет к различиям в оценке.

Применение эффективного давления на грунт может основываться на новейших результатах исследований, в том числе также на резуль­татах исследований, полученных подобными учреждениями армии США. Этот способ оказался полезным и надежным и был принят как британ­ским министерством обороны, так и промышленностью для колесных и гусеничных машин.

                      Таблица 2

Эффективное давление на грунт

Эффективное давление на грунт (P_о') можно вывести для колесных и гусеничных машин из их параметров следующим образом:

для гусеничных машин –

где: P_о'   - эффективное давление на грунт (кПа);

F    - масса машины (кг);

n    - количество осей;

µ   - показатель опорной поверхности гусеницы (опорная поверхность / 1хd);

b     - ширина гусеницы (м);

l     - шаг гусеницы (м);

d     - диаметр опорного катка (м);

эффективное давление на грунт для колесных машин на мелкозер­нистом (связном) глинистом грунте –

где: P_о' - эффективное давление на грунт (кПа);

к - коэффициент осей;

F- масса машины (кг);

n - количество осей;

b - ширина профиля шины (м);

d - диаметр шины (м);

б/h - деформация на твердом грунте (%)

Коэффициент осей

Вышеуказанные данные действительны при условии, что дифференциалы промежуточных осей заблокированы. Если даже заблокированы дифференциалы колес, эквивалентное эффективное давление на грунт ( Р_о'' ) улучшается следующим образом:

Влияние движения по кривой

Движение на поворотах влечет за собой повышение сопротивления движению и может значительно снижать скорость на мягких грунтах. Почти все гусеничные машины осуществляют поворот за счет различных скоростей обеих гусениц (управление посредством тормозов). Но этот способ управления создает максимальное сопротивление, так как бегающая гусеницы должна воспринимать всю силу тяги и преодолевать дополнительно тормозное действие отстающей гусеницы. У обычных колесных машин, имеющих более чем одну неведомую ось, подобный эффект возникает за счет проскальзывания отстающих колес.

При всех способах максимальное значение подвижности определяется при движении по прямой, так что влияние движения по кривой должно учитываться посредством коэффициентов. Бронированная колесная машина с обычным рулевым управлением с поворотными кулаками и только одной неведомой осью может иметь, например, давление на грунт на 20% больше, чем другая колесная или гусеничная машина с управле­нием посредством тормозов, и обладать, однако, сравнимыми ходовыми качествами.

Машине необходимо время, чтобы увязнуть в мягком грунте, так что ходовые качества с возрастанием скоростей повышаются. Более высокая скорость, к тому же, обеспечивает больший момент инерции, с которым могут быть легче преодолены труднопроходимые участки местности. Поэтому предпосылками для хороших ходовых качеств на мягком грунте являются мощность, подведенная к ведущим колесам, и послуш­ность в управлении.

Клиренс и размеры машины

Потеря проходимости (застревание), как правило, наступает тог­да, когда машина погружается так глубоко, что садится днищем корпу­са или осью на грунт. Здесь преимуществом является большой клиренс, так как грунт на определенной глубине зачастую обладает большей несущей способностью, чем непосредственно на поверхности.  В этом случае машины большего размера, несмотря на более высокое давление на грунт, имеют преимущество, так как они со своим большим клиренсом могут достигнуть этого слоя, обладающего достаточной несущей способностью, не садясь на него.

Рис.1.  Большой клиренс имеет важное значение, если машина должна обладать проходимостью также и на мягком грунте

Сцепление шин и и гусениц с дорогой

На топких и однородных почвах сцепление не играет большой роли. Однако при движении по мягкой поверхности с более твердым основа­нием, например на дернистом грунте, гусеница, имеющая большее сцеп­ление, может лучше опираться на основание мягкого грунта. Хотя в уравнении по определению эффективного давления на грунт отсутствует показатель, учитывающий сцепление гусениц, на практике же это не важно, так как почти все гусеницы оснащены относительно мягкими резиновыми башмаками, чтобы не повредить дорожное покрытие, даже если от этого страдает подвижность на мягком грунте. Шины с рисунком протектора повышенной проходимости также представляют собой компромисс между хорошим сцеплением на местности и высокими ходовыми качества­ми на шоссе и поэтому используются ограниченно.

Поиски однозначных конструктивных преимуществ

Только если потребитель может однозначно определить требуемую подвижность на местности, конструктор в состоянии разработать ма­шину с соответствующим давлением на грунт.

Конструктор должен знать, какую местность должна преодолевать машина и при каких метеорологических условиях. При этом рекомендует­ся подразделение на основные и дополнительные требования, выполне­ние которых считают обязательным или, соответственно, желательным.

Соблюдение этих условий может сделать ненужными длительные дискуссии о выборе типа движителя или о комплексности транспортных машин. Как только будут выполнены обязательные основные требования, от других факторов, таких как, например, стоимость, будет зависеть, насколько учитываются более сложные дополнительные требования.

В таблицах содержатся значения эффективных давлений на грунт для некоторых машин, или иначе достаточные и желательные давления на грунт для двух взятых в качестве образца типов грунта. Как видно, немногие машины достигают даже лишь приближенно идеаль­ного значения.

Механики-водители учатся, как правило, быстро объезжать труд­нопроходимые участки местности. Солдаты всегда должны были считать­ся с условиями местности. Так как боевая подготовка в условиях мир­ного времени редко проводится при проливном дожде на вязком грунте и во время учений необходимо обращать внимание даже на исключение, по возможности, повреждения полей, поэтому предел проходимости машин редко реализуется.

Однако в случае войны тактическая обстановка не считается с погодой. Недостаточная проходимость может значительно ограничить тактические возможности боевого использования боевых машин, так что основная тяжесть боя ляжет на спешившуюся пехоту. Недостаточная проходимость транспортных машин может вынудить разместить пункт снабжения на месте, которого легко можно достигнуть, но в тактичес­ком отношении не выгодном.

Результатом технической и финансовой необходимости при конструи­ровании машин становится в настоящее время все более высокое давле­ние на грунт. Однако последовательное принятие во внимание таких критериев, как эффективное давление на грунт, не приведет немедлен­но к резкому улучшению проходимости. Но тем не менее, количественная оценка предельных значений обострит сознание необходимости этого и положит конец будущим стремлениям к снижению номинального значения этого показателя.

Уместна осторожность, если необходимо сравнивать друг с другом машины различных весовых классов. В то время как масса машины с увеличением габаритов возрастает в третьей степени, опорная поверх­ность увеличивается только в квадрате. Поэтому машины большего раз­мера неизбежно обладают более высоким давлением на грунт. Этот не­достаток отчасти компенсируется за счет более выгодной геометрии машины и, прежде всего за счет большего клиренса.

Привод на все колеса - да или нет?

Хотя вообще существует мнение, что нельзя отказываться от при­вода на все колеса для вездеходных колесных машин, однако машины без такого привода легче и дешевле и при правильном определении раз­меров шин могут вполне соперничать с машинами, имеющими привод на все колеса. Немецкий легковой автомобиль высокой проходимости со съемным тентом (открытая модель обычного автомобиля) и 0,75-тонный грузовой автомобиль "Бэдфорд" (Bedford) периода второй миро­вой войны имели эффективное давление на грунт 282 и, соответствен­но, 347 кПа. Обе машины имели привод только на два колеса, но, в связи с их небольшими размерами, едва ли могли перегружаться. Современный 3-тонный грузовой автомобиль британской армии с приводом за четыре колеса при сохранении допустимой общей массы достигает эффективного давления на грунт 432 кПа, но часто перегружается.

Большая по длине машина имеет достаточно места для четырех осей. Если же все оси ведущие, то дополнительная сила тяги расхо­дуется на прирост массы силовой передачи ко второй управляемой оси. Дополнительные трудности возникают вследствие того, что этот при­вод проходит под раздаточной коробкой. С другой стороны, вторая управляемая ось уменьшает опасность увязания, поэтому необходима меньшая сила тяги. Улучшенная управляемость может использоваться водителем, чтобы легче преодолеть труднопроходимые участки местнос­ти. Вообще проходимость тем лучше, чем больше осей - даже неведущих - имеет машина. Этот факт, установленный на основании опыта, подтверждается тем, что в этом случае машина имеет более низкое эффективное давление на грунт.

Рис. 2. Сохранение  допустимой ширины машины и экономия на затратах на дополнительные оси ведет к тому, что тяжелые грузовые автомобили также имеют высокое давление на грунт. Машина 8х6 с четырьмя осями (три из них ведущие) менее глубоко погружается в мягкий грунт, чем грузовой автомобиль 6х6 с приводом на все колеса и поэтому нуждается в меньшей мощности привода.

Категория грунта и тактическое использование местности

Давление машины на грунт показывает, на какой местности может действовать эта машина. Чтобы, однако, иметь возможность оценить пригодность местности для движения в конкретном случае, необходимы специальные знания. Так, должны быть известны не только различные категории грунта и их свойства. Командир общевойскового соединения, более того, должен также уметь оценить, как эти свойства изменяются под влиянием различных метеорологических условий или при сельскохозяйственном использовании.

В Европе большая часть учебных полигонов находится на песчаных полупустынных территориях. Почвы в засушливых безводных областях чаще всего покрыты коркой или поросли низкой мелкой зарослью и практически могут воспринимать любое давление на грунт. Почвы пахотных земель в большинстве случаев мелкозернистые и связанные; они содержат относительно много глины или суглинка и ведут себя, когда по ним осуществляется движение, совершенно иначе, чем несвяз­ный песок, который является довольно крупнозернистым и имеет высо­кое сопротивление трению. Вообще влажная пахотная земля является более труднопроходимой, чем сухой песок, что должно при конструировании машины.

Если командир общевойскового соединения не располагает данными о проходимости своих по бездорожью, он должен будет руководствоваться собственным опытом. При указании  района сосредоточения и рубежей развертывая войск исключать территории с мягким грунтом и с выраженными неровностями, которые считаются непроходимыми. Маршруты должны определяться таким образом, чтобы их могла преодолевать колонна, имеющая в своем составе машину с наихудшей проходимостью. По этой причине нередко может возникнуть ситуация, когда большие участки местности не смогут выгодно ис­пользоваться в тактическом отношении.

Танковое подразделение, действующее в авангарде, например, вело бы себя тактически правильно, если бы оно выбрало максимально за­щищенный от наблюдения и неприятельского огня маршрут. Однако та­кой маршрут ведет, как правило, через участки местности, которые чаще всего имеют высокую влажность. Таким образом, подразделение может быть вынуждено выбирать в тактическом отношении менее выгод­ный маршрут. БТР на колесном шасси, имеющий при сухой погоде неограниченную проходимость, во время дождя может увязнуть в грязи далеко от своей цели, так что пехота должна будет пешком достигать своего района боевых действий и отказаться от огневой поддержки своих машин.          

Рис. 3. Бронированные колесные машины о массой более 10 т чаще всего имеют высокое давление на грунт и часто могут двигаться в стороне от дорог только при очень сухой погоде или сильном морозе. БТР, который во время дождя не может достигнуть района боевых действий, дополнительно вынуждает пехоту, и без того несущую основную тяжесть боя, к длительному пешему маршу.

Оценка местности

Военнослужащие в любом звании - от механика-водителя и командира  машины до командующего на поле боя - должны развивать свою спо­собность к оценке местности в отношении ее пригодности для движения. В кавалерии оценка местности и навык в верховой езде на местности были естественными элементами боевой подготовки. В настоящее время  все военнослужащие должны быть осведомлены о давлении на грунт и о несущей способности грунта так же хорошо, как об обращении с двигателем  и с коробкой передач.

Во время тактико-специальных учений командиры машин учиться не только тому, как выбрать позицию или оценить сектор обстрела, но и тому, как узнать пригодность местности для движения машин, так как от этого может зависеть боевое использование собственной. огневой мощи или выбор противником маршрута подхода. Если известно, что машины противника, вследствие их высокого давления на грунт, должны избегать определенных участков  местности или им дано указание двигаться по определенному маршруту, то легче установить оптимальные огневые позиции.

В мирное время обучение вождению на местности ограничено по типу и объему. Тактико-специальные учения, напротив, могут проводиться с малыми затратами на местности, которая представительной для будущих боевых действий, чтобы обучать механика-водителя и командира танка оценке местности в более реальных условиях. Для этого необходимо только объездить различные типы местности с несколькими машинами, чтобы собрать данные и сфотографировать ти­пичные участки местности.

Рис. 4. Обучение вождению предполагает движение по грунту с несущей способностью, которая должна соответствовать режиму интенсивной боевой подготовки. Так как учебными полигонами яв­ляются чаще пустыри, не используемые в сельском хозяйстве, они предъявляют менее высокие требования к проходимости машины, чем пахотные земли, так что "свежеиспеченный" механик-водитель часто слишком оптимистично оценивает ситуацию.

Заключение

Все специалисты, принимающие окончательное решение по приобре­тение военных машин, должны основательно заниматься вопросами давлении на грунт и его влияния на тактические боевые качества воен­ных машин. В конечном счете, тактика боевых действий зависит от того, какие маршруты могут использовать эти машины, каких целей они должны достигать и на какой скорости они могут двигаться. Конструирование и приобретение военных машин в будущем не будут возможны без точного учета давления на грунт как инструмента оцен­ки их проходимости.

Таблица 3

Значения эффективного давления на грунт колесных и

гусеничных машин

Примечание:

µ - показатель опорной поверхности гусеницы (опор­ная поверхность/Iхd    - см. табл. 2).

* - приблизительное значение.

Если масса неизвестна (-), значения  Р_о'   взяты из непроверенных источников. При расчете значения   P_о'    для колесных машин исхо­дили из номинального давления воздуха для дорожной эксплуатации и 18-процентной деформации шин. Шины различных изготовителей, нес­мотря на  одинаковые данные, имеют существенные различия в размерах.

Таблица 4

Рекомендуемое эффективное давление на грунт

Примечание. Числа в скобках относятся к более высоким допусти­мым давлениям на грунт при использовании рулевого управления с по­воротными кулаками. Большинство гусеничных машин, а также некото­рые колесные машины имеют управление посредством тормозов, при ко­тором движение по кривой (на повороте) достигается за счет затормаживания отстающей гусеницы или отстающих колес.

Литература

1.     D.Rowland und J.W.Peal: Soft Ground Performance Prediction and Àssåsàmånt for WhesLed and Tracked Vehicles. Proceedings of the Institute of Mechanical Engineers, Grossbritannien, No 205/75.

2.     D.Rowiand: A Review of Vehicle Design for Soft Ground Operation. Proceedings of the International Society of Terrain-Vehicles Systems (ISTVS), 1975.

3.     J.C.Lazminie: Standards for the Mobility Requirements of Military Vehicles. Eingeraicht beim britischen Zweig der ISTVS, 1986.

MAJOR J.C.LARMINIE.

GELANDEGANGIGKEIT VON MILITARFAHRZEUGEN.INTERNATIONALE WEHRREVUE, 1988, No 4.