Війна в Україні показала зростання необхідності наземних роботизованих платформ (НРП) при виконанні бойових задач, логістичних задач та задач щодо пошуку та евакуації поранених. Перші НРП з’явилися ще в 20-х роках ХХІ ст., але більш масштабні та системні роботи почалися в 2000-х роках, поштовхом для чого стало зниження вартості систем навігації та автоматизованого керування транспортними засобами. Починаючи десь з 2020 року українські розробники почали працювати над своїми НРП, протягом деякого часу ми побачили перші як від приватних компаній так і від підприємств "Укроборонпрому".
Формування загального обліку НРП здійснюється на основі сформованих бойових завдань, які планується покладати на такі бойові одиниці. Загальний облік НРП як бойового транспортного засобу необхідно сформувати, виходячи із ваги і типу корисного навантаження, дальність та умови застосування, тривалість автономної роботи, тип та рівень захищеності системи керування НРП. Проведений аналіз показав різноманітні підходи українських розробників до побудовані свої НРП.
Читайте також: Rolls-Royce створить для німецького безпілотного винищувача двигуни, що натякає на розв'язання проблеми з Францією
В більшості дослідженнях та аналізі живучості НРП увагу сконцентровано пасивних та активних засобах захисту, помітності, прихованості та захищеності системи керування та навігації.
Але окрім вищезгаданих властивостей та систем, що впливають на живучість НРП, загальний принцип компонування та параметри рухомості мають великий вплив на ЖИВУЧІСТЬ. Непродумане загальне компонування, недосконалий рушій можуть призвести до застрягання та перекидання, які з ймовірністю 0.7 можна вважати втратою НРП!
Тому наша увага буде зосереджена на аналізі та оцінці:
- принципу побудови загального компонування;
- схем розташування камер огляду;
- типів та структур рушія;
- способів повороту та особливостей їх застосування в НРП;
- типів та структур підвісок елементів рушія.
Загальне компонування
Для отримання необхідних тактико-технічних характеристик (ТТХ) необхідно розробити оптимальне загальне компонування НРП. В залежності від виду корисного навантаження НРП діляться на (рис.1):
- бойову (рис.1, а);
- вантажно-бойову (рис.1, b);
- вантажна (рис.1, c).
Для успішного виконання бойових задач НРП повинен долати вказану відстань по пересічній місцевості. Враховуючи, що переважна частина НРП мають колісне шасі, то ТТХ рухомості повинні відповідати ідентичним ТТХ БТРів, а саме: кут підйому/спуску, не менше 30 град., кут нахилу не менше 20 град.
Враховуючи набагато менші габаритні розміри НРП, в порівнянні з БТР, важливим є здатність пересікання колій озброєння та військової техніки (ОВТ) танків: САУ, БМП, БТРів, бронеавтомобілів. Їхні колії залишаються в зонах активного ведення сухопутних операцій. Колії ОВТ на м’якому ґрунті, особливо у весняні та осінні періоди, можуть досягати великої глибини. Тому, враховуючи середній кліренс ОВТ 350 мм, важливим параметром для рухомості НРП є долання в обох напрямках стінки висотою 350 мм.
Деякі ТТХ рухомості НРП:
- Кут підйому/спуску, град: не менше 30 градусів
- Кут схилу: не менше 20 градусів
- Висота стінки (рух в обох напрямках): не менше 350 мм
- Кліренс: не менше 200 мм
Звісно, при проектуванні на етапі розрахунків варто враховувати те, що при русі по нерівній місцевості відбуваються коливання корпусу, додатковий нахил корпусу за рахунок підвіски, та прогинанню шин коліс та вгрузання коліс. Тому спрощену розрахункову схему для статичних умов (рис 2, а-d) варто привести до схеми для динамічних умов, шляхом розрахунку впливу: коливання корпусу, нахилу корпусу під дією підвіски, пригинання та вгрузання шин або шляхом динамічного моделювання руху HРП.
Для бойових та вантажно-бойових необхідно включити в розрахунок крутний момент, що створює сили віддачі озброєння при стрільбі - F, яка має максимальне значення при мінімальному нахилу озброєння, при його спрямуванні підйому. В цьому випадку плече Hf сили F буде найбільшим, тому в розрахунках потрібно використовувати таке положення зброї (рис. 3, c, d).
Схеми розташування камер огляду
Ще один параметр загальної компоновки, - це висота розташування камер огляду, завдяки яким оператор керує НРП. Сучасні камери огляду мають технічні параметри, що забезпечують якісне зображення. Більш розповсюджені для наших широт є лукові (лугові) трави, висота яких може сягати 600 мм. Степове високотрав'я може сягати висоти більше 1 м (рис.4).
Тому для якісного огляду і ефективного керування НРП, необхідно забезпечити максимально безперешкодне огляду місцевості, тому висота розташування камер огляду повинна складати не менше 1000 мм. Це забезпечить вчасне виявлення різноманітних перешкод, які можуть привести до виведення із ладу НРП або його перекиданню.
Достатньою мінімальної кількістю є 2-ма камери: фронтальна та задня (рис. 5, а1, а2), найефективнішим є рішення з 4-ма камерами: фронтальна, задня та 2 бокові (рис.5, b1, b2). Допускається встановлення задньої камери на висоті 500 мм, звісно найменше ефективною є схема розташування камер "а1" на рис. 5, а найбільш ефективною - "b2".
Типи та структура рушія
В конструкції НРП використовуються такі типи рушіїв: колісний, гусеничний, крокуючий. Розглянемо та порівняємо колісні (рис 6, а), гусеничні (рис 6, b) та колісно-гусеничні рушії, які випростовуються на НРП українського виробництва.
Колісний рушій. Переваги - простота конструкції, уніфікація агрегатів та деталей. Недоліки - середній рівень прохідності, низький рівень живучості.
Гусеничний рушій. Переваги високий рівень прохідності, високий рівень живучості, простіший метод подачі крутного моменту. Недоліки - складніша та дорожча конструкція, складніший ремонт.
Колісно-гусеничний рушій. Переваги - високий рівень прохідності, вище середнього рівень живучості, висока швидкість руху по твердих покриття в режимі "колісний". Недоліки - вимагає конструкції корпусу з вільним простором між колесами одного борту, необхідна наявність режиму керування зміною швидкості коліс одного борта, додаткова вартість гусениць.
Типи малюнка протектора
В більшості НРП з гусеничним рушієм використовуються гумові або гумо-металеві суцільні стрічки. Такі стрічки можуть мати різноманітні малюнки протектора (ґрунтозачепів) як і колісні шини. Правильно вибраний малюнок протектора має велике значення для прохідності. Є два типи схем протекторів для шин і стрічок із високою прохідністю: 1. Спрямованого типу, схема типу ялинка (рис. 7, а); 2. Неспрямованого, або 2-ох стороння (рис. 7, b).
Малюнок спрямованого типу (схема типу ялинка) протектора. Переваги: висока прохідність в одному напрямку, уніфікованість з автомобільною та сільськогосподарською технікою. Недоліки: низький рівень прохідності в зворотному напрямку, низький рівень зчеплення при русі по твердій поверхні, низький рівень бокового зчеплення при русі під нахилом.
Малюнок неспрямованого типу. Переваги: висока прохідність в обох напрямках, середній рівень зчеплення при русі по твердій поверхні, високий рівень бокового зчеплення при русі під нахилом. Недоліки: деякі моделі шин мають високу вартість в спеціальному "Оffroad" виконанні.
Довгий досвід та аналіз властивості прохідності шин для "Оffroad" застосування однозначно виявив те, що шини неспрямованого типу мають сумарну ефективність вищу ніж шини спрямованого типу.
Матеріал та структура коліс НРП
Вітчизняні виробники експериментують з різноманітними колесами для НРП. Розглянемо властивості різноманітних типів коліс за матеріалом та структурою, а саме такі:
- суцільнометалеві (рис. 8, а)
- колеса з повітряними гумовими (камерні або безкамерні) шинами (рис. 8, d)
- колеса з шинами суцільною (або з декількох окремих секторів) гумою (рис. 8, c)
- колеса з повітряними гумовими шинами з вбудованою проставкою типу "RunFlat" (рис. 8, d)
- колеса з безповітряними гумовими шинами (рис. 8, 1e)
Суцільнометалеві (рис. 8, а). Переваги: висока живучість, довговічність. Недоліки: слизькі на твердих та мерзлих покриттях, відсутність еластичності, шум на твердих та мерзлих покриттях, посередній рівень прохідності.
Колеса з повітряними гумовими шинами (рис. 8, d). Переваги: висока прохідність, висока швидкість, високий рівень щеплення на різних покриттях, низький рівень шуму. Недоліки: низький рівень живучості.
Колеса з шинами з суцільною гумою (рис. 8, c). Переваги: рівень прохідності на ґрунтах - вище середнього, високий рівень живучості. Недоліки: низький рівень щеплення на твердих та мерзлих покриттях, високий рівень шуму на твердих покриттях, низький рівень живучості, низька еластичність.
Колеса з повітряними гумовими шинами з вбудованим "RunFlate" (рис. 8, d). Переваги: висока прохідність, висока швидкість, високий рівень щеплення на різних покриттях, середній рівень живучості, низький рівень шуму. Недоліки: низький рівень прохідності у випадку пошкодження шини, низька швидкість руху у випадку пошкодження шини.
Колеса з безповітряними гумовими шинами (рис. 8, 1e). Переваги: висока прохідність, висока швидкість, високий рівень щеплення на різних покриттях, високий рівень живучості. Недоліки: висока вартість, мала номенклатура шин тому, що безповітряні гумові шини знаходяться на початковому етапі розвитку.
Способи повороту та особливості їх застосування в НРП
Колісні НРП можуть здійснювати поворот такими способами:
- поворотом керованих коліс відносно повздовжньої осі шасі
- зміною швидкості коліс одного борту відносно іншого
- зміною кута міх секціями шасі зчленованого НРП
Гусеничні та (колісно-гусеничні) можуть здійснювати поворот такими способами:
- зміною швидкості коліс одного борту відносно іншого
- зміною кута міх секціями шасі зчленованого НРП.
Кожен із способів має переваги та недоліки як способу, так і їх застосування.
Поворот керованими колеса відносно подовжньої осі шасі може бути реалізовано розташуванням керованих коліс на передній осі (рис.9, а), розташуванням керованих коліс на задній та передій осі з середньою віссю некерованих коліс (рис.9, b) та усі керовані колеса (рис.9, c).
Переваги: проста конструкції при відсутності приводу на керовані колеса, можливість реалізації косого руху в схемі з усіма керованими колесами.
Недоліки: зниження прохідності на повороту, в зв’язку з тим що кожне колесо іде по індивідуальній траєкторії, складність подачі крутного моменту на керовані колеса.
Переваги: висока прохідність на повороті, бо колеса (гусениці) одного борту ідуть по єдиній колії, керування заднім ходом аналогічне руху вперед.
Недоліки: складність подачі крутного моменту (для колісного).
Переваги: висока прохідність на повороті, бо колеса (гусениці) одного борту ідуть по єдиній колії, керування заднім ходом аналогічне руху вперед.
Недоліки: вища загальна вага в порівнянні односекційного рівної вантажопідйомності, неможливість перевезення довгих вантажів, низька стійкість на повороті, ослаблене місце - шарнірне з’єднання.
Типи та структура підвісок елементів рушія
Підвіска НРП забезпечує плавність рух по місцевості та знижує коливання підресореної частини, що забезпечує довговічність агрегатів та систем НРП, точність ведення вогню та ергономічність перевезених людей. В сучасних НРП реалізовано різноманітні підвіски від жорстких і до активних, усі типи мають свої переваги та недоліки.
Підвіски поділяють на: підвіски з жорстким кріпленням елементів ходової (без пружних та демферних елементів ) (рис.12, а, с) та підресорені ( з пружинними та демпферними елементами (підресорені) (рис.12, b, d) підвіски як колісних, так і гусеничних рушіїв.
Жорсткі (рис.12, а, с) мають широке застосування на НРП українського виробництва, що обумовлено простою конструкції, але є багато особливостей такої конструкції, які варто враховувати при створенні НРП. Переваги: простота конструкції, висока ремонтопридатність, високий рівень живучості. Недоліки: низький рівень прохідності, висока ймовірність перекидання та втрати НРП, нестабільне керування, низький рівень точності ведення вогню із стрілецької зброї, зниження рівня надійності роботи агрегатів та систем чутливих до вібрації.
На твердих покриттях в деякі моменти НРП з жорсткою підвіскою (рис. 13, а) може мати контакт з ґрунтом тільки двома колеса, це викликає нестабільну поведінку, що може привести до наїзду на перешкоди та перекидання НРП. Найпростішим шляхом підвищення ефективності жорсткої підвіски є застосування кінематичних рухомих важелів (напрямних елементів), які забезпечать постійний контакт коліс із ґрунтом (рис. 13, b). Гусеничні шасі з жорстким кріпленням опорних катів не мають можливості такого вдосконалення.
Жорстка підвіска з кінематичними рухомими важелями (рис 13, b). Переваги: простота конструкції, високий рівень прохідності, висока ремонтопридатність, високий рівень живучості. Недоліки: середня ймовірність перекидання та втрати НРП, низький рівень керованості на високих швидкостях, зниження рівня надійності роботи агрегатів та систем чутливих до вібрації.
Наступним кроком покращення динамічних характеристик підвісок є використання підресорених підвісок. За динамічним та кінематичним впливом підвіски одного борту на підвіску іншого борту, підвіски діляться на: залежні (з впливом) (рис.14, а) та незалежні (без впливу) (рис. 14, b).
Гусеничні шасі мають незалежну підвіску опорних катків. Кожна і цих підвісок має свої переваги та недоліка, порівняємо їх властивості.
Залежна підвіска. Переваги: простота конструкції, висока ремонтопридатність, високий рівень живучості. Недоліки: нижчий рівень стійкості в русі, зниження кліренсу, зменшення глибини корпусу.
Незалежна підвіска. Переваги: високий рівень стійкості в русі, більший кліренсу. Недоліки: складна конструкція, нижчий рівень живучості.
Пружинні елементи
Як залежні так і незалежні підвіски можуть оснащувати різними пружинними елементами, а саме: ресорами (рис.15, а), торсіонами (рис.15, b), пружинами (рис.15, c) та пневматичними пружина (гідропневматичними пружинами) (рис.15, d).
Ресорна підвіска. Переваги: високий рівень живучості, не потребує напрямних елементів: поперечних або подовжніх важелів. Недоліки: мала амплітуда руху підвіски, потребує великий повздовжній простір для встановлення.
Торсіонна підвіска. Переваги: висока компактність в поперечного габариту. Недоліки: мала амплітуда руху, бо малий робочий кут скручування, низька ремонтопридатність місць монтажу торсіону, низький рівень живучості торсіону.
Пружинна підвіска. Переваги: велика амплітуда руху підвіски, висока ремонтопридатність. Недоліки: середній рівень живучості пружини.
Пневматична підвіска. Переваги: велика амплітуда руху підвіски, висока ремонтопридатність, рівномірна пружність елементу на усій амплітуді руху підвіски. Недоліки: середній рівень живучості пружини.
Гідропневматична підвіска з можливістю регулювання кліренсу. Переваги: велика амплітуда руху підвіски, збільшення рівня захищеності за рахунок регулювання висоти НРП, рівномірна пружність елементу на усій амплітуді руху підвіски. Недоліки: низький рівень ремонтопридатності, середній рівень живучості пружини.
Врахувавши параметри, які вказані в розділі "Загальне компонування" та вибравши оптимальне рішення, яке відображене в решті розділів ви зможете побудувати ефективну НРП.
Олександр Костур, кандидат технічних наук, військовий експерт, - спеціально для Defense Express
Читайте також: Після України з Bayraktar TB2 та рашистів з "Орионом" Китай теж взявся знищувати морські дрони з БПЛА KVD002
