Пневмогусеничные вездеходы НАМИ (Ч. 1)
НАМИ-С-3, НАМИ-С-4, НАМИ-0106, НАМИ-СЗМУ

В 1961 г. на первой международной конференции по проходимости, состоявшейся в Турине, Д. Бонмартини продемонстрировал легкий трактор Castoro Lombardini, названный так потому, что внутренняя поверхность гусеницы периодически обрызгивалась касторовым маслом из специальной помпы. Это было сделано для уменьшения вероятности спадания гусениц при повороте. Трактор, развивающий скорость до 70 км/ч, мог удивить многих. Коэффициент сцепления его пневмогусеницы был на 10…15% выше, чем у обычных металлических гусениц, и на 25% выше, чем у автомобильного колеса. Это достигалось благодаря «объемному» контакту движителя с опорной поверхностью, снижающему к тому же удельное давление. Пневмогусеничный движитель способен был реализовать большую силу тяги на слабых грунтах и на снегу.

Граф, имея патент на конструкцию пневматической гусеницы 1949 г., не был первым ее изобретателем. Первым запатентовал пневматическую гусеницу Л. Рено в 1918 г. В 1925-м пневмогусеницу патентует Н.С. Ветчинкин. В том же году А. Кегресс соединил пневматическую и резиноленточную гусеницы в конструкции своего движителя.

Начало исследований в НАМИ

К середине XX в. качество и количество разработок пневмогусеничных движителей заставили обратить на них внимание военных. В 1960 г. по заданию армии США разрабатывается несколько проектов вездеходов на пневматических гусеницах. Министерство обороны СССР всерьез пневмогусеницей не заинтересовалось, и проверку технической состоятельности этого направления отдали на откуп гражданскому институту НАМИ. Там в середине 1961 г. появилось новое подразделение, возглавить которое поручили молодому, но уже достаточно авторитетному специалисту, кандидату технических наук, а впоследствии доктору В.М. Семёнову (1927–1990), ранее занимавшемуся исследованиями автомобилей на арочных шинах. Работы велись в сотрудничестве с МВТУ им. Баумана, специалисты которого не только участвовали в самих исследованиях, но и помогали комплектовать штат исследовательского подразделения НАМИ своими наиболее подготовленными выпускниками. В разные годы после окончания технического училища здесь работали Владимир Соловьёв, Юрий Моторин, Дмитрий Юрушкин, Василий Морозов, Алексей Глинка.

В НАМИ в качестве основы для создания макетной пневматической гусеницы решили использовать имеющиеся в производстве камеры для изготовления шинно-пневматических муфт от привода гребных винтов судов. Их изготавливали на заводе объединения «Красный треугольник». Эти камеры имели внутренний диаметр 1150 мм, ширину 180 мм и толщину стенок около 4 мм. Для получения плоской формы внутреннего пояса гусеницы по внутреннему периметру камеры под приводной ремень через каждые 100 мм завулканизировали стальные прутки. Эту работу взял на себя и проделал питерский инженер С.И. Махнев.

Первые пневматические гусеницы имели гладкую наружную поверхность, так как создать рисунок протектора в имеющейся пресс-форме было крайне сложно. Даже если бы на проведение опытно-конструкторских работ выделили достаточно средств для изготовления новой пресс-формы, она не поместилась бы в автоклавах, имеющихся на шинных заводах. А потому было решено для испытаний разработать экспериментальный автомобиль по полугусеничной схеме, позволявший проверить в условиях реального движения макетную пневмогусеницу.

В начале 1962 г. был изготовлен первый образец пневмогусеничного движителя. Его спроектировали как сменное приспособление, устанавливаемое вместо задних колес к автомобилю МЗМА-415. Тележка движителя образовывалась тремя парами сварных металлических катков диаметром 470 мм, укрепленных на трубчатой раме. Средние катки устанавливали вместо колес автомобиля. Тормозной барабан снимался. Его роль выполняла ступица катка, жестко связанная с полуосью. Ступицы всех катков были изготовлены со звездочками, при этом средний каток имел две звездочки, расположенные рядом. На звездочки надевались приводные цепи.

На специально сконструированном стенде начались исследования характеристик нагрузок, действующих в пневмогусеничном движителе. Они показали, что созданная пневмогусеница способна работать при нагрузке 400…500 кг. Затем пневмогусеничный движитель установили на шасси полноприводного автомобиля «Москвич-415». Первые выезды продемонстрировали высокую плавность и бесшумность хода. После установки кузова, который пришлось переделать, автомобиль, получивший индекс НАМИ С-3, опробовали в движении по асфальтовому шоссе. На скорости 50…60 км/ч наблюдалось «рысканье» автомобиля из-за высокой по сравнению с обычными шинами боковой эластичности пневматической гусеницы. Также маневренность автомобиля ограничивалась из-за спадания гусеницы, причем изменение натяжения и внутреннего давления помогало слабо. Более эффективным оказалось нанесение консистентной смазки на поверхности катков. Сами катки при ударных нагрузках гнулись. Их пришлось изготавливать из стеклопластика.

Испытания на проходимость

На основе полученных результатов спроектировали специальную кольцевую пресс-форму для изготовления пневматических гусениц. Изготовили пять вариантов, различающихся конструкцией каркаса оболочки. После проведения испытаний по определению потерь на перематывание выбрали лучшую гусеницу и в октябре–ноябре 1963 г. приступили к испытаниям на грунтах.

На песке-плывуне, где автомобили «Урал-375» и ЗИЛ-157 с шинами регулируемого давления полностью теряли подвижность, погружаясь в песок до мостов, НАМИ С-3 мог идти со скоростью 32 км/ч. Однако при остановке сразу же погружались в грунт стандартные передние колеса. Это также не позволяло преодолевать заболоченные участки.

Испытания в зимний период подтвердили, что НАМИ С-3 способен идти по снежной целине практически неограниченной глубины (в Подмосковье не удалось найти снежный покров толщиной более 600 мм) при условии, что передние колеса установлены на лыжах. Ресурсные испытания гусеницы при движении со средней скоростью 35 км/ч по асфальтобетонному шоссе, когда происходит интенсивное ее разрушение из-за высокотемпературного истирания оболочки, зафиксировали ресурс работы движителя порядка 3500 км. Оказалось также, что опасность прокола гусеницы, о чем в первую очередь твердили все оппоненты, крайне незначительна из-за низкого удельного давления на грунт.

Стремление увеличить тя­го­во-сцепные качества пневматической гусеницы на грунтах с низкой несущей способностью, особенно на снежном покрытии, в совокупности со снижением потерь на перематывание привело к идее деформировать протекторную поверхность гусеницы так, чтобы в ней образовались замкнутые впадины – «соты». Снег, попадая в «соты», без выдавливания уплотнялся и дальше, работая на сдвиг, обеспечивал высокую тягу. Наличие «сот» значительно повышало поперечную жесткость гусеницы и позволяло существенно снизить потери на перематывание.

Движители С-4 и С-3М

Гусеницы с внутренним диаметром 1500 мм, шириной 360 мм и высотой 90 мм устанавливали на движитель, смонтированный на чулках заднего моста автомобиля УАЗ-451Д, который получил обозначение НАМИ С-4. Движитель С-4 имел такую же схему, что и С-3. Стальные катки получили съемные резиновые ободы. Средний каток имел гладкие ободы, а крайние катки для передачи крутящего момента и удержания гусеницы – зубчатые ободы. Ступица среднего катка устанавливалась вместо колеса автомобиля и имела звездочку. Крутящий момент передавался с помощью цепной передачи на любой из крайних катков. С помощью винтовых механизмов осуществлялось натяжение цепи и гусеницы. Впоследствии на опорную поверхность гусеницы крепились съемные гребни из листовой стали, чтобы гусеницы лучше удерживались на ободе.

Пневматическую гусеницу «сотового» типа в сентябре–ноябре 1964 г. опробовали на асфальте. Автомобиль продемонстрировал хорошие устойчивость при прямолинейном движении, динамику и накат. Испытания выявили недостаток – зубья звездочек повреждались при контакте с дорогой.

Испытания зимой 1964/1965 г. проводили в условиях движения по сыпучему перекристаллизованному снегу толщиной 0,15…1,2 м. Движение автомобиля было уверенным. На влажном снегу автомобиль развил скорость 35 км/ч. Для движения по снегу НАМИ С-4 оборудовали авиационными лыжами, установленными вместо передних колес автомобиля.

В 1965 г. движитель С-3 модернизировали. Балансирную тележку изготовили в виде балки с отлитыми осями ведущего и среднего катков. Ось ленивца перемещалась с помощью винтового механизма. Стальные диски получили съемные резиновые ободы, как у С-4. Привод ведущего катка от полуоси осуществлялся через гитару, расположенную в картере. Переделан был и кузов автомобиля, получившего индекс НАМИ С-3М. Модернизировали и пресс-форму для варки гусеницы. Благодаря набору колец появилась возможность изготовить в одной пресс-форме пневмогусеницы шириной 18, 24 и 300 см.