Пневмогусеницы — спорная техническая экзотика

Сложности повышенной проходимости

Заставить автомобиль справляться с бездорожьем — задача очень нетривиальная. Решали эту проблему много кто и много где, но так и не нашли универсального способа. Лучшим вариантом, как оказалось, стали шоссейные дороги, нивелирующие само понятие бездорожья. В далеком и светлом будущем твердое дорожное покрытие обязательно появится в самых дремучих уголках земного шара, а пока приходится справляться высокопроходимой техникой.

История развития внедорожной техники полна нетривиальных и даже курьезных проектов, одним из которых стали пневмогусеничные движители. В Советском Союзе за это направление, как и за многое другое удивительное, отвечал институт НАМИ. В первые послевоенные десятилетия отечественная инженерная мысль буквально фонтанировала техническими решениями. Конструкторы пытались найти универсальное, дешевое и надежное техническое решение для преодоления традиционного российского бездорожья. Машины на воздушной подушке, сочлененные гусеничные транспортные средства, снегоболотоходы и многое другое.

Если представить проблему повышения проходимости за счет усовершенствования движителя, то максимально упрощенно её можно охарактеризовать как попытку уменьшить удельное давление на грунт. Сделать это можно различными способами. Самый радикальный — аппарат на воздушной подушке. Давление на подстилающую поверхность действительно минимальное, но сложности с реализацией просто умопомрачительные. Еще можно увеличить размер колеса, снизить внутреннее давление и увеличить общее количество колес. Это неплохо работает, но требует заметного усложнения трансмиссии, а с ним и повышение стоимости решения. Менее затратным считается увеличение ширины колес.


В НАМИ в свое время родилась целая серия экспериментальных автомобилей с широкопрофильными, арочными шинами и пневмокатками. В реальной жизни немногие из этих решений оказались работоспособными. За рубежом экспериментировали с огромными трехметровыми баллонами вместо колес. В одной из статей НАМИ имеется отзыв на этот счет:


В итоге все сводится к тому, что старый и проверенный гусеничный движитель считается наиболее приемлемым для преодоления бездорожья. Подчеркнем, не лучшим, а именно приемлемым. У гусениц много недостатков: они необратимо травмируют грунт на северных широтах, отчаянно шумят на дороге, прилично весят, имеют ограниченный срок службы и склонны к соскакиванию при крутых маневрах. А еще металлические гусеницы создают неравномерность движения, что вызывает динамические нагрузки в трансмиссии и самом движителе.

Инженеры придумали массу уловок для компенсации недостатков гусениц. В их числе звенчатые гусеницы, резиновые ленточные, а также с резино-металлическими шарнирами. В середине 60-х годов отечественные инженеры решили испытать еще одно решение — пневмогусеничный движитель. Если совсем просто, то это гусеница, которую можно проколоть шилом.


В теории пневматическая, то есть надувная гусеница хороша всем. Такой движитель относительно прост в изготовлении и отлично гасит вибрации катков с ходовой системы. За счет упругости пневматической гусеницы площадь контакта с грунтом несколько выше, чем у классической стальной гусеницы. Когда машина с пневматическими гусеницами идет по неровной дороге, то у нее практически не работает подвеска катков. Все дело в амортизирующем эффекте воздухонаполненной гусеницы. Разработчики из НАМИ утверждали, что пневматические гусеницы имеют больший срок службы, чем их стальные аналоги. А еще машине на надувных гусеницах требуется меньше катков. Из научной статьи по теме:


На этом положительные качества пневмогусениц не заканчиваются. В активе более высокая грузоподъемность, лучшие тягово-сцепные свойства по грязи и снегу, бережное отношение к растительному покрову, сравнительно меньший вес и лучший комфорт для пассажиров за счет возросшей мягкости хода. Фактических недостатков у пневмогусеницы было два — возможность проколов и чувствительность к низким температурам. Ни 50 лет назад, ни сейчас не придумали одновременно эластичную и морозоустойчивую резину.

Воплощенные в металле и резине

Первым отечественным прототипом машины с пневматическими гусеницами стал вездеход НАМИ С-3, построенный в 1962 году на базе полноприводного внедорожника «Москвич-415». Передняя часть машины осталась стандартной — сохранены передний ведущий мост и колёса с обычными шинами. Заднюю же часть кардинально переработали: стандартные колёса и мост демонтировали, а вместо них установили два пневмогусеничных движителя.

Каждый движитель состоял из балансирной тележки с тремя парами двойных опорных катков, передней ведущей звёздочки и однополостной пневматической ленты — по сути, огромной армированной резиновой камеры, натянутой на обвод катков наподобие бесконечного ремня. Лента изготавливалась из резинокордного материала — многослойной конструкции, в которой корд из текстильных или металлических нитей обеспечивал прочность, а резиновые слои — герметичность и эластичность.

Испытания проводили на подмосковном полигоне НАМИ, где машина показала себя уверенно на песчаных грунтах, заболоченных лугах и раскисшей глине. Министерство обороны СССР проявило интерес к разработке, однако заказа на постановку в серию не последовало — техника была слишком экспериментальной, а ресурс пневматических лент оставлял желать лучшего.


В 1965 году появился модернизированный вариант — НАМИ С-3М, созданный уже на базе более мощного и проходимого ГАЗ-69, знаменитого «козлика». На этой машине передний мост сохранили, но оснастили его более широкими внедорожными шинами для улучшения баланса между передним и задним движителями. Задняя ходовая часть получила усиленные резинокордные пневматические гусеницы с опорными катками уменьшенного диаметра и передними ведущими барабанами.

Конструкция выглядела многообещающе: на просёлочных дорогах и бездорожье машина чувствовала себя превосходно. Однако при испытаниях на шоссе проявился серьёзный недостаток. До скорости 40 км/ч, приемлемой для движения в составе военных колонн, вездеход вёл себя стабильно. Но при превышении этого порога начинались проблемы: машину начинало «рыскать» из стороны в сторону, возникал эффект раскачки, а перегревшиеся резиновые ленты теряли упругость и спадали с катков. С точки зрения военных, это был неприемлемый дефект — боевая техника должна быть надёжной при любых режимах движения. Проект вновь остался на стадии прототипа.


Параллельно с С-3М в 1965 году был создан НАМИ С-4 на базе грузового УАЗ-451Д — бортового «головастика» с колёсной формулой 4х4. Эта машина получила гусеницы шириной 360 мм и высотой 90 мм при внутреннем диаметре 1500 мм. Их натягивали на движитель, расположенный на чулках заднего моста. Крайние катки имели зубья зацепления для передачи крутящего момента, средние выполнялись гладкими. На стальные катки надевались съёмные резиновые ободы для снижения шума и повышения долговечности контакта с пневматической лентой. Конструкция была позже усовершенствована: для лучшей стабилизации гусеницы на обвод добавили направляющие стальные гребни, препятствующие её поперечному смещению. Как и остальные прототипы, С-4 был построен в единственном экземпляре и в серию не пошёл.


Установка пневмогусеничного движителя на стандартное автомобильное шасси выявила фундаментальную проблему: серийные трансмиссия и система охлаждения не были рассчитаны на повышенные нагрузки гусеничного хода, а полугусеничная схема не позволяла в полной мере раскрыть потенциал пневматической гусеницы. Для преодоления этих ограничений в НАМИ в 1965 году приступили к созданию принципиально нового прототипа — сочленённого вездехода НАМИ-0106.

Машина состояла из двух секций: переднего тягача и заднего активного прицепа, соединённых шарниром Гука с тремя степенями свободы. Такая конструкция обеспечивала превосходную маневренность — на снегу радиус поворота составлял всего 5,5 метра. Сварной металлический корпус был выполнен герметичным, что теоретически позволяло использовать машину на плаву.

Силовая установка располагалась позади передней секции и представляла собой двигатель от легковой ГАЗ-21 «Волга» в паре со сцеплением от УАЗа и четырёхступенчатой коробкой передач, объединённой с раздаточной коробкой от УАЗ-452. Крутящий момент через карданный вал и шарнир сцепки передавался на главную передачу задней секции, приводившую в движение пневмогусеничные движители, унифицированные с движителем С-3М. Поворот осуществлялся гидравлическим приводом шарнира сцепки — использовался гидроцилиндр от грузовика «Урал-375». При эксплуатации тягача без прицепа поворот обеспечивался бортовыми тормозами с многодисковыми механизмами сухого трения, установленными вместо стандартных чулков полуосей.

Испытания НАМИ-0106 показали впечатляющие результаты. При скромном дорожном просвете всего 220 мм машина уверенно преодолевала заснеженные подъёмы крутизной до 25 градусов, передвигалась по глубокому снегу и раскисшему бездорожью. Летом 1969 года провели уникальные испытания на камышовом болоте в Краснодарском крае, в районе станицы Григорьевской — по условиям, близким джунглям. Вездеход уверенно шёл через заросли камыша, что стало возможным благодаря низкому давлению пневматических гусениц на грунт.

Однако испытания выявили и серьёзные проблемы: на размокшей глинистой дамбе на гусеницы налипало до трёх килограммов грязи — смеси ила с чернозёмом, что резко повышало сопротивление движению. Низкое расположение крыльев способствовало налипанию грязи, а фрикционный привод терял эффективность, так как илистая грязь действовала как смазка. Ключевой проблемой оказалась недостаточная боковая жёсткость гусеницы: при резких поворотах и на высокой скорости она спадала с катков, а при движении по мягким грунтам «выпучивалась», расклинивая опорную поверхность.


Для решения этих проблем разработчики во главе с доктором технических наук В. М. Семёновым провели пионерские исследования поперечного профиля гусеницы. Первоначально принятая трапецеидальная форма была признана неудачной. Наиболее эффективным решением оказалось изготовление пневматических гусениц из нескольких изолированных камер, расположенных параллельно. Каждая камера имела свой вентиль, что позволяло устанавливать в них разное давление и тем самым менять жёсткость гусеницы по ширине контакта. Например, при пониженном давлении в средней камере и повышенном в боковых улучшалась проходимость на слабых грунтах, а максимальная скорость могла достигать 80 км/ч.

Эта концепция стала основой для разработки многополостных пневмогусениц нового поколения — бесшарнирных траковых конструкций, в которых каждый пневмоэлемент выполнялся в виде отдельного трака, соединённого с соседними в единую гусеничную цепь. Именно такую конструкцию получил пневмогусеничный движитель для опытного образца НАМИ-С3МУ, построенного в 1968 году на базе ГАЗ-69М.

Пневмотрак представлял собой резинокордовую оболочку с вентилем, двумя гребнями и двумя завулканизированными в проушины металлическими пальцами для соединения с соседними траками. Размеры одного трака: высота 80 мм, ширина 300 мм, длина 196 мм. Передача тягового усилия осуществлялась цевочным зацеплением через полые металлические катки, расположенные между двумя рядами гребней на балансирной тележке.


Примечательно, что разработчики также изобрели оригинальный механизм натяжения гусеницы. Традиционный винтовой механизм, заимствованный от обычных стальных гусениц, оказался неудобен при частых монтажах и демонтажах. Попытка опускать крайний каток требовала подъёма машины домкратом на значительную высоту. Выход подсказала сама конструкция: высокая боковая эластичность пневматической гусеницы, бывшая недостатком при движении, оказалась преимуществом при монтаже. Крайний каток стали откидывать вбок подобно дверце, что позволяло легко надевать и снимать гусеницу. Этот элегантный инженерный ход навсегда избавил конструкторов от трудностей обслуживания.

Начало конца

Развитие направления достигло своего апогея в первой половине 1970-х годов, когда специалисты НАМИ совместно с конструкторами Горьковского автозавода приступили к созданию полноценных пневмогусеничных движителей для серийных гусеничных транспортеров.

По хоздоговору с ГАЗом в 1972–1973 годах на базе серийного снегохода ГАЗ-71 был построен экспериментальный образец с принципиально новой ходовой частью. Для этого образца была разработана бесшарнирная траковая пневмогусеница, в которой использовались длинные гнущиеся пневмотраки, сочетавшие преимущества однополостных конструкций — равномерность и бесшумность перемотки — с равномерным распределением удельных давлений на грунт. Пневмотраки были изготовлены в пресс-формах НАМИ на Омском научно-исследовательском конструкторско-технологическом институте (НИКТИ) шинной промышленности.

В работе принимали участие ведущие специалисты НАМИ: А. А. Глинка, В. В. Морозов, М. Д. Немтинов, В. М. Семёнов, В. И. Соловьёв, Д. Г. Юрушкин, а также учёные МВТУ им. Баумана и Омского шинного завода. Монтаж пневмогусеницы выполняли старший инженер П. Н. Тихомиров и ведущий конструктор Н. Г. Сперанский, который параллельно руководил установкой на тот же образец разработанного им бесступенчатого механизма поворота. Работы велись в рамках закрытого тематического плана, что подчёркивало их оборонное значение.

Приёмочные испытания проводились на территории Горьковского автозавода и показали положительные результаты — пневмогусеничный движитель обеспечивал значительно более высокую проходимость по сравнению со стальными гусеницами, при этом практически не разрушая растительный покров и верхние слои грунта.

Однако судьба программы была предрешена бюрократическими и организационными факторами. Руководство НАМИ, и прежде всего директор института А. М. Хлебников, активно лоббировало позицию о бесперспективности работ по пневмогусеницам, утверждая, что они не соответствуют автомобильной направленности института. По приказу Управления конструкторских и экспериментальных работ Минавтопрома все работы были переданы из НАМИ в Отраслевую научно-исследовательскую лабораторию вездеходных машин (ОНИЛВМ) при Горьковском политехническом институте, ранее возглавлявшуюся С. В. Рукавишниковым. Лидера программы В. М. Семёнова перевели в другое подразделение НАМИ, ещё раньше вынуждены были уволиться В. В. Морозов и В. И. Соловьёв, а Д. Г. Юрушкин перешёл на руководящую работу в Минавтопром.

Так завершился двенадцатилетний период работ по пневмогусеничным движителям в стенах НАМИ. Впрочем, тема не была полностью похоронена. ОНИЛВМ в период с 1976 по 1978 год разработала и исследовала пневмогусеничные движители для тракторов тяговых классов 2–3 тонны, а в 1980 году отдел ходовых систем Всесоюзного института механизации сельхозработ подтвердил, что такие движители снижают уплотняющее воздействие на почву. В 1991 году доцент Н. Б. Веселов организовал СКТБ ТТМ, на базе которого впоследствии было создано ЗАО «Транспорт». В период с 1991 по 2002 год эта организация разработала около тридцати экспериментальных образцов вездеходных транспортно-технологических машин на пневмогусеничных движителях.

Почему же столь перспективная технология так и не получила широкого распространения в СССР? Причины комплексны. Во-первых, в 1960–1970-х годах не располагали достаточно долговечными и износостойкими резинокордовыми материалами: пневматические ленты быстро изнашивались, особенно при работе на каменистых и твёрдых грунтах, а ремонт в полевых условиях был сложен.

Во-вторых, военные заказчики, главные потенциальные потребители, предъявляли жёсткие требования к надёжности и скорости движения — проблемы со спаданием гусениц при скорости выше 40 км/ч и на крутых поворотах были критичны для боевой техники. В-третьих, система советского планирования, ориентированная на массовое производство и унификацию, неохотно воспринимала принципиально новые конструкции, требовавшие создания отдельной производственной базы и подготовки кадров.

Наконец, чисто субъективный фактор — личные амбиции и конфликты в руководстве НАМИ привели к тому, что программа была разрушена именно в тот момент, когда близилась к практическому внедрению. Заместитель директора НАМИ по научной работе А. А. Липгарт, высоко оценив научные результаты, признался на заседании учёного совета при обсуждении докторской диссертации Семёнова:


Сегодня, когда вопросы экологии и сохранения хрупких арктических экосистем вышли на первый план, пневмогусеничный движитель, не разрушающий растительный покров и многолетнемёрзлые грунты, видится удивительно своевременным решением, опередившим своё время на полвека.