Движитель повышенной проходимости на пневмогусенице на воздушной подушке
ALL-TERRAIN VEHICLE PROPULSION WITH AIR-CUSHIONED PNEUMATIC CATERPILLAR

Изобретение относится к транспортным средствам повышенной проходимости, предназначенным для передвижения по пересеченной местности, не имеющей резких перепадов, превышающих высоту движителя транспортного средства, в том числе для движения по болотам, пескам, рыхлому снегу, и преодоления локальных водных преград.
Известны пневмогусеничные движители, представляющие собой надувные оболочки различного профиля, одеваемые на систему из ведущего колеса, направляющего колеса, опорных и поддерживающих катков (в некоторых случаях роль последних играют опорные катки большого диаметра). Основным недостатком является излишняя боковая эластичность подобного движителя, приводящая к рысканию транспортного средства при движении, а так же к склонности к спаданию пневмогусеницы при повороте или движении по косогору [А. Карасев, Пневмогусеничные вездеходы НАМИ, журнал «Основные Средства» №№3, 4/2011].
Известен также описанный в патенте «Движитель гусеничной машины» [РФ №2340506, подача заявки 26.10.2006, публикация патента 10.12.2008, авторы Разумов С.Н., Рубцов В.А.] способ управления гусеницей, имеющей возможность за счет центрального гибкого элемента и сужающихся к концам траков изгибаться в поперечном направлении, путем разбиения движителя на несколько шарнирно сочлененных секций. Это может сильно упростить управление - но требует гусеницы со множеством сквозных отверстий, что снижает площадь опоры и увеличивает давление на грунт, сохраняя, при этом, множество катков, создающих сопротивление движению.
От последнего недостатка почти свободен взятый за прототип патент на «Транспортное средство абсолютной проходимости» [РФ №2426663, подача заявки 14.04.2009, публикация патента 20.08.2011, автор Мокроусов Р.Н.], в котором кузов транспортного средства (ТС), вместо опорных катков, опирается на гусеничную ленту посредством создаваемой специальным. воздушным насосом области высокого давления (воздушной подушки), ограниченной снизу поверхностью сплошной гусеничной ленты, а с боков - системой подвижных жестких заслонок, возможно с дополнением гибких элементов.
Заявленным преимуществом подобного решения по сравнению с традиционными аппаратами на воздушной подушке является ограничение объема области повышенного давления относительно ровной внутренней поверхностью гусеницы - ложась на грунт, она как бы «сглаживает» рельеф, позволяя значительно снизить высоту парения и, соответственно, требуемый для передвижения расход воздуха. Кроме того, контакт протектора гусеничной ленты с грунтом позволяет напрямую, без маршевого воздушного винта, передавать на грунт тяговое усилие двигателя, обеспечивает возможность быстрого торможения, более высокую, по сравнению с аппаратами на воздушной подушке, точность управления (аналогичную ТС на гусеницах) и способность двигаться без сноса по косогору. Впрочем, автор прототипа допускает, при необходимости, использование и аэродинамических способов управления (маршевого винта, аэродинамических рулей и т.п.). Тем не менее, созданный по данной схеме вездеход, при несколько большем удельном давлении на грунт (т.к. площадь пятна контакта гусениц заведомо ниже площади занимающей всю нижнюю поверхность ТС воздушной подушки), предположительно должен быть значительно экономичнее аппарата на воздушной подушке.
Преимущества перед чисто гусеничным ТС менее освещены автором прототипа - он ограничивается констатацией более равномерного, по сравнению с опорными катками, распределения веса ТС по поверхности нижней ветви гусеничной ленты и возможностью дифференцированного изменения давления в разных секциях воздушной подушки, с целью облегчения поворота, выравнивания положения кузова ТС при движении по косогору или для реакции на преодолеваемое препятствие.
Можно добавить также, что подобный движитель, при условии полного отсутствия опорных катков, обладает крайне низкой неподрессоренной массой - т.к. функции подвески в нем фактически выполняет воздушная подушка, неподрессоренной массой можно считать только лежащую на грунте нижнюю ветвь гусеницы. Что, в свою очередь, предполагает возможность построения ТС с очень большой скоростью движения, в т.ч. по пересеченной местности - при условии решения проблем его управляемости и боковой устойчивости.
Проблемы борьбы со сползанием нижней ветви гусеницы при повороте или при движении по косогору автором взятого за прототип патента отдельно не рассматривались. Описание прототипа допускает применение не входящих в его формулу изобретения опорных катков, предположительно и обеспечивающих поперечную устойчивость гусеницы при повороте - но подобное решение, на мой взгляд, неоправданно усложняет конструкцию, лишая ее части преимуществ, в частности, той же низкой неподрессоренной массы.
Задачей изобретения было создание максимально простого движителя, имеющего достаточную для маневрирования и движения по пересеченной местности поперечную устойчивость и обладающего всеми предполагаемыми достоинствами прототипа, включая отсутствие каких-либо, кроме воздушной подушки, механизмов подвески, и низкую неподрессоренную массу.
Указанный технический результат достигается тем, что в движителе, состоящем из гусеницы (см. рис. 1., подробно на разрезе А-А, вар. 1.), ведущего колеса (1), направляющего колеса (ленивца) (2), поддерживающих катков (3) и области высокого давления (4) (воздушной подушки), ограниченной снизу поверхностью гусеницы, а с боков гибкими ограждениями, и заменяющей собой опорные катки, гусеничная лента выполняется в виде одной или нескольких закольцованных гибких надувных оболочек (5), соединенных между по наружной стороне гибкой лентой (6), выходящей с обоих боков за пределы гибкого ограждения, а гибкие ограждения зоны повышенного давления представляют собой не менее двух идущих продольно над плоской частью гусеницы (над гибкой лентой) надувных баллонов (7), с расположенными между ними (над надувными оболочками гусеницы) щелевыми соплами для подачи воздуха от воздушного насоса (8).
Движитель может также отличаться тем, что поддержание верхней ветви гусеницы организовано аналогично нижней ветви, при помощи ограниченной с боков надувными баллонами области высокого давления.
Движитель может также отличаться тем, что надувные баллоны (7) не герметичны и постоянно пополняются воздухом, отводимым от воздушного насоса (8) (см. рис. 1, разрез А-А, вар. 2.).
Движитель может также отличаться тем, что с целью обеспечения нужного избыточного давления в зонах контакта баллонов (7) с поверхностью надувной оболочки гусеницы или ее гибкой ленты, баллоны могут отверстия в своих поверхностях, обращенных к гусенице, к ее надувной оболочке (10) или (и) гибкой ленте (11) (рис. 1., разрез А-А, вар. 2.). Либо баллоны могут иметь указанные поверхности, выполненные из воздухопроницаемого материала.
Движитель может также отличаться тем, что в гусенице с надувными оболочками, обладающим достаточной для предотвращения спадания жесткостью на растяжение, сплошная гибкая лента заменена жестко закрепленными на наружной стороне этих оболочек, за задний по ходу движения край, траками в виде выходящих с краев за пределы баллонов гибкого ограждения жестких или полужестких пластин (9), размеры которых обеспечивают их частичное перекрытие с соседними траками.
Движитель, имеющий гусеницу с единственной надувной оболочкой, проходящей через центры траков и способной к изгибу во всех направлениях, конструкция которого разбита на несколько (не менее двух) сочлененных шарнирами с вертикальными осями (12) секций, способных поворачиваться относительно друг друга, может также отличаться тем, что форма пластин траков обеспечивает их частичное перекрытие с соседними при любых допустимых углах поперечного изгиба гусеничной ленты, а каждая из секций имеет свои два надувных баллона и свое сопло для создания воздушной подушки в нижней части и поддерживающие катки или также надувные баллоны с соплом в верхней (см. рис. 2.).
Вместо надувной оболочки гусеницы может также использоваться не надувная эластичная конструкция, обладающая большой жесткостью на растяжение, достаточной для удержания траков в одном положении жесткостью на кручение, способностью к изгибу в любом поперечном направлении, сравнимым с диаметром неподвижных надувных баллонов поперечным размером (диаметром) и относительно гладкой (без углублений с глубиной, сравнимой с диаметром данной эластичной конструкции) внешней поверхностью.
Движитель работает следующим образом. Перед началом движения водитель приводит в действие воздушный насос (8), который, подавая воздух через щелевые сопла, создает область повышенного давления над надувной оболочкой гусеницы. Попадая в эту область, воздух выходит из нее как вдоль надувной оболочки вперед и назад, так и через щель между оболочкой и надувными баллонами ограждения и далее, через щель снизу между надувными баллонами ограждения и поверхностью гибкой ленты (либо, лежащих внахлест одна на другую пластинами траков), обеспечивая минимизацию трения скольжения между этими поверхностями. При недостаточности для этого потока воздуха, проходящего через щелевое сопло, может оказаться необходимой дополнительная его подача в зазор между поверхностями гусеницы и надувных баллонов ограждения через дополнительные отверстия (10) и (11) в самих баллонах (либо сквозь воздухопроницаемую поверхность этой части баллонов) - это возможно в; случае, когда баллоны постоянно надуваются частью воздуха, отводимого от насоса (8).
После формирования воздушной подушки ТС готово к движению. ТС приводится в движение передачей усилия от двигателя на гусеницы путем либо цевочного (через отверстия или краевые выступы армирующих элементов в ленте/траках, как на Рис. 2.), либо фрикционного зацепления гусеницы и ведущих колес.
Управление ТС в простейшем случае осуществляется аналогично другой гусеничной технике, при помощи бортовых механизмов поворота, снимающих крутящий момент и притормаживающих ведущее колесо одного из бортов.
В связи с возможностью создания гусеницы, гибкой в поперечном направлении, более перспективной видится реализация другой схемы управления: вся конструкция движителя разбивается на ряд секций (на рис. 2. - их, для примера, три), имеющих возможность поворота друг относительно друга. При этом пластины траков в месте сочленения секций проскальзывают по поверхности друг друга, с трением, обусловленным лишь собственным весом гусеницы, т.к. нагрузка на них сверху в этих местах отсутствует ввиду отсутствия там баллонов воздушной подушки. Это решение несколько увеличивает неравномерность давления на грунт (из-за разбиения одной опорной воздушной подушки борта на несколько коротких) и, возможно, несколько увеличивает расход воздуха - но радикально упрощает механизм поворота, приближая его к автомобильному. В изображенном примере управление может осуществляться классической рулевой трапецией, управляющей поворотом передних секций, с двумя дополнительными тягами для управления задними. Мало того, отсутствие необходимости управления разностью скоростей движения гусениц позволит использовать трансмиссию со дифференциалом, аналогичную автомобильной.
Предполагается, что подобная схема поворота должна иметь значительно меньшие, в сравнении с классической, потери на боковое проскальзывание гусеницы по грунту при поворотах и подруливании, что, вместе с низкой неподрессоренной массой и возможностью снижения массы всего ТС (за счет упрощения трансмиссии и фактического отсутствия подвески), может обеспечить большую скорость движения при высокой экономичности. Отсутствие подвески опорных катков позволит также обеспечить большой (фактически ограниченный высотой расположения осей ведущего колеса и ленивца) дорожный просвет ТС.
Малый вес ТС и отсутствие в его нижней части выходящих из корпуса валов или каких-либо других вращающихся деталей, легко позволит, сделав корпус водоизмещающим, обеспечить возможность преодоления водных преград, используя гусеницы в качестве движителя.