Результаты теоретических исследований боестойких колес

RESULTS OF THEORETICAL STUDIES OF COMBAT-RESISTANT WHEELS

Victor Sviridov

Cadet, Military educational scientific center of Military and air forces "VVA of a name of professor N.E. Zhukovskogo and Yu.A. Gagarin", Russia, Voronezh

Nikita Kalinin

Cadet, Military educational scientific center of Military and air forces "VVA of a name of professor N.E. Zhukovskogo and Yu.A. Gagarin", Russia, Voronezh

Dmitry Likhovidov

Candidate of technical Sciences, associate Professor, Military educational scientific center of Military and air forces "VVA of a name of professor N.E. Zhukovskogo and Yu.A. Gagarin", Russia, Voronezh

Аннотация. В статье представлена история развития российских боестойких шин. Рассмотрены результаты теоретических исследований характеристик боестойких колес военной автомобильной техники при поражении обычным стрелковым оружием.

Abstract. The article presents the history of the development of Russian combat-resistant tires. The results of theoretical studies of the characteristics of combat-resistant wheels of military vehicles when hit by conventional small arms are considered.

Ключевые слова: боестойкие шины; давление воздуха в шинах; обычное оружие; программный комплекс; расчетные исследования; эксплуатационные свойства.

Keywords: combat-resistant tires; tire air pressure; conventional weapons; software package; computational studies; operational properties.

Некоторые современные образцы военной автомобильной техники (ВАТ) имеют бронирование для защиты экипажа от воздействия пуль, мин и осколков снарядов. Но какую бы защиту не имел бы экипаж, самым уязвимым местом являются колеса автомобиля. При поражении последних подвижность техники максимально ограничивается, не говоря уже о потере устойчивости, управляемости и проходимости.

Для решения этой проблемы используются боестойкие шины, конструкция которых позволяет выполнять боевые задачи под огнем противника.

Во времена Советского Союза защищенные покрышки выпускались и поставлялись в армию. Но технология изготовления боестойкой шины в 80-е года ХХ столетия заключалась в производстве резины с толстой жесткой боковиной. В случае пробоя такая шина не давала машине буксовать. В тоже время западные производители использовали схожую технологию. Недостатком такого решения было снижение скорости автомобиля и сильный нагрев, в результате которого резина сгорала.

С начала 2000-х годов все защищенные армейские автомобили были оснащены импортными шинами, к примеру, все «Тайфуны-К», комплектовались французскими колесами.

Начиная с 2012 года, в условиях импортозамещения, возникла потребность в российских разработках боестойких шин. Необходимо было создать комплекс: диск, боевая вставка, шина, гель, снижающий трение при пробое. Иностранные производители (французы, англичане, турки) производят только вставку, клапаны, систему подкачки, а шины используют от Michelin, Goodyear, Pirelli.

На современном этапе производителями в России созданы колеса трех размеров, закрывающих большую часть потребностей МО РФ. Впервые результаты разработок были представлены на Международном форуме «Армия-2017» на стенде завода КАМАЗ с АО «Ремдизель» [1]. Все защищенные автомобили семейства КАМАЗ «Мустанги», «Торнадо» и «Тайфуны-К» были укомплектованы боестойкими нижнекамскими шинами «Кама NU401», представлено на рисунке 1.

Рисунок 1. Нижнекамские шины на автомобиле «Тайфун-К»

Колеса из республики Татарстан отличаются наличием резинометаллического кольца, которое не дает «сесть на диски», представлены на рисунке 2. При этом нагрузка на колесо может составлять до 3,5 тонн. Конструкцию почти невозможно уничтожить, по словам производителей, модель способна выдержать подрыв мины мощностью до 400 г в тротиловом эквиваленте [2].

Рисунок 2. Боестойкое колесо «Кама»

Для такого технического решения необходимо было провести предварительные теоретические исследования, провести расчетные оценки эксплуатационных свойств автомобильной техники с боестойкими колесами.

На первый план в расчете эксплуатационных свойств выходит проведение расчетных исследований, что в последствии поможет принять рациональное решение. Этот метод наиболее целесообразен, так как экспериментальный метод обойдется гораздо дороже и затратит значительно больше времени.

Расчетная оценка эксплуатационных свойств образцов ВАТ оснащенных боестойкими колёсами была произведена с использованием программного комплекса, разработанного по результатам научных исследований, проведенных сотрудниками НИИЦ АТ "3 ЦНИИ" МО РФ, ныне 21 НИИИ ВАТ МО РФ. Оценивались различные степени повреждений при поражении обычным стрелковым оружием [3, с.13].

Комплекс включает следующие исходные данные:

1. по образцам ВАТ;

2. по шинам;

3. по условиям проведения расчетных испытаний.

Имеются три расчетных модуля, составляющие основу:

1. по расчету напряженно-деформированного и теплового состояния шины;

2. по расчету показателей устойчивости и управляемости образца техники на боестойких шинах;

3. по расчету показателей проходимости образца техники на боестойких шинах.

Для получения более точных результатов к имеющимся расчетным модулям добавлены расчеты воздействия поражающих факторов обычного стрелкового оружия на боестойкие шины и как результат – расчет обобщенных показателей образцов техники с боестойкими шинами.

На базе данного программного комплекса были проведены теоретические исследования, по результатам которых были разработаны рекомендации по повышению боестойкости колес, что в целом повлияет на живучесть автомобильной техники.

Как известно, давление воздуха в шине влияет на эксплуатационные показатели автомобильной техники в целом, поэтому при расчетах оценивалось изменение этого параметра в зависимости от количества пробоин от стрелкового оружия. Дополнительно учитывались такие важные параметры, как объем используемого ресивера, его минимальное и максимальное рабочее давление при работе системы регулирования давления воздуха в шине (СРДВШ), величина объема внутренней дополнительной опоры в шине, производительность компрессора с длиной и диаметром трубок, подводящих воздух по СРДВШ к шинам.

В статье представлены результаты расчетов, оценивающих боестойкость колес с внутренней дополнительной опорой и без нее. Для расчетов использовались шины размерности 12.00 R20, эксплуатируемых на автомобилях типа «ТИГР» с колесной формулой 4 Х 4 [4, с.13].

Исходными данными для расчетов приняты характеристики стрелкового оружия калибра 7,62 мм; количество пробоин — от 1 до 10 для одиночной шины.

По итогам расчетов были проведены аналитические исследования, которые помогли выработать следующие рекомендации по проектированию и эксплуатации боестойких шин [4, с.15].

Оценивалось влияние величины объема внутренней дополнительной опоры на характеристики боестойкой шины. Установлено, что величина объема ВДО влияет на время снижение давления в шине до атмосферного на 25 – 50 %, причем, чем большим объем занимает опора в шине, тем время снижение давления уменьшается в нарастающей степени. В итоге ВДО должна заполнять как можно меньший объем шины и при этом выполнять свою главную задачу по ограничению прогиба шины при пробое.

Данные по влиянию величины объема ресивера на характеристики боестойкой шины показывают, что объем ресивера существенно влияет на время снижения давления в шине до атмосферного (от 13 до 57 % в зависимости от количества пробоин в колесе). Чем больше пробоин, тем более значительную роль играет величина объема ресивера. Увеличенный объем ресиверов позволяет переносить больший урон от воздействия стрелкового оружия, тем самым, повысить живучесть автомобильной техники при выполнении задач в боевых условиях. Однако увеличением давления в ресивере добиться повышения боестойкости шин не получится, так как время выхода воздуха из шины при пробое в этом случае изменяется всего лишь на 3—14 %.

Куда более эффективным способом решения этой проблемы будет увеличение производительности компрессора. Стандартный компрессор эффективен только в случае одной-двух пробоинах. Как показывают проведенные теоретические исследования, увеличение производительности компрессора значительно влияет на время снижения давления воздуха в шине до атмосферного, кроме того появляется возможность обеспечения поддержания давления в шине при нескольких повреждениях. Например, при одной пробоине время снижения давления в шине возрастает на 8 %, при четырех пробоях на 18 %, а при восьми пробоинах в 2,5 раза, то есть влияние возрастает нелинейно при увеличении пробоин в шине.

Влияние диаметрального размера трубок подвода воздуха от компрессора до ресивера незначительное, но необходимо отметить установленную закономерность для трубок, которые расположены от ресивера до шины. На этом участке диаметр трубок оказывает влияние на скорость выравнивания давлений в шине от ресивера, поэтому здесь необходимо использовать максимально возможный диаметральный размер трубопроводов.

Исследования показали, что для наиболее эффективного функционирования боестойких колес необходимо разработать СРДВШ с индивидуальным подводом воздуха к шинам. Система должна выравнивать давление по колесам и подавать воздух в соответствии с количеством пробоин.

Таким образом, создание программного комплекса по расчету характеристик боестойких шин, позволило определить закономерности влияния количественных показателей поражающих факторов обычного оружия на эксплуатационные характеристики шин.