Які колеса найкраще підходять наземним роботам: експерт порівняв п'ять варіантів

Військовий експерт, кандидат технічних наук Олександр Костур у матеріалі, наданому Мілітарі24, порівняв п'ять основних конструкцій коліс, які можуть застосовуватися на наземних роботизованих платформах. До цього експерт виявив основні загрози для наземного робота на полі бою, визначив найкращий тип ходової та кількість і розміщення камер на НРК.

Різні підходи вже можна побачити на українських розробках. Наприклад, Мілітарі24 розповідав про колісний НРК VARKHAN, конструкція якого створена для роботи на складному рельєфі.

Звичайна шина добре їде, але погано переносить пошкодження

Найочевидніший варіант для колісного НРП – традиційна пневматична шина з повітрям.

Її переваги добре відомі. За оцінкою Костура, такі колеса забезпечують високу прохідність і швидкість, добре зчіплюються з різними типами поверхні та створюють порівняно мало шуму. 

Еластична шина також частково поглинає нерівності. Це особливо корисно на простих НРП без складної підвіски.

Проте є суттєвий недолік - низька живучість. Прокол, розрив боковини або інше серйозне пошкодження може різко погіршити рухомість платформи. Для автомобіля це зазвичай означає необхідність зупинитися та замінити колесо. Для НРП, який працює у небезпечній зоні, такої можливості може не бути.

"Правильно вибраний малюнок протектора має велике значення для прохідності", - наголошує Олександр Костур. 

Втім, навіть правильний протектор не вирішує проблему самого пошкодження шини.

Металеве колесо важко знищити, але воно має інші проблеми

На іншому кінці шкали знаходяться суцільнометалеві колеса. Їхня головна перевага очевидна - висока живучість. Проколоти таке колесо неможливо, воно також довговічне і не залежить від тиску повітря.

Але Костур звертає увагу на серйозні компроміси. Металеві колеса мають посередню прохідність, не забезпечують еластичності та можуть бути слизькими на твердих і мерзлих поверхнях. До того ж під час руху ними НРП створює більше шуму. 

Типи коліс за матеріалом та структурою. Рисунок О. Костура

Відсутність еластичності означає й більші ударні навантаження на саму платформу. Тому рішення, яке здається максимально живучим з погляду одного колеса, не обов'язково робить живучішим увесь робот.

Це особливо помітно на бойових НРП, де шасі несе не тільки власну масу, а й озброєння та боєкомплект. Мілітарі24 раніше писав про Tanchik Droid 12.7 з великокаліберним кулеметом Browning M2. Для таких платформ характеристики коліс безпосередньо впливають на рухомість усієї системи.

Суцільна гума – компроміс між металом і пневматикою

Ще один варіант - колесо з шиною із суцільної гуми або кількох гумових секторів. Воно значно менш уразливе до проколів, ніж звичайна пневматична шина. Костур оцінює його прохідність на ґрунтах вище середнього, а живучість - як високу. 

Однак така конструкція менш еластична. На твердих та мерзлих покриттях зчеплення погіршується, а рівень шуму збільшується.

Тобто інженери знову отримують обмін однієї характеристики на іншу: збільшення стійкості до пошкодження погіршує поведінку машини на деяких поверхнях.

Для НРП, який переважно рухається ґрунтом із невеликою швидкістю, такий компроміс може бути прийнятним. Для швидшої універсальної платформи вимоги вже будуть іншими.

RunFlat дозволяє продовжувати рух після пошкодження

Ближче до автомобільного підходу знаходиться пневматична шина із внутрішньою вставкою типу RunFlat.

У нормальному стані таке колесо зберігає основні переваги звичайної шини: високу прохідність, швидкість, хороше зчеплення та відносно низький рівень шуму.

Після втрати тиску внутрішня конструкція дозволяє колесу певний час не провалюватися повністю.

Експерт оцінює живучість такого рішення як середню. Після пошкодження шини платформа все ще може рухатися, однак її швидкість і прохідність знижуються. Для військового НРП навіть таке обмеження може бути достатнім.

Наземному роботу не обов'язково продовжувати виконувати завдання з початковою швидкістю. Значно важливіше, щоб він зміг самостійно залишити небезпечну зону.

Мета наземної роботизації якраз полягає у скороченні необхідності відправляти людей туди, де високий ризик ураження. Мілітарі24 розповідав, як НРК використовують для евакуації та інших небезпечних завдань. Якщо пошкоджений робот доводиться забирати вручну, частина цієї переваги втрачається.

Безповітряна шина поєднує більшість переваг

Найцікавішим рішенням у порівнянні Олександра Костура є безповітряна гумова шина.

Вона не має традиційної герметичної порожнини з повітрям. Навантаження сприймає еластична внутрішня структура, тому звичайний прокол не призводить до втрати тиску.

За оцінкою експерта, такі колеса забезпечують високу прохідність, швидкість та зчеплення на різних поверхнях. Водночас їхній рівень живучості також високий.  На папері це майже оптимальна комбінація для НРП.

Але є два обмеження. Безповітряні шини дорожчі, а вибір доступних типорозмірів поки менший, оскільки сама технологія продовжує розвиватися.

Для масового військового робота ці фактори важливі не менше, ніж характеристики самої шини. Навіть дуже ефективне технічне рішення складно масштабувати, якщо його дорого виробляти або неможливо швидко постачати у потрібній кількості.

Для робота важливий навіть напрямок протектора

Матеріал колеса - лише частина питання. Не менш важливим є малюнок протектора.

Костур виділяє два основні варіанти для шин і гумових гусениць високої прохідності: спрямований малюнок типу "ялинка" та неспрямований Offroad-протектор. 

"Ялинка" чудово працює під час руху в основному напрямку. Подібний малюнок широко використовується на сільськогосподарській та іншій техніці, яка працює на м'якому ґрунті.

Для наземного робота є проблема: він нерідко має повертатися тим самим маршрутом заднім ходом.

Спрямований протектор у зворотному напрямку працює гірше. Костур також відзначає нижчий рівень бокового зчеплення при русі схилом.

Неспямований малюнок, навпаки, дає високу прохідність в обох напрямках та краще бокове зчеплення. За сумарною ефективністю для Offroad-застосування експерт віддає перевагу саме такому варіанту. 

Для НРП це суттєво, адже задній хід є повноцінним режимом роботи, а не допоміжним маневром.

Спрямований протектор типу "ялинка" та неспрямований малюнок. Рисунок О. Костура

Ідеального колеса поки немає

Порівняння п'яти конструкцій показує ту саму закономірність, що й вибір між колесами та гусеницями: кожне рішення є компромісом.

Звичайна пневматична шина добре їде, але вразлива до пошкоджень. Металеве колесо дуже живуче, проте поступається комфортом руху та зчепленням. Суцільна гума знаходиться між цими крайнощами. RunFlat дозволяє зберегти рухомість після пошкодження, хоча зі значними обмеженнями.

Безповітряна шина найближче підходить до поєднання високої прохідності та живучості, але поки програє ціною та доступністю.

Для українського НРП правильним рішенням буде не найдорожче або технологічно найскладніше колесо, а те, яке відповідає конкретному сценарію застосування машини.

Одна платформа повинна дешево і масово перевозити вантажі. Інша працюватиме на важкому ґрунті. Третя нестиме дороге обладнання або озброєння. А система дистанційного керування, як показує приклад української платформи BUREVII, може об'єднувати рух, телеметрію та відео в єдиний комплекс.

Проте для кожного з цих роботів залишається одна спільна вимога: пошкодження одного колеса не повинно автоматично означати втрату всієї машини.