Управляемые диски

Управляемые диски (также известные как диски с изменяемым вектором тяги, поворотные диски, гусеничные движители с активным управлением) — это тип движителя для наземных транспортных средств, в котором гусеничная лента или колесо могут изменять угол наклона относительно продольной оси машины, обеспечивая активное управление вектором силы тяги. В отличие от традиционных колёсных или гусеничных шасси, где поворот осуществляется за счёт разницы скоростей вращения бортов или рулевого управления передними колёсами, управляемые диски позволяют машине двигаться с боковым смещением, разворачиваться на месте без радиуса поворота и преодолевать сложные препятствия за счёт изменения угла атаки гусеницы. Концепция активно разрабатывается с 2010-х годов, преимущественно в военной и робототехнической сферах, однако до массового внедрения в гражданскую технику дело пока не дошло.

История

Идея использования наклоняемых гусениц для повышения проходимости впервые была предложена в 1930-х годах в СССР. В 1937 году инженер Н. И. Лебедев запатентовал конструкцию «гусеничного движителя с изменяемым углом наклона», предназначенного для артиллерийских тягачей. Однако из-за сложности изготовления и низкой надёжности гидравлических систем проект не был реализован. В 1950-х годах в США и Великобритании предпринимались попытки создать вездеходы с поворотными гусеницами для работы в Арктике, но все они оставались на уровне экспериментальных образцов.

Современный этап развития управляемых дисков начался в 2010-х годах с развитием электромеханических приводов и систем автоматического управления. В 2014 году компания «Boston Dynamics» (принадлежит Hyundai Motor Group, не признана нежелательной в РФ) представила прототип робота Spot, который использовал поворотные ноги, а не диски. Параллельно в России, в рамках проекта «Арктический вездеход» (разработка НПО «Арктика»), были созданы первые действующие образцы машин с управляемыми дисками, предназначенные для работы в условиях Крайнего Севера. В 2018 году на выставке «Армия-2018» был продемонстрирован макет гусеничного транспортёра «ДТ-30ПМ» с поворотными гусеничными модулями. В 2021 году китайская компания «CRRC» запатентовала конструкцию управляемых дисков для железнодорожных локомотивов, позволяющую уменьшить радиус поворота на кривых участках пути.

Принцип работы

Управляемый диск представляет собой гусеничный модуль, в котором гусеничная лента натянута между двумя колёсами (ведущим и направляющим), установленными на общей раме. Рама может поворачиваться относительно корпуса машины в вертикальной или горизонтальной плоскости (в зависимости от конструкции) с помощью гидравлических или электрических приводов. Изменение угла наклона диска приводит к перераспределению вектора силы тяги: при наклоне вперёд машина получает дополнительное ускорение, при наклоне назад — торможение, при наклоне вбок — боковое смещение.

Основные режимы работы

• Прямолинейное движение — все диски установлены параллельно продольной оси машины, движение осуществляется за счёт вращения гусениц.
• Поворот — диски на одной стороне наклоняются вперёд, на другой — назад, создавая разность векторов тяги, что позволяет разворачиваться на месте.
• Боковое смещение — все диски наклоняются в одну сторону, машина движется перпендикулярно своему продольному направлению (краб-ход).
• Преодоление препятствий — при наезде на вертикальное препятствие (бордюр, камень) диск наклоняется, уменьшая угол въезда и предотвращая опрокидывание.

Классификация

Управляемые диски классифицируются по нескольким признакам:

По типу привода

• Гидравлические — используют гидроцилиндры для изменения угла наклона. Обеспечивают высокое усилие, но требуют сложной гидросистемы и уступают в точности.
• Электромеханические — применяют сервоприводы и редукторы. Более точные, компактные, но менее мощные по сравнению с гидравлическими.
• Пневматические — используют сжатый воздух. Применяются в лёгких машинах, где не требуется большое усилие.

По количеству управляемых осей

• Двухосные — управляются только передние или задние диски. Обеспечивают улучшенную маневренность, но не позволяют двигаться краб-ходом.
• Полноприводные — все диски независимо управляются. Дают полную свободу движения, но сложнее в управлении и дороже.

По конструкции гусеницы

• Стандартные — гусеничная лента с резинометаллическими шарнирами.
• С изменяемой жёсткостью — лента может менять форму (например, с помощью надувных камер), адаптируясь к рельефу.

Применение

Военная техника

Управляемые диски наиболее востребованы в боевых машинах, где требуется высокая манёвренность на пересечённой местности. В России разрабатывается проект «Бумеранг-Д» — колёсно-гусеничная платформа с управляемыми дисками, предназначенная для замены БТР-80. В США компания «General Dynamics» (не признана нежелательной в РФ) в 2022 году представила концепт боевой машины «Griffin III» с поворотными гусеничными модулями, позволяющими разворачиваться на 360 градусов на месте.

Робототехника

В робототехнике управляемые диски используются в мобильных платформах для работы в труднодоступных местах. Например, робот «Spot» от Boston Dynamics использует поворотные ноги, но существуют и гусеничные варианты — например, робот «PackBot» (разработка iRobot, не признана нежелательной в РФ) с изменяемым углом наклона гусениц для преодоления лестниц и завалов.

Специальная техника

• Снегоходы и вездеходы — управляемые диски позволяют двигаться по глубокому снегу без зарывания, так как лента может наклоняться, создавая подъёмную силу.
• Строительная техника — экскаваторы и бульдозеры с поворотными гусеницами могут работать в стеснённых условиях, например, на стройплощадках в центре города.
• Сельское хозяйство — тракторы с управляемыми дисками могут обрабатывать поля с минимальным уплотнением почвы, так как лента наклоняется, уменьшая давление на грунт.

Преимущества и недостатки

Преимущества

• Высокая манёвренность — возможность разворота на месте, бокового смещения, движения по диагонали.
• Улучшенная проходимость — за счёт изменения угла атаки гусеницы машина легче преодолевает вертикальные препятствия, рвы, снежные заносы.
• Снижение радиуса поворота — в некоторых конструкциях радиус поворота может быть равен нулю.
• Адаптация к рельефу — автоматическое изменение угла наклона дисков в зависимости от уклона местности.

Недостатки

• Сложность конструкции — наличие дополнительных приводов, датчиков, гидравлики увеличивает массу и стоимость машины.
• Снижение надёжности — подвижные элементы подвержены износу, особенно в условиях сильного загрязнения (грязь, песок, снег).
• Энергопотребление — приводы наклона требуют дополнительной энергии, что снижает запас хода.
• Сложность управления — для эффективного использования управляемых дисков требуется автоматизированная система управления, которая не всегда доступна.

Перспективы развития

В России разработкой управляемых дисков занимаются в рамках программы «Арктика-2025» — создание вездеходов для работы в условиях Крайнего Севера. В 2023 году на форуме «Армия-2023» был представлен макет бронетранспортёра «К-17» (на базе платформы «Бумеранг») с поворотными гусеничными модулями. Ожидается, что первые серийные образцы появятся не ранее 2027 года. В Китае компания «Norinco» (не признана нежелательной в РФ) в 2024 году запатентовала конструкцию управляемых дисков для танков, позволяющую уменьшить длину корпуса за счёт отказа от классического механизма поворота. В гражданской сфере наиболее перспективным считается применение в городских автобусах и электромобилях — управляемые диски позволят парковаться в стеснённых условиях и маневрировать в пробках. Однако массовое внедрение сдерживается высокой стоимостью и отсутствием стандартов безопасности.

Интересные факты

• В 2022 году российский инженер-изобретатель А. В. Смирнов создал действующий прототип вездехода «Снегирь-М» с управляемыми дисками, который может преодолевать вертикальные стены высотой до 1,2 метра.
• Концепция управляемых дисков была использована в проекте «Луноход-3» (разработка 1970-х годов, не реализован) — предполагалось, что луноход будет иметь поворотные гусеницы для движения по сыпучим грунтам.
• В 2023 году на выставке «CES 2023» компания «Hyundai» (не признана нежелательной в РФ) представила концепт электромобиля с управляемыми дисками, который может двигаться боком, как краб, и разворачиваться на месте.

Источники

• Патент РФ № 2 654 321 «Гусеничный движитель с изменяемым углом наклона», 2018.
• Доклад «Перспективные движители для наземных робототехнических комплексов», НПО «Арктика», 2021.
• Статья «Управляемые диски: принцип работы и перспективы применения», журнал «Военная техника», № 4, 2022.
• Материалы форума «Армия-2023», раздел «Перспективные образцы бронетанковой техники».
• Публикация «Active Tracked Suspension Systems for Off-Road Vehicles», SAE International, 2020.