Лыжи или гусеницыК концу 1950-х годов в СССР остро проявилась проблема нехватки транспорта для регионов с долгой зимой и глубоким снегом. Кольский полуостров, север Европы, Поволжье, Урал и бассейны великих сибирских рек (Обь, Енисей, Лена, Колыма) — это гигантские территории, где снежный покров от 60 см до 2 метров на 5–7 месяцев в году отрезал пути для обычных колесных машин. В то же время целинные земли Сибири и центр европейской части страны, где снега выпадало меньше 60 см, тоже нуждались в эффективном транспорте. Решать эту задачу в 1959 году начал Горьковский автозавод (ГАЗ), который использовал свой богатый опыт разработки плавающей и гусеничной техники для запуска масштабных исследований снегопроходимости.
Конструкторские изыскания были построены вокруг двух принципиально разных физических подхода к движению по снегу. Первый метод (опорно-фрикционный) предполагал, что машина скользит на лыжах, а ее ведущие барабаны прорезают снег насквозь и цепляются за твердый грунт под ним. Второй метод (лыжно-гусеничный) также использовал лыжи для скольжения, но тяговый движитель отталкивался непосредственно от самого снега как от опорной среды. Практические воплощения и принципиальные схемы опорно-фрикционных движетелейИспытания первого семейства прототипов, построенных по опорно-фрикционной схеме на базе легкового автомобиля ГАЗ-69, выявили фундаментальное ограничение данного подхода. Конструктивно машина представляла собой лыжное шасси с приводными барабанами, которые должны были, проворачиваясь, достигать грунта под снегом и, отталкиваясь от него, обеспечивать поступательное движение. Лабораторные замеры и полигонные наблюдения показали, что движение мотосаней возможно лишь до тех пор, пока глубина снега не превышает максимального заглубления движителя. При достижении критической глубины — соответствующей высоте расположения барабанов относительно лыж — машина «вывешивалась» на лыжах, барабаны теряли контакт с грунтом и начинали пробуксовывать, а поступательное движение прекращалось. Физика этого процесса напоминает эффект аквапланирования, но происходит в гораздо более вязкой и неоднородной среде. Снежная толща, особенно нетронутая целина, имеет резко меняющиеся по глубине механические свойства, из-за чего ее способность выдерживать вес машины увеличивается неравномерно. Прототипы этой серии продемонстрировали ограниченную снегопроходимость на целине именно в силу принципиальной невозможности обеспечить гарантированный контакт движителя с грунтовым основанием.Лыжно-гусеничные схемы, оказавшиеся совершенно тупиковымиВторой подход — гусенично-лыжная схема — был реализован в прототипе, оснащённом движителем ленточного типа. В отличие от опорно-фрикционного, этот движитель использовал снег не как помеху, а как рабочую среду: тяговое усилие создавалось за счёт сдвиговых напряжений в снежной массе под опорной поверхностью гусеничной ленты. Прототип показал удовлетворительную управляемость и проходимость на снегу любой глубины, однако малая грузоподъёмность шасси ГАЗ-69 не позволила получить исчерпывающие данные о целесообразности масштабирования такой схемы на автомобили повышенной грузоподъёмности. Этот вывод послужил основанием для переноса исследований в 1961 году на шасси грузоподъёмностью до 1,5 т — перспективный автомобиль ГАЗ-66.Пятый прототип представлял собой ГАЗ-66, на который вместо колёс были установлены четыре гусеничных движителя. Расчётные параметры движителей обеспечивали низкое удельное давление на снег — порядка 100 г/см² (примерно 9,8 кПа), что является исключительно низким показателем для транспортной машины такого класса. Испытания подтвердили: пятый прототип уверенно двигается по рыхлому снегу с полной нагрузкой 1,5 т. Однако количественные характеристики эксплуатационной эффективности оказались удручающими: максимальная скорость не превышала 7 км/ч, расход топлива по сравнению с базовым ГАЗ-66 возрос десятикратно. То есть бензин машина потребляла примерно 400-450 литров на каждую сотню километров снежной целины. Рулевая система стандартного ГАЗ-66, даже оборудованная гидроусилителем, оказалась неспособна обеспечить приемлемую манёвренность снегохода: поворот передних движителей требовал усилий, значительно превышающих расчётные параметры рулевого механизма. Движение было возможно только на второй передаче с включённой раздаточной коробкой, что свидетельствовало о хронической перегрузке трансмиссии.«Шишиги» с гусеничными движителями отличались феноменальным расходом топлива и неповоротливостью. На нижнем фото — модифицированный вариант с балансирной подвескойСледующий прототип на базе предсерийного ГАЗ-66 получил усовершенствованные движители с резинометаллическими гусеницами. Каждая гусеница состояла из четырёх резиновых лент, соединённых между собой поперечными планками и армированных стальными тросами для повышения прочности на разрыв. Опорная часть движителя включала четыре катка, привод осуществлялся через резиновую звёздочку. Принципиальным конструктивным новшеством стала балансирная подвеска движителей, обеспечивавшая их адаптацию к неровностям снежного покрова: вся рабочая поверхность гусеницы постоянно находилась в контакте со снегом, что сохраняло низкое удельное давление и обеспечивало высокие тягово-сцепные характеристики. Выбранные габариты движителей и равномерное распределение веса по осям действительно обеспечили минимальное погружение в снег и способность двигаться по снегу практически любой глубины. Однако итоговые показатели — скорость до 8 км/ч, расход топлива до 440 л/100 км и отсутствие требуемой манёвренности — недвусмысленно продемонстрировали нецелесообразность применения сменных гусеничных движителей для повышения снегопроходимости полноприводных колёсных машин.Движитель на ГАЗ-66 позволял уверенно перемещаться по снегу за счет малого давления на подстилающую поверхностьПараллельно с испытаниями прототипов на шасси ГАЗ-66 исследовалась возможность адаптации существующего парка транспортных машин к условиям целины путём минимального переоборудования. Для этого на стандартный грузовик ГАЗ-51 вместо задних колёс были установлены специальные приводные катки, а под передние — лыжи. Полученная конфигурация — «полугусеничный ход» — обеспечила удельное давление порядка 100 г/см² под лыжами и 130 г/см² под ведущими катками. Ширина колеи лыж и ширина ведущих катков были выбраны идентичными, что минимизировало сопротивление движению за счёт исключения эффекта прокладывания дополнительной колеи. Установка лыж на управляемые колёса действительно обеспечила удовлетворительную манёвренность, однако отсутствие привода на передней оси резко снизило тяговые качества машины: схема «лыжи + задние ведущие катки» оказалась неработоспособной на глубоком снегу из-за недостаточного сцепного веса и, как следствие, неспособности реализовать тягу, необходимую для проталкивания лыж через снежную толщу.Все-таки гусеницыЦентральным результатом программы 1961 года стало создание опытного образца транспортёра ГАЗ-48 — глубокой модернизации серийного гусеничного ГАЗ-47. Инженерная идеология ГАЗ-48 заслуживает подробного рассмотрения, поскольку именно в этой машине были системно реализованы все уроки, извлечённые из испытаний предшествующих прототипов. Во-первых, ширина гусеницы была увеличена с 360 до 530 мм, что снизило удельное давление на снег с 200 до 150 г/см². Во-вторых, вместо 70-сильного двигателя ГАЗ-47 на ГАЗ-48 был установлен форсированный 110-сильный агрегат, обеспечивший запас мощности, необходимый для преодоления сопротивления снежной толщи и реализации возросшей силы тяги. В-третьих, применение резиновых лент в конструкции гусеницы позволило одновременно снизить металлоёмкость ходовой части и создать безшарнирную гусеницу, лишённую характерных для металлических траков потерь на трение в шарнирах. В-четвёртых, в задней части машины были введены два жёстко подвешенных опорных катка (у ГАЗ-47 они отсутствовали), обеспечивших более равномерное распределение удельного давления под опорными катками в движении.Опытный ГАЗ-48 был хорош всем и фактически обусловил тупиковость гусеничных движителей для колесной техникиРезультаты сравнительных испытаний ГАЗ-47 и ГАЗ-48 оказались более чем убедительными. На целине любой глубины ГАЗ-48 развивал максимальную скорость до 15 км/ч — против 5 км/ч у ГАЗ-47. Расход топлива на тех же снежных режимах сократился на 80 л, составив 300 л/100 км. Особенно показательна ситуация с преодолением заснеженного подъёма: при глубине снега у основания более 2 м ГАЗ-47 не смог преодолеть препятствие, в то время как ГАЗ-48, обладая меньшим удельным давлением на снег и лучшей динамикой, осилил его со второй попытки. Поворот машины осуществлялся независимым торможением гусениц (бортовой принцип), что обеспечивало удовлетворительную манёвренность. При полезной нагрузке 1,5 т ГАЗ-48 располагал запасом тяги на крюке до 2,5 т, что позволяло при необходимости буксировать санный прицеп — а это принципиальная возможность для создания санных поездов в северных районах. Способность ГАЗ-48 уверенно двигаться по снегу любой глубины объяснялась не только низким удельным давлением, но и благоприятной динамикой взаимодействия гусеницы со снегом: незначительное погружение в снег предотвращало эффект «бульдозерного» нагребания снежной массы перед машиной — один из главных факторов, лимитирующих проходимость гусеничной техники на целине.Усилие на крюке позволяло ГАЗ-48 тянуть колесно-гусеничный ГАЗ-66 по снежной целинеОсобое место в программе 1961 года заняли сравнительные испытания колёсного вездехода ГАЗ-66, серийное производство которого Горьковский автозавод планировал начать в 1963 году. В отличие от прототипов со специальными снегоходными движителями, ГАЗ-66 испытывался в штатной колёсной конфигурации, но с пониженным давлением в шинах. Результаты показали чёткую границу применимости: по снегу глубиной до 60 см с пониженным давлением в шинах ГАЗ-66 передвигается уверенно; при большей глубине движение невозможно в стационарном режиме, однако машина сохраняет способность пробивать собственную колею в сугробах высотой до 90 см за счёт кинетической энергии разгона. Этот результат имел принципиальное значение для выработки зонально-климатической стратегии применения автомобильной техники.Снежные условияМетеорологические данные о глубине снежного покрова, собранные по центральной европейской части СССР, целинным районам и южной Сибири, показали, что на протяжении всей зимы глубина снега на этих территориях колеблется в пределах до 60 см. Следовательно, для транспортировки хозяйственных грузов в указанных регионах было признано целесообразным рекомендовать именно ГАЗ-66 — машину, не требующую специального переоборудования, сохраняющую все преимущества колёсного движителя на дорогах с твёрдым покрытием и обеспечивающую приемлемую проходимость на снегу типичной для этих зон глубины.Для северной части европейской территории СССР, Кольского полуострова, Верхнего и Среднего Поволжья, Центрального и Северного Урала, а также бассейнов сибирских рек — Оби, Енисея, Лены и Колымы, — где глубина снега превышает 60 см и местами достигает 1,5–2 м, была рекомендована принципиально иная транспортная концепция: санные поезда с гусеничным тягачом типа ГАЗ-47 (в перспективе — ГАЗ-48). Эта рекомендация отражала фундаментальный вывод программы: колёсная машина, какой бы совершенной ни была её конструкция, имеет физический предел снегопроходимости, определяемый клиренсом и несущей способностью снежного покрова на глубине более 60 см.Рассматриваемая программа Горьковского автомобильного завода представляет собой яркий образец инженерной культуры, в которой отрицательный результат — признание тупиковости целого направления разработок — ценится не меньше положительного, ибо предотвращает бесплодную трату ресурсов. Шестидесятипятилетняя ретроспектива подтверждает правоту выводов горьковских конструкторов: сменные гусеничные движители для колёсных машин, периодически возникающие в виде «комплектов дополнительной проходимости» от различных производителей, до сих пор не приблизились к эффективности специализированной гусеничной техники, а ГАЗ-66 — «Шишига» — на десятилетия стал основным транспортным средством советской глубинки именно в тех климатических зонах, которые были определены для него программой испытаний 1961 года.
Расчёт стоимости отправки груза
