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非轮非履亦风光

作者:jnscsh   时间:2021-07-08 08:55:28   浏览次数:

【编者按】有一种车,既没有车轮,也没有履带,却能在雪地里疾驶如飞,它就是苏联/饿罗斯科研人员研制的螺旋推进式雪地车。很显然,它已经不是“典型”的战车了。但是,它在俄罗斯北方部队中广泛应用,装上武器就能在雪地里作战,因此,我们仍在《典型战车》栏目里介绍这种非典型的军用车辆,以飨读者。

新颖.另类的“雪地飞狐”

请看题图!猛一看,它像个拉货用的卡车。但是,仔细一看,它既没有车轮,也没有履带,车底部两个又粗又长的螺旋滚筒格外引人瞩目。这是我们都未见过的一种新型车辆!它就是苏联/俄罗斯研制的螺旋推进式雪地车。

其实,苏联人早在半个世纪前就开始研制螺旋推进式雪地车。负责研制的牵头单位是著名的莫斯科利哈乔夫汽车厂(3HJI)的独立设计局。其前身便是二战中赫赫有名的斯大林汽车厂(3Hc)。赫鲁晓夫开展“去斯大林化运动”后,更名为利哈乔夫汽车厂。在20世纪50年代初期,在我国各地满大街跑的都是苏联造的“吉斯”(3HC的音译)车和“嘎斯”(rA3的音译)车。许多“吉斯”车和“嘎斯”车的车门都是胶合板制成的,反映出第二次世界大战期间钢铁极度匮乏的一个侧面。

螺旋推进式雪地车的俄文原名为CHeroenoToxon,直译为“雪地沼泽地行动装置”。熟悉俄文的朋友会知道,这个词是由三个词:“雪地+沼泽+行动装置”组合而成的。一般的《俄汉词典》甚至专业性的《俄汉汽车词典》都解释为“雪地沼泽地履带车”,这就不太确切了。因为这种车根本就没有履带,它的“鞋”是长长的螺旋滚筒。所以,笔者认为,译为“螺旋推进式雪地、沼泽地车”比较恰当,简称为“螺旋推进式雪地车”。

1967年,莫斯科利哈乔夫汽车厂研制成功苏联第一种实用的螺旋推进式雪地车,定名为“螺旋”(ⅢHeK)ShN-67型螺旋推进式雪地车。稍加改进的车型为ShN-68型。到了20世纪70年代,利哈乔夫汽车厂又研制出更先进的“吉尔”2906型螺旋推进式雪地车。2906型的更进一步改进型是“吉尔”29061型螺旋推进式雪地车。至此,这种奇特的车辆已经逐渐走向成熟,开始在广袤而寒冷的俄罗斯积雪大地上广泛应用,成为能在雪地里疾驶如飞的“雪地飞狐”。

其实,再往前推,早在82年前,也就是1929年间,人类就制成了螺旋推进式雪地车,发明的灵感来自于螺旋式的手摇绞肉机。网上就流传一个时长10分钟的视频,介绍当年这种雪地车驰骋雪原的情景,十分有趣。感兴趣的读者朋友不妨检索“螺旋推进雪地车”到网上瞧一瞧,很是开眼。只不过这种雪地车并未能推广应用罢了。到了二战期间,希特勒也曾试图研制螺旋推进式雪地车,由于前线战事吃紧,最终也不了了之。能成气候的,便是本文将要介绍的几种苏联/俄罗斯人研制的螺旋推进式雪地车。

螺旋推进原理

毫无疑问,这种雪地车能在厚厚的积雪地里疾驶如飞,靠的就是它那两个长长的、高速旋转的螺旋滚筒。两个螺旋滚筒既承载了全车的重量,又能提供足够的驱动力,推动雪地车向前疾驶。同时,它那中空的结构和粗大的直径,又为雪地车降低单位压力提供了条件。

一般说,这种雪地车有两台或一台发动机,分别带动左右两个螺旋滚筒相向旋转,即从后往前看,左侧滚筒逆时针旋转,右侧滚筒顺时针旋转,滚筒产生一个向后推雪(或地面)的力,根据牛顿第三定律,雪和地面产生一个反作用力,成为驱动车辆前进的驱动力。这和绞肉机是一个道理。在绞肉机的情况下,绞肉机没有轴向移动,只好推动肉向前运动,被挤出刀孔成为肉馅儿;在螺旋推进式雪地车的情况下,刚好相反,大地(雪地)这块“肉”太大了,只好反过来推动雪地车向前进……有人很形象地说这种雪地车为“绞肉机式雪地车”,很有意思。

这里需要说明的是,左右两个滚筒的螺纹方向一定要一个是左旋,一个是右旋(如雪地车三向视图中所表示的那样),才能保证雪地车直线行驶。如果是一顺水儿的左旋或右旋,由于螺旋推地后有一个横向力,结果,雪地车就会只向一个方向转弯,没法走直道了。

搞清楚基本工作原理后,就不难理解:需要转向时,只要将一侧螺旋滚筒反转即可;而需要倒车时,只要将两个滚筒都反转即可。这里再给出两条曲线:上图为驱动力(横坐标)和雪地车速度(纵坐标)的关系曲线;下图为螺旋滚筒转速(横坐标)和驱动力(纵坐标)的关系曲线(注意!原文有误!下图最右边的曲线应为m-3750Kr),供有兴趣的专业人士参考,一般的读者朋友就不必细抠了。

还需要说明一点的是,长长的滚筒造就了极低的单位地面压力。一般说,其单位压力仅为0.025~0.045千克力/平方厘米,仅相当于通过性极佳的主战坦克单位压力的二十分之一到十分之一!这种掌握了“轻功”的雪地车能在半米多深的雪地里疾驶,就不足为怪了。此外,中空的滚筒还为在水中航行时提供了必要的浮力。可以说,长长的滚筒既是这种雪地车最重要的特征,也是雪地车最重要的部件。

有其长必有其短。这种雪地车如果拿到坚硬的冰面甚至水泥路面上跑一跑,尽管也能勉强行驶,但根本跑不快,既毁伤路面,又加大了螺旋面的磨损,来了个“两败俱伤”,很划不来。这里再给出苏联的几种螺旋推进式雪地车在几种“地面”上行驶的最大速度:雪地一15~30千米/小时;水中一12~13千米/小时;沼泽地一7~12千米/小时。可以说,螺旋推进式雪地车“雪地赛飞狐”;“水中似蛟龙”;到了硬地面,就只能是“一条虫”了。

“螺旋”ShN一68型雪地车

“螺旋”ShN-67和ShN-68雪地车是上个世纪60年代末期研制的产品,是一种中型的螺旋推进型雪地车。ShN-68型自重3750千克,载重量1250千克,全重为5000千克,舱内人数为3人,全长5532毫米,全宽31lO毫米,全高2025毫米,螺旋滚筒轴距2070毫米。滚筒直径为800毫米,滚筒全长为4200毫米,看得出来,相对于整个车体,滚筒的个头相当大,这是降低单位压力和提供浮力所必需的。整车的单位压力仅为0.045千克力/平方厘米,算得上是“轻功大师”。螺旋滚筒的螺线缠角为34.5度。缠角的大小很有名堂,缠角太小,推进速度降低;缠角太大,对地面的破坏和摩擦作用增大,推进效率降低,所以,要经过理论计算和试验验证优选参数而成。

其动力装置为“吉斯”375Ya型V型8缸汽油机,气缸排量为7.0升,最大功率180马力(132千瓦),最大转速3200转/分,最大扭矩为466牛米。发动机的排气管上带有消声器。燃油箱的容量为120升。

变速箱为全自动行星变速箱,带液力变矩器,有3个前进挡和1

个倒档。各档的传动比为:1档-2.55;2档-1.47;3档-1.0(直接档);倒档-2.26。

雪地行驶时的最大速度为30.5千米/小时,相当快;水中航行时最大速度为12.4千米/小时。从给出的试验照片可以看出,吃水面连整个滚筒也没有没过,说明它的浮力储备系数相当大。

“吉尔”2906型雪地车

“吉尔”2906型螺旋推进式雪地车是20世纪70年代研制的产品。它的最大特征是实现了小型化,采用了2台发动机为动力装置。

2906型雪地车的自重为l280千克,载重量420千克,全重为1800千克,舱内人数为2人,全长3818毫米,全宽2305毫米,全高1970毫米,外形轮廓比起ShN-68型要小一圈。螺旋滚筒轴距为1450毫米,可以说,缩小滚筒轴距是小型化最重要的措施。滚筒最外缘直径(连螺旋)为860毫米,滚筒直径为590毫米,滚筒长度为2888毫米,整个滚筒比起ShN-68型的要小不少。整车的单位压力为0.025千克力/平方厘米,比起ShN68型的单位压力还要低,算得上是“超级轻功大师”了。由于单位压力极低,其雪地行驶的“履痕”比ShN-68型的要浅得多。螺旋滚筒的螺线缠角为39度,比起ShN-68型的螺线缠角要稍大些,推进效率要稍高些,当然,对地面(雪地)的破坏作用也要稍大些。

其动力装置为2台MeMZh-967A型V型、4缸、气冷式汽油机,单台最大功率为37马力(27千瓦),两台为74马力(54千瓦)。采用气冷式发动机的好处是,不必担心冬天冻坏发动机的汽缸套,不用加防冻液,很适于寒冷地区使用。发动机汽缸排量仅为1.2升,比起ShN-68型的发动机要小得多,最大转速为4200转/分,最大扭矩为70.6牛米。燃油箱的容量为135升,比ShN68型的120升要多,这意味着它有更大的储备行程。2台发动机的两个排气管上各自装有一个消声器。

其传动装置包括:干式单片式离合器、机械式变速箱、行星机构、倒车机构、侧减速器等。由于变速箱有3个档,行星机构有2个档,故可实现6个前进挡。

雪地行驶时的最大速度为15千米/小时,水中航行的最大速度为12.2千米/小时,沼泽地中的最大速度为7.1千米/小时。可以认为,2906型雪地车的机动性能比起ShN68来要略逊一筹。这也是2906型要进一步改进为29061型的最重要的原因之一。

“吉尔”29061型雪地车

由于“吉尔”2906型雪地车的动力装置功率偏低,致使它的最大速度不高,影响了机动性。这样,才有了进一步改进的“吉尔”29061型雪地车。

主要改进处是换装了更强劲的发动机,传动装置和整车的轮廓乃至滚筒等,也有相应的变化。整车的布置也更为考究。

2906l型雪地车的净重1690千克,加满油水后重1855千克,载重量为397千克,全重为2250千克,舱内额定人数仍为2人,全长4860毫米,全宽2390毫米,全高2200毫米,长和宽比起2906型要稍大些,而整车的高度增加较多。螺旋滚筒轴距为1500毫米,比2906型的要稍大些。滚筒最外缘直径(连螺旋)为1500毫米,滚筒长度为3350毫米,螺旋缠角为35度,这几个参数和2906型的相比,都有些小的变化。

变化最大的是发动机。29061型的动力装置为2台“瓦兹”2103型直列4缸汽油机,单台发动机的最大功率为77马力(56.6千瓦),两套发动机的总功率为154马力(113.2千瓦),比起2906型的最大功率要高出一倍多,从而为改善整车的机动性提供了条件。汽缸的排量为1.452升,发动机的最大转速为5600转/分,这说明发动机的强化程度比2906型上的发动机要高得多。

传动装置上也有些变化。采用4档机械式变速箱,加上高低速传动箱,可实现8个前进挡。各档的传动比也有所调整。

雪地行驶时的最大速度达到了25千米/小时,水中航行时的最大航速为13千米/小时,沼泽地行驶时的最大速度为12千米/小时。雪地行驶的最大速度比起2906型提高了60%。

“三强”谁为雄?

在地面车辆大家族中,长期以来一直是轮式和履带式“两强争霸”的局面。如今又冒出了个螺旋推进式地面车辆。其实,地面车辆中,还有气垫式、磁悬浮式几种。由于地面介质的极端复杂性,气垫式还成不了气候,而磁悬浮式又要建造特殊的轨道,造价极高,无法大量推广,故这两种地面车辆不在讨论之列。那么,轮式、履带式、螺旋推进式这“三强争霸”,谁又更厉害些呢?

实事求是地讲,在地面车辆大家族中,螺旋推进式还算不上是“一强”。无论是从普及程度和适应性上,还是历史的悠久型上,螺旋推进式和轮式及履带式根本没法比。不过,在剔除了气垫式和磁悬浮式之后,让新兴的螺旋推进式和老牌的轮式和履带式比拼一下,看看它有没有上升的空间,能不能在地面车辆中赢得一席之地,也许是一件有意义的事。

从推进原理上讲,无论什么推进方式,无一例外地都是车辆的行动部分要和地球表面(地面)互相作用,靠地面的反作用力产生牵引力(或称驱动力),推动车辆前进。轮式车辆的优点是,车辆坐落在车轮的圆心上,车轮滚滚向前,车子平行前进,车辆的滚动阻力最小……这使得轮式车辆历史最悠久,应用最广泛,成为地面车辆中当之无愧的“大哥大”。履带式的优点是,它能提供自带的“无限的道路”,单位压力极低,通过性极佳,成为越野车辆中的优势车辆,在相当长的时间内成为军用战斗车辆的优先选择。轮式和履带式的共同特点是,在理想状态下,车轮或履带板和地面之间是没有滑移的,滚动阻力极低,一辆性能好的小轿车的轮胎能在良好的高速公路上跑上好几万公里,就是最好的明证。相反,螺旋推进式车辆就不一样了,螺旋滚筒旋转的过程中,向侧后向推动地面的同时,必然要产生滑移!不仅破坏路面,也会造成滚筒螺旋面的磨损,这是它不可克服的致命弱点。单就这一点来说,在可预见的将来,螺旋推进式根本不可能撼动轮式车“地面霸主”的地位。

如果哪位“老兄”心血来潮想造出一辆螺旋推进式车辆,你可能会取得成功,但是,如果你想让你的“爱车”拿到城市马路上“溜达溜达”,尽管你也遵守红绿灯交通规则,但是,“警察叔叔”一定会给你开罚单的。

换个角度讲,如果把这三种车辆拿到深雪地比试比试,又会是怎样呢?但见螺旋推进式车辆滚筒划划直转,车辆嗖嗖向前,如履平地;而轮式和履带式车辆,尽管车轮和履带划划直转,车子就是不动,越陷越深……这使人想起那个著名的《狐狸请客》(狐狸请仙鹤吃饭)的故事。究其原因,螺旋推进式在运动中不可避免的滑移,在深雪地里不但不是缺点,反而是个优点,滑移产生的摩擦使积雪层融化,形成的水膜起到润滑剂的作用,使雪地车飞快前进……也就是说,在雪地里,在水中,在沼泽地里,在草地等软路面上,螺旋推进式是“英雄有用武之地”的,它是“一条龙”;而在硬路面上,它就是“一条虫”了。

我们再把螺旋推进式雪地车和相类似的二战期间日本人研制的“湿地车”做一对比。当初,小日本是想让这种“湿地车”能在中国东北北大荒沼泽地区发挥重大作用,制成了加宽的、浮囊式的履带,起到了降低单位压力的作用。这种“湿地车”共生产了146辆,取得了部分的成功。其全重约为5吨,在陆地上的行驶速度为6~18千米/小时,水中航速为6~8.5千米/小时,沼泽地的行驶速度为4.8~5.0千米/小时。单就水中和沼泽地的机动性来说,这种“湿地车”还达不到螺旋推进式雪地车的水平,更不要说在雪地中的表现了。至于其橡胶浮囊的耐磨性差,更是远逊于钢铁制成的中空的滚筒。

我们认为,只要运用得当,螺旋推进式雪地车是可以在雪地等一些软路面上“一展雄姿”,发挥其特殊作用的。就军事用途而言,螺旋推进式雪地车可以完成雪地和沼泽地带的侦察、警戒、巡逻、伤员救护、雪地里物资运送和拖救等,成为“冰天雪地里的一道亮丽的风景线”

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