РЕВОЛЮЦИОННЫЕ ТЕХНИЧЕСКИЕ РЕШЕНИЯ АВТОМОБИЛЬНОЙ ТЕХНИКИ ВОВ

Фашистская Германия, готовясь к войне, первоначально создала немало специальных автомобилей повышенной проходимости. Уже в 1934 году существовал принятый на вооружение легкий трехосный (6×4) тягач «Крупп-Л2Х43» (с 1937 – Л2Х143) с карбюраторным оппозитным двигателем воздушного охлаждения. Повышению проходимости тягача в немалой мере способствовали независимая подвеска задних колес и установленные вертикально на бортах кузова запаски. При преодолении неровностей они проворачивались и не позволяли автомобилю сесть на грунт днищем. Помимо «Круппа-Л2Х143», вермахт располагал целой гаммой специальных полноприводных армейских моделей. Эти унифицированные автомобили имели независимую подвеску всех колес, привод на все колеса, а некоторые – и все управляемые колеса. В трансмиссии, кроме демультипликатора, имелся реверс, позволявший раскачивать застрявшую машину взад-вперед, механизм блокировки дифференциалов. Самым сложным был тяжелый броневик «Бюссинг-НАГ-231», выпускавшийся до конца войны, с полноприводным (8×8) шасси, у которого все колеса были управляемыми и имели независимую подвеску. Крутящий момент распределялся на два передних и два задних моста через блокированный привод, а в пределах каждой группы мостов – через роликовую муфту свободного хода, выполняющую роль межосевого самоотключающегося дифференциала. Фашистская армия широко использовала полугусеничные машины. Все модели имели очень схожую конструкцию: карбюраторные двигатели «Майбах», унифицированные с танковыми, передний неведущий мост, расположенные в шахматном порядке катки гусениц, резиновые подушки на звеньях гусениц, повышавшие срок их службы и скорость движения, а также соединение траков через игольчатые подшипники. Конструкция гусеничных тележек была однотипной для всех моделей.

Американская автомобильная промышленность. В 1940 году три фирмы – «Америкен Бантам», «Виллис-Оверланд» и «Форд» принялись за разработку легких полноприводных автомобилей. Лучшей оказалась конструкция «Виллиса». Американские автомобили от немецких отличались более высокими эксплуатационными качествами, достигнутыми улучшением (по сравнению с коммерческими) конструкций агрегатов и технологии обработки деталей. Довольно простые по устройству, с зависимой подвеской всех колес, без хитроумных механизмов в трансмиссии, эти очень технологичные машины сформировали облик американской конструкторской школы в области моделей повышенной проходимости. Их оснащали лебедками для самовытаскивания, шинами с развитыми грунтозацепами, очень долговечными двигателями (в большинстве случаев карбюраторными, нижнеклапанными), а также шариковыми шарнирами равных угловых скоростей, а блокировка дифференциалов не применялась вовсе.

Советские автомобили. Всю войну выпускали только один армейский автомобиль – джип ГАЗ-64. ЗИС-5В – модификация военного времени, имела до предела упрощенную конструкцию. Автомобиль сохранил все те качества, за которые его любили шоферы, хотя, особым комфортом не отличался (механические тормоза требовали больших усилий, а эффективности им не хватало, да и регулировка была непростой). А отремонтировать трехтонку можно было с минимальным количеством инструмента. Особой похвалы заслуживал очень надежный, неприхотливый двигатель. В конце 1942 года завод увеличил до 1446 мм колею колес, что повысило поперечную устойчивость.

1. Кочнев, Е. Д. Автомобили Великой Отечественной / Е. Д. Кочнев. – М. : Эксмо, 2010. – 864 с.

2. https://www.autoreview.ru.

УДК 629.3.021 Гужова К.В., группа ТТП-111, ВлГУ

Научный руководитель доцент Толков А.В.
ДИФФЕРЕНЦИАЛ ТОРСЕН
Дифференциал типа Torsen изобретён в 1958 г. американцем Верноном Глизманом. Имеет достоинства вязкостной муфты и не имеет её недостатков. Принцип работы основан на свойстве червячной передачи «расклиниваться».

Название Torsen происходит от torque sensing (чувствительный к крутящему моменту). Дифференциал Torsen – это чисто механическое устройство; в нем нет электроники, сцеплений и жидкостей. Torsen работает как свободный дифференциал, когда на каждое колесо поступает одинаковый крутящий момент.

Конструкция дифференциала Torsen основана на червячных шестернях, вращающихся на различных осях. Каждая боковая шестерня является червячной шестерней с шлицевым соединением с выходными чашками. Внутри находится 2 или 3 набора планетарных червячных шестерен (элементных шестерен), перпендикулярных к оси боковых шестерен. Каждый набор состоит из 2-х червячных шестерен, соединенных между собой посредством ведомых шестерен, и зацепленных с боковыми шестернями. Таким образом, две боковые шестерни соединены между собой посредством элементных червячных шестерен (сателлитов).

Сателлиты расположены в корпусе перпендикулярно его оси, объединены между собой попарно с помощью прямозубого зацепления, а с полуосевыми шестернями связаны червячным зацеплением. В повороте полуосевая шестерня, связанная с отстающим колесом, поворачивает входящий с ней в зацепление сателлит, он, в свою очередь, вращает второй сателлит и шестерню полуоси.

От углов наклона червяков и применяемых материалов зависит коэффициент блокировки. Он определяет, когда и какой дополнительный момент должен перейти на ось, имеющую лучшее сцепление с дорогой.

При изменении сцепления на колесе, давление между элементными шестернями и боковыми шестернями изменяется, вызывая контрвращение элементной пары, смещая вращающий момент на другую сторону.

Дифференциал Torsen будет передавать вращающий момент только на колесо с наибольшим сцеплением, в то время как по-прежнему существует некоторое сопротивление на другой стороне. Как только это состояние проходит, он будет "разгружаться", подобно обычному дифференциалу.

Все дифференциалы Torsen приводят к одному результату: больший крутящий момент идет на ось, которая вращается медленнее. Определяющей характеристикой Torsen стало передаточное соотношение крутящего момента TBR (Torque Bias Ratio). Обычно от 2 до 6.

Общее правило звучит так: сумма крутящих моментов передней и задней оси всегда равна крутящему моменту двигателя, но ось с медленной скоростью вращения получает момент в TBR раз больше, чем быстрая ось.

Однако, если одна из осей полностью потеряет тягу, дифференциал Torsen не сможет передать крутящий момент на другую ось.

Недостаток конструкции – сложность изготовления, сборки агрегата в целом и ремонта.
Библиографический список

1. https://www.rc-auto.ru.

2. https://amastercar.ru.

3. https://www.upsolute.ru.

4. https://auto.howstuffworks.com.

УДК 629.3.021 Дементьева Д.В., группа ТТП-111, ВлГУ

Научный руководитель доцент Толков А.В.
ИСТОРИЯ РАЗВИТИЯ

АВТОМОБИЛЬНЫХ ДИФФЕРЕНЦИАЛОВ
1825 — Онесифор Пеккёр (Onesiphore Pecqueur, 1792—1852) изобрёл дифференциал.

1932 — Фердинанд Порше начал исследования в области дифференциалов c проскальзыванием.

1935 — компания ZF Friedrichshafen AG, основанная Порше, выпустила на рынок кулачковый дифференциал, примененный впоследствии на ранних моделях Фольксваген (Type B-70)

1956 — американская компания Packard одной из первых начала выпуск моделей с LSD-дифференциалом под фирменным названием «Twin Traction». В 60-х годах многие компании начали производство LSD-дифференциалов под различными фирменными названиями.

Audi был первым автопроизводителем, который успешно начал продавать автомобили с постоянным полным приводом под торговой маркой quattro с 1981 года в Европе и с 1983 года в США. Первое поколение quattro имело простые блокировки центрального и заднего дифференциалов, которые жестко блокировали один или оба дифференциала (не допуская разных скоростей вращения) для преодоления самых сложных дорожных ситуаций. Когда центральный дифференциал заблокирован, то для обездвиживания автомобиля необходимо, чтобы сцепление с дорогой потеряли одно переднее и одно заднее колесо. При двух заблокированных дифференциалах для обездвиживания необходима потеря сцепления уже трех – двух задних и одногопереднего - колес. Блокировки на этих моделях Audi включались и выключались вручную, что было не очень удобно, поскольку требовало от водителя дополнительного внимания.

Дальнейшие разработки постоянного полного привода двигались в направлении автоматически блокируемых дифференциалов. Первой появилась вязкостная муфта (в дальнейшем - ВМ), в корпусе которой находилась специальная силиконовая жидкость, которая позволяла поддерживать небольшую разницу скоростей вращения между двумя осями, но увеличение проскальзывания приводило к резкому увеличению вязкости этой жидкости, которая блокировала муфту. Было изобретено два совершенно разных способа применения вискомуфты в полноприводной трансмиссии.

Следующим этапом было использование дифференциала Torsen в конструкции второго поклоения quattro. Дифференциал Torsen был изобретен американской фирмой Gleason Сorp., имел все достоинства ВМ и не имел ее недостатков.

Инженеры Porsche использовали конструкцию подобную Mercedes (но иным способом реализованную) схему с дополнительными муфтами, где центральный дифференциал был заблокирован постоянно, и разблокировался только для облегчения парковки.

После пришла модель 911 Carrera 4. Представители Porsche заявляли, что ее система полного привода была дальнейшим развитием системы, применявшейся в 959 и соответственно более передовой. Но на самом деле это была система с постоянным раздаточным соотношением, такая же как все остальные, с компьютерным управлением муфтами, используемыми в качестве устройств ограниченного трения. Изюминкой этой системы было то, что совместное использование датчиков скорости и ускорения и управляемой компьютером блокировки заднего дифференциала было призвано предотвращать свойственную 911 модели чрезмерную избыточную поворачиваемость при добавлении газа в повороте.

В 1993 году инженеры Porsche представили совершенно новую конструкцию задней подвески для модели 911. Заднеприводная версия стала вполне управляемой и необходимость сложной компьютеризованной системы полного привода отпала.

1. https://ru.wikipedia.org.

2. https://www.4x4.aaa13.ru.

3. https://4runner.sovintel.ru.

4. https://avtoexperts.ru.

УДК 351.861 Борисова Ю.В., группаТСБ-111, ВлГУ

Научный руководитель доцент Сабуров П.С.
ПРОГНОЗИРОВАНИЕ КАК ИНСТРУМЕНТ ЗАЩИТЫ НАСЕЛЕНИЯ ОТ ЧРЕЗВЫЧАЙНЫХ СИТУАЦИЙ
В наши дни мировой научно-технический прогресс таит в себе огромные опасности. Сохраняется общая тенденция роста числа аварий и катастроф, сопровождающихся ростом числа жертв и материальных потерь. Это объясняется возрастанием использования громадных объемов потенциально опасного сырья, усложнением технологических процессов и другими факторами. Не менее опасны и чрезвычайные ситуации, возникающие в результате стихийных бедствий, при которых также возможны огромные человеческие жертвы и материальные потери.

Защита населения от ЧС является важнейшей задачей государственной системы предупреждения и ликвидации чрезвычайных ситуаций, органов государственной власти и управления [1]. Защите от чрезвычайных ситуаций подлежит все население РФ, а также иностранные граждане и лица без гражданства, находящиеся на территории РФ.

К основным мероприятиям по обеспечению безопасности населения в чрезвычайных ситуациях относится прогнозирование. Прогнозирование чрезвычайных ситуаций - опережающее отражение вероятности возникновения и развития чрезвычайных ситуаций на основе анализа возможных причин ее возникновения, ее источника в прошлом и настоящем.

Целью прогнозирования техногенных чрезвычайных ситуаций является заблаговременное получение качественной и количественной информации о возможном времени и месте техногенных чрезвычайных ситуаций, характере и степени связанных с ними опасностей для населения и территорий и оценка возможных социально-экономических последствий чрезвычайных ситуаций [3].

Для достижения указанной цели решаются следующие основные задачи:

- выявление и идентификация возможных источников чрезвычайных ситуаций на соответствующей территории;

- оценка вероятности возникновения ЧС по различным сценариям;

- прогнозирование возможных последствий воздействия поражающих факторов, источников чрезвычайных ситуаций на население и территории.

При подготовке прогнозов рассматриваются все возможные источники чрезвычайных ситуаций, характерные для региона.

В зависимости от времени упреждения стихийного бедствия прогнозы подразделяются на краткосрочные и долгосрочные [4]. Краткосрочные прогнозы используются для ориентировочного определения времени возникновения чрезвычайной ситуации (менее 12-15 дней). Для составления прогнозов используются различные статистические данные, а также сведения о некоторых физических и химических характеристиках окружающих природных сред. Оперативные (краткосрочные) прогнозы имеют целью получение исходных данных о возможной обстановке для принятия решений о защите населения и территорий от поражающих факторов чрезвычайных ситуаций. Долгосрочные прогнозы применяются, как правило, для предсказания масштабов действия половодья. Долгосрочное прогнозирование имеет целью оценку комплексных рисков чрезвычайных ситуаций с учетом вероятности их возникновения и возможного ущерба. Технологии долгосрочного прогнозирования используют методологию анализа и управления рисками.

На всех этапах прогнозирования чрезвычайных ситуаций используется общий методический порядок действий, показанный на рисунке 1.

	Количество ЧС			Погибло, чел.		Пострадало, чел.
	2013	2012	%	2013	2012	2013	2012
Техногенные ЧС	138	176	-21,59	440	501	1286	23760
Природные ЧС	108	146	-26,03	6	179	89543	69691
Биолого-социальные ЧС	38	51	-25,49	0	1	0	77

Рис. 1. Порядок прогнозирования чрезвычайных ситуаций.

Проведя сравнительный анализ [2] статистических данных ЧС, произошедших на территории Российской Федерации за 9 месяцев 2013/2012 года, можно сделать вывод о том, что применение прогнозирования как метода защиты населения от ЧС снижает количество пострадавших и погибших от техногенных, природных, биолого-социальных чрезвычайных ситуаций.

Опыт ликвидации крупных чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера, имевших место в новейшей истории, показывает, что своевременный прогноз их возникновения приводит к существенному снижению масштабов и смягчению последствий воздействия источников
ЧС. Прогнозирование чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера является сложной научно-практической задачей. Многообразие источников предъявляет особые требования к технологиям прогнозирования чрезвычайных ситуаций.

Таким образом, применение прогнозирования ЧС является актуальной и важной проблемой, стоящей в современном мире перед человечеством.

Библиографический список

1. 
   «Экология и безопасность жизнедеятельности» Под редакцией доктора физ.-мат. наук, чл.-корр. РЭА, профессора Л.А. Муравья Коллектив авторов: Д.А. Кривошеин, Л.А. Муравей, Н.Н. Роева, О.С. Шорина, Н.Д. Эриашвили, Ю.Г. Юровицкий, В.А. Яковлев  © ООО "Издательство ЮНИТИ-ДАНА", 2000
   
2. 
   МЧС России. Сравнительная характеристика чрезвычайных ситуаций, происшедших на территории Российской Федерации за 9 месяцев 2013/2012 годах. [Электронный ресурс]. URL: https://www.mchs.gov.ru/Stats/CHrezvichajnie_situacii/2013_god/Sravnitelnaja_harakteristika_9mes (Дата обращения: 25.03.2014)
   
3. 
   Противопожарная и аварийно-спасательная служба ставропольского края. Рекомендации по реализации Требований по предупреждению чрезвычайных ситуаций на потенциально опасных объектах и объектах жизнеобеспечения. [Электронный ресурс]. URL: https://www.pass-sk.ru/-2010-/733. (Дата обращения: 25.03.2014).
   
4. 
   ОАО «Арсенал Спасения». Мониторинг и прогнозирование ЧС. [Электронный ресурс]. URL: https://www.arspas.ru/konsult/detai l.php?ID=1250. (Дата обращения: 25.03.2014).
   
5. 
   Горбунов С.В., Макиев Ю.Д., Малышев В.П. Стратегия гражданской защиты: проблемы и исследования. 2011. Том 1. №1. URL: https://cyberleninka.ru/article/n/analiz-tehnologiy-prognozirovaniya-chrezvych aynyh-situatsiy-prirodnogo-i-tehnogennogo-haraktera#ixzz2uzq3nO4a. (Дата обращения: 25.03.2014).
   

Научный руководитель доцент Сабуров П.С.

Ежегодно в РФ происходит порядка 2,5 тыс. ЧС техногенного характера, в результате которых гибнет свыше 50 тыс. людей и более 250 тыс. человек получают увечья. В связи с этим очевидна необходимость постоянной и повсеместной деятельности, направленной на защиту населения и территорий России от аварий и катастроф, снижение рисков ЧС и смягчение их последствий.

В настоящее время основной концепцией безопасности является концепция оправданного риска, т. е. риска, который при имеющихся экономических возможностях и общественных отношениях считается допустимым для обычных граждан.

Важным направлением повышения эффективности защитных мероприятий является математическое моделирование ЧС и прогнозирование их последствий [1].

Математической моделью ЧС называется система соотношений, уравнений, неравенств, геометрических понятий и т. д., которые в математической форме отображают, воспроизводят или имитируют наиболее важные особенности и свойства реальных опасных явлений с целью анализа и прогнозирования их возникновения, развития и последствий.

Создание математической модели ЧС включает в себя несколько этапов. Начальным этапом является содержательное описание ЧС, которое составляется на основе всех имеющихся о ней знаний.

На втором этапе выполняется формализация содержательного описания модели, математическая постановка задачи с указанием всех необходимых исходных данных и искомых величин.

На третьем этапе формализованная схема ЧС должна быть преобразована в математическую модель. Для этого всю имеющуюся информацию необходимо выразить с помощью соотношений, неравенств, уравнений, алгоритмов.

На четвертом этапе исследуется сама модель. Путем проведения многовариантных расчетов изучаются свойства модели и ее поведение при различных условиях.

На следующем этапе модель применяется к описанию реальных ЧС. Путем сопоставления результатов вычислительных экспериментов с имеющимися опытными данными выполняется уточнение параметров модели, ее тестирование и проверка адекватности.

После того, как адекватность модели, т. е. ее достаточное соответствие реальности, установлена, начинается использование модели для анализа и прогнозирования ЧС, происходящих в реальных условиях. Схема построения математической модели приведена на рисунке 1.

Рисунок 1. Схема построения математической модели.

Важной задачей моделирования ЧС является установление пространственно-временных зависимостей для интенсивности поражающих факторов. Эти зависимости могут быть заданы с помощью функций распределения вероятностей возникновения опасных событий или функций распределения вероятностей случайных величин поражающих факторов. Эти функции могут быть выражены аналитически, с помощью таблиц или карт районирования.

Задачей математического моделирования ЧС является также установление зависимости вероятности разрушения зданий и сооружений, а также поражения людей от расстояния (координатные законы) или интенсивности поражающих факторов (параметрические законы).

Законы разрушения объектов и поражения людей в аналитическом, табличном или графическом виде могут быть найдены путем математической обработки опытных данных с использованием понятий теории вероятностей, в частности, нормального закона распределения, а также положений математический статистики.

Таким образом, основным методом анализа ЧС является вероятностный метод.

Методы прогнозирования ЧС наиболее развиты применительно к опасным природным явлениям. В настоящее время получили развитие следующие подходы к прогнозированию ЧС:

- вероятностно-статистический подход;

- вероятностно-детерминированный подход.

Комплексное применение этих подходов позволило разработать математические модели всех основных видов ЧС, модели поражающих воздействий, разрушений и другие.

Структура типовой математической модели ЧС и схема ее использования показаны на рисунке 2.

Рисунок 2. Структура математической модели.

Математическое моделирование позволяет получить более объективную и точную оценку рисков, что является необходимой предпосылкой принятия обоснованных решений по предупреждению ЧС, смягчению и ликвидации их последствий.
Библиографический список

1. Шаптала В.Г., Радоуцкий В.Ю., Шаптала В.В.,. Основы моделирования чрезвычайных ситуаций: учебное пособие. – Белгород: Изд-во БГТУ, 2010. – 166 с. ISBN 978-5-361-00135-4.

УДК 351.862 Баева И.Ю., группаТСБ-112, ВлГУ

Научный руководитель доцент Сабуров П.С.