Короче. Едет груженый сельдевый тягач. Начинает тонуть в говне. Ни вперед, ни назад - только вниз, и навсегда. И тогда из кабины с матом вылазят мужики с лопатами, начинают откапывать колеса, совать под них всякую поебень, и вытаскивают сельдевый тягач с грузом из говна...
Потом я вспомнил, как застревали марсоходы "Спирит" и "Оппортюнити", и понял, что нам нужно для уверенного освоения Марса. А нужно нам, чтобы при каждом марсоходе был один мужик с матом и лопатой.
Пока Илон Маск не расчехлился на доставку к месту работы марсоходов матерящихся мужиков с шанцевым инструментом, исследования и освоение Марса под угрозой! И тогда задумался я, а нельзя ли приделать к марсоходу лопату так, чтобы при этом не требовался рядом дорогостоящий матерящийся мужик?
Короче - если к марсоходу приделать лопату, задача освоения Марса будет решена!
Можно смеяться.
Ну шо, поехали прикручивать лопату...
Давайте посмотрим на колесо марсохода:
И сравним его с колесом лунохода:
Что мы видим? Мы видим, что колесо марсохода снабжено протектором, в виде частых, но мелких грунтозацепов. Колесо же лунохода не имеет протектора, зато имеет развитые грунтозацепы. Колесо же лесовоза гораздо ближе к колесу марсохода, чем к колесу лунохода:
Теперь давайте подумаем, почему колесо закапывается в грунт.
Грунт имеет две характеристики. Это несущая способность, с одной стороны, и механическая прочность, с другой. Песок обладает высокой несущей способностью, но при этом он непрочный. Если колесо начинает пробуксовывать, оно очень быстро выкапывает себе ямку грунтозацепами. Корка застывшей глины (такыр), напротив, механически прочна и не разрушается грунтозацепами до определенного момента, затем же просто проваливается. Чтобы разобраться с самозакапыванием колеса, нам нужно разобраться именно с прочностью.
Взаимодействуя с грунтом, колесо, с одной стороны, давит на него вертикально, массой автомобиля (марсохода), а с другой стороны, оказывает на него продольное воздействие, своим вращением. Когда колесо стоит на песке - оно просто стоит, и ничего ему не сделается. Но если оно начинает буксовать, то продольное воздействие оказывается выше прочности грунта, грунт выносится грунтозацепами из-под колеса и оно начинает все более погружаться.
Иными словами, чтобы колесо оставалось на поверхности грунта, при условии, что его несущая способность для этого достаточна, нам нужно, чтобы вынос грунта из-под колеса при его вращении был ниже определенной величины.
Давайте вспомним лесовоз. Вот он едет по грунтовке, грунт мокрый, сцепление колес с поверхностью отвратительное. Перед колесами образуются холмики. Они дополнительно тормозят тягач, при этом вместо качения вперед по ровной поверхности мы имеем увеличенное продольное усилие по передней кромке колеса. Грунт начинает разрушаться и увлекается под колесо, играя роль смазки. Колесо буксует на месте, одновременно разрушая грунт под собой, в зоне наивысшего давления, и вынося его позади себя. Образуется яма, в которой колесо само себя топит.
Очевидно, что чем больше развиты грунтозацепы колеса, тем сильнее оно загребает грунт, и тем быстрее, соответственно, он будет выноситься из-под колес при самозакапывании. Для того, чтобы откопать колесо, нужно срыть холмик впереди него, оставить пологий скат, и покрыть его чем-то твердум - досками, прутьями и так далее. То есть - материалом с высокой прочностью, который не будет разрушаться грунтозацепами.
А иначе наш исследователь Марса будет выглядеть вот так:
Заметим, что даже при нормальном движении в мягком грунте, если его несущая способность невысокая, а прочность еще меньше, колесо зарывается (обратите внимания на формирующиеся впереди колеса холмики):
В то время, как при движении по твердому грунту зарывания не происходит:
Теперь мы готовы к тому, чтобы составить правильную формулу идеального колеса.
Идеальное колесо - это то колесо, вынос грунта под которым меньше, чем его поступление от разрушения грунтозацепами материала дороги.
Такое колесо будет самооткапываться, вместо того, чтобы самозакапываться, верно?
Заметим вот еще что. При движении по твердому грунту грунтозацепы нам скорее мешают, чем помогают. Желательно иметь простое круглое колесо, которое будет просто себе катиться. Однако как только мы попадаем на мягкий грунт, в котором колесо начинает тонуть, формируя холмик впереди себя - тут уже без грунтозацепов никуда. И только когда мы попадаем в совсем мягкий грунт, в котором вынос грунта из-под колеса становится больше, чем поступление его от движения вперед - наше колесо начинает закапываться...
Вывод?
Грунтозацепы должны быть с передней части колеса, и их должно не быть, или почти не быть - в его нижней части.
Представим себе колесо с небольшими (ну все же оставим малёхо) мелкими широкими грунтозацепами, типа как на колесе лесовоза. В нашем колесе сделаем прорези, в которых будут ходит "лопаты" - подвижные грунтозацепы. Фактически колесо будет представлять из себя комбинацию двух колес - просто колеса, и "колеса из подвижных грунтозацепов", и эти колеса вращаются синхронно, но немного несоосно (эксцентрик). Эксцентриситет выполнен горизонтально в продольном направлении по движению транспортного средства.
На твердом грунте у нас работает "обычное" колесо, мы катимся и в ус не дуем. На мягком грунте у нас начинает формироваться холмик перед колесом, который подгребается под обычное колесо подвижными грунтозацепами. На очень мягком грунте холмик растет, тем самым попадая в зону, где подвижные грунтозацепы выдвинуты более, они сильнее его подгребают под колесо. Вынос грунта же снизу происходит только "обычным" колесом, так как внизу подвижные грунтозацепы уже убраны.
Такое колесо самовыкапывается.
Можно сделать эксцентрик с регулируемым эксцентриситетом, при этом на твердом грунте, для предотвращения потерь на дополнительное трение внутри колеса, эксцентриситет выводится в ноль (подвижные грунтозацепы заподлицо с "обычным" колесом), и мы катимся, не испытывая дополнительного сопротивления. На мягком же грунте эксцентриситет увеличивается, грунтозацепы выдвигаются. Сопротивление движению возрастает, но мы едем вперед надежно. Если же позволить оси эксцентриситета немного качаться вверх-вниз по горизонтали - тогда самовыкапываться такому колесу, в зависимости от конкретных условий, станет намного легче.
Вот так мы приделали к колесу лопату, и оставили матерящегося мужика без работы.
Ох, не подловили бы на улице...
Кстати - слово "лопата" опять прозвучало, можно смеяться...
Journal information