Зачем гусеничному Kettenkrad было нужно переднее колесо: странность, которая на самом деле имела смысл
Есть машины, конструкцию которых можно понять с первого взгляда. У автомобиля четыре колеса, у танка две гусеницы, у мотоцикла два колеса. Немецкий Sd.Kfz.2 Kleines Kettenkraftrad HK 101, гораздо более известный как Kettenkrad, словно специально создавался для того, чтобы нарушить эту логику. Сзади у него полноценный гусеничный движитель с перекрывающимися катками, впереди — единственное колесо в мотоциклетной вилке, а водитель сидит верхом и держится за обычный руль. Выглядит всё это настолько необычно, что Kettenkrad часто воспринимают почти как технический курьёз Второй мировой войны — результат знаменитой немецкой любви к чрезмерно сложным конструкциям.
Но здесь возникает проблема. Kettenkrad был не экспериментальной машиной, построенной в нескольких экземплярах. Его выпускали тысячами, применяли от Северной Африки до Восточного фронта, использовали как лёгкий тягач, транспорт, кабелеукладчик и аэродромную машину. Более того, конструкция оказалась достаточно жизнеспособной, чтобы производство продолжилось уже после войны для гражданских заказчиков. А самое интересное заключается в том, что Kettenkrad действительно мог двигаться вообще без переднего колеса. В тяжёлой грязи и на особенно сложном бездорожье инструкция допускала его снятие, после чего машина превращалась практически в маленький полноценный гусеничный трактор.
И тогда вопрос становится ещё интереснее: если колесо не было необходимо для движения и даже могло мешать на тяжёлом грунте, зачем немецким инженерам понадобился весь этот мотоциклетный нос?
Вообще-то Kettenkrad был не мотоциклом
Название несколько сбивает с толку. Kettenkrad действительно расшифровывается примерно как «гусеничный мотоцикл», водитель сидел на седле, управлял машиной рулём, а спереди находилась мотоциклетная вилка. Но конструктивно перед нами гораздо скорее сверхкомпактный гусеничный тягач, которому добавили вспомогательное управляемое колесо.
Изначально HK 101 разрабатывался NSU как лёгкая машина высокой проходимости, в том числе для воздушно-десантных частей. Одним из ключевых требований были очень небольшие размеры: тягач должен был помещаться в транспортный Ju 52. В результате получилась машина длиной всего около 3 метров и шириной ровно 1 метр. Пустой Kettenkrad весил приблизительно 1235 кг, допустимая полная масса достигала 1560 кг, а полезная нагрузка составляла около 325 кг. Экипаж состоял из водителя и двух пассажиров, сидевших сзади спиной по направлению движения.
Двигатель при этом был совсем не мотоциклетным. Внутри находился четырёхцилиндровый бензиновый Opel объёмом около 1,5 литра мощностью примерно 36 л.с., связанный с коробкой передач и дополнительным понижающим диапазоном. Для машины массой чуть больше тонны этого вполне хватало: максимальная скорость на дороге доходила примерно до 70 км/ч, хотя практические ограничения могли быть ниже. И вот здесь переднее колесо впервые начинает приобретать смысл.
Потому что 60–70 км/ч для метрового по ширине гусеничного трактора — это уже совсем не тракторная скорость.
На самом деле Kettenkrad поворачивал двумя способами одновременно
Если посмотреть на фотографию машины, возникает естественное предположение: водитель поворачивает руль, переднее колесо меняет направление, а гусеницы просто толкают Kettenkrad вперёд. Работало всё гораздо интереснее. Руль управлял сразу двумя различными системами поворота, причём переход между ними происходил автоматически.
При небольшом отклонении руля действительно поворачивалась только передняя вилка. Машина проходила плавный поворот примерно так же, как колёсно-гусеничный транспорт. Но стоило водителю повернуть руль сильнее, как система тяг, соединённая с рулевой колонкой, начинала воздействовать на тормоза гусениц. Американское техническое описание захваченного Kettenkrad, опубликованное в 1943 году, указывает, что тормоза начинали подключаться при угле более примерно 5 градусов, что соответствовало перемещению концов руля приблизительно на 1¾ дюйма.
Дальше происходило то же, что происходит на обычной гусеничной машине: внутренняя относительно поворота гусеница притормаживалась, наружная продолжала двигаться быстрее, и возникающая разница тяги заставляла машину поворачивать значительно энергичнее. В трансмиссии использовался управляемый дифференциал с отдельными рулевыми тормозами для каждой стороны. Причём сами тормозные барабаны вращались быстрее полуосей благодаря дополнительной передаче — таким способом конструкторы увеличили эффективность тормозного управления.
Получается очень интересная система: водитель вообще не должен был отдельно думать о двух режимах. Он просто поворачивал руль. Небольшое движение означало плавное подруливание колесом, большое — автоматически подключало гусеницы.
И вот здесь становится понятно, что странный мотоциклетный руль был значительно разумнее, чем кажется.
Но зачем тогда вообще понадобилось колесо?
Ведь можно было просто оставить две гусеницы и управлять ими тормозами, как на обычном тракторе. Более того, именно так Kettenkrad и мог двигаться после снятия переднего колеса. Ответ находится в том, где и с какой скоростью должна была работать машина.
Тормозной поворот гусеничной техники имеет очевидный недостаток: для изменения направления приходится создавать разницу скоростей между левой и правой гусеницами. При простейшей схеме одна сторона притормаживается, а часть мощности двигателя фактически превращается в тепло. Одновременно гусеница начинает сильнее скользить относительно поверхности. Для резкого манёвра на небольшой скорости это нормально. Для постоянного движения по дороге с плавными поворотами — уже не очень.
Представим Kettenkrad, движущийся по шоссе со скоростью 40–50 км/ч. Для небольшого изменения направления чисто гусеничной машине пришлось бы каждый раз немного притормаживать одну сторону. Это означает дополнительный износ тормозов и гусениц, потерю энергии и, главное, значительно более нервное управление на высокой скорости.
Переднее колесо позволяло делать иначе. Небольшие коррекции курса выполнялись без вмешательства в гусеничный движитель. Обе гусеницы продолжали тянуть машину практически одинаково, а колесо задавало направление.
Именно поэтому переднее колесо Kettenkrad правильнее считать не основным рулевым органом, а высокоскоростным механизмом плавного подруливания.
Причём колесо почти не держало машину
Здесь появляется особенно любопытная цифра. При допустимой полной массе Kettenkrad около 1560 кг на переднее колесо приходилось всего приблизительно 95 кг. Всё остальное — почти полторы тонны — воспринимал гусеничный движитель.
То есть перед нами вовсе не классическая полугусеничная схема вроде Sd.Kfz.251, где передняя колёсная ось является заметной частью ходовой системы. У Kettenkrad колесо было лишь слегка нагруженным вспомогательным элементом. Оно практически не участвовало в создании тяги и не определяло основную проходимость машины.
Отсюда объясняется и странное поведение на бездорожье. Пока поверхность относительно твёрдая, колесо прекрасно выполняет свою функцию. Но в глубокой грязи, рыхлом снегу или на сильно разбитом грунте оно превращается в узкую неподвижную относительно привода точку сопротивления. Гусеницы хотят толкать машину вперёд, а колесо начинает зарываться, цепляться за препятствия или уходить в колею.
И тогда его действительно проще снять.
И Kettenkrad превращался в настоящий гусеничный трактор
Это, пожалуй, самый убедительный аргумент в пользу того, что конструкторы прекрасно понимали ограниченность своей схемы. Эксплуатационные рекомендации допускали снятие переднего колеса в особенно тяжёлых условиях. Управление после этого никуда не исчезало: водитель продолжал поворачивать тот же руль, только теперь его движение через тяги воздействовало на тормоза гусениц. Машина становилась чисто гусеничной и сохраняла способность маневрировать.
На первый взгляд это доказывает бесполезность колеса. На самом деле — скорее наоборот. Немцы фактически получили двухрежимную ходовую систему. На дороге и твёрдом грунте колесо обеспечивало плавность управления и позволяло безопаснее использовать высокую скорость. В тяжёлом бездорожье, где скорость всё равно резко падала, его можно было удалить и использовать преимущества чисто гусеничной схемы.
Поэтому вопрос «мог ли Kettenkrad обойтись без колеса?» сформулирован неправильно.
Конечно, мог.
Но тогда он становился бы хуже именно там, где колесо было полезнее всего.
Особенно если вспомнить, насколько быстрым был этот маленький тягач
Для понимания конструкции Kettenkrad важно постоянно помнить его размеры. Ширина — всего метр, высота около 1,2 метра, масса чуть больше тонны. И при этом на дороге машина могла развивать скорость порядка 70 км/ч. Даже если не использовать максимальный показатель постоянно, крейсерское движение на десятках километров в час для такой узкой гусеничной платформы было серьёзным режимом.
Чисто гусеничное тормозное управление на подобных скоростях было бы далеко не идеальным. Малейшая ошибка водителя могла создать слишком большую разницу скоростей гусениц и резко изменить направление движения. Учитывая небольшую ширину колеи и сравнительно высокий центр тяжести, это становилось вопросом уже не удобства, а устойчивости.
Переднее колесо делало реакцию машины на небольшие движения руля значительно более предсказуемой. Пока водитель корректировал траекторию плавно, тормоза гусениц практически не вмешивались. Для серьёзного поворота скорость естественным образом приходилось снижать, после чего подключалось тормозное управление.
Получилась своеобразная механическая система изменения чувствительности рулевого управления задолго до всякой электроники.
Но бесплатным такое решение не было
Переднее колесо добавляло массу, вилку, рулевую колонку и систему тяг. Оно ухудшало проходимость в некоторых условиях и могло попадать в колею. В тяжёлом бездорожье его преимущества практически исчезали, потому что на малой скорости гусеничного управления было вполне достаточно. Кроме того, сам Kettenkrad вообще нельзя назвать образцом конструктивной простоты. Он получил сложную ходовую часть с перекрывающимися катками типа Schachtellaufwerk, а его гусеничные цепи использовали множество тщательно изготовленных деталей и подшипников. Всё это обеспечивало хорошую плавность движения, но требовало обслуживания.
Была и ещё одна проблема, которую никакой хитрый рулевой механизм решить не мог: Kettenkrad получился очень узким. Это было одним из главных преимуществ машины — метр ширины позволял проходить там, куда обычный автомобиль или более крупный тягач просто не помещался. Но узкая колея одновременно ухудшала поперечную устойчивость, особенно на косогорах. Высокая скорость только усиливала потенциальный риск опрокидывания.
Поэтому Kettenkrad нельзя объявлять неким забытым инженерным идеалом. Это была машина компромиссов, причём довольно дорогих компромиссов. Но конкретно переднее колесо к самым бессмысленным из них не относилось.
Почему же никто потом не стал массово копировать Kettenkrad?
Вот здесь находится ещё одна интересная часть истории. Если схема работала, почему после войны мир не заполнили маленькие гусеничные тягачи с мотоциклетными колёсами?
Потому что Kettenkrad решал очень специфическую задачу. Немцам требовалась чрезвычайно компактная машина, способная помещаться в транспортный самолёт, тянуть небольшие орудия и прицепы, уверенно работать вне дорог и одновременно достаточно быстро передвигаться по дорогам. Всё это нужно было получить при ширине около одного метра.
После войны подобный набор требований встречался редко. Если нужна высокая скорость — проще использовать полноприводный колёсный автомобиль. Если требуется максимальная проходимость — логичнее построить полноценный гусеничный транспортер. Если необходимо сочетать оба качества, существуют более совершенные трансмиссии, резиновые гусеницы и современные системы управления.
Kettenkrad оказался продуктом очень конкретного технологического момента, когда автомобиль уже мог быть быстрым, гусеничный трактор — достаточно компактным, но создать одну простую машину, одинаково хорошо выполняющую обе задачи, было значительно сложнее.
Немцы буквально соединили два решения механически.
Так был ли передний руль ошибкой?
С инженерной точки зрения — скорее нет.
Если смотреть только на бездорожье, колесо действительно кажется лишним. Kettenkrad прекрасно мог поворачивать одними гусеницами, а в особенно тяжёлых условиях переднее колесо даже рекомендовалось снять. Но машина проектировалась не исключительно для медленного ползания по грязи. Она должна была перемещаться между районами применения по дорогам, буксировать грузы и развивать для столь маленькой гусеничной платформы весьма высокую скорость.
И именно здесь колесо становилось полезным. Оно обеспечивало плавное изменение направления без постоянного притормаживания гусениц, уменьшало необходимость использовать дифференциальное управление при небольших коррекциях курса и делало машину более управляемой на скорости. При серьёзном повороте руль автоматически подключал тормоза гусениц, поэтому водитель получал оба способа управления через один привычный орган. Американские специалисты, исследовавшие машину ещё во время войны, прямо описывали именно такую комбинированную систему.
Получается довольно забавный вывод. Самая странная деталь Kettenkrad была далеко не самой странной с инженерной точки зрения. Переднее колесо не пыталось превратить полуторатонный гусеничный тягач в мотоцикл и не было главным элементом его проходимости. На него приходилась лишь небольшая часть массы машины, а при необходимости оно вообще снималось.
Его задача была гораздо прозаичнее: сделать маленький гусеничный трактор нормальной машиной на дороге.
И поэтому настоящий технический парадокс Kettenkrad выглядит почти наоборот. Немецкие инженеры построили машину, которая не нуждалась в переднем колесе, чтобы поворачивать, — но нуждалась в нём, чтобы не приходилось поворачивать гусеницами каждый раз, когда водитель хотел всего лишь немного изменить направление движения.
