Во второй половине 40-х годов прошлого века правительство Великобритании, пытаясь подпитать ослабленную войной экономику страны твёрдой валютой, жёстко квотировало продажу стали. Скажем, автомобильные фирмы, которые продавали машины за границу, получали больше других. Rover Company активный импорт не вела, и для первого внедорожника стали ей хватило только на раму. Остальное сделали из «крылатого» металла, во множестве заготовленного для выпуска самолётов и с окончанием войны оставшегося невостребованным. Почему же в наши дни британцы решились вернуться к алюминию, да ещё и уйти от рамы? Возможно ли совместить прочность и лёгкость?
Давайте ответим сначала на другой вопрос: можно ли с помощью небольшого листочка из самой обыкновенной бумаги сделать подставку для мобильного телефона? Оказывается, это легко: если свернуть листок в цилиндр, склеив его края, получившаяся конструкция, установленная вертикально, удержит не только мобильник, но и, скажем, тяжёлый бильярдный шар. А можно обойтись и вовсе без клея – сделать «гармошку», поставить её на рёбра и положить гаджет на неё. Как ни странно, примерно по такому же принципу развивалась и конструкция автомобилей, только в «бескомпьютерные» времена кроме логарифмической линейки, рейсшины и арифмометра у инженера не было ничего. Из-за этого многие идеи так и остались в умах конструкторов, не имевших под рукой нужных вычислительных мощностей. Теперь – совсем другое дело! Пришло время для самых смелых замыслов и самых трудных задач.
Без рамы – никуда!
Когда-то инженеры не мыслили автомобиль без рамы – не суть важно, большой ли, маленький, для двух человек или для тонны груза. Казалось, что конструкцию из двух швеллеров и нескольких поперечин никогда и ничто не заменит. С годами, пробуя разные несущие конструкции, в том числе пространственные каркасы, разработчики стали приходить к выводу, что без этого нагромождения металла очень даже можно обойтись, так будет даже правильнее: без рамы машина станет легче, а её управляемость улучшится. Вы, наверное, сильно удивитесь, если узнаете, что даже в СССР ещё до войны в НАТИ проектировали (и построили) автобус на 38 человек с несущим кузовом.
Короче говоря, ещё до войны несущий кузов стал отвоёвывать территорию, но на время боевых действий наступила пауза. В Европе и Японии гражданское автомобилестроение было свёрнуто, промышленность США в погоне за госзаказами перестроилась на военные рельсы, и все военные легковые вездеходы были исключительно рамными. Они таскали лёгкую пушку, доставляли по несколько раненых в госпиталь и с помощью понижающей ступени в «раздатке» могли пробраться там, где вязла лошадь с повозкой.
Кто знает, думал ли о несущем кузове создатель первого Land Rover Морис Уилкс, когда после победы эксплуатировал у себя в хозяйстве один из таких военных вездеходов? И каким бы стал первый Ленд Ровер, если бы у британского инженера было достаточно стали? В любом случае именно на внедорожниках рама дольше всего не сдавала своих позиций. Причин здесь множество – от рациональных и инженерных до эмоциональных и потребительских, которые, как водится, не имеют ничего общего с реальностью.
Начнём с причин рациональных. Как и военные машины, Land Rover в обязательном порядке был многофункциональным: он тащил плуг, подавал мощность на пилораму, убирал снег, вёз овцам большущий прицеп сена, тушил пожары, доставлял больных в госпиталь и даже разгонял демонстрантов, попутно собирая в кузов особенно агрессивных. И весь этот букет возможностей в те годы, как ни странно, обеспечивала рама. Во-первых, именно к её поперечинам крепили буксирные крюки, лебёдки, коробки отбора мощности, насосы и другие устройства, именно она позволяла легко и без лишних затрат сменить «надстройку», а проще говоря – кузов. Не в последнюю очередь свои замечательные тяговые возможности машина демонстрировала как раз из-за того, что алюминиевые панели, получаемые в основном на гибочном оборудовании, а не посредством дорогой штамповки, были лёгкими и не отбирали мощность у двигателя. При этом кузов давал полноценную защиту от дождя и ветра в отличие от тента, который тогда был на многих внедорожниках.
Кроме того, рама позволяла с минимальными затратами создать несколько модификаций по колёсной базе: достаточно было изменить длину лонжеронов, переместить задний мост с подвеской, выпустить новый карданный вал – и готов новый автомобиль! Вообще же, в то время рама давала множество преимуществ, например, при большой высоте внедорожников она обеспечивала низкий центр тяжести. Лёгкий алюминиевый кузов ещё сильнее понижал его – по этому показателю Defender был лучшим, более того – сверхустойчивым, допускающим очень большие крены. При эксплуатации на бездорожье рама безотказно выдерживала любые все нагрузки. Словом, неудивительно, что одно время на этом типе машин она казалась вечной безальтернативной конструкцией…
Между тем, время шло, обычные легковушки все как одна пересели на несущие кузова – они потеряли в массе, приобрели в управляемости и безопасности. Именно о безопасности дольше всего не задумывались разработчики автомобилей, тем более – больших рамных внедорожников. Однако давайте разберёмся с одним народным стереотипом: считается, что рама в силу своей основательности, надёжности и жёсткости куда безопаснее при столкновении, чем несущий кузов. Как ни странно, эта теория долгое время владела и умами инженеров, по крайней мере, до той поры, пока они не начали исследовать распределение потоков мощности удара при аварии. Выяснилась удивительная вещь: чем прочнее была машина, тем меньше шансов на выживание было у водителя, что и подтвердили первые замеры в лабораториях.
Несущий кузов позволяет не только создавать конструкторам зоны программируемой деформации, но и отводить нагрузку от водителя и пассажиров. Рама, наоборот, только способствует тому, чтобы сидящие в салоне получили как можно больше повреждений.
Само собой, у несущего кузова есть и недостатки, ведь, как мы знаем, ничего бесплатного в природе не бывает. Инженерам уже не так просто и не так дёшево сделать версию с новым размером колёсной базы – для этого нужно фактически проектировать кузов с нуля, не только увеличивая ключевые элементы по длине, но и усиливая их, то есть, увеличивая толщину. А уж изготавливать кабриолеты или открытые версии, которыми так славились те же Land Rover первых трёх серий и Дефендеры, практически невозможно, поскольку это тянет за собой ухудшение некоторых свойств машины из-за радикального увеличения массы.
Да-да, если вы не знали, то кабриолет всегда тяжелее автомобиля с цельнометаллическим кузовом, на базе которого он сделан. Дело в том, что крыша – один из ключевых силовых элементов, которая участвует и в распределении нагрузки при ударе, и придаёт всей конструкции жёсткость. При конструировании кабриолета инженеры вынуждены прибегать к усилению днища, а иные тюнинговые гаражные компании, коих множество в Калифорнии, предлагают куда более изящное решение: они просто-напросто… заваривают двери, в противном случае машина сложится пополам на ближайшей кочке или при лихом переезде «лежачего полицейского». И всё-таки преимуществ у несущего кузова несоизмеримо больше, чем недостатков, в том числе – и с позиций подготовки внедорожников.
ЭВМ и алюминий – это сила!
Каким же образом совместить прочность и жёсткость рамы с характеристиками несущего кузова? Вот тут-то на помощь инженерам, наряду со старой доброй теоретической механикой и сопроматом, пришли многократно возросшие за последние три десятилетия компьютерные мощности. В самом деле, почему бы, опираясь на результаты научных достижений, с помощью компьютеров не подобрать оптимальный профиль силового элемента в зависимости от предполагаемой нагрузки? Те расчёты, на которые прежде уходили месяцы, сегодня делаются за… одну минуту. Фактически граничным условием становится масса элемента: она должна быть как можно меньшей, а, скажем, выбор толщины металла и таких величин, как полярный момент инерции, можно оставить и за компьютером. Комбинируя все характеристики, можно очень быстро для различных исполнений конструкций получить свои варианты НДС. Нет-нет, НДС – это не «налог на добавленную стоимость», это «напряжённо-деформированное состояние», проще говоря, напряжение, возникающее в детали при приложении нагрузки.
Конечно, это просто только на словах, но, по крайней мере, теперь это можно сделать быстро! Но не стоит забывать, что новый Defender должен был быть лучше старого. И не только по проходимости, но и по тяговым свойствам, и по несущей возможности элементов. Скажем, статическая нагрузка на крышу у нового внедорожника составляет совершенно невообразимые 300 кг, а рывковая нагрузка на буксирном крюке может достигать аж 18 тонн! Теперь не водитель Ленд Ровера будет бегать за трактором, теперь можно и наоборот.
Понятно, что для достижения таких свойств толщину металла несущих элементов нужно увеличивать. Будет ли в конце концов выгода, если, отказавшись от рамы, сделать несущий кузов стальным, а, стало быть, заведомо тяжёлым? И вот тут на помощь инженерам и приходит старый добрый алюминий, который легче стали почти в три раза. Нужная прочность достигнута, уровень безопасности – обеспечен, тяговые свойства теперь лучше прежнего, при этом масса машины осталась прежней и не уползла вверх. А как же старая добрая сталь, неужели ей не нашлось места на современном Defender? Оказывается, нашлось, причём, примерно в той же конструкции, что и прежде! Спереди Defender установлены подрамники – как раз стальные. Они придают лёгкому алюминиевому кузову дополнительную прочность и жёсткость.
Вот так спустя более 70 лет новый Defender, рождённый не без помощи современных компьютерных технологий, благодаря алюминию стал прямым наследником Land Rover Series I образца 1948 года. А как насчёт проходимости? Очень скоро мы проверим это на практике!
Для комментирования вам необходимо авторизоваться